شرکت صنعتی رحمتی | تولید کننده دریچه هوا
سیستم حجم هوای ثابت (CAV) روشی است که در آن برای هر اتاق یا زون، مقدار تقریبی هوای مورد نیاز از ابتدا تعیین میشود و فن و شبکه کانالها طوری طراحی میشوند که این مقدار هوا در حین کار سیستم ثابت بماند. وقتی بار سرمایشی یا گرمایشی ساختمان تغییر میکند، سیستم بهجای کم و زیاد کردن حجم هوا، دمای هوای خروجی از هواساز را تنظیم میکند؛ بنابراین در تابستان همان مقدار جریان هوا سردتر و در زمستان همان مقدار جریان هوا گرمتر به فضا میرسد.
در ادامه، نحوه عملکرد، اجزای اصلی و مزایا و محدودیتهای سیستم CAV را در مقایسه با سیستمهای حجممتغیر (VAV) بررسی میکنیم.
سیستم CAV چیست؟
وقتی از سیستم CAV (حجم هوای ثابت) صحبت میشود، منظور سیستمی است که دبی هوای رفت به فضا تقریباً ثابت میماند و فقط دمای این هوا تغییر میکند. برای هر فضا، اتاق یا زون، یک دبی مشخص هوا در نظر گرفته میشود و سیستم در حین کار، همین مقدار را کموبیش حفظ میکند؛ بنابراین تنظیم و کنترل تهویه محیط بر پایه دمای هوا انجام میشود، نه کم و زیاد کردن حجم جریان هوا.
فرض کنید یک طبقه اداری طوری طراحی شده که حدود ۲۰۰۰ مترمکعب هوا در ساعت به آن فرستاده میشود.
در تابستان، همین ۲۰۰۰ مترمکعب هوا از روی کویل سرمایش رد میشود، خنک میشود و وارد فضاها میگردد.
در زمستان هم دوباره همان ۲۰۰۰ مترمکعب هوا از هواساز عبور میکند، فقط اینبار کویل گرمایشی روشن است و هوا قبل از ورود به اتاقها گرم میشود.
نحوه عملکرد سیستم CAV
- ورود و فیلتراسیون هوا
هوای تازه از بیرون با هوای برگشتی از داخل ترکیب میشود، وارد هواساز میشود و از روی فیلترها عبور میکند تا ذرات و آلودگیها گرفته شود.
- تنظیم دما و ارسال به کانالها
هوای فیلترشده از روی کویلهای آب سرد یا آب گرم رد میشود و دما تنظیم میشود؛ سپس فن، همین هوا را با دبی طراحی وارد کانال رفت میکند.
- توزیع هوا و تنظیم دبی فضاها
سپس هوا در کانالهای اصلی و فرعی حرکت میکند و از طریق دریچه تهویه هوا وارد اتاقها میشود. در مرحله راهاندازی، با تنظیم دمپرها، دبی هر شاخه طوری تنظیم میشود که هر فضا تقریباً همان مقدار هوای محاسبهشده را دریافت کند.
- تنظیم دما و واکنش به کموزیاد شدن نیاز سرمایش و گرمایش
در طول روز، وقتی نیاز سرمایش یا گرمایش ساختمان تغییر میکند، بهجای کم و زیاد کردن مقدار هوا، دمای هوای رفت در هواساز تنظیم میشود؛ در ساعات گرم هوای سر و در ساعات سرد هوای گرم وارد سیستم میشود.
در فضاهای تحت پوشش، شدت و حجم جریان هوا تقریباً ثابت میماند و آنچه در عمل تغییر میکند، دمای هوایی است که از دریچهها وارد فضا میشود؛ یعنی احساس گرمی و سردی با تغییر دما تنظیم میشود، نه با تغییر شدت باد.
اجزای اصلی سیستم CAV
سیستمهای حجم هوای ثابت شامل بخشهای متفاوتی هستند که در ادامه به توضیحات هر کدام پرداخته ایم.
1) هواساز (Air Handling Unit)
هواساز قلب سیستم است؛ در آن هوای تازه و هوای برگشتی با هم ترکیب میشوند، از فیلترها عبور میکنند و روی کویلهای سرمایش و گرمایش تا دمای موردنیاز تنظیم میشوند. سپس فن، هوا را با دبی و فشار طراحیشده وارد کانال رفت میکند. انتخاب صحیح فن، کویل و ابعاد هواساز برای رسیدن به دبی و فشار استاتیک موردنیاز شبکه کانال حیاتی است.
2) کانالکشی و توزیع هوا
کانالها، هوای آمادهشده در هواساز را بین فضاهای مختلف پخش میکند. مقطع و مسیر کانالها باید طوری طراحی شوند که سرعت هوا از نظر صدا و افت فشار قابل قبول باشد و افت فشار کل شبکه با مشخصات فن هماهنگ بماند. در اجرا، آببندی، عایقکاری و اتصالات دقیق مهم است؛ نشتی یا قطر نامناسب باعث میشود دبی واقعی با دبی محاسبهشده فرق کند.
3) فیلترها و دمپرها
فیلترها ذرات معلق را میگیرند و کیفیت هوای داخل را بهتر میکنند، اما همزمان افت فشار ایجاد میکنند؛ اگر بهموقع تعویض نشوند، دبی واقعی شاخهها کاهش پیدا میکند. دمپرهای هوا روی شاخههای اصلی و فرعی نصب میشوند تا در زمان بالانس، دبی هر مسیر تنظیم شود. نصب اصولی دمپر و کیفیت آنها روی پایداری بالانس اثر مستقیم دارد.
دمپر دود یا دمپر آتش نیز باید هم الزامات ساختمانی در زمینه حریق را تأمین کنند و هم طوری تنظیم شوند که افت فشار اضافی به سیستم تحمیل نکنند.
4) تجهیزات سرمایشی و گرمایشی
این سیستم میتواند به تجهیزات مختلفی مثل چیلر و بویلر، روفتاپ پکیج یا هواساز DX متصل شود. وظیفه این تجهیزات، تأمین آبسرد، آبگرم یا مبرد با دمای مناسب برای کویلهای هواساز است. خودِ مفهوم حجمهوایثابت بیشتر به بخش هوایی مربوط است؛ یعنی اینکه هوای آمادهشده چگونه با دبی طراحیشده بین فضاها توزیع میشود.
انواع دستگاههای تهویه مطبوع حجم هوای ثابت (CAV)
1) هواساز حجمهوایثابت (CAV Air Handling Unit – AHU)
هواساز صنعتی (AHU) دستگاهی است که هوای تازه را دریافت کرده، آن را فیلتر میکند، دما و در صورت نیاز رطوبتش را تنظیم میکند و از طریق کانالها به داخل ساختمان میفرستد.
2) فنکویل حجم ثابت (Constant Volume Fan Coil Unit – FCU)
فنکویل (FCU) دستگاهی است که با عبور هوا از روی کویل سرد یا گرم، دمای محیط را تنظیم کرده و هوای مطبوع را در فضا به گردش درمیآورد.
3) داکتاسپلیت حجم ثابت (Constant Volume Ducted Split System)
داکتاسپلیت سیستمی است شامل یک یونیت داخلی و یک یونیت خارجی که از طریق کانالها هوای سرد یا گرم را در بخشهای مختلف ساختمان توزیع میکند.
4) چیلر با حجمهوایثابت (Constant Volume Chiller System)
چیلر صنعتی دستگاهی است که با استفاده از سیکل تبرید، آب سرد موردنیاز سیستمهای تهویه مطبوع را تأمین میکند تا هوا در هواسازها یا فنکویلها خنک شود.
5) بویلر با حجمهوایثابت (Constant Volume Boiler System)
بویلر دستگاهی است که آب را تا دمای مشخص گرم کرده و آن را برای گرمایش فضا یا مصرف در کویلهای گرمایشی سیستم تهویه به مدار ارسال میکند.
6) پکیج روفتاپ حجم ثابت (Constant Volume Rooftop Package Unit – RTU):
روفتاپ پکیج (RTU) یونیت یکپارچهای است که روی پشتبام نصب میشود و با داشتن بخشهای سرمایشی و گرمایشی، هوای مطبوع موردنیاز ساختمانهای بزرگ را تأمین و از طریق کانالها توزیع میکند.
کاربردهای سیستم CAV در ساختمانهای مختلف
فضاهای مسکونی (بخشهای مشترک)
در خود واحدها معمولاً از فنکوئل، رادیاتور یا اسپلیت استفاده میشود؛ اما این سیستم برای فضاهای مشترک مثل لابی، راهروهای بسته و پارکینگهای مسقف انتخاب مناسبی است. در این فضاها، تهویه مداوم و قابلاعتماد مهمتر از کنترل درجهبندی شده دماست و یک سیستم ساده با حجمهوایثابت این نیاز را بهخوبی پوشش میدهد.
ساختمانهای اداری و تجاری
در ساختمانهای اداری و تجاری کوچک و متوسط، شعب بانک، فروشگاههای بزرگ و مراکز خدماتی، این روش بهخاطر سادگی و هزینه اولیه پایین، استفاده زیادی دارد. معمولاً برای هر طبقه یا گروهی از فضاهای مشابه، یک زون در نظر گرفته میشود و تیم بهرهبرداری میتواند بدون نیاز به سیستمهای کنترلی پیچیده، آن را مدیریت کند.
فضاهای صنعتی و اتاقهای استریلیزه
در بسیاری از فضاهای صنعتی و اتاقهای استریلیزه، جریان مداوم هوا و جهت حرکت جریان هوا مهمتر از کنترل بسیار دقیق دما در هر نقطه است. در این محیطها، ساختارهای مبتنی بر حجمهوایثابت اغلب پایه طراحی هستند و روی آنها کنترل فشار، فیلتراسیون دقیق و استانداردهای کیفیت هوا نصب میشود.
مزایا و معایب سیستم CAV
قبل از انتخاب CAV بهعنوان سیستم توزیع هوا، خوب است تصویر خیلی خلاصهای از نقاط قوت و محدودیتهای آن داشته باشیم؛ مخصوصاً وقتی بین CAV و VAV مردد هستیم.
مزایای سیستم CAV
- طراحی و کنترل ساده و قابلفهم
- هزینه اولیه کمتر نسبت به سیستمهای حجممتغیر
- نگهداری آسانتر (تمرکز سرویس روی هواساز و کانالها)
- عملکرد پایدار در صورت بالانس و سرویس منظم
معایب سیستم CAV
- مصرف انرژی بالاتر در ساعات کممصرف
- کارایی محدود در ساختمانهای چند زون و پیچیده
- انعطافپذیری کم در تغییر کاربری فضاها
- وابستگی زیاد به بالانس درست و تعویض بهموقع فیلترها
مقایسه سیستم CAV و VAV
در این روش، فرض اصلی این است که دبی هوا ثابت و دمای هوای رفت متغیر باشد؛ در سیستمهای VAV برعکس، دمای هوای رفت تقریباً ثابت و دبی هوا برای هر زون متغیر است. همین تفاوت باعث میشود VAV در ساختمانهای بزرگ و چندمنطقهای، امکان تنظیم مستقلتر برای هر زون و صرفهجویی بیشتر در انرژی فن را فراهم کند.
از نظر انرژی، وقتی نیاز سرمایش و گرمایش کاهش پیدا میکند، سیستم VAV با کم کردن دبی هوا و کاهش سرعت فن، صرفهجویی چشمگیری در برق بهدست میآورد؛ چون توان فن با تغییر سرعت شدیداً تغییر میکند. در CAV، فن معمولاً نزدیک دبی طراحی کار میکند و صرفهجویی عمده بیشتر از سمت تولید سرما و گرما (مثلاً با تنظیم دمای هوای رفت) بهدست میآید.
در عوض، طراحی، اجرا، راهاندازی و نگهداری VAV پیچیدهتر و پرهزینهتر است؛ به جعبههای VAV، دمپرهای موتوردار، سنسورهای بیشتر و سیستم کنترل قویتر نیاز دارد. برای ساختمانهای کوچک و متوسط یا پروژههایی که تیم بهرهبرداری خیلی تخصصی ندارند، CAV معمولاً انتخاب معقولتری است.
معیارهای مهم در طراحی و انتخاب سیستم CAV
نوع کاربری و تعداد زونها
در ساختمانهایی با تعداد زون محدود و رفتار حرارتی نسبتاً مشابه، این روش معمولاً جواب میدهد. هرچه تعداد زونها و تفاوت کاربریها (اتاق کار، سالن، اتاق سرور، فروشگاه و…) بیشتر شود، کنترل با حجمهوایثابت سختتر میشود و باید جدیتر به VAV یا ترکیب چند سیستم فکر کرد.
شرایط اقلیمی و ساعات کار
در مناطق با آب هوای خاص که تابستان و زمستان شدید دارند یا ساختمانهای تجاری با ساعات کار طولانی، اختلاف مصرف انرژی بین CAV و VAV در طول سال قابل توجه میشود. در اقلیمهای معتدلتر یا ساختمانهایی با ساعات کار محدود، این اختلاف کوچکتر است و سادگی CAV ممکن است برتری پیدا کند.
محاسبه نیاز سرمایش و گرمایش
در این روش، دبی هوا مستقیم از روی نیاز سرمایش و گرمایش محاسبه میشود؛ بنابراین دقت محاسبات بسیار مهم است. اگر نیاز واقعی دستکم گرفته شود، سیستم در اوج گرما یا سرما جواب نمیدهد؛ اگر زیادی محافظهکارانه در نظر گرفته شود، دبیها بالا میروند و هم قطر کانالها و هم مصرف انرژی بیجهت زیاد میشود.
کنترل رطوبت
در پروژههایی مثل بیمارستانها، برخی اتاقهای تمیز و سالنهای تولید، کنترل رطوبت اهمیت دارد. در این حالت، هواساز باید از نظر کویلها، تجهیزات رطوبتزنی/رطوبتگیری و نحوه کنترل، با دقت بیشتری طراحی شود تا بتواند هم دما و هم رطوبت را در محدوده استاندارد نگه دارد.
سطح صدای سیستم
سرعت هوا در کانالها، نوع دریچهها و نحوه نصب فن روی صدا اثر مستقیم دارد. در فضاهای اداری، آموزشی و درمانی، اگر در طراحی به این موضوع توجه نشود، ممکن است بعداً مجبور شویم با هزینه بالا، کانالها یا دریچهها را اصلاح کنیم. در این روش باید بین دبی موردنیاز و سطح صدای قابل قبول تعادل برقرار شود.
نکات اجرایی و نگهداری سیستم CAV
برای اینکه سیستم روی کاغذ «حجمهوایثابت» نباشد و در عمل هم همینطور رفتار کند، چند نکته اجرایی مهم است:
- کانالها باید با دقت اجرا، آببندی و عایقکاری شوند تا نشتی و تعریق به حداقل برسد.
- محل دمپرهای بالانس باید طوری انتخاب شود که در زمان راهاندازی و سرویس، دسترسی به آنها راحت باشد.
- بالانس حرفهای شبکه کانال در زمان تحویل، همراه با ثبت دبی شاخهها، الزامی است.
- فیلترها باید طبق برنامه و متناسب با شرایط محیط تعویض شوند؛ فیلتر کثیف یعنی افت دبی و افت کیفیت هوا.
- فن باید از نظر لرزش، صدا، یاتاقانها و تسمه بهطور دورهای بررسی شود.
در ساختمانهای قدیمی که سالهاست با این روش کار میکنند، معمولاً میتوان بدون تعویض کامل سیستم، با اصلاح کانالها، بازبینی بالانس، تعویض فن با مدل راندمانبالا و تنظیم بهتر دمای هوای رفت، هم آسایش را بهتر کرد و هم مصرف انرژی را پایین آورد.
چه زمانی استفاده از CAV گزینه مناسبتری است؟
بهطور خلاصه، این روش در این شرایط معمولاً انتخاب منطقیتری است:
- ساختمانهای اداری و تجاری کوچک و متوسط با تعداد زون محدود و الگوی رفتاری نسبتاً مشابه.
- فضاهای مشترک مجتمعهای مسکونی و پارکینگهای مسقف.
- بسیاری از فضاهای صنعتی و اتاقهای تمیز که ثبات دبی و تعداد تعویض هوا مهمتر از کنترل فوقالعاده دقیق دماست.
- پروژههایی که بودجه اولیه و پیچیدگی سیستم باید کنترلشده باشد و تیم بهرهبرداری خیلی تخصصی نیست.
در مقابل، برای برجهای اداری بزرگ، مراکز تجاری وسیع و ساختمانهایی که حساسیت جدی روی مصرف انرژی و کنترل دقیق زونها دارند، معمولاً VAV یا ترکیب چند سیستم، گزینه مناسبتری است.
جمعبندی
در این روش، فرض اصلی این است که مقدار هوای رفت به فضاها تقریباً ثابت بماند و دمای همین هوا در واحد مرکزی تنظیم شود. همین ایده ساده باعث شده این سیستم سالها در پروژههای اداری، تجاری و صنعتی کوچک و متوسط استفاده شود؛ چون طراحی، اجرا، عیبیابی و نگهداری آن نسبتاً ساده است و برای بسیاری از کاربریها، کیفیت قابل قبولی از تهویه و آسایش فراهم میکند.
با این حال، محدودیت آن در مصرف انرژی در ساعات کمنیاز و در کنترل ساختمانهای چندمنطقهای پیچیده را نباید نادیده گرفت. انتخاب بین CAV، VAV یا ترکیب چند روش، باید بر اساس نوع کاربری، تعداد زونها، شرایط اقلیمی، ساعات کار، بودجه اولیه و توان تیم بهرهبرداری انجام شود؛ نه فقط بر اساس عادت یا تکرار طرحهای قبلی.
سؤالات متداول
این سیستم برای چه نوع ساختمانهایی مناسبتر است؟
برای ساختمانهای اداری و تجاری کوچک و متوسط، فضاهای مشترک مجتمعهای مسکونی، پارکینگهای مسقف و بسیاری از فضاهای صنعتی و اتاقهای تمیز که ثبات دبی هوا مهم است و تعداد زونها خیلی زیاد نیست.
آیا همیشه مصرف انرژی آن بیشتر از VAV است؟
در ساختمانهای بزرگ با ساعات کار طولانی، معمولاً مصرف انرژی فن و هوای تازه در این روش بیشتر از سیستمهای حجممتغیر است، چون دبی هوا در ساعات کمنیاز هم تقریباً ثابت میماند. در پروژههای کوچکتر یا ساختمانهایی با ساعات کار محدود، این اختلاف ممکن است چندان بزرگ نباشد.
تفاوت اصلی با VAV چیست؟
در CAV، دبی هوا تقریباً ثابت و دمای هوای رفت متغیر است؛ در VAV، دمای هوای رفت تقریباً ثابت و دبی هوا برای هر زون متناسب با نیاز آن زون کم و زیاد میشود. به همین دلیل، VAV در کنترل زونها و صرفهجویی انرژی در ساعات کمنیاز برتری دارد، ولی پیچیدهتر و گرانتر است.
نگهداری این سیستم چگونه است؟
تعویض منظم فیلترها، سرویس دورهای فن، بازدید کانالها و دمپرها و در صورت تغییر کاربری فضاها، بازبینی بالانس. اگر این موارد انجام شود، معمولاً سالها بدون مشکل جدی کار میکند.
