سیستم های DOAS

منبع: مجله صنعت تاسیسات شماره 49

از: Brenda Bradley. Dennis Stanke

ماخذ: خبرنامه شرکت TRANE

 

مقدمه

بسیاری از پروژه های تأسیساتی تهویه مطبوع تا سالیان طولانی بر اساس سیستم های هوای مخلوط طراحی می شدند که در آنها دستگاه های هواساز هوای بیرون (OA) و هوای برگشت را با هم خلوط میکردند و پس از پردازش هوای مخلوط، آن را به فضاهای مسکونی ساختمان تحویل میدادند. این سیستم ها ارائه هوا با کیفیت مناسب به نقاط مختلف ساختمان را امکان پذیر ساختند و طراحان می توانستند با تنظیم دمپرهای بیرون و یا در واقع مقدار جریان هوای بیرون مقتضيات بدترین حالت نیاز به تهویه را برآورده سازند. اگر چه این راه حل ساده می توانست كيفيت مطلوب هوای داخل ساختمان را حفظ و تأمین نماید اما به منظور جبران راندمان پایین سیستم تهویه باید مقدار زیادی هوای بیرون را وارد ساختمان مینمود راندمان تهویه بیانگر درصد مقدار اولیه هوای بیرون است که آلاینده های هوای داخل را پیش از اخراج از ساختمان رقیق میکند. درصدهای بالاترهوای تهویه مصرف شده معرف راندمان و بهتر سیستم میباشند. اگر یک سیستم تهویه هوای مخلوط به چندین فضا در ساختمان سرویس دهد که نیازمندی های تهویه آنها با هم متفاوت است راندمان کلی سیستم افت میکند. در چنین حالتی یک فضا که فضای بحرانی نامیده میشود تهویه مناسب و با مقدار کافی هوای بیرون دارد ولی سایر فضاها بیش از حد تهویه می گردند. شیوه های بسیاری برای بهبود راندمان تهویه وجود دارد اما سیستمهای تهویه اختصاصی یکی از مطرح ترین آنها میباشد.

• سیستم تهویه مطبوع اختصاصی چیست؟

یک سیستم تهویه مطبوع اختصاصی از هواسازی مجزا برای پردازش و بهبود کیفیت هوای بیرون پیش از تحویل آن به مکش و ورودی مخلوط کننده های هوای سایر تجهیزات تهویه مطبوع و یا فضاهای مورد تهویه بهره می برد. البته در هر حالت ترمینال يونيت ها وظیفه تأمین بارهای محلی را بر عهده دارند. این هواساز فارغ از نامی که بدان اطلاق می گردد باید هوای ورودی از خارج را رطوبت زدایی سرد گرم و گاهی اوقات رطوبت زنی نماید. در این مقاله به توصیف بخشهای رطوبت زدایی و سرد کردن خواهیم پرداخت که کاربرد بیشتری دارند.
طراحی بسیاری از این واحدها بر مبنای آب سرد و یا کویلهای DX صورت می پذیرد تا هوای ورودی خنک گرده و از سیستم های کویل سرد و یا جاذب فعال نیز برای رطوبت زدایی استفاده می شود.
شیوه رطوبت زدایی با کویل سرد به دلیل هزینه و پیچیدگی کمتر نسبت به فناوری جاذب های فعال بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد و البته قادر به تأمین نیازهای اکثر پروژه های ساختمانهای تجاری و اداری نیز میباشد.

سیستم تهویه اختصاصی

• هوای سرد یا خنثی؟

اگر بعضی از فضاهای سرویس گیرنده از سیستم تهویه اختصاصی OA نیاز به گرمایش
و برخی دیگر در همان زمان احتیاج به سرمایش داشته باشند، طراحان سعی می کنند تا با ارائه هوایی با دمای خنثی مشکل را حل کنند. هوای مطبوع خشک باید برای رسیدن به دمای حباب خشک مطلوب مجدداً گرم شود. (معمولاً بين ۷۰ تا ۷۴۴)، هوا با دمای خنثی و متوسط، بار گرمایی اضافی را که از سیستم تهویه اختصاصی OA به ترمینال یونیت ها
اعمال میشود به حداقل می رساند. اما اگر بیشتر فضاهای سرویس گیرنده از سیستم تهویه اختصاصی OA از لحاظ مقتضیات دمایی یکسان باشند و یا به عبارت دیگر همه آنها در یک لحظه نیاز به گرمایش و یا سرمایش داشته باشند، بهتر است که طراحی بر اساس ارائه هوای سرد انجام شود. دمای حباب خشک هوای مطبوع به نقطه شبنم طراحی هوای رفت که معمولاً بین ۵۰ تا ۵۵f است بستگی خواهد داشت. هوای سردتر نیاز به ترمینال یونیت های کوچک تر و ارزان تری دارد.

• الزامات طراحی

برای نشان دادن چگونگی تأثیر سیستم های تهویه اختصاصی بر انتخاب تجهیزات سیستم سیستم تهویه اختصاصی را در نظر بگیرید. یک سیستم اختصاصی هوای بیرون با پردازش هوای بیرون و تحویل مستقیم هوای مطبوع(CA) به فضا های نیازمند تهویه برآورنده حداقل مقتضیات تهویه می باشد. تامین بار های محسوس محلی در هر یک از فضا ها بر عهده فن کویل های کنترل شونده با ترموستات است.

ضمینه1

 

• انتخاب سیستم اختصاصی هوای بیرون

مقدار جریان هوای مورد نیاز نقطه شبنم و دمای حباب خشک هوای پردازش شده و مطبوع (CA) از پارامترهای اساسی لازم برای انتخاب واحد اختصاصی هوای بیرون میباشند. ضمیمه ۱ روند صحیح و اصولی انتخاب را که در پی می آید به طور خلاصه ارائه می نماید:

1- تعيين شرايط طراحی مبتنی برانتالپی :

شرایط آب و هوایی (ورودی – کویل) در بالاترین انتالیی که معمولاً در نقطه اوج دمای حباب مرطوب و متوسط دمای حباب خشک اتفاق می افتد تعیین کننده حداکثر ظرفیت سردکنندگی واحد اختصاصی هوای بیرون می باشد. اطلاعات مربوط به شرایط آب و هوایی را می توان در کتاب های منتشره سازمانهای هواشناسی محلی یافت.

۲- تعیین و انتخاب شرایط مطلوب فضاهای دارای ساکن :

اکثر طراحان دمای حباب خشک ۷۲ تا ۷۶ درجه فارنهایت را به عنوان نقطه تنظیم یا Set Point در نظر می گیرند. رطوبت نسبی ۶۰ درصد و یا کمتر در استاندارد 1999-62 ASHRAE برای پرهیز از رشد میکروب ها توصیه شده است. بنابراین باید واحد اختصاصی هوای بیرون را طوری انتخاب نمود که مقدار رطوبت نسبی در فضاهای مختلف ساختمان از این حد فراتر نرود. طراحی سیستم تهویه اختصاصی که رطوبت نسبی فضا را در مقداری کمتر مانند 50 درصد محدود می سازد علاوه بر این که هزینه های زیادی در بر خواهد داشت ابعاد تجهیزات را بزرگ تر ساخته و مصرف انرژیآنها را افزایش میدهد.

3- تعیین بار نهان هر یک از فضاها :

بارهای تهان فضاها که غالباً از شرایط آب و هوایی تأثیر نمی پذیرند با استفاده از نرم افزارهای طراحی بار قابل محاسبه می باشند.

4- محاسبه جریان هوای بیرون در سیستم :

این کار با جمع کردن مقادیر حداقل جریان هوای تهویه در فضاهای دارای ساکن امکان پذیر می باشد. مقادیر حداقل تهویه در مقررات محلی و یا استاندارد ASHRAE 62-1999 درج گردیده اند.

5- تعيين بیشترین افزایش در نسبت های رطوبت فضاها :

ترمینال یونیت های حجم ثابتی که مجهز به امکانات رطوبت زدایی نباشند معمولاً قادر به برداشت رطوبت کافی در بارهای محسوس جزئی نیستند. سیستم اختصاصی هوای بیرون با ارائه هوای مطبوع که خشک تر از هوای موجود در هر یک از فضاها میباشد میتواند بارهای نهان محلی را تحت الشعاع قرار داده و رطوبت نسبی را در محدوده ۶۰درصد و یا کمتر از آن حفظ نماید. البته باید توجه داشت که فضایی با بزرگترین بار نهان لزوماً فضای دارای بیشترین افزایش نسبت رطوبت نیست.

ضمینه2

6- محاسبه نسبت رطوبت لازم و نقطه شبنم متناظر با آن برای هوای مطبوع تامین شده توسط واحد اختصاصی هوای بیرون :

برای انجام ای کار بزرگترین افزایش در نسبت رطوبت را از نسبت رطوبت مطلوب در فضاها کم کنید. سیستم تهویه اختصاصی نشان داده شده در شکل ۱ کل بار بیرونی و بارهای نهان تولید شده در هر فضا را برداشت می کند. اگر فضای بحرانی از لحاظ بار نهان را به عنوان مرجع در نظر بگیریم، سایر فضاها از آن خشک تر خواهند بود.

توجه : طراحی هایی که هوای مطبوع را با نسبت رطوبت و یا دمای نقطه شبنمی برابر با فضای هدف تحویل می دهند قادر به برآوردن بارهای نهان محلی نخواهند بود. در این گونه طراحی ها، انداز، واحد اختصاصی هوای بیرون شاید کوچک تر به دست آید اما ابعاد و ظرفیت ترمینال یونیت های مورد نیاز بزرگ تر می باشد که به بالا رفتن رطوبت نسبی در فضاهای داخلی خواهد انجامید.)

7- انتخاب دمای حباب خشک مورد نیازهوای مطبوع :

اگر طراحی سیستم دمای خنثی را برای هوای مطبوع اقتضا کند مقدار حباب خشک را بین 70 تا 75 درجه فارنهایت انتخاب نمایید. اگر مقتضیات طراحی بر مبنای تهویه هوای سرد است دمای حباب خشک را تقریبا معادل نقطه شبنم مطلوب انتخاب کنید.

• انتخاب ترمینال یونیت ها:

چگونگی انتخاب واحد اختصاصی تهویه بر ظرفیت سردکنندگی مورد نیاز(جریان هوای رفت و دمای حباب خشک) هر یک از ترمینال یونیت ها تأثیرگذار است. ضمیمه ۲ روند صحیح و اصولی انتخاب را که در پی میآید به طور خلاصه ارائه می نماید:
۱- تعیین دمای هوای ورودی ترمینال:
یونیت ها تنها با هوای باز چرخشی سروکار دارند که دمایی معادل دمای فضای مورد نظر دارد.
۲- محاسبه سرمایش محسوس تأمین شده توسط سیستم تهویه:
هوای مطبوع “سرد” سرمایش محسوس بیشتری از هوای مطبوع “خنثی” تأمین میکند که کمی سردتر از دمای مطلوب فضای مورد نظر است.
۳- تعیین بار سرمایی محسوس برای هر ترمینال یونیت :
برای این منظور باید سرمایش محسوس سیستم تهویه را از بار محسوس حداکثر (در دمای حباب خشک حداکثر) کم کرد این بارها برای هر یک از فضاها به کمک نرم افزارهای طراحی بار محاسبه می شوند.

4- تعیین جریان هوای رفت مورد نیاز برای هر ترمینال یونیت:

این محاسبه با داشتن دمایی دلخواه از هوای رفت و بار سرمایی محسوس که ترمینال یونیت باید برآورده سازد امکان پذیر خواهد بود.

موقعیت استقرار ترمینال یونیت و هندسه آن بر انتخاب دمای هوای رفت و نیز طراحی سیستم تهویه اختصاصی تاثیرگذار است. تحویل هوای مطبوع سرد در مقایسه با سیستمی که هوایی با دمای خنثی ارائه می نماید از جریان هوای مورد نیاز ترمینال یونیت هم کوچک تر خواهد شد. شرایط انتخاب سایکرومتریک تجهیزات در شکل دو آورده شده است.

انتخاب تجهیزات

• شیوه های بهبود راندمان:

روش های بسیاری از جمله بازیابی انرژی به بهبود راندمان کمک می کنند. اگر سیستم تهویه هوایی با دمای خنثی ارائه کند انرژی بازیابی و یا منتقل شده موجب تعدیل دما خواهد شد. با چنین طراحی هایی می توان گرما را از یونیت های انبساط مستقیم و یا از جریان های هوا بازیابی نمود که این کار معمولا با سری کردن یک مبدل حرارتی هوا با کویل سرمایشی انجام می شود. استفاده از چرخ های انرژی و یا هر نوع مبذل حرارتی هوا سبب پیش پردازش هوای ورودی از بیرون شده و از بار های گرمایی و سرمایی می کاهد.

بنابراین می توان ظرفیت سیستم تهویه اختصاصی هوای بیرون را کوچک تر انتخاب کرد و از هزینه های عملکردی آن نیز کاست. برای پیاده سازی چنین سیستمی باید بخش اعظم مجرای تخلیه هوای ساختمان را به سمت هواساز تغییر مسیر داد.

اگرچه بسیاری از سیستم های تهویه اختصاصی هوای بیرون برای ارائه جریانی ثابت از هوای طراحی می شوند ولی پروژه هایی با بارهای متغیر از جریان هوای متغیر بهره بیشتری خواهند برد. تنظیم خودکار جریان هوای مطبوع بر اساس نیاز های لحظه ای تهویه در ساختمان بدون این که تغییری در کیفیت هوای داخل ایجاد نماید از هزینه های عملکردی می کاهد.

اضافه کردن یک اکونومایزر سمت هوا نیز هزینه های عملکردی را کاهش میدهد ولی نیازمند شبکه کانالهایی کاملاً جدا از سیستم تهویه اختصاصی هوای بیرون است چون واحد اختصاصی معمولاً تنها برای تأمین حداقل جریان هوای بیرون انتخاب می شود و قادر به پردازش و عمل کردن بر هوای برگشت باز چرخیده نیست. البته میتوان اکونومایزر سمت هوا را در ترمینال یونیت ها به کار برد ولی در این صورت برای عملکرد صحیح نیاز به دودکش تعدیلی خواهد بود.

ریست نقطه تنظیم نیز باعث بهبود راندمان سیستم خواهد شد. افزایش نسبت رطوبت نقطه شبنم هوای مطبوع و محدود سازی رطوبت در فضاهای بحرانی از بیش از حد خشک کردن هوا جلوگیری کرده و هزینه های عملکرد سیستم تهویه اختصاصی هوای بیرون را کاهش می دهد بالا بردن دمای حباب خشک هوای مطبوع و پرهیز از گرمایش کلیه فضاها به طرزی مشابه هزینه عملکرد ترمینال یونیت ها را کاهش داده و موجب تأخیر در سوئیچ کردن بین سرمایش و گرمایش در سیستم های در لوله ای خواهد شد.

رطوبت زدایی در مناطق فاقد ساکن برای کنترل مؤثر رطوبت نسبی ضروری است. یک سیستم تهویه اختصاصی هوای بیرون مجهز به سرمایش DX می تواند این عمل را بدون چیلرها و برجهای خنک کن انجام دهد. اجرای این شیوه نیاز به یک مسیر هوای برگشت به واحد تهویه اختصاصی هوای بیرون و سنسور رطوبت در فضای بحرانی دارد.

نکات کلیدی

هوای مطبوع ارسالی را همیشه خشک تر از فضای مورد نظر تأمین نمایید این عمل موجب میشود ظرفیت ترمینال یونیت کاهش یافته و رطوبت نسبی داخل بدون نیاز به قابلیت رطوبت زدایی اضافی در ترمینال یونیت به نحو موثری کنترل گردد.
در صورت امکان هوای مطبوع را به صورت “سرد” تأمین کنید. هوا با دمای خنثی باعث افزایش ظرفیت ترمینال یونیتها شده و باز گرمایش را در واحدهای تهویه اختصاصی هوای بیرون ضروری می سازد.
تجهیزات را با هدف محدود ساختن رطوبت نسبی و حفظ مقدار آن در حد ۱۶۰ انتخاب نمایید. اگر بخواهیم هوای فضاهای هدف را بیش از حد نیاز خشک کنیم باید از تجهیزات بزرگ تر و بالطبع گران تر استفاده نماییم که انرژی بیشتری مصرف می کنند.

 

اگر شما هم مشتاق آموزش تاسیسات مکانیکی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید فیلم آموزشی طراحی تاسیسات مهندسی تهویه و تهویه مطبوع را تهیه کنید.