دستگاه هواساز چیست و کاربرد انواع هواسازها

دستگاه هواساز چیست؟

دستگاه هواساز (Air Handling Unit) یا به اختصار AHU دستگاهی است که برای تنظیم هوا طراحی و ساخته می شود. ساختار داخلی هواسازها بسیار ساده بوده و این دستگاه ها قلب سیستم تهویه ی مرکزی به حساب می آیند.

به طورکلی دستگاه هواساز، هوای خارج از ساختمان و هوای داخل ساختمان را جمع کرده و گردوغبار و سایر ذرات را از آن پاک کرده، دمای آن را تنظیم کرده، رطوبت آن را به محدوده ی آسایش رسانده و هوایی که مناسب برای ساکنین ساختمان است را به سمت اتاق ها می فرستد.

هواسازها معمولاً حجم زیادی داشته و در سقف یا موتورخانه نصب می شوند. اغلب هواسازها برای تنظیم هوای ساختمان های بزرگ ساخته می شوند و یک سیستم برای کل ساختمان استفاده می شود. برای بررسی دقیق هواساز، ابتدا باید مفهوم سیستم تهویه ی مرکزی را به درستی درک کنیم.

سیستم تهویه ی مرکزی به سیستمی گفته می شود که با استفاده از یک هیتر یا چیلر که در موتورخانه تعبیه می شود، آب گرم یا سرد را به مبدل های حرارتی که در بخش های مختلف ساختمان نصب شده اند، می فرستد تا در این مبدل ها بین آب و هوای داخل اتاق ها انتقال حرارت انجام گرفته و دمای اتاق به دمای آسایش نزدیک شود. درباره سیستم کنترل چیلر بیشتر بدانید.

در هواسازها در عوض آب، به طور مستقیم از هوا استفاده می شود تا گرما یا سرمای هیتر یا چیلر از طریق کویل های داخل هواساز به هوا منتقل شده و این هوا در قسمت های مختلف ساختمان پخش شود.

عملکرد دستگاه هواساز

از هواسازها به منظور تأمین هوای مطلوب و کنترل شرایط محیطی استفاده می شود. این دستگاه شامل قسمت های مختلفی همچون بخش ورودی، فیلتر، کویل گرمایشی و سرمایشی، رطوبت زن یا رطوبت گیر، فن، و بخش خروجی می باشد.

هوای ورودی که می تواند ترکیبی از هوای تازه و هوای برگشتی باشد، از بخش ورودی وارد هواساز می شود و ابتدا از فیلترهای بزرگ عبور کرده تا ذرات معلق بزرگ، مو و سایر آلودگی ها از آن حذف شود.

سپس هوا وارد کویل های سرد کننده و گرم کننده می شود تا به دمای مطلوب برسد. در این قسمت از کویل های فن دار استفاده می شود تا سطح تبادل حرارتی افزایش یابد.

بیشتر بدانید: کویل سرمایشی و گرمایشی چیست+ اجزا و عملکرد آن

سپس هوا وارد بخش رطوبت زن و یا رطوبت گیر شده تا از نظر رطوبت نیز به شرایط مطلوب برسد. در نهایت پس از عبور هوا از فیلترهای اصلی و تحت تاثیر فن به کانال متصل به هواساز وارد شده و از آنجا به قسمت های مختلف ساختمان توزیع می گردد.

بنابراین، هواساز قادر است تا شرایطی مانند دما، رطوبت، و آلودگی را در تمام طول سال کنترل و تنظیم نماید.

مزایای استفاده از دستگاه هواساز

سرعت بالا

به دلیل نوع و طراحی هواسازها، این دستگاه ها می توانند زمان انتظار را برای کاربر به میزان زیادی کاهش دهند. البته برای دستگاه های مختلف، طول کانال هواساز تا اتاق ها باید در میزان مجاز اعلام شده توسط سازنده باشد تا از سرعت مناسب آن اطمینان حاصل شود.

طراحی کارا

بهینه بودن طراحی یک دستگاه زمانی مشخص می شود که طراحی امروز و فردا یکسان باشند. طراحی هواسازها به گونه ای بوده که در دهه های گذشته تنها جزئیات آن ها تغییر کرده که این نکته، نشان دهنده ی بازده بالای این سیستم ها است.

جامع بودن دستگاه

اغلب هواسازهای استاندارد توانایی تنظیم دما و رطوبت هوا در شرایط مختلف آب وهوایی را داشته و می توانند به اندازه ی کافی از ورود گردوغبار و هرگونه آلودگی به داخل ساختمان جلوگیری کنند.

کنترل آسان

کنترل هواسازها معمولاً به آسانی انجام شده و برای به راه انداختن این سیستم ها نیاز به تنظیمات پیچیده ای وجود ندارد؛ بنابراین هر کاربر با کمترین سطح تخصص می تواند از این سیستم استفاده کرده و آن را تنظیم کند.

اجزای دستگاه هواساز

برخی از اجزای کلیدی تقریباً در تمام هواسازها پیدا می شوند. هر هواساز دارای حداقل یک فن، یک کویل، یک فیلتر و چندین بخش دیگر است که در ادامه هر قسمت را به طور جداگانه بررسی می کنیم.

فن

هدف استفاده از فن، به حرکت درآوردن هوا در داخل هواساز است. به همین دلیل، می توان فن را به عنوان قلب هواساز در نظر گرفت. در برخی موارد از فن به عنوان دمنده نیز یاد می شود. اکثر فن های هواسازها از نوع گریز از مرکز هستند. فن های گریز از مرکز توانایی ایجاد فشار بالای در جریان هوا را دارند که وجود این فشار برای توزیع هوا در قسمت های مختلف ساختمان، ضروری است.

تمام هواسازها حداقل یک فن برای به جریان درآوردن هوا داخل کانال ها نیاز دارند اما در برخی از هواسازها به دلیل طولانی بودن کانال ها از یک فن دیگر برای بازگرداندن هوا به داخل هواساز استفاده می شود.

فیلتر هوا

وظیفه ی فیلترهای هوا، تمیز کردن هوای ناسالمی است که وارد هواساز می شود. فیلترها قبل از سایر اجزا مانند کویل ها و فن قرار داده می شوند.

دلیل این مسئله اطمینان از تمیز بودن هوا قبل از ورود به بخش هایی مانند مبدل های حرارتی است. خاک، گردوغبار و آلودگی می تواند روی قسمت های مختلف هواساز و کانال ها نشسته و مشکلات مختلفی ایجاد کند.

درصورتی که فیلتری استفاده نشود، با افزایش گردوغبار در تجهیزات مکانیکی، عملکرد هواساز با گذشت زمان افت خواهد کرد. همچنین با حذف آلودگی ها از هوا توسط فیلتر، هوای سالم، وارد اتاق های ساختمان شده و آسایش کاربران ساختمان را فراهم می کند.

عدم استفاده از فیلترهای مناسب و عدم تعویض فیلترها در بازه ی زمانی تعیین شده می تواند مشکلات تنفسی برای کاربران ساختمان ایجاد کند.

در کاربردهای مختلف از فیلترهای گوناگونی استفاده می شود و اغلب بیش از یک فیلتر در هواساز وجود دارد. اکثر هواسازها دارای یک فیلتر اولیه و یک فیلتر نهایی هستند.

فیلتر اولیه یک فیلتر با کارایی پایین است که ذرات بزرگ تر را از هوا حذف می کند و فیلتر نهایی، کارایی بالاتری داشته و ذرات باقی مانده از فیلتر اولیه را از هوا پاک می کند.

در برخی از هواسازها سنسور اختلاف فشاری وجود دارد که میزان اختلاف فشار قبل و بعد از فیلترها را اندازه گیری می کند. با گذشت زمان و نشستن آلودگی ها و گردوغبار روی فیلترها، اختلاف فشار افزایش یافته و با رسیدن این کمیت به میزان مشخص، هواساز زمان تعویض فیلتر را اعلام می کند.

فیلترهایی که در کاربردهای تهویه مطبوع استفاده می شوند، تنوع بالایی دارند. فیلترهای زیر، پراستفاده ترین فیلترهایی هستند که می توان در هواسازها یافت.

بیشتر بدانید:اصول کنترل رطوبت و رطوبت گیری در سیستم تهویه مطبوع

فیلتر HEPA

فیلتر HEPA یا High-efficiency particulate air (فیلتر حذف کننده ی ذرات معلق با کارایی بالا) فیلتری است که از الیافی که جهت گیری تصادفی در بافت دارند، تشکیل شده است. جنس این فیلتر از مواد مصنوعی یا شیشه است. فیلترهای HEPA کارایی بسیار بالایی در حذف ذرات بسیار کوچک حتی در مقیاس نانومتر دارند.

این فیلترها در کاربردهای خاص مانند موارد پزشکی، صنایعی با فناوری بالا و کاربردهای شیمیایی استفاده می شوند. هزینه ی فیلترهای HEPA بسیار بالا بوده و درصورتی که قصد نصب این فیلتر در هواسازهای خانگی را داشته باشید، هواساز نیاز به تغییراتی در طراحی خواهد داشت؛ بنابراین، فیلترهای HEPA در کاربردهای خانگی به ندرت استفاده می شوند و فیلترهای دیگری وجود دارد که کارایی متناسب با کاربردهای خانگی دارند.

فیلتر نور UV

فیلترهای نور UV (UV light Filter) با حذف مواد حساسیت زا و میکروب هایی مانند قارچ ها، باکتری ها و کپک، هوا را پاکسازی می کنند. تمام نورهای UV برای سلامتی انسان ها مفید نیستند و به همین دلیل استفاده از طیف مناسب UV برای داشتن بهترین کیفیت هوا ضروری است.

همچنین نصب فیلترهای نور UV نیاز به سطح تخصص و تجربه ی بالایی دارد؛ بنابراین در هنگام نصب این فیلترها باید با متخصصین این زمینه مشورت شود.

فیلتر الکترواستاتیک

فیلتر الکترواستاتیک (Electrostatic Filter) یا فیلتر قابل شستشو یا فیلتر قابل استفاده مجدد وظیفه ای مشابه سایر انواع فیلترها دارد اما در این نوع از فیلترها با استفاده از الکتریسیته، خاک و گردوغبار از هوا پاکسازی می شود.

به دلیل اینکه تعویض این نوع از فیلترها هر سه ماه یک بار انجام می شود، کاربردهای آن ها بسیار زیاد است. همچنین برخلاف سایر فیلترها می توان این فیلترها را شست و دوباره استفاده کرد.

فیلتر فایبرگلاس

فیلترهای فایبرگلاس (Fiberglass Filter) از الیاف شیشه ساخته می شوند. این نوع از فیلترها ارزان قیمت بوده و فراهم کردن آن ها راحت است. این فیلترها توان حذف ذرات کوچک از جریان هوا را نداشته و تنها برای ذرات بزرگ مناسب هستند. عمر این فیلترها کوتاه بوده و تقریباً هرماه نیاز به تعویض دارند.

فیلتر پنلی چین خورده

فیلترهای پنلی چین خورده (Pleated filter) از کتان یا پلی استر ساخته می شوند. نام گذاری این فیلترها به دلیل نحوه ی قرارگیری صفحات فیلتر است که برای افزایش سطح عبور هوا، این صفحات به روش خاصی تا می شوند. این فیلترها توانایی حذف ذرات بزرگ مانند گردوغبار و ذراتی با اندازه ی متوسط را دارند.

طراحی فیلترهای پنلی به گونه ای است که نسبت به سایر فیلترها کمتر مانع جریان هوا شده و انرژی مصرفی فن های هواساز را کاهش می دهند. مدت زمان استفاده از این فیلترها معمولاً سه ماه بوده و پس از این زمان باید تعویض شوند.

کویل های مبدل حرارتی

هدف استفاده از کویل ها افزایش یا کاهش دمای هوایی است که از هواساز عبور می کند. مبدل های حرارتی متنوعی برای این منظور استفاده می شوند که هرکدام، اندازه و شکل خاصی دارند.

شیر کنترل

وظیفه ی شیر کنترل، تنظیم جریان آب یا بخاری است که از کویل ها عبور می کند. به طور نمونه، در صورت نیاز به دمای پایین تر، شیر کنترل جریان آب خنک را افزایش داده و با افزایش این جریان، کویل ها خنک تر شده و تبادل حرارتی افزایش می یابد و درنتیجه دمای هوای عبوری از هواساز کاهش می یابد. معمولاً شیرها توسط محرک الکترونیکی کنترل می شوند که این محرک ها توانایی باز کردن یا بستن شیر را دارند.

دمپر هوا

وظیفه ی دمپر هوا کنترل میزان هوایی است که از هواساز عبور می کند. دمپرهای دستی در کانال ها یا دریچه ها تعبیه می شود و با استفاده از این دمپرها می توان میزان هوای ورودی را تنظیم کرد.

دمپرهای خودکاری نیز وجود دارند که با استفاده از محرک های الکترونیکی می توانند کانال ها را باز کرده و یا ببندند. وظیفه ی دیگر دمپرها تنظیم نسبت هوایی است که از دو کانال مختلف وارد هواساز می شود. همان طور که در ابتدای مقاله اشاره شد، هوا از خارج ساختمان و داخل ساختمان به هواساز وارد می شود.

هوای خارج از ساختمان، تازه است اما نیاز به صرف انرژی بالاتری برای تنظیم دما و رطوبت دارد. در مقابل، هوای داخل ساختمان، با انرژی کمی به دما و رطوبت مناسب می رسد اما تازگی هوای بیرون را ندارد.

به همین دلیل، با استفاده از دمپرها، دو جریان هوا باهم مخلوط می شوند تا با کمترین انرژی، هوایی با دما، رطوبت و تازگی مناسب به دست آید.

کانال ها

کانال ها راه هایی برای عبور هوا هستند که با استفاده از آن ها می توان به نقاط مختلف ساختمان دسترسی داشت. کانال ها مانند لوله هستند که هواساز را به نقاط موردنیاز متصل می کنند.

به همین دلیل، کانال ها باید توانایی تحمل فشار هوا با دبی بالا را داشته باشند. کانال ها با استفاده از ورقه های فلز ساخته می شوند تا صلبیت کافی برای نگهداری شکل اولیه را داشته باشند.

انواع هواساز

معیارهای مختلفی برای دسته بندی هواسازها وجود دارد که در ادامه چندین مورد از این معیارها را بررسی می کنیم:

دسته بندی بر اساس نحوه ی قرارگیری هواساز

هواسازها به دو دسته ی کلی افقی و عمودی تقسیم می شوند. در هواسازهای افقی تمام اجزا در یک سطح نصب می شوند و این هواسازها فضای بیشتری از هواسازهای عمودی اشغال می کنند.

معمولاً هواسازهایی از نوع افقی انتخاب می شوند که ظرفیت آن ها بالا باشد. هواسازهای افقی اغلب در موتورخانه نصب می شوند اما در برخی از موارد، می توان این نوع از هواسازها را روی سقف نیز نصب کرد.

همچنین بخوانید: معرفی بهترین روش های کنترل دستگاه هواساز

هواسازهای عمودی فضای بسیار کمی را اشغال می کنند. در طراحی هواسازهای عمودی باید به این نکته توجه شود که هد هوایی که فن تولید می کند، برای رسیدن به اتاق ها کافی باشد.

دسته بندی بر اساس نوع فن

دو نوع فن مکنده (Draw-Though) و دمنده (Blow-Through) در هواسازها استفاده می شود. در فن های مکنده، محل قرارگیری فن در پایین دست کویل ها است. هواسازهایی که دارای فن دمنده هستند، بیشترین استفاده را دارند. در فن های دمنده برخلاف فن های مکنده، جریان هوا قبل از ورود به کویل ها وارد فن می شود.

دسته بندی بر اساس نوع هوای ورودی

ورودی اکثر هواسازها می تواند تنها هوای خارج از ساختمان یا مخلوطی از هوای خارج از ساختمان و هوای داخل ساختمان باشد. هواسازهایی که تنها هوای خارج از ساختمان را تهویه می کنند، کانالی برای بازگشت هوا از ساختمان به هواساز ندارند. این هواسازها ممکن است سیستمی با حجم ثابت یا حجم متغیر باشند که سیستم های حجم متغیر تنها در مواردی به کار می رود که تعداد کاربران ساختمان، متغیر باشد. هواسازهایی که ورودی آن ها تنها هوای خارج از ساختمان است، دارای کویل های 6 تا 8 ردیفه برای افزایش میزان انتقال حرارت هستند.

دسته بندی بر اساس تعداد ناحیه های کاری

هواسازها بر اساس نواحی کاری به دو دسته ی تک ناحیه ای و چندناحیه ای تقسیم می شوند. همان طور که از نام گذاری این دسته بندی مشخص است، هواسازهای تک ناحیه ای تنها هوای یک قسمت را تهویه می کنند درحالی که هواسازهای چندناحیه ای برای تهویه ی چند بخش مختلف استفاده می شوند.

انواع هواساز از نظر کاربرد

هواسازها را از نظر کاربرد می توان به سه نوع معمولی، هیت ریکاوری یا بازیابی، و هایژنیک یا بیمارستانی تقسیم کرد.

• هواساز معمولی: هواسازهای معمولی به دو نوع سرمایشی و گرمایشی تقسیم می شوند که هر کدام می توانند به صورت مستقل طراحی و تولید شوند. این هواسازها قابلیت استفاده از اجزای متفاوت را دارا هستند. همچنین، می توان میزان تصفیه و پاکسازی هوا را بر اساس میزان حد آلایندگی و آلودگی مورد نظر کنترل کرد. استفاده از این هواسازها که به دو کویل سرمایشی و گرمایشی مجهز شده باشند، نیاز به سایر تجهیزات سرمایشی و گرمایشی مانند فن کویل یا داکت اسپلیت ها را از بین برده، و با نصب یک دستگاه هواساز سرمایشی و گرمایشی، می توان نیازهای تهویه ساختمان را در فصول مختلف تأمین کرد.
• هواساز هیت ریکاوری: هواساز هیت ریکاوری دارای شباهت زیادی با هواسازهای معمولی دارد، اما با ایجاد تغییرات ساختاری در عملکرد و بهبود سطح تبادل حرارتی به وسیله مبدل های صفحه ای، راندمان سرمایشی و گرمایشی آن ها افزایش یافته است. بنابراین مصرف انرژی آن ها نسبت به هواسازهای معمولی کاهش یافته است. در واقع در این هواساز، هوای برگشتی از اتاق در مسیر خروج خود به محیط بیرون از مبدل صفحه ای عبور کرده و در مسیر دیگر این مبدل هوای ورودی به هواساز عبور می کند. لذا تبادل حرارتی بین هوای برگشتی و هوای ورودی به هواساز رخ خواهد داد.
• هواساز هایژنیک: هواساز هایژنیک یا بهداشتی، یک نوع هواساز بوده که علاوه بر تولید هوای سرد یا گرم، قابلیت تصفیه و پاکسازی کامل هوا را دارا می باشد. این هواسازها اغلب از سه لایه فیلتر متفاوت استفاده کرده، تا بتوانند حداکثر تصفیه هوا را انجام دهند. همچنین، در برخی موارد با قرار دادن لامپ های ماورای بنفش، می توان باکتری ها و ویروس های موجود در هوا را نیز از بین برد و هوای بهداشتی با کیفیت خوبی را فراهم کرد. از سایر نکات این هواسازها می توان به محل قرارگیری فن آن ها اشاره کرد. دراین هواسازها معمولا فن در ابتدای هواساز قرار می گیرد تا هوای درون دستگاه را فشار مثبت کند تا از نفوذ احتمالی هوای محیط به آن جلوگیری شود. ویژگی های هواسازهای بهداشتی باعث شده است که مراکز بهداشت و درمان و ساختمان های ایزوله به دنبال تهیه و استفاده از آن ها باشند.

انواع هواساز از نظر نحوه هوادهی

• هواساز با حجم هوادهی ثابت Constant Air Volume: در سیستم های با حجم هوادهی ثابت (CAV)، هواساز همواره نرخ جریان هوای خروجی را ثابت نگه می دارد و با تغییر دمای هوای خروجی، به تغییر دمای فضای داخل ساختمان می پردازد. به عبارت دیگر برای تامین ظرفیت برودتی یا حرارتی مورد نظر از حجم مشخصی هوا استفاده شده و با تغییر بار حرارتی یا برودتی، سعی در تغییر دمای هوای خروجی از هواساز می باشد. برای دمای خروجی از هواساز نیز می توان از یک شیر برای تنظیم دبی آب عبوری از کویل سرمایشی یا گرمایشی استفاده کرد. همچنین، در برخی موارد به جای کویل آبگرم، می توان از هیتر الکتریکی نیز استفاده کرد.
• هواساز با حجم هوادهی متغیر Variable Air Volume: در سیستم های با حجم هوادهی متغیر (VAV)، دمای هوای خروجی از هواساز ثابت بوده و با تغییر حجم هوادهی، دمای داخل ساختمان تنظیم می شود. به عبارت دیگر برای تامین ظرفیت برودتی یا حرارتی مورد نظر به جای تغییر دما، از تغییر دبی هوا استفاده می شود. برای این منظور با تغییر سرعت چرخش فن دستگاه، دبی هوای ارسالی توسط فن کاهش یا افزایش می یابد. همچنینف در صورت نیاز به دماهای مختلف در مناطق مختلف ساختمان، می توان با استفاده از جعبه های VAV در مسیر کانال اصلی هر زون، حجم هوادهی آن را به تناسب دمای مورد نظر تغییر داد. جعبه های VAV دارای دمپرهایی هستند که به صورت اتوماتیک و با توجه به دمای تنظیم شده در زون مربوطه، حجم هوای عبوری را تغییر می دهند.

بازیافت انرژی در هواساز

از مهم ترین و رایج ترین روش هایی که برای افزایش کارایی هواسازها و کاهش انرژی مصرفی سیستم تهویه مطبوع استفاده می شود، بازیافت انرژی است.

در این روش، انرژی هوایی که به بیرون از ساختمان می رود، دریافت و به هوایی که وارد ساختمان می شود، منتقل می شود. در ادامه تعدادی از طرح هایی که برای پیاده سازی این روش استفاده می شوند را بررسی می کنیم.

اگر کانال های هوای ورودی و خروجی از هم فاصله داشته باشند، از کویل دورگذر (run around coil) برای بازیافت انرژی حرارتی استفاده می شود. این کویل، گرما یا سرمای هوای خروجی را دریافت و آن را به هوای ورودی منتقل می کند. سیالی که در داخل کویل ها جریان دارد، آب است که به وسیله ی یک پمپ جابجا می شود.

روش دیگری که برای بازیافت انرژی در هواسازها به کار می رود، استفاده از چرخ حرارتی است. برای استفاده از این روش، کانال های هواساز باید در مجاورت همدیگر قرار گرفته باشند که در طرح های جدیدتر و فشرده ی هواسازها چنین شرایطی وجود دارد. در این روش از یک چرخ بزرگ دوار که نصف آن در جریان هوای خروجی و نصف دیگر آن در جریان هوای ورودی قرار دارد، استفاده می شود.

چرخ توسط یک موتور القائی دوران می کند و قسمتی که در کانال خروجی هوا قرار گرفته، گرما یا سرمای هوای خروجی را دریافت می کند. این انرژی در موادی که در چرخ حرارتی وجود دارد، ذخیره می شود و با دوران چرخ، انرژی ذخیرده شده به هوای ورودی به ساختمان داده می شود.