نمایش انواع فرآیندهای تهویه مطبوع بر روی نمودار سایکرومتریک هوا:
دستگاه هواساز (AIR HANDELING UNIT)
اگر تمام هوای ورودی به روی کویل سرمایش یا گرمایش دستگاه هوارسان از هوای بیرون تامین شود هواساز را به اسم هواساز 100 هوای تازه می نامند و اگر بخشی از هوای ورودی به دستگاه از هوای بیرون ( معمولا 20 درصد) و بخش دیگر از هوای برگشتی از فضای تهویه شده تامین گردد اسم هواساز را دستگاه هوارسان با هوای برگشتی می نامند.
روش محاسبه دمای هوای مخلوط در دستگاه هوارسان با هوای برگشتی :
در دستگاه هواساز با هوای برگشتی بالا دبی هوای تازه 1000 و دبی هوای برگشتی 3000 می باشد در نتیجه درصد هوای تازه 25 درصد و هوای برگشتی 75 درصد می باشد.
اگر دمای خشک هوای تازه ورودی 95 درجه فارنهایت و دمای خشک هوای برگشتی 80 درجه فارنهایت باشد دمای خشک هوای مخلوط ورودی به کویل به صورت ذیل محاسبه می گردد:
نسبت گرمای محسوس (Sensible heat ratio)
نسبت گرمای محسوس به جمع گرمای محسوس و نهان ( گرمای کل) را نسبت گرمای محسوس می نامند.
نقطه شاخص یا دایره مسیر چیست؟
نقطه ای است در وسط نمودار مشخصه هوا با مقادیر دمای خشک 78 درجه فارنهایت و دمای مرطوب 65 درجه فارنهایت، که جهت نشان دادن خط نسبت گرمای محسوس بر روی نمودار از آن استفاده می شود.
ترسیم خط نسبت گرمای محسوس بر روی نمودار مشخصه هوا به کمک نقطه شاخص :
در مثال بالا خط نسبت گرمای محسوس مربوط به شرایط طرح داخل( دمای خشک 78 درجه فارنهایت و دمای مرطوب 65 درجه فارنهایت ) مربوط نقطه شاخص و نسبت گرمای محسوس محاسبه شده برابر 8 ترسیم شده است.
هوا با هر مقدار از دمای خشک و مرطوب که بر روی خط نسبت گرمای محسوس ترسیم شده قرار بگیرد قادر است که گرمای محسوس و نهان اتاق را به طور مناسب جذب نماید. هر کدام از این نقاط قرار گرفته بر روی خط نسبت گرمای محسوس جهت تامین شرایط آسایش مشخص شده مورد نیاز اتاق به مقادیر متفاوتی هوا نیاز دارند.
روش ترسیم خط نسبت گرمای محسوس برای شرایط طرح داخل به غیر از دمای نقطه شاخص:
در مثال بالا دمای خشک داخل 80 درجه فارنهایت و رطوبت نسبی 60 درصد و همچنین نسبت گرمای محسوس 6 در نظر گرفته شده است. جهت ترسیم خط نسبت گرمای محسوس ابتدا از نقطه شاخص خط نسبت گرمای محسوس معادل 6 را ترسیم می نماییم. سپس یک خط به موازات خط نسبت گرمای محسوس 6 ، در نقطه B که مربوط به شرایط دمایی اتاق مورد نظر است ترسیم می نمایم.
روش محاسبه حجم هوای مورد نیاز جهت تامین شرایط دمایی اتاق :
قبل از محاسبه حجم هوای مورد نیاز جهت تامین شرایط دمایی مورد نیاز اتاق ، می بایست با منحنی های کویل که در نمودار مشخصه هوا ترسیم می شوند آشنا شویم.
منحنی های کویل نشان داده شده در نمودار مشخصه بالا جهت مشخص نمودن دمای هوای خروجی از کویل دستگاه هواساز مورد استفاده قرار می گیرد. این خطوط معرف راندمان کویل می باشند.
مثال : مقدار هوای مورد نیاز و همچنین دمای هوای مخلوط ورودی و خروجی به کویل دستگاه هواساز را برای شرایط هوای اتاق با مشخصات ذیل تعیین نمایید :
گرمای محسوس : 80000
گرمای نهان : 20000
دمای خشک اتاق : 78
رطوبت نسبی : 50
دمای خشک هوای خارج : 95
دمای مرطوب هوای خارج : 78
درصد هوای تازه ورودی به دستگاه هوارسان : 25 درصد
گام اول :
محاسبه نسبت گرمای محسوس :
گام دوم :
تعیین دمای خشک هوای مخلوط( هوای برگشتی بعلاوه هوای تازه) ورودی به کویل دستگاه هوارسان:
گام سوم :
محاسبه دمای هوای تغذیه ( ساپلای ایر) خروجی از روی کویل دستگاه هوارسان :
همانطور که در تصویر بالا مشاهده می نمایید محل برخورد منحنی کویل عبوری از نقطه C با خط نسبت گرمای محسوس( نقطه دی) تعیین کننده دمای هوای خروجی از کویل هواساز می باشد.
گام چهارم :
تعیین دبی هوای مورد نیاز جهت تامین سرمایش محیط :
از رابطه ذیل جهت محاسبه دبی هوای مورد نیاز جهت سرمایش و یا گرمایش محیط استفاده می گردد:
عدد ثابت 1/085 از ضرب مقدار دانسیته هوا و گرمای ویژه هوا و ضریب تبدیل ساعت به دقیقه مطابق با رابطه ذیل بدست می آید :
نکته : با توجه به متغییر بودن دانسیته هوا بر حسب ارتفاع از سطح دریا مقدار عدد ثابت فوق بر حسب ارتفاع از سطح دریا متغییر می باشد.
مقدار هوای مورد نیاز برای شرایط مثال فوق برابر است با :
آنتالپی چیست ؟
یکی دیگر از خصوصیات مهم هوا آنتالپی می باشد. آنتالپی بیانگر انرژی گرمایی محسوس و نهان ذخیره شده دریک پوند هوا در یک شرایط دمایی مشخص می باشد.
تن تبرید چیست ؟
هر 12000 بی تی یو بر ساعت برابر یک تن تبرید می باشد.
روش محاسبه تن تبرید سرمایش برای کویل یک دستگاه هواساز :
گام اول :
آنتالپی مربوط به هوای مخلوط ورودی و خروجی از کویل سرمایشی را بر روی نمودار سایکرومتریک هوا بدست آوریم .
گام دوم : به کمک رابطه ذیل مقدار بار سرمایی مورد نیاز را بدست می آوریم :
مقدارعدد 4/5 از ضرب دانسیته هوا در شرایط سطح دریا در ضریب تبدیل ساعت به دقیقه بدست آمده است ، بنابراین مقدار این عدد با توجه به تغییر ارتفاع از سطح دریا متغیر خواهد بود.
روش محاسبه بار نهان و محسوس کویل سرمایشی دستگاه هواساز به کمک نمودار مشخصه هوا:
مثال 2 : مثال قبلی را در نظر بگیرید که شرایط بار ماکزیمم مقدار گرمای محسوسBtu/hr 80000 باشد ، اما در بعضی از روزها به دلیل ابری بودن هوا و کاهش تابش خورشید مقدار بار محسوس تا Btu/hr 47000کاهش پیدا می کند . فرض می کنیم که گرمای نهان بدون تغییر و برابرBtu/hr 20000 باشد. با توجه به کاهش مقدار گرمای محسوس شرایط دمایی هوای تغذیه را جهت ثابت نگه داشتن شرایط دمایی اتاق تعیین نمایید.
پاسخ :
با توجه به اینکه اکثر سیستمهای تهویه مطبوع طراحی شده به صورت حجم ثابت هستند ، لذا در صورت تغییر مقدار گرمای محسوس جهت ثابت نگه داشتن شرایط دمایی اتاق می بایست مقدار دبی هوای ورودی را ثابت در نظر گرفت و دمای هوای تغذیه را تغییر داد.
گام اول :
خط مربوط به نسبت گرمای محسوس جدید را بر روی نمودار مشخصه هوا ترسیم می نماییم.
گام دوم :
با ثابت نگه داشتن مقدار حجم هوای تغذیه، به کمک رابطه ذیل مقدار دمای هوای خشک ورودی به اتاق را بر اساس مقدار جدید گرمای محسوس محاسبه می نماییم.
گام سوم :
با برخورد خط دمای خشک بدست آمده در مرحله قبل با منحنی ظرفیت کویل نقطه D بدست می آید. نقطه D شرایط دمایی جدید هوای تغذیه برای تامین شرایط دمایی اتاق بر اساس بار گرمایی محسوس جدید می باشد. اما به دلیل اینکه این نقطه بر روی خط نسبت گرمای محسوس(SHR) جدید قرار نگرفته است به طور کامل نمی تواند گرمای نهان را جذب نماید به همین دلیل رطوبت نسبی هوای اتاق در شرایط جدید از مقدار 50 درصد تا 60 درصد افزایش می یابد.
طراحی سیستمهای تهویه مطبوع حجم ثابت و دما متغییر همراه با تنظیم کردن عملکرد کویل :
در این روش ، طراحی بر اساس مقدارثابت دبی هوای ورودی( cfm ) به اتاق انجام می گردد. زمانیکه سیستم تهویه مطبوع در شرایط بار جزئی ( part load ) قرار بگیرد ، بر اساس فرمان ترموستات که دمای خشک لحظه ای اتاق را اعلام می کند، دمای هوای تغذیه ( خروجی از کویل دستگاه تهویه مطبوع) جهت حفظ شرایط دمایی اتاق تغییر می نماید. دمای هوای تغذیه به کمک تغییر در دبی آب خنک کننده و یا گاز مبرد ورودی به کویل سرمایشی سیستم تهویه مطبوع با استفاده از شیرهای کنترل دو و یا سه طرفه انجام می گردد.
همانطور که در بخش قبلی بیان گردید در روش حجم ثابت مشکل اصلی افزایش رطوبت نسبی اتاق می باشد که می توان به کمک یک کویل بازگرمایش( Reheat) مشکل ایجاد شده را برطرف نمود. محل قرار گیری کویل باز گرمایش معمولا در پایین دست جریان و در خروجی دستگاه تهویه مطبوع نصب می گردد. کنترل کویل باز گرمایش توسط ترموستاتی که دمای خشک اتاق را اعلام می کند انجام می گردد.
اثر استفاده از کویل بازگرمایش در حالت بار جزئی برای مثال قبل در نمودار مشخصه ذیل نشان داده شده است:
شرایط هوای خروجی از کویل در حالت بار جزئی بدون کویل باز گرمایش
شرایط هوای خروجی از کویل در حالت بار جزئی همراه با کویل باز گرمایش
روش دوم جهت اصلاح مشکل افزایش رطوبت نسبی در بار جزئی در دستگاههای هواساز حجم ثابت :
استفاده از روش بای پس کردن بخشی از هوای مخلوط عبوری از روی کویل سرمایشی بوسیله نصب نمودن یک دمپر قبل از کویل :
( Bypass mixed air around the cooling coil)
در این روش به کمک یک دمپر که مطابق شکل بالا قبل از کویل سرمایش نصب می گردد و همچنین بر اساس فرمان ترموستات دمای خشک نصب شده در اتاق، نسبت عبور هوای مخلوط عبوری از روی کویل و هوای مخلوط بای پس( هوای مخلوط عبور نکرده از کویل) کنترل می گردد. در شکل بالا نقطه E نقطه ای است که هوای تغدیه با مشخصات آن وارد اتاق می گردد.
در شکل بالا هوای تغذیه در نقطه E با هوای اتاق در راستای خط نسبت گرمای محسوس بار جزئی 7/0 ترکیب شده در نتیجه دمای اتاق به نقطه جدید منتقل می گردد. اگر چه مقدار و دمای هوای تغذیه ( نقطه E ) برای جذب گرمای محسوس اتاق مناسب است ولی قادر به جذب تمام گرمای نهان اتاق نمی باشد، به همین دلیل رطوبت نسبی هوای اتاق از 50 درصد به 58 درصد افزایش می یابد. درنتیجه دمای اتاق از نقطه A به نقطه انتقال می یابد.
روش سوم کنترل بار جزئی با استفاده از دستگاه تهویه با جریان هوای متغیر است :
در این روش کنترل بار جزئی(Part Load ) با استفاده از تغییر در مقدار هوای تغذیه با دمای ثابت است. در حالت بار کامل ( Full Load ) این سیستم دقیقا مشابه سیستم حجم ثابت می باشد.
نمودار سایکرومتریک هوا بر اساس استاندارد MCQUAY
نمودار سایکرومتریک هوا بر اساس استاندارد ASHRAE
نمودار سایکرومتریک هوا بر اساس استاندارد CARRIER