تعیین ظرفیت هواساز؛ راهنمای جامع انتخاب هواساز مناسب

تعیین ظرفیت هواساز (Air Handling Unit) یکی از مهم ترین مراحل در طراحی سیستم های تهویه مطبوع است. انتخاب درست ظرفیت هواساز نه تنها باعث حفظ آسایش حرارتی می شود، بلکه از مصرف بی رویه انرژی و استهلاک زودهنگام تجهیزات جلوگیری می کند.
در این مقاله قصد داریم به صورت مرحله به مرحله نحوه ی محاسبه و تعیین ظرفیت هواساز را بررسی کنیم و یاد بگیریم که چگونه با استفاده از پارامترهایی مانند حجم فضا، نرخ تعویض هوا (ACH)، بار سرمایشی و گرمایی، و الزامات استاندارد ASHRAE 62.1، مناسب ترین هواساز را انتخاب کنیم. در انتها، یک مثال عددی واقعی و چک لیست انتخاب نیز ارائه می شود تا بتوانید با اطمینان کامل تصمیم بگیرید.

مفاهیم پایه برای تعیین ظرفیت هواساز

برای اینکه بتوانیم به درستی ظرفیت هواساز را مشخص کنیم، ابتدا باید با مفاهیم کلیدی این فرایند آشنا شویم. دو پارامتر مهم در این زمینه عبارتند از: CFM (دبی هوای عبوری) و ACH (نرخ تعویض هوا در ساعت).
CFM یا cubic feet per minute بیانگر حجم هوایی است که در هر دقیقه از دستگاه عبور می کند. این عدد نشان دهنده توانایی هواساز در تأمین حجم هوای تازه یا تهویه موردنیاز است. در حالی که ACH تعداد دفعاتی است که هوای داخل یک فضا در هر ساعت با هوای تازه جایگزین می شود. هر کاربری (اداری، مسکونی، صنعتی) نرخ ACH مخصوص به خود را دارد.

CFM و ACH چیست؟ فرمول های کاربردی

برای محاسبه CFM از فرمول زیر استفاده می شود:
CFM = (حجم فضا × ACH) ÷ ۶۰
به عنوان مثال، برای یک اتاق ۱۰۰ متری با ارتفاع ۳ متر و نرخ تعویض ۶، حجم کل ۳۰۰ مترمکعب است که با این نرخ، CFM معادل ۳۰ محاسبه می شود. جدول نرخ های پیشنهادی ACH برای کاربری های مختلف به صورت زیر است:

• فضای اداری: ۶–۸
• فضای آموزشی: ۸–۱۲
• فضاهای درمانی: ۱۲–۱۵
  با استفاده از این داده ها، اولین گام در تعیین ظرفیت هواساز مشخص می شود.

بار محسوس و نهان در تعیین ظرفیت هواساز

هواساز علاوه بر تأمین هوای تازه، وظیفه دارد بارهای سرمایشی و گرمایشی را نیز پاسخ دهد. بار سرمایشی و گرمایشی به دو بخش محسوس (Sensible) و نهان (Latent) تقسیم می شوند.
بار محسوس مربوط به تغییر دماست و از رابطه Q = 1.08 × CFM × ΔT محاسبه می شود (در واحد امپریال). در سیستم متریک نیز از فرمول Q̇ = ρ × Cp × Qv × ΔT استفاده می شود.
بار نهان نیز مرتبط با تغییر رطوبت است و برای محاسبه آن از اختلاف نسبت رطوبت یا اینثالپی بین شرایط ورودی و خروجی استفاده می شود. در تعیین ظرفیت هواساز، هر دو بار باید در نظر گرفته شوند تا سیستم بتواند دما و رطوبت را به سطح مطلوب برساند.

مراحل گام به گام تعیین ظرفیت هواساز

گام ۱ – جمع آوری اطلاعات پروژه

برای شروع محاسبه، باید اطلاعات زیر را داشته باشیم:

• ابعاد فضا (طول، عرض، ارتفاع)
• نوع کاربری فضا (مسکونی، اداری، صنعتی)
• تعداد افراد حاضر در فضا
• شرایط طرح داخل (دمای آسایش) و طرح خارج (دمای هوای بیرون)
• شرایط اقلیمی شهر
  این اطلاعات پایه برای محاسبه CFM و انتخاب کویل هواساز ضروری است.

گام ۲ – محاسبه بار سرمایشی و گرمایشی

در این مرحله، با استفاده از اطلاعات جمع آوری شده، بارهای حرارتی و برودتی فضا محاسبه می شوند. بار محسوس با توجه به اختلاف دمای داخل و خارج و بار نهان بر اساس اختلاف رطوبت نسبی تعیین می شود.
به طور معمول، بار محسوس سهم بیشتری دارد اما در فضاهای مرطوب (مثل استخرها یا مناطق شمالی کشور)، بار نهان نیز اهمیت زیادی دارد. هر دو مقدار باید در تعیین ظرفیت هواساز لحاظ شوند تا دستگاه بتواند دما و رطوبت را هم زمان کنترل کند.

گام ۳ – محاسبه CFM کل و CFM هوای تازه

پس از محاسبه بارها، مقدار CFM موردنیاز بر اساس فرمول قبلی محاسبه می شود. سپس درصد هوای تازه بر اساس استاندارد ASHRAE 62.1 تعیین می شود.
برای مثال، در فضاهای اداری معمولاً ۲۰ تا ۳۰ درصد از CFM کل باید هوای تازه باشد تا کیفیت هوای داخل حفظ شود.

گام ۴ – انتخاب کویل سرمایشی و گرمایشی

پس از تعیین CFM، نوبت به انتخاب کویل مناسب می رسد. کویل ها می توانند از نوع آب سرد، آب گرم یا DX باشند. ظرفیت کویل باید متناسب با بار محاسبه شده باشد. انتخاب نادرست کویل باعث کاهش راندمان هواساز خواهد شد.

گام ۵ – محاسبه افت فشار و انتخاب فن

در تعیین ظرفیت هواساز، توجه به افت فشار فیلتر، کویل و کانال ها ضروری است. مجموع این افت ها تعیین کننده فشار استاتیکی کل دستگاه است که بر اساس آن، فن انتخاب می شود. در پروژه های بزرگ توصیه می شود از فن های مجهز به VFD استفاده شود تا کنترل بهینه تری داشته باشند.

الزامات تهویه و هوای تازه بر اساس استاندارد ASHRAE 62.1

یکی از مهم ترین پارامترها در تعیین ظرفیت هواساز، میزان هوای تازه است. استاندارد ASHRAE 62.1 نرخ حداقل تهویه را برای هر نوع کاربری مشخص کرده است.
به عنوان مثال:

• ادارات: ۱۰ لیتر بر ثانیه به ازای هر نفر
• کلاس درس: ۸ لیتر بر ثانیه به ازای هر نفر
• سالن اجتماعات: ۱۵ لیتر بر ثانیه به ازای هر نفر
  بی توجهی به این الزامات می تواند باعث کاهش کیفیت هوای داخل و بروز مشکلات سلامتی شود.

مثال عددی از تعیین ظرفیت هواساز

فرض کنید می خواهیم برای یک فضای اداری ۲۰۰ مترمربعی با ارتفاع ۳ متر و ۲۰ نفر پرسنل، ظرفیت هواساز را تعیین کنیم.
حجم فضا = ۲۰۰ × ۳ = ۶۰۰ مترمکعب
با نرخ تعویض هوا ۶، دبی هوای مورد نیاز برابر است با:
CFM = (۶۰۰ × ۶) ÷ ۶۰ = ۶۰ CFM
با در نظر گرفتن ۳۰٪ هوای تازه، مقدار OA برابر با ۱۸ CFM خواهد بود.
با اختلاف دمای ۱۰ درجه سانتی گراد، بار محسوس نیز از فرمول Q = 1.08 × ۶۰ × ۱۰ = 648 BTU/h محاسبه می شود.
بر اساس این مقادیر، کویل و فن متناسب انتخاب می شوند.

خطاهای رایج در تعیین ظرفیت هواساز

در بسیاری از پروژه ها، خطاهایی در محاسبه ظرفیت هواساز رخ می دهد که می تواند باعث عملکرد ضعیف سیستم شود.
از جمله خطاهای رایج می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• استفاده از نرخ ACH بدون در نظر گرفتن بار واقعی
• بی توجهی به درصد هوای تازه
• محاسبه نکردن افت فشار فیلترهای با راندمان بالا
• انتخاب کویل نامتناسب با شرایط اقلیمی
  برای جلوگیری از این مشکلات، لازم است محاسبات بر اساس شرایط واقعی انجام شود و از نرم افزارها یا استانداردهای معتبر استفاده گردد.

چک لیست انتخاب هواساز مناسب

برای اطمینان از انتخاب صحیح، به موارد زیر توجه کنید:

1. حجم فضا و نرخ تعویض هوا
2. تعداد افراد حاضر در فضا
3. درصد هوای تازه موردنیاز
4. بار سرمایشی و گرمایشی محسوس و نهان
5. نوع کویل و ظرفیت آن
6. افت فشار فیلترها و کویل ها
7. نوع فن و فشار استاتیکی کل
8. کنترلرها و درایوهای VFD
9. فضای نصب و دسترسی سرویس
10. اقلیم محل پروژه و شرایط آب و هوایی

نتیجه گیری

تعیین ظرفیت هواساز یکی از حساس ترین مراحل طراحی سیستم تهویه مطبوع است که مستقیماً بر عملکرد، مصرف انرژی و آسایش حرارتی تأثیر دارد. با رعایت اصول محاسبه بار، CFM، درصد هوای تازه و انتخاب صحیح کویل و فن، می توان به سیستمی پایدار و بهینه دست یافت. اگر در حال انتخاب هواساز برای پروژه خود هستید، کارشناسان ما می توانند با بررسی شرایط فضا، بهترین پیشنهاد را از نظر فنی و اقتصادی ارائه دهند.

سوالات متداول

1. چرا محاسبه ACH در تعیین ظرفیت هواساز اهمیت دارد؟
   زیرا نرخ تعویض هوا مستقیماً بر مقدار هوای تازه و حجم کل هوای موردنیاز اثر می گذارد.
2.  اگر ظرفیت هواساز کمتر از مقدار مورد نیاز باشد چه می شود؟
   فضا به دمای مطلوب نمی رسد، رطوبت کنترل نمی شود و مصرف انرژی افزایش می یابد.
3. آیا برای هر نوع کاربری نرخ هوای تازه متفاوت است؟
   بله، طبق استاندارد ASHRAE 62.1، نرخ تهویه برای فضاهای مختلف متفاوت است.
4. آیا می توان از یک هواساز برای چند فضا استفاده کرد؟
   در صورت شباهت شرایط دما و رطوبت و بار مشابه، بله. اما برای فضاهای با شرایط متفاوت، توصیه نمی شود.