شرکت صنعتی رحمتی | تولید کننده دریچه هوا
سیستم (Variable Air Volume) یا هواساز با حجم متغیر» یکی از رایجترین روشهای توزیع هوا در ساختمانهای اداری و تجاری است که در آن دبی هوای رفت به هر زون یا منطقه متناسب با نیاز همان فضا کموزیاد میشود. یعنی بهجای اینکه همیشه یک حجم ثابت هوا وارد اتاق شود، سیستم بر اساس بار حرارتی-برودتی، تعداد نفرات و حتی کیفیت هوا، حجم هوا را تنظیم میکند.
تفاوت کلیدی VAV با سیستمهای CAV (حجم ثابت) همینجاست: در CAV دبی هوا معمولاً ثابت است و کنترل دما بیشتر با تغییر دمای هوا انجام میشود؛ اما در VAV دمای هوای خروجی از هواساز معمولاً نزدیک به ثابت نگه داشته میشود و کنترل دما در زونها عمدتاً با تغییر دبی انجام میگیرد. این منطق، VAV را به گزینهای جدی برای مدیریت هوشمند جریان هوا و کاهش مصرف انرژی (بهخصوص انرژی فن) تبدیل کرده است.
اجزای اصلی سیستم VAV
1. VAV جعبه (VAV Box)
VAV Box یا جعبه حجم متغیر، ترمینال اصلی هر زون است که روی کانال رفت نصب میشود و با تغییر موقعیت دمپر داخلی، دبی عبوری را کنترل میکند. در سادهترین حالت، وقتی اتاق به سرمایش بیشتری نیاز دارد دمپر بازتر میشود و دبی بالا میرود؛ و وقتی نیاز کم میشود دمپر به سمت بسته شدن میرود.
از نظر ساختار داخلی، معمولاً با این اجزا سروکار داریم:
- Damper (دمپر کنترلی/مدولار): قطعهای که با تغییر زاویه یا بازشدن، سطح عبور هوا را تنظیم میکند و عملاً کنترل کننده دبی هوا در کانال محسوب میشود. برای دیدن مدلهای مختلف این تجهیز به صفحه دمپر هوا مراجعه کنید.
- Actuator (عملگر یا موتور دمپر): موتور فرمانپذیری که دمپر را با دقت مناسب باز و بسته میکند و امکان کنترل پیوسته (نه فقط قطع/وصل) را میدهد.
- سنسور جریان یا فشار تفاضلی: برای اندازهگیری مستقیم دبی یا تخمین آن از روی اختلاف فشار؛ این سنسور باعث میشود کنترل دمپر دقیقتر و پایدارتر باشد.
- کنترلر ترمینال (DDC یا کنترلر محلی): مغز جعبه VAV که اطلاعات ترموستات/سنسورها را دریافت میکند و بر اساس منطق کنترلی، فرمان مناسب را به عملگر میفرستد.
- عایقکاری حرارتی و آکوستیکی: برای کاهش اتلاف انرژی، جلوگیری از تعریق و کنترل صدا؛ این مورد مخصوصاً وقتی جعبه داخل سقف کاذب نصب میشود اهمیت بیشتری پیدا میکند.
2. فنکویلها و هواساز مرکزی
در خیلی از پروژهها، بخش اصلی تولید و آمادهسازی هوا بر عهده هواساز مرکزی (AHU) است. هواساز هوای تازه و برگشتی را با هم ترکیب میکند، آن را فیلتر میکند و با کویلهای سرمایشی/گرمایشی به دمای مطلوب که از قبل طراحی و برنامه ریزی شده میرساند؛ بعد این هوای آماده وارد شبکه کانالکشی میشود. از اینجا به بعد، وظیفه سیستم VAV شروع میشود: هر زون با کمک جعبه VAV مقدار هوایی را که نیاز دارد از کانال میگیرد و با کموزیاد کردن دبی، دمای همان فضا را کنترل میکند.
گاهی برای اینکه کنترل دما در بعضی فضاها دقیقتر و سریعتر انجام شود، فنکویل هم در کنار VAV به کار میرود. این حالت معمولاً زمانی مفید است که بار حرارتی یک اتاق خاص متغیر باشد؛ یا مثلاً نیاز باشد در ساعات مشخصی (مثل اتاق جلسات، اتاق تجهیزات، یا بعضی فضاهای هتل) تنظیم دما مستقلتر انجام شود. در چنین ترکیبی، معمولاً VAV نقش تهویه و کنترل کلی جریان هوا را دارد و فنکویل بارهای موضعی را بهتر پوشش میدهد.
این سیستم وقتی بهترین نتیجه را میدهد هر بخش وظیفه خود را به خوبی اجرا کند یعنی:
هواساز مسئول «کیفیت هوا» و «دمای هوای رفت» است (هوای تمیزتر، رطوبت و دمای مناسب)، و VAV مسئول «تقسیم هوای رفت بین زونها» و حفظ شرایط آسایش هر فضا با تنظیم دبی.
3. دمپرهای موتوردار و کنترلرها
در سیستم VAV اگر دمپر موتور دار و یک کنترلر دقیق وجود نداشته باشد، عملاً نمیشود انتظار کنترل «پایدار و قابل اعتماد» داشت. چون تمام ایده VAV روی این است که دبی هوا در هر زون، دقیقاً به اندازه نیاز همان فضا تنظیم شود.
دمپرِ داخل VAV Box باید با یک عملگر (Actuator) حرکت کند؛ یعنی باز و بسته شدنش دستی نیست و با فرمان کنترلر انجام میشود. نکته مهم اینجاست که این عملگر بهتر است مدولار باشد؛ یعنی دمپر را فقط در دو حالت «کاملاً باز / کاملاً بسته» نگه ندارد، بلکه بتواند آن را در درصدهای مختلف (مثلاً ۳۰٪، ۶۰٪، ۸۵٪) تنظیم کند. این ویژگی باعث میشود تغییر دبی نرم، تدریجی و دقیق اتفاق بیفتد و اتاق دچار نوسان دما یا جریان هوای آزاردهنده نشود.
از طرف دیگر، کنترلر نقش مغز سیستم را دارد. کنترلر اطلاعات را از دو سمت جمع میکند:
- از داخل اتاق: مثل ترموستات، سنسور CO₂ و سنسور حضور افراد
- از داخل کانال: مثل فشار استاتیک یا سیگنالهای مربوط به دبی
بعد این دادهها را تحلیل میکند و بر اساس نیاز واقعی زون، فرمان مناسب را به عملگر دمپر میدهد تا دمپر دقیقاً به همان اندازه باز یا بسته شود که هم آسایش حرارتی حفظ شود و هم مصرف انرژی بیدلیل بالا نرود.
4. سنسورهای دما، فشار و CO₂
- در سیستم VAV، سنسورها باعث میشوند کنترل هوا دقیق انجام شود. سنسور دما در هر زون نصب میشود و دمای اتاق را با دمای تنظیمشده (Setpoint) مقایسه میکند؛ اگر اتاق گرمتر یا سردتر از حد مطلوب باشد، کنترلر فرمان میدهد دمپر VAV بازتر یا بستهتر شود تا دبی هوا تغییر کند.
- سنسور فشار استاتیک کانال معمولاً روی کانال اصلی قرار میگیرد و فشار شبکه را اندازه میگیرد. چون در VAV دمپرها مدام باز و بسته میشوند، فشار کانال هم نوسان میکند. با کمک این سنسور، دور فن هواساز (معمولاً با اینورتر/VFD) طوری تنظیم میشود که فشار «به اندازه نیاز» باشد؛ نه آنقدر زیاد که صدا و مصرف انرژی بالا برود.
- سنسور CO₂ یا IAQ هم برای کنترل تهویه بر اساس تعداد نفرات و شرایط واقعی فضا استفاده میشود. وقتی فضا شلوغتر میشود و CO₂ بالا میرود، سیستم هوای تازه بیشتری تأمین میکند؛ و وقتی فضا خلوت است، از تهویه بیش از حد و اتلاف انرژی جلوگیری میشود.
نحوه عملکرد سیستم VAV
در سیستم VAV، هواساز مرکزی هوا را آماده میکند و وارد شبکه کانالکشی میفرستد. سپس در هر زون، ترموستات/کنترلر اتاق دمای فضا را با دمای تنظیمشده (Setpoint) مقایسه میکند و بر اساس نیاز، به کنترلر VAV فرمان میدهد. کنترلر هم دمپر موتوردار داخل VAV Box را در درصدهای مختلف باز و بسته میکند؛ یعنی وقتی زون به ظرفیت بیشتری نیاز دارد دمپر بازتر میشود و دبی هوا بالا میرود، و وقتی نیاز کمتر است دمپر بستهتر میشود و دبی کاهش پیدا میکند. در این روند، معمولاً یک حداقل دبی هم تعریف میشود تا تهویه حداقلی و کیفیت هوا حفظ شود و پخش هوا در فضا بههم نریزد.
همزمان با این تغییرات، چون دمپرهای زونها مدام باز و بسته میشوند، فشار استاتیک کانال هم نوسان میکند. اگر دور فن هواساز کنترل نشود، در بار جزئی فشار بیدلیل بالا میرود و نتیجهاش میتواند صدای بیشتر دریچه تهویه هوا و مصرف انرژی اضافه باشد. برای همین در طراحیهای اصولی، دور فن با سنسور فشار استاتیک و VFD تنظیم میشود (ترجیحاً با منطقهایی مثل Static Pressure Reset) تا فن فقط به اندازه نیاز شبکه فشار تولید کند و سیستم در بار کامل و بار جزئی، پایدار و کمصدا کار کند.
انواع سیستمهای VAV
1) VAV تکمنطقهای (Single-Zone VAV)
در این مدل، کل هواساز یا یک شاخه اصلی کانالکشی فقط برای یک زون بزرگ کنترل میشود. کنترل آن سادهتر است، اما چون همهچیز به یک زون وابسته است، انعطافپذیری کمتری نسبت به VAV چندزون دارد. این مدل بیشتر در فضاهای یکپارچه مثل سالنها، سولهها و محیطهای باز و یکدست استفاده میشود.
2) VAV چندمنطقهای (Multi-Zone VAV)
رایجترین مدل در ساختمانهای اداری و تجاری است. در این حالت هر زون (مثلاً هر اتاق یا بخش از یک طبقه) یک VAV Box مستقل دارد و دبی هوا را جداگانه تنظیم میکند. نتیجه این استقلال، معمولاً آسایش بهتر و مدیریت انرژی دقیقتر است؛ چون هر فضا فقط به اندازه نیاز خودش هوا دریافت میکند.
3) VAV با گرمایش مجدد (Reheat VAV)
وقتی لازم باشد حتی در دبیهای پایین هم دمای اتاق دقیق کنترل شود (یا در فصل سرد کنترل بهتری داشته باشیم)، از Reheat VAV استفاده میشود. در این مدل داخل VAV Box یا بعد از آن یک کویل گرمایشی (آبگرم یا برقی) قرار میگیرد تا در صورت نیاز هوا قبل از ورود به اتاق کمی گرمتر شود. این روش برای فضاهای حساس یا پروژههای دارای محدودیت تهویه کاربردی است، اما اگر درست طراحی نشود میتواند باعث افزایش مصرف انرژی گرمایشی شود.
4) Fan-Powered VAV در حالتهای Parallel و Series
در این نوع، یک فن کوچک داخل ترمینال قرار دارد تا در دبیهای پایین، گردش هوا و توزیع بهتر شود؛ مخصوصاً وقتی زون در حداقل دبی دچار ضعف پخش هوا یا نارضایتی آسایشی میشود.
- Parallel Fan-Powered: فن معمولاً در بارهای کم وارد مدار میشود و به بهبود توزیع هوا کمک میکند.
- Series Fan-Powered: فن تقریباً پیوسته کار میکند و کنترل یکنواختتری میدهد، اما مصرف انرژی فن محلی بیشتر است.
این دو گزینه معمولاً برای فضاهایی انتخاب میشوند که در دبیهای پایین، مشکل پخش هوا، احساس سرمای موضعی یا نوسان دما دارند.
5) VAV دیجیتال در برابر ترمینالهای مکانیکی
ترمینالهای مکانیکی قدیمیتر معمولاً دقت پایینتر و امکان پایش محدودی دارند. در مقابل، VAV دیجیتال (با کنترلرهای DDC و قابلیت اتصال به BMS) امکان کالیبراسیون دقیقتر، مانیتورینگ وضعیت دمپر و دبی، ثبت آلارمها و اجرای سناریوهای هوشمند (مثل کنترل بر اساس حضور افراد یا CO₂) را فراهم میکند؛ به همین دلیل در پروژههای جدید، انتخاب غالب معمولاً سمت سیستمهای دیجیتال است.
مزایا و معایب سیستم VAV
مزایا
- کاهش مصرف انرژی: مهمترین مزیت VAV معمولاً در بخش فن دیده میشود. چون وقتی نیاز زونها کمتر میشود، دبی هوا پایین میآید و در نتیجه اگر فن هواساز با اینورتر/VFD کنترل شود، دور فن کم میشود و مصرف برق به شکل محسوسی کاهش پیدا میکند. به زبان ساده، سیستم بهجای اینکه همیشه با توان بالا کار کند، بیشتر مواقع «به اندازه نیاز» انرژی مصرف میکند.
- کنترل دقیقتر دما در زونها: در VAV هر فضا دبی مخصوص خودش را میگیرد. یعنی اتاقی که آفتابگیر است یا نفرات بیشتری دارد، هوای بیشتری دریافت میکند و اتاق کمبارتر دبی کمتری میگیرد. همین کنترل زونبهزون باعث میشود اختلاف دما بین فضاها کمتر شود و آسایش بهتری ایجاد شود.
- عملکرد آرامتر در بار جزئی (اگر طراحی درست باشد): وقتی فشار استاتیک شبکه درست کنترل شود و انتخاب دریچه، دیفیوزر و پلنیوم باکس مناسب باشد، سیستم در بسیاری از ساعات که بار کامل نیست، با دبی و سرعت کمتر کار میکند و معمولاً صدای کمتری نسبت به سیستمهای دبی ثابت دارد.
- مناسب برای ساختمانهای اداری و تجاری: در این ساختمانها بار حرارتی و تعداد افراد در طول روز تغییر میکند (جلسه، رفتوآمد، تجهیزات، ساعات کاری). VAV دقیقاً برای همین شرایط طراحی شده و نسبت به CAV انعطافپذیری بیشتری دارد.
معایب
- هزینه اولیه بالاتر: چون برای هر زون به تجهیزات بیشتری نیاز است؛ مثل VAV Box، عملگر دمپر، کنترلر، سنسور و گاهی تجهیزات جانبی. همین موضوع هزینه خرید و نصب را افزایش میدهد.
- نیاز به طراحی و اجرای دقیقتر: اگر مواردی مثل حداقل دبی، تنظیم فشار استاتیک، انتخاب دریچهها و بالانس هوا درست انجام نشود، ممکن است مشکلاتی مثل نوسان دما، توزیع نامناسب هوا یا صدای کانال پیش بیاید. یعنی VAV بیشتر از CAV به «جزئیات طراحی» وابسته است.
- حساسیت به تنظیم و کالیبراسیون سنسورها: چون کنترل سیستم بر پایه سنسورهاست، اگر سنسور دبی یا فشار از تنظیم خارج شود یا کنترلر درست کار نکند، سیستم ممکن است یا کمهوادهی کند (و فضا به نقطه آسایش نرسد) یا برعکس، بیش از حد هوا بدهد و مصرف انرژی و صدا بالا برود.
کاربردهای سیستم VAV در ساختمانها
ساختمانهای اداری:
در ادارات، شرایط فضا دائماً تغییر میکند؛ تعداد نفرات، روشن بودن تجهیزات، اتاقهای جلسه و حتی تابش خورشید باعث میشود بار حرارتی در طول روز بالا و پایین شود. VAV بهخاطر قابلیت کنترل زونبهزون کمک میکند هر بخش دقیقاً به اندازه نیاز خودش هوا بگیرد و همین موضوع هم آسایش را بهتر میکند و هم مصرف انرژی را پایین میآورد.
مراکز تجاری:
در فروشگاهها و فضاهای عمومی، ساعت کاری و تراکم جمعیت ثابت نیست. یک بخش ممکن است در ساعات شلوغ نیاز به تهویه و سرمایش بیشتری داشته باشد و در ساعات خلوت، بار بهطور محسوسی کاهش پیدا کند. در این نوع ساختمانها، VAV وقتی با کنترل تهویه بر اساس CO₂ همراه شود، هم کیفیت هوا را حفظ میکند و هم از تهویه بیش از حد و اتلاف انرژی جلوگیری میشود.
بیمارستانها:
در بیمارستانها موضوع فقط کنترل دما یا آسایش حرارتی؛ بعضی فضاها الزاماتی مثل فشار مثبت یا منفی، نرخ مشخص تعویض هوا و استانداردهای سختگیرانه دارند. به همین دلیل طراحی VAV در بیمارستان باید با دقت و احتیاط انجام شود. با این حال، در بخشهایی که محدودیتهای خاص کمتر است یا امکان کنترل دقیق فراهم باشد، VAV میتواند گزینهای بهینه و قابلاستفاده باشد.
هتلها:
در هتلها اشغال اتاقها همیشه یکسان نیست؛ بعضی اتاقها خالیاند، بعضی اتاقها در ساعات مختلف استفاده میشوند و نیاز سرمایش/گرمایش هم متغیر است. اینجاست که کنترل زونبهزون VAV ارزش پیدا میکند، مخصوصاً اگر با سناریوهای هوشمند مثل کنترل بر اساس حضور (Occupancy) ترکیب شود تا فضاهای کماستفاده انرژی زیادی مصرف نکنند.
مراکز آموزشی:
کلاسها، آمفیتئاترها و برخی فضاهای آموزشی در زمانهای مشخصی پر میشوند و بعد ناگهان خالی میشوند. در چنین شرایطی VAV بهخوبی میتواند دبی هوا را با نیاز واقعی تنظیم کند. استفاده از سنسور CO₂ در این ساختمانها خیلی کمککننده است، چون تهویه را دقیقاً بر مبنای تعداد نفرات و کیفیت هوا تنظیم میکند.
مقایسه سیستم VAV با CAV
1. تفاوت در کنترل دما
در سیستم حجم های ثابت (CAV) معمولاً حجم هوا ثابت است و برای کنترل دما بیشتر سراغ تغییر دمای هوای رفت یا تجهیزات نهایی مثل کویلها میرویم. اما در VAV منطق اصلی برعکس است: دمای هوای رفت غالباً نزدیک به یک مقدار ثابت نگه داشته میشود و این دبی هوا است که کموزیاد میشود تا دمای هر زون تنظیم شود. به همین دلیل، در ساختمانهای چندزون (اتاقها و فضاهای با بار متفاوت)، VAV معمولاً کنترل دقیقتر و هدفمندتری ارائه میدهد.
2. تفاوت در مصرف انرژی
در CAV فن هواساز معمولاً با دبی ثابت کار میکند؛ یعنی حتی وقتی بار ساختمان کم است، همچنان مقدار زیادی هوا جابهجا میشود و مصرف انرژی فن پایین نمیآید. در مقابل، در VAV وقتی بار جزئی است، زونها دبی کمتری میگیرند و اگر کنترل فشار استاتیک درست انجام شود و فن با اینورتر/VFD تنظیم شود، دور فن کاهش پیدا میکند و در نتیجه مصرف انرژی سیستم کمتر میشود.
3. تفاوت در هزینه تجهیزات و نگهداری
VAV به تجهیزات کنترلی بیشتری نیاز دارد؛ مثل VAV Box، عملگر دمپر، کنترلر و سنسورها. بنابراین هم هزینه اولیه بالاتر میرود و هم نگهداری آن بیشتر به تنظیمات، کالیبراسیون و سرویس دورهای وابسته است. از طرف دیگر CAV ساختار سادهتری دارد و معمولاً نگهداریاش راحتتر است، اما در بسیاری از پروژهها بهخاطر مصرف انرژی بالاتر، هزینه بهرهبرداری بیشتری نسبت به VAV ایجاد میکند.
نکات مهم طراحی سیستم VAV
1. انتخاب ظرفیت مناسب هواساز مرکزی
در سیستم VAV، هواساز باید بر اساس بار کل ساختمان، درصد هوای تازه، شرایط کویلهای سرمایش/گرمایش و همچنین افت فشار شبکه انتخاب شود. نکته مهم این است که هواساز فقط نباید در بار کامل خوب کار کند؛ در عمل، سیستم بیشتر ساعات سال در بار جزئی است. بنابراین وجود کنترل دور فن با اینورتر (VFD) و امکان کنترل دقیق فشار، کمک میکند عملکرد هواساز در بارهای مختلف پایدار و بهینه بماند.
2. محل نصب و عایقکاری جعبه VAV
جعبههای VAV معمولاً داخل سقف کاذب نصب میشوند. در طراحی و اجرا باید از همان ابتدا به چند موضوع توجه شود:
اول، دسترسی برای سرویس و تعمیرات؛ چون اگر VAV Box در نقطهای نصب شود که بعداً دسترسی به آن سخت باشد، هزینه نگهداری بالا میرود. دوم، کنترل انتقال صدا و سوم، عایقکاری مناسب برای جلوگیری از تعریق و اتلاف انرژی. بیتوجهی به این موارد معمولاً بعد از بهرهبرداری خودش را به شکل نارضایتی کاربر و هزینههای اضافه نشان میدهد.
3.تنظیمات فشار استاتیک
در شبکه VAV اگر فشار استاتیک را بهصورت «ثابت و بالا» تنظیم کنیم، در بار جزئی هم فشار بیدلیل بالا میماند و نتیجهاش میتواند صدای زیاد دریچهها، نشت هوا از اتصالات و مصرف انرژی بالاتر فن باشد. راهکار حرفهایتر، استفاده از Static Pressure Reset است؛ یعنی فشار هدف کانال بر اساس نیاز واقعی شبکه تنظیم شود (مثلاً با توجه به زونی که دمپر آن نزدیک به بازشدگی کامل است) تا فن دقیقاً همان فشاری را بسازد که لازم است، نه بیشتر.
4.انتخاب نوع دمپر مناسب
دمپرهای VAV باید برای کنترل مدولار مناسب باشند؛ یعنی بتوانند دبی را با فشار ملایم و مرحلهبهمرحله تنظیم کنند. علاوه بر این، نشتی قابلقبول و هماهنگی درست بین دمپر و عملگر اهمیت زیادی دارد. اگر دمپر و عملگر متناسب انتخاب نشوند، کنترل ناپایدار میشود و پدیدههایی مثل Hunting (باز و بسته شدن رفتوبرگشتی و بیقرار) به وجود میآید که هم صدا ایجاد میکند و هم باعث شکایت کاربری میشود.
اهمیت بالانس هوا در شبکه کانالکشی
حتی اگر کنترلر و سنسورها عالی باشند، روی شبکهای که درست بالانس نشده، نتیجه مطلوب به دست نمیآید. در VAV، بالانس اولیه و فرآیند TAB (تست، تنظیم و تحویل) حیاتی است تا هر زون بتواند در بازه حداقل و حداکثر، دبی واقعی طراحیشده را دریافت کند. این مرحله در عمل تعیین میکند که سیستم در بهرهبرداری «روان و قابلکنترل» باشد یا پر از نوسان و ایراد.
محاسبات پایه برای طراحی سیستم VAV
محاسبه دبی هوای موردنیاز هر زون (CFM/دبی هوا)
در طراحی VAV، اولین قدم این است که برای هر زون مشخص کنیم در حالت بار کامل حداکثر چه مقدار هوا لازم دارد. این مقدار به بار محسوس فضا و اختلاف دمای بین هوای رفت و دمای اتاق بستگی دارد. در واحدهای آمریکایی معمولاً از این رابطه استفاده میشود:
CFM = Qs / (1.08 × ΔT)
یعنی هرچه بار بیشتر باشد یا اختلاف دما کمتر باشد، دبی لازم افزایش پیدا میکند.
اما نکته مهم در VAV این است که شما فقط یک عدد ندارید؛ برای هر زون دو دبی تعریف میشود:
- دبی ماکزیمم (Max): برای زمانی که بار فضا زیاد است.
- دبی مینیمم (Min): برای زمانی که بار کم است، ولی هنوز باید تهویه حداقلی و پخش هوا حفظ شود.
محاسبه ظرفیت کویل گرمایشی در VAV Reheat
در سیستم Reheat VAV وقتی دبی هوا پایین میآید، ممکن است برای کنترل دقیق دما نیاز باشد هوا کمی گرمتر وارد اتاق شود. در این حالت، ظرفیت کویل گرمایشی بر اساس دبی حداقل و مقدار گرمایی که باید به هوا اضافه شود محاسبه میشود:
Q = ṁ × Cp × ΔT
به زبان ساده: هرچه Min Flow را بالاتر انتخاب کنید، حجم هوایی که باید گرم شود بیشتر میشود و در نتیجه مصرف انرژی گرمایش مجدد هم بالا میرود. به همین دلیل تعیین درست حداقل دبی و منطق کنترل، مستقیماً روی هزینه انرژی اثر دارد.
محاسبه افت فشار و سایزینگ کانالها
در شبکه کانالکشی VAV باید کانالها طوری سایز شوند که هم سرعت هوا و صدا در محدوده قابلقبول بماند و هم سیستم از نظر کنترلی پایدار باشد. افت فشار کلی شبکه معمولاً از دو بخش تشکیل میشود:
- افت اصطکاکی طول مسیر کانال
- افتهای موضعی مثل زانوییها، سهراهیها، تبدیلها و دریچهها
در VAV این بخش حساستر است، چون با باز و بسته شدن دمپرهای زونها، دبی تغییر میکند و رفتار فشار شبکه هم دائم عوض میشود. اگر سایزینگ و افت فشار درست نباشد، در بار جزئی ممکن است صدای بیشتری ایجاد شود یا کنترل فشار سختتر شود.
مثال:
فرض کنید یک زون اداری داریم با بار محسوس حدود 3.5 kW و میخواهیم با هوای رفت 13°C دمای اتاق را روی 24°C نگه داریم. اختلاف دما حدود 11 درجه است. در این شرایط، ابتدا دبی هوای ماکزیمم را بر اساس همین بار و اختلاف دما به دست میآوریم. بعد، حداقل دبی را طوری تعیین میکنیم که دو شرط همزمان رعایت شود:
- تهویه حداقلی (هوای تازه) کم نشود
- در دبی پایین، پخش هوا و پرتاب دریچه دچار مشکل نشود
طراح حرفهای دقیقاً همین تعادل را برقرار میکند تا سیستم هم در بار کامل درست کار کند و هم در بار جزئی، بدون نوسان و بدون افت کیفیت هوا، پایدار بماند.
هزینه نصب و نگهداری سیستم VAV
1. هزینه تجهیزات
هزینه اولیه سیستم VAV بیشتر از هر چیز به تعداد زونها و نوع تجهیزاتی که برای هر زون انتخاب میشود بستگی دارد. هرچه زونها بیشتر باشند، تعداد VAV Boxها، عملگرهای دمپر، کنترلرها و سنسورها هم بیشتر میشود. اگر پروژه به سیستم BMS متصل باشد یا از گزینههایی مثل Reheat (کویل گرمایش مجدد) یا Fan-Powered VAV استفاده شود، طبیعتاً هزینه تجهیزات بالاتر میرود. بهطور کلی، هرچه سطح کنترل دقیقتر و دیجیتالتر باشد، سرمایهگذاری اولیه بیشتر است.
2. هزینه اجرا و کانالکشی
در بخش اجرا فقط نصب یک جعبه روی کانال مطرح نیست؛ مجموعهای از کارها باید درست انجام شود: کانالکشی شاخهها، نصب ترمینالها در سقف کاذب با دسترسی مناسب برای سرویس، عایقکاری برای کنترل صدا و تعریق، کابلکشی کنترل و در نهایت راهاندازی. در سیستم VAV مرحله راهاندازی و بالانس (TAB) اهمیت ویژهای دارد، چون اگر دبیها و تنظیمات درست تحویل نشود، سیستم حتی با بهترین تجهیزات هم کیفیت مطلوبی نخواهد داشت.
3. هزینههای نگهداری و سرویس دورهای
نگهداری VAV بیشتر مربوط به «تنظیم و کنترل» است تا تعمیرات سنگین. معمولاً در سرویس دورهای مواردی مثل کالیبراسیون سنسورها، بررسی عملکرد عملگر دمپر، کنترل درست بودن حداقل و حداکثر دبی، بررسی فشار استاتیک شبکه و هماهنگی تنظیمات با BMS انجام میشود. اگر این سرویسها بهصورت منظم انجام نشود، سیستم به مرور از حالت بهینه خارج میشود؛ در نتیجه ممکن است مصرف انرژی بالا برود یا کنترل دما و کیفیت هوا افت کند.
بهترین موارد استفاده از سیستم VAV
1. ساختمانهایی با بار متغیر حرارتی
سیستم VAV زمانی بیشترین ارزش را نشان میدهد که بار حرارتی فضا در طول روز مدام تغییر کند. مثلاً اتاقهای جلسه، دفاتر اداری یا مراکز خرید گاهی شلوغ و پرمصرف هستند و گاهی خلوت میشوند. در این شرایط، VAV میتواند دبی هوا را متناسب با نیاز هر زون کموزیاد کند و باعث شود سیستم در ساعات کمبار، انرژی اضافه مصرف نکند.
2. پروژههای هوشمند با BMS
اگر ساختمان قرار است با BMS مدیریت شود، VAV گزینه بسیار مناسبی است. چون کنترلرهای دیجیتال و سنسورها این امکان را میدهند که وضعیت زونها مانیتور شود، آلارمها ثبت شوند و سناریوهای هوشمند مثل برنامه زمانی، کنترل بر اساس حضور افراد یا بهینهسازی مصرف انرژی اجرا شود. به زبان ساده، VAV ابزار خوبی برای «کنترل دقیق و قابلپایش» در ساختمان هوشمند است.
3. ساختمانهای نیازمند کنترل IAQ
در پروژههایی که کیفیت هوای داخل (IAQ) مهم است، VAV بهخوبی با سنسور CO₂ و منطق تهویه مبتنی بر نیاز هماهنگ میشود. یعنی وقتی فضا شلوغتر میشود و CO₂ بالا میرود، سیستم تهویه را افزایش میدهد و وقتی فضا خلوت است، تهویه را بیدلیل بالا نگه نمیدارد. البته شرط موفقیت این بخش، طراحی درست حداقل دبی و استراتژی تامین هوای تازه است تا هم کیفیت هوا حفظ شود و هم پخش هوا در دبیهای پایین مشکل پیدا نکند.
سخن پایانی
سیستم VAV اگر درست طراحی و راهاندازی شود، معمولاً نتیجهاش کاهش مصرف انرژی (بهخصوص فن)، کنترل دقیقتر دما در هر زون و عملکرد بهتر در ساختمانهای پرتغییر است. در مقابل، هزینه اولیه بالاتر است و بدون اجرای دقیقِ بالانس و کنترل فشار استاتیک) میتواند پرصدا یا ناپایدار شود.
اگر پروژه شما چند زون است، بارها متغیرند یا قرار است BMS و کنترل IAQ جدی باشد، VAV معمولاً انتخاب حرفهایتری نسبت به CAV است. در عمل هم کیفیت تجهیزات انتهایی خیلی تعیینکننده است؛ چون انتخاب درست دریچهها و دمپرهای کنترلی روی پخش هوا، صدا و پایداری کنترل اثر مستقیم دارد.
استفاده از دریچهها و دمپرهای باکیفیت (مثل محصولات دریچهسازی رحمتی) کمک میکند سیستم در دبیهای کم هم پخش هوای بهتری داشته باشد، صدا کمتر شود و کنترل VAV روانتر و قابلاعتمادتر کار کند
