بهبود کیفیت زندگی در محیط‌های مسکونی، تجاری و صنعتی، نیازمند استفاده از سیستم‌های مدرن گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) است. سیستم HVAC یکی از اصلی‌ترین فناوری‌هایی است که نقش کلیدی در تأمین آسایش حرارتی و کیفیت هوای داخلی ایفا می‌کند. در این مقاله، به بررسی کامل این سیستم، اجزای آن، استانداردها و سطح هوشمندسازی آن می‌پردازیم.
HVAC چیست؟
HVAC مخفف Heating, Ventilation, and Air Conditioning (گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع) است. این سیستم مجموعه‌ای از فناوری‌ها و تجهیزات است که برای ایجاد و حفظ دمای مطلوب، رطوبت مناسب و کیفیت هوای سالم در محیط‌های مختلف طراحی شده است.
وظایف اصلی سیستم HVAC شامل موارد زیر می‌باشد:
- گرمایش: تأمین گرمای لازم در فصول سرد سال.
- تهویه: جابجایی و تصفیه هوای داخل ساختمان برای حذف آلاینده‌ها و تأمین اکسیژن.
- تهویه مطبوع: خنک کردن و تنظیم رطوبت هوا در فصول گرم.
مزایای هوشمندسازی سیستم تهویه مطبوع و گرمایش
| مزیت | چگونگی انجام | ابزارهای مورد نیاز | مزایای دیگر |
| افزایش راحتی و آسایش | – تنظیم خودکار دما و رطوبت بر اساس ترجیحات کاربران – یادگیری خودکار تنظیمات سیستم از رفتار کاربران |
– ترموستات‌های هوشمند – سنسورهای دما و رطوبت – مدیریت از راه دور (اپلیکیشن‌ها و پلتفرم‌های آنلاین) |
– نظارت بر آسایش افراد در محیط – تجربه بهینه دما و رطوبت برای ساکنین یا کارکنان |
| پایداری محیط زیست | – کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای با بهینه‌سازی مصرف انرژی – پشتیبانی از منابع انرژی تجدیدپذیر – استفاده از سیستم‌های بازیافت انرژی |
– سیستم‌های مدیریت انرژی (EMS) – پنل‌های خورشیدی و دیگر منابع انرژی تجدیدپذیر – سیستم‌های بازیافت انرژی |
– کمک به کاهش اثرات تغییرات اقلیمی – بهبود اعتبار برند به عنوان سازمان سبز – مصرف کمتر انرژی فسیلی |
| بهبود کنترل و مدیریت از راه دور | – امکان کنترل سیستم HVAC از هر مکان و زمان از طریق اپلیکیشن‌های موبایل یا پلتفرم‌های آنلاین | – دستگاه‌های هوشمند متصل به اینترنت (IoT) – اپلیکیشن‌های موبایل – سیستم‌های مرکزی مدیریت از راه دور |
– راحتی در مدیریت و نظارت بر سیستم‌های HVAC – کنترل از هر نقطه جغرافیایی |
| افزایش طول عمر سیستم HVAC | – تشخیص زودهنگام مشکلات یا خرابی‌ها و پیشگیری از تعمیرات پرهزینه – کاهش فشار بر اجزای سیستم با تنظیمات بهینه |
– سنسورهای تشخیص عملکرد – سیستم‌های هشداردهی آنی – نرم‌افزارهای مدیریت سیستم HVAC |
– کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری – کاهش احتمال خرابی ناگهانی سیستم HVAC |
اجزای اصلی سیستم HVAC
برای درک بهتر عملکرد سیستم HVAC، آشنایی با اجزای کلیدی آن ضروری است:
- موتورخانه:
موتورخانه به‌عنوان قلب سیستم HVAC شناخته می‌شود و شامل تجهیزاتی مانند دیگ بخار، پمپ‌ها، مبدل‌های حرارتی و چیلرها است.- دیگ بخار: برای تأمین گرمای آب یا بخار مورد استفاده در گرمایش.
- چیلر: جهت تولید آب سرد برای خنک‌سازی.
- کانال‌ها و لوله‌کشی‌ها:
این اجزا برای انتقال هوا یا آب گرم و سرد بین واحدهای مختلف سیستم به‌کار می‌روند. - سنسورها:
سنسورها در سیستم HVAC نقش اساسی دارند، از جمله:- سنسور دما: برای اندازه‌گیری دمای محیط.
- سنسور رطوبت: کنترل میزان رطوبت هوا.
- سنسور فشار: نظارت بر فشار هوا یا سیالات.
- کنترل‌ها و عملگرها:
- کنترل‌ها: شامل ترموستات‌ها و واحدهای کنترل مرکزی که عملکرد کل سیستم را مدیریت می‌کنند.
- عملگرها: اجزایی مانند دمپرها و شیرها که وظیفه باز و بسته کردن مسیرهای هوا یا سیالات را دارند.
استانداردها و پروتکل‌های سیستم HVAC
برای طراحی و اجرای سیستم‌های HVAC، رعایت استانداردهای بین‌المللی اهمیت بالایی دارد. برخی از این استانداردها عبارتند از:
- ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers): ارائه دستورالعمل‌های طراحی و بهره‌برداری سیستم‌های HVAC.
ASHRAE
(انجمن مهندسان تأسیسات حرارتی، تهویه و تهویه مطبوع آمریکا) چندین استاندارد کلیدی ارائه می‌دهد که به‌عنوان معیارهایی برای طراحی، پیاده‌سازی و بهره‌برداری سیستم‌های HVAC (تهویه، گرمایش و تهویه مطبوع) مورد استفاده قرار می‌گیرند. این استانداردها به بهینه‌سازی مصرف انرژی، کیفیت هوای داخلی، آزمون‌های سیستم‌ها و موارد دیگر می‌پردازند. در اینجا به برخی از استانداردهای مهم اشاره شده است:
استاندارد ASHRAE 90.1-2019: استاندارد انرژی برای ساختمان‌ها به جز ساختمان‌های مسکونی کوتاه‌مرتبه
این استاندارد دستورالعمل‌های طراحی انرژی‌کارآمد را برای ساختمان‌های غیرمسکونی ارائه می‌دهد و بر سیستم‌های HVAC، روشنایی و پوشش‌های ساختمانی متمرکز است. این استاندارد معمولاً در کدهای ساختمانی استفاده می‌شود و برای تطابق با گواهینامه LEED ضروری است.
استاندارد ASHRAE 62.1-2022: تهویه و کیفیت هوای داخلی قابل‌قبول
این استاندارد با تعیین حداقل الزامات تهویه و اقدامات کنترل آلودگی برای ساختمان‌های تجاری، کیفیت هوای داخلی (IAQ) قابل‌قبول را تضمین می‌کند. استاندارد مرتبط ۶۲.۲ برای ساختمان‌های مسکونی اعمال می‌شود.
استاندارد ASHRAE 55-2020: شرایط محیطی حرارتی برای اشغال انسان
این استاندارد راهنماهایی برای دستیابی به راحتی حرارتی در محیط‌های داخلی ارائه می‌دهد که عواملی مانند دما، رطوبت و سرعت هوا را در نظر می‌گیرد.
دستورالعمل ASHRAE 36-2021: توالی‌های عملیاتی با عملکرد بالا برای سیستم‌های HVAC
این دستورالعمل توالی‌های کنترل از پیش مهندسی‌شده‌ای را ارائه می‌دهد که هدف آن بهبود بهره‌وری انرژی و عملکرد عملیاتی در سیستم‌های HVAC است. این دستورالعمل وظایف برنامه‌نویسی و راه‌اندازی را برای مهندسان و پیمانکاران ساده می‌کند.
استاندارد ASHRAE 135-2020 (BACnet): پروتکل ارتباط داده برای خودکارسازی ساختمان‌ها و شبکه‌های کنترل
این استاندارد پروتکلی را برای ارتباطات خودکارسازی ساختمان‌ها مشخص می‌کند و امکان تعامل بین دستگاه‌ها و سیستم‌های مختلف را فراهم می‌آورد.
استاندارد ASHRAE 100-2015: بهره‌وری انرژی در ساختمان‌های موجود
این استاندارد بر بهینه‌سازی عملکرد انرژی در ساختارهای موجود از طریق بهسازی و استراتژی‌های عملیاتی تمرکز دارد.
استاندارد ASHRAE 189.1-2020: استاندارد طراحی ساختمان‌های سبز با عملکرد بالا
این استاندارد که به‌طور مشترک با دیگر سازمان‌ها توسعه یافته، شامل شیوه‌های پیشرفته پایداری است و به مسائلی مانند استفاده از آب، کیفیت هوای داخلی و تأثیر مواد می‌پردازد.
این استانداردها به‌طور گسترده‌ای در سطح جهانی شناخته شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند و کمک می‌کنند تا سیستم‌های HVAC کارآمد، قابل‌اعتماد و دوستدار محیط‌زیست باشند. برای اطلاعات دقیق‌تر می‌توانید از وب‌سایت رسمی ASHRAE و فهرست جامع استانداردها و دستورالعمل‌های آن‌ها بازدید کنید.
ISO 16890
استاندارد ISO 16890-1:2016 یک سیستم طبقه‌بندی کارایی برای فیلترهای هوا در تهویه عمومی بر اساس ذرات معلق (PM) ارائه می‌دهد. این استاندارد همچنین نمای کلی از روش‌های آزمون را ارائه کرده و الزامات کلی برای ارزیابی و علامت‌گذاری فیلترها و مستندسازی نتایج آزمون را مشخص می‌کند. این استاندارد باید همراه با ISO 16890-2، ISO 16890-3 و ISO 16890-4 مورد استفاده قرار گیرد.
روش آزمون شرح‌داده‌شده در این بخش از ISO 16890 برای نرخ جریان هوای بین ۰.۲۵ m³/s (900 m³/h, 530 ft³/min) و ۱.۵ m³/s (5400 m³/h, 3178 ft³/min) قابل استفاده است و به یک دستگاه آزمون با ابعاد نامی سطح ۶۱۰ mm × ۶۱۰ mm (24 inch × ۲۴ inch) اشاره دارد.
ISO 16890 (تمام بخش‌ها) به اجزای فیلتر هوای ذرات معلق برای تهویه عمومی با کارایی ePM1 برابر یا کمتر از ۹۹٪ اشاره دارد که مطابق با روش‌های تعریف‌شده در ISO 16890-1، ISO 16890-2، ISO 16890-3 و ISO 16890-4 آزمایش شده‌اند. اجزای فیلتر هوا با کارایی اولیه بالاتر با روش‌های آزمون دیگری که در استانداردهای ISO 29463-1 تا ISO 29463-5 تعریف شده‌اند، ارزیابی می‌شوند.
اجزای فیلتری که در پاک‌کننده‌های هوای قابل‌حمل استفاده می‌شوند، از دامنه این بخش از ISO 16890 مستثنی هستند.
نتایج عملکرد به‌دست‌آمده مطابق با ISO 16890 (تمام بخش‌ها) به‌تنهایی نمی‌توانند به‌صورت کمی برای پیش‌بینی عملکرد در شرایط عملیاتی از نظر کارایی و طول عمر استفاده شوند. عوامل دیگری که بر عملکرد تأثیر می‌گذارند، در ضمیمه A توضیح داده شده‌اند.
مروری بر استاندارد EN 15251
بازنگری استاندارد EN 15251 هدف دارد که درک و کاربرد معیارهای محیط داخلی در طراحی و بهره‌برداری ساختمان‌ها را بهبود بخشد. با ادغام بینش‌هایی از کاربردهای عملی و مطالعات نظری، این استاندارد به‌روزشده بهتر از قبل از بهره‌وری انرژی حمایت خواهد کرد و در عین حال راحتی و سلامت ساکنان را تضمین می‌کند. این رویکرد جامع بر اهمیت ایجاد محیط‌هایی تأکید دارد که نه‌تنها بهره‌وری انرژی دارند بلکه برای رفاه و بهره‌وری ساکنان نیز مناسب هستند.
استاندارد EN 15251 برای تعیین پارامترهای ورودی محیط داخلی که بر عملکرد انرژی ساختمان‌ها تأثیر می‌گذارند تدوین شده است. حوزه‌های اصلی مورد بررسی شامل موارد زیر است:
- کیفیت هوای داخلی (IAQ)
- محیط حرارتی
- نورپردازی
- آکوستیک (صوت)
این سند تأکید دارد که کیفیت محیط داخلی می‌تواند بر سلامت، بهره‌وری و راحتی تأثیر بگذارد و اغلب هزینه‌هایی بیشتر از هزینه‌های انرژی ایجاد کند. بنابراین، ادغام معیارهای محیط داخلی در اعلامیه‌های انرژی ساختمان‌ها ضروری است.
استانداردها و پروتکل‌های کلیدی
- محیط حرارتی
- تفکیک بین رویکردهای تطبیقی و PMV-PPD (امتیاز میانگین پیش‌بینی شده – درصد نارضایتی پیش‌بینی شده).
- سیستم‌های شخصی که امکان کنترل فردی بر راحتی حرارتی را فراهم می‌کنند.
- پارامترهای راحتی حرارتی محلی مانند دماهای تابشی نامتقارن و جریان هوا که برای طراحی لحاظ می‌شوند اما در محاسبات انرژی گنجانده نمی‌شوند.
- کیفیت هوای داخلی (IAQ)
- تعیین نرخ تهویه بر اساس تعداد افراد و مساحت فضا.
- نیاز به شفاف‌سازی درباره تهویه برای ساکنان تطبیق‌یافته و غیرتطبیق‌یافته.
- معرفی پاکسازی هوا به عنوان جایگزینی برای هوای خارجی.
- استفاده از سطوح CO2 به‌عنوان شاخص کیفیت هوای داخلی.
- استانداردهای تهویه
- تعریف حداقل نرخ تهویه برای هر نفر و هر متر مربع، با تنظیمات بر اساس نوع اشغال (مانند دفاتر، کلاس‌ها).
- فرمول تعیین جریان هوای خارجی در منطقه تنفسی:
که در آن:
- Vbz جریان هوای خارجی منطقه تنفسی است،
- Rpنرخ جریان هوای خارجی برای هر نفر،
- Pz جمعیت منطقه،
- Raنرخ جریان هوای خارجی برای هر واحد مساحت،
- Azمساحت کف منطقه است.
سطوح پیچیدگی و هوشمندسازی سیستم HVAC
سیستم‌های HVAC در سطوح مختلف پیچیدگی و هوشمندسازی اجرا می‌شوند:
- سیستم‌های پایه:
سیستم‌های ساده که دارای ترموستات‌های مکانیکی یا دیجیتالی هستند و کنترل دستی دارند. - سیستم‌های نیمه‌اتوماتیک:
سیستم‌هایی که از کنترل‌های پیشرفته‌تر استفاده می‌کنند اما هنوز نیاز به تنظیمات دستی دارند. - سیستم‌های کاملاً اتوماتیک و هوشمند:
این سیستم‌ها با استفاده از هوش مصنوعی و اینترنت اشیا (IoT)، امکان کنترل و مدیریت خودکار را فراهم می‌کنند.
نقش اینترنت و اتوماسیون در سیستم HVAC
هوشمندسازی موتورخانه و سایر بخش‌های سیستم HVAC، یکی از پیشرفت‌های کلیدی در این حوزه است. اینترنت اشیا (IoT) نقش مهمی در این زمینه دارد و امکانات زیر را ارائه می‌دهد:
- کنترل از راه دور:
امکان مدیریت سیستم از طریق اپلیکیشن‌های موبایل یا وب. - پایش و تحلیل داده‌ها:
سنسورها اطلاعات مربوط به دما، رطوبت و فشار را ثبت کرده و از طریق شبکه اینترنت به پایگاه داده منتقل می‌کنند. این اطلاعات برای بهینه‌سازی عملکرد سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد. - کاهش مصرف انرژی:
سیستم‌های هوشمند با تحلیل شرایط محیطی، میزان انرژی مصرفی را بهینه می‌کنند.
نتیجه‌گیری
سیستم HVAC به‌عنوان یکی از فناوری‌های کلیدی برای بهبود کیفیت زندگی و بهره‌وری انرژی در ساختمان‌ها شناخته می‌شود. با پیشرفت‌های فناوری، امکان هوشمندسازی این سیستم و بهره‌برداری بهینه‌تر از آن فراهم شده است. استفاده از اینترنت اشیا و کنترل‌های پیشرفته، نه‌تنها آسایش کاربران را افزایش می‌دهد، بلکه به حفظ منابع طبیعی نیز کمک می‌کند.
این راهنما مروری کامل بر سیستم HVAC، اجزای آن و اهمیت هوشمندسازی داشت. امیدواریم اطلاعات ارائه‌شده، شما را در درک بهتر این فناوری یاری کند.
