HVAC چیست؟| از تاریخچه تا آناتومی یک سیستم تهویه مطبوع

کلمه HVAC سرواژه عبارت Heating, Ventilation, and Air Conditioning است که به معنی “گرمایش”، “تهویه هوا”  و ” تهویه مطبوع” است. همین معانی کلمات مشخص می‌کنند که HVAC به معنی سیستم‌هایی است که در یک ساختمان وظیفه تامین گرمایش، سرمایش و تهویه هوا را بر عهده دارند.

به بیان دیگر سیستم‌های اچ وی ای سی یا همان HVAC موظف به تامین دمای آسایش، کیفیت و مطلوبیت هوا در یک محیط هستند. این کیفیت و مطلوبیت به معنی گرمای مناسب، خنکی دلپذیر و هوایی است که به اندازه کافی رطوبت دارد.

نکته بسیار مهمی که در خصوص چیستی HVAC باید بدان توجه کنید این است که کلمه HVAC یک واژه مادر یا چترگونه است که همه واحدهای زیر مجموعه این اصطلاح را در بر می‌گیرد. به این معنی که همه HVACها واحدهای تهویه مطبوع نیستند، حتی اگر واحدهای AC یا Air Conditioning در زیر چتر HVAC گنجانده شده باشند.

بر این اساس HVAC ها می‌توانند اشکال و اندازه‌های مختلفی داشته باشند. این موضوع بستگی زیادی به طراحی فضا و ویژگی‌های محیطی دارد که یک سیستم HVAC در آن استفاده می‌شود. همچنین سیستم‌های HVAC مزایای متفاوتی نسبت به هم دارند.

تاریخچه سیستم‌های HVAC: نقطه آغاز تهویه مطبوع کجاست؟

سیستم‌های HVAC از روش‌های اولیه کنترل دما در جوامع باستانی بوده‌اند و تا امروز راهی بسیار طولانی را پیموده‌اند.

تکامل فناوری HVAC گواهی بر نبوغ و نوآوری انسان بوده و نشان می‌دهد که بشر از ابتدا برای داشتن دمای متعادل در فضاهای داخلی محل زندگی خود به فکر راه‌کار بوده است.

در روم باستان، شهروندان ثروتمند از گرمای سازه‌ای به نام هیپوکاست لذت می‌بردند که نوع خاص و ابتدایی گرمایش از کف است. Hypocausts دارای یک منطقه باز در زیر زمین بوده‌اند که به واسطه سوزاندن نوعی مواد پر از گازهایی گرم می‌شدند و هوای گرم آن‌ها از طریق دودکش به اتاق‌های بالایی هدایت می‌شدند.

در زمان سلسله هان در چین، مخترعان دوران نوع خاصی از فن‌های دستی را برای خنک کردن فضاهای داخلی در طول ماه‌های گرم تابستان اختراع کردند.

در قرن نوزدهم شاهد پیشرفت‌های قابل توجهی در فناوری HVAC بوده‌ایم که به واسطه انقلاب صنعتی رخ داده‌اند. اختراع رادیاتورهای بخار، توسعه سیستم‌های گرمایش متمرکز را امکان پذیر کرد که گرما را از طریق شبکه‌های لوله در ساختمان‌ها و خانه‌ها توزیع می‌کردند.

سیستم‌های تهویه همچنین کیفیت هوا را با وارد کردن هوای تازه از طریق فن‌های مکانیکی یا دودکش‌ها و پنجره‌های بازشونده بهبود بخشیدند.

قرن بیستم و هم زمان با معرفی الکتریسیته به جهان شاهد توسعه سیستم‌های تبریدی هستیم. دوره دیگری از تحول و نوآوری سریع در فناوری .HVAC

به طور مثال در سال 1902 میلادی فردی به نام Willis Carrier  ویلز کریر، کمپرسور تبرید گریز از مرکز را اختراع کرد. این یکی از اختراعاتی بود که پایه و پیش‌ساز  تهویه مطبوع مدرن به حساب می‌آید. در سال 1933، شرکت تهویه مطبوع کریر آمریکا اولین تهویه مطبوع مکانیکی را عرضه کرد که به مدلی برای سیستم‌های خنک کننده هوا تبدیل شد که هنوز هم استفاده می‌شود.

اما با گذشت زمان، سیستم‌های HVAC کوچک‌تر و در دسترس‌تر شدند و به فن‌آوری‌های گرمایش و سرمایش اجازه دادند که به راحتی با اجزای دیگر تجهیزات در یک سیستم ترکیب شوند. در اواخر دهه 1960، اکثر خانه‌های جدید دارای هوای متمرکز بودند.

اجرای مبردها و عایق‌های مصنوعی منجر به افزایش قابل توجهی در کارایی سیستم‌های HVAC شد و معرفی فیلترهای هوا و سیستم‌های تهویه به حذف آلاینده‌ها و آلرژی زاها از فضاهای داخلی کمک کرد.

به تدریج کنترلرهایی به این دستگاه‌ها اضافه شد که امکان سفارشی سازی دمای دلخواه را فراهم می‌کند.

در دهه‌های اخیر، بهره‌وری انرژی و پایداری به نیروهای محرکه نوآوری در صنعت HVAC تبدیل شده‌است. با افزایش آگاهی از تغییرات آب و هوا و اثرات زیست محیطی، تولیدکنندگان بر روی توسعه سیستم‌هایی متمرکز شده‌اند که انرژی کمتری مصرف می‌کنند و نشت آب، هوا و مبرد را به حداقل می‌رساند. واحدهای HVAC با راندمان بالا، ترموستات‌های هوشمند و پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی تنها بخشی از فناوری‌هایی هستند که برای کاهش مصرف انرژی و انتشار بیش از حد کربن طراحی شده‌اند.

ادغام فناوری هوشمند همچنین نحوه تعامل ما با سیستم‌های HVAC را تغییر داده است. ترموستات‌های مجهز به WIFI به کاربران این امکان را می‌دهند که از راه دور گرمایش و سرمایش خود را از طریق اپلیکیشن‌های گوشی هوشمند کنترل کنند. علاوه بر این، حسگرها و تجزیه و تحلیل داده‌ها، تعمیر و نگهداری پیش بینی را برای شناسایی و رفع مشکلات احتمالی قبل از تشدید آنها امکان پذیر می‌کند.

واحدهای تشکیل دهنده HVAC کدام است؟

هر ماشین پیچیده از واحدهای مختلفی تشکیل شده است. درست کار کردن این واحدها در کنار یکدیگر منجر به عملکرد مناسبی می‌شود که دستگاه برای آن طراحی شده است. برای همین لازم است با واحدهای مختلف HVAC نیز آشنا شوید و بدانید هر بخش چه مسئولیتی را بر عهده دارد.

نکته بسیار مهم این است که این واحدها در انواع مختلف سیستم‌های HVAC با کمی تغییر در جزئیات اصلی وجود دارد. همچنین آنچه قرار است در ادامه بخوانید در واقع آناتومی اصلی در رایج‌ترین نوع سیستم‌های HVAC است. یعنی قرار نیست در این مطلب راجع به جزئیات دستگاه‌هایی که در یک HVAC استفاده می‌شود که شامل اواپراتور، کندانسور، کمپرسور و… می‌شود سخن بگوییم، بلکه می‌خواهیم بدنه اصلی یک HVAC و نحوه عملکرد آن را شرح بدهیم.

آناتومی یک سیستم HVAC از 4 جزء اصلی زیر تشکیل شده است:

• واحد گرمایش مرکزی central heating unit
• واحد خنک کننده the cooling unit
• اجزای تهویه the ventilation components
• دستگاه‌های جانبی ancillary devices
• واحد گرمایش مرکزی یا central heating unit

واحد گرمایش مرکزی قلب سیستم HVAC شما در هوای سرد است. این واحد گرمایی را فراهم می‌کند که فضاهای داخلی محل زندگی یا کار شما را راحت نگه می‌دارد. واحد گرمایش مرکزی معمولاً به شکل یک کوره یا دیگ بخار است که با سوخت‌های مختلفی مانند گاز طبیعی، برق یا نفت کار می‌کند. وظیفه اصلی این بخش تولید و توزیع گرما در سراسر ساختمان از طریق کانال یا سایر روش‌های توزیع گرماست.

واحد گرمایش مرکزی از دو بخش اصلی تشکیل شده است که شامل موارد زیر می‌شود:

• : Furnace یا کوره

کوره یک جزء گرمایشی پرکاربرد است که هوا را گرم می‌کند و آن را از طریق کانال به سراسر ساختمان می‌فرستد. کوره با سوخت گاز طبیعی، برق یا نفت کار می‌کند. این جزء نقش مهمی در حفظ آب و هوای راحت داخل ساختمان دارد چون هوای گرم را به صورت یکنواخت به سرتاسر ساختمان انتقال می‌دهد.

1-2: Boiler یا دیگ بخار

بر خلاف کوره که هوا را گرم می‌کند وظیفه دیگ بخار یا بویلر گرم کردن آب است. بویلر موظف است آب را گرم کند تا خود آب یا بخار آن فضای داخلی یک ساختمان را گرم نگه دارد. معمولاً بویلر گرما را از طریق رادیاتورها، سیستم‌های گرمایش از کف یا سایر روش‌های توزیع گرما پخش می‌کند. بویلرها رویکرد متفاوتی برای گرمایش ارائه می‌دهند و به ویژه در سیستم‌هایی که به راه حل‌های گرمایش هیدرونیک نیاز دارند، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• واحد خنک کننده the cooling unit

واحد خنک کننده درست همان کاری را می‌کند که واحد گرمایش مرکزی انجام می‌دهد؛ اما در جبهه مخالف. به این معنی که واحد خنک کننده موظف است در هوای گرم، دمای ساختمان را کاهش داده و به کمک از بین بردن رطوبت اضافی، دمای مطلوب را برای ساختمان فراهم کند.

این واحد از یک تهویه مطبوع یا یک پمپ حرارتی تشکیل شده است که واحد خنک کننده آن گرما را از محیط داخلی جذب می‌کند و آن را در خارج از ساختمان آزاد می‌کند.

این واحد را نیز می‌توان به دو بخش تقسیم کرد:

2-1:  Air Conditioner یا کولر گازی

کولر گازی پرکاربردترین وسیله خنک کننده در سیستم‌های HVAC محسوب می‌شود. این تجهیز در یک حلقه بسته با یک مبرد عمل کار می‌کند، ماده‌ای که به راحتی گرما را جذب و آزاد می‌کند. همانطور که مبرد در سیستم می‌چرخد، گرما و رطوبت را از هوای داخل خارج می‌کند و محیط را خنک می‌کند.

2-2: Heat Pump یا پمپ حرارتی

پمپ حرارتی یک دستگاه کنترل آب و هوای همه کاره است که می‌تواند فضا را هم گرم کند و هم آن را خنک نگه دارد. بسته به این که در چه فصلی باشیم این بخش از سیستم HVAC با انتقال گرما از یک مکان به مکان دیگر کار می کند. یعنی در طول تابستان، گرما را از داخل بیرون می‌کشد و آن را در بیرون از ساختمان آزاد می کند. در  فصل زمستان نیز، این فرآیند معکوس انجام می‌شود. یعنی Heat Pump  گرما را از هوا یا زمین بیرون می‌گیرد و آن را به داخل خانه منتقل می کند.

• اجزای تهویه یا Ventilation Components

اجزای سیستم تهویه HVAC تضمین می‌کند که هوا به طور موثر در سراسر محیط داخلی گردش می‌کند و به راحتی و کیفیت هوا کمک می‌کند. این بخش از سیستم تهویه مطبوع عمدتاً از کانال‌ها، هواگیر، دریچه‌ها و رجیسترها تشکیل شده است. هر یک از اینها نقش مشخصی در حرکت، توزیع و تنظیم جریان هوا در داخل ساختمان بر عهده دارند.

3-1: Ductwork یا کانال کشی

داکت ورک را می‌توان عروق یک سیستم تهویه مطبوع  HVAC دانست. سیستمی که از گذرگاه‌های مختلفی تشکیل شده که هوای گرم یا سرد را در قسمت‌های مختلف یک ساختمان منتقل می کند. این کانال‌ها برای توزیع هوای گرم و سرد شده از واحد گرمایش یا سرمایش مرکزی به اتاق‌ها و فضاهایی که نیاز به کنترل دما دارند، حیاتی هستند.

3-2: Airhandler یا هواگرد

وجود هواگرد برای جابجایی هوا در سراسر کانال توزیع بسیار مهم است. این واحد معمولاً در نزدیکی واحد گرمایش یا سرمایش مرکزی قرار دارد و موظف است هواگیر دمنده و مکانیسم‌های دیگری که به گردش هوا کمک می‌کنند را در خود جای دهد. Airhandler نیروی محرکه‌ای است که هوا را از طریق کانال‌های توزیع به قسمت‌های مختلف ساختمان می‌راند.

3-3: Vents and Registers یا دریچه‌ها و رجیسترها

دریچه‌ها و رجیسترها نقاط ورود و خروج هوا در هر اتاق هستند. آنها معمولاً روی دیوارها، سقف‌ها یا کف اتاق‌ها کار گذاشته می‌شوند. دریچه‌ها اغلب به تجهیزاتی قابل تنظیم برای کنترل جهت و حجم جریان هوا مجهز هستند. این اجزا به توزیع یکنواخت هوا در یک فضا کمک می‌کنند و آب و هوای داخلی منسجم‌تری ایجاد می‌کنند.

• Ancillary Components یا اجزای جانبی

علاوه بر عناصر اولیه که به گرمایش، سرمایش و تهویه اختصاص داده شده است، یک سیستم HVAC شامل اجزای جانبی مختلفی است. اینها برای بهبود کار سیستم‌های HVAC، بهبود کیفیت هوا و کنترل بیشتر بر شرایط داخلی طراحی شده‌اند. به طور معمول این اجزای جانبی شامل ترموستات، فیلتر هوا و مرطوب کننده‌ها یا رطوبت گیرها هستند.

 :4-1ترموستات

در انواع مختلف سیستم‌های HVAC ترموستات به عنوان مرکز کنترل سیستم تهویه مطبوع عمل می‌کند. این بخش به مصرف‌کنندگان اجازه می‌دهد تا دمای داخلی را به راحتی کنترل و تنظیم کنند. چه یک واحد دستی اولیه و چه یک دستگاه هوشمند پیچیده، ترموستات با واحدهای گرمایش یا سرمایش مرکزی ارتباط برقرار می‌کند تا آب و هوای داخل خانه را مطابق با ترجیحات مصرف‌کننده تنظیم کند.

:4-2فیلترهای هوا

فیلترهای هوا برای حفظ کیفیت هوای داخلی بسیار مهم هستند. این فیلترها که در کنترل کننده هوا یا سایر نقاط سیستم HVAC قرار دارند، گرد و غبار، گرده و سایر ذرات معلق در هوا را جذب می‌کنند. با انجام این کار، آنها کیفیت هوا را بهبود می‌بخشند و سیستم را از آسیب احتمالی که تجمع زباله می‌تواند ایجاد کند محافظت می‌کند.

:4-3رطوبت ساز و رطوبت گیر

رطوبت‌گیرها تجهیزاتی هستند که وجود آن‌ها در دستگاه HVAC اختیاری است. این تجهیزات موظفند سطوح رطوبت را در فضای داخل ساختمان کنترل می‌کنند. یک دستگاه مرطوب کننده، رطوبت را به هوا اضافه می‌کند و آن را برای آب و هوای خشک یا ماه‌های سرد سال ایده آل می‌کند. در عین حال، یک دستگاه رطوبت گیر رطوبت اضافی را جذب و بعد آن را حذف می‌کند.

آیا این همه چیزی است که لازم است در پاسخ به این سوال  که HVAC چیست؟ و چه اجزایی دارد بدانید؟! قطعا خیر؟ اما اصل موضوع این تجهیزات را در این مطلب مطالعه کردید و به زودی در مقالات دیگری راجع به جزء به جزء HVAC در مجله آسه مطلب منتشر خواهد شد.