هواساز چیست؟ انواع هواسازها و مزایا و معایب آنها

دستگاه هواساز به دستگاهی گفته می شود که وظیفه آن تنظیم گردش هوا در سیستم تهویه مطبوع است. هواساز از اجزای مختلف و متنوعی درست شده است که در ادامه در مورد آنها صحبت خواهیم کرد. کارکرد دستگاه هواساز به عملکرد اجزای سازنده آن بستگی داشته و رابطه مستقیم با آن دارد. این دستگاه در انواع محیط ها و ساختمان ها برای کنترل و تنظیم دما، رطوبت و کیفیت هوا  به کار می رود. به عبارتی این دستگاه توان ایجاد هوای مورد نظر برای انواع محیط های مختلف را در کیفیت، میزان رطوبت و درجه حرارت مطلوب دارد.

تاریخچه پیدایش هواساز

استفاده از سیستم ها و ساختارهایی مشابه هوارسان به تهویه مطبوع در مصر باستان و قرن دوم در چین باز می گردد. اما به شکل مدرن، برای اولین بار در قرن هفدهم میلادی توسط کورنلیس دریبل مخترع هلندی ساخت و استفاده از سیستم های تهویه مطبوع آغاز شد. در سال ۱۸۲۰ و با کشف توانایی آمونیاک به عنوان یک عامل خنک کردن هوا، تحول عظیمی در ایجاد بسترهای برودتی در سیستم های تهویه مطبوع صورت گرفت.

بیست و دو سال بعد، در سال ۱۸۴۲ جان گری در فلوریدا از ساختار کمپرسور برای تولید یخ استفاده کرد. با ایده خنک کردن هوا برای ساختمان ها به صورت متمرکز، او برای اولین ایده سیستم تهویه مطبوع مرکزی ارائه کرد. پس از درگذشت گری، به مدت ۵۰ سال تحول قابل توجهی در این عرصه صورت نگرفت.

نوع اولیه سیستم های تهویه مطبوع امروزی برای اولین بار توسط ویلیس کریر مخترع آمریکایی ساخته شده است. در این نمونه اولیه علاوه بر کنترل دما، کریر توانست ایده ای برای کنترل رطوبت هوا نیز ارائه دهد. بنابراین می توان گفت که اولین نمونه از دستگاه های تهویه مطبوع نوعی هوارسان بوده است. زیرا علاوه بر دما، رطوبت را نیز کنترل می کرده است. با افزایش تقاضا در این زمینه، شرکتی تحت عنوان Carrier America در ایالات متحده شروع به کار کرد. همین، آغازی بر تولید انبوه و استفاده گسترده از اولین انواع سیستم های تهویه مطبوع شد.

در سال ۱۹۰۶ استوارت کرامر در تحقیقات خود برای افزودن رطوبت به هوا در کارخانه نساجی، برای اولین بار اصطلاح تهویه مطبوع را به کار برد. در سال ۱۹۱۴ و با به کارگیری چنین ساختاری که توانایی کنترل دما و رطوبت هوا را دارد، اولین خانه شخصی با هواساز در مینیاپولیس آمریکا تجهیز شد. این امر آغازی بر همگانی شدن استفاده از انواع دستگاه ها و سیستم های تهویه مطبوع در محیط های مسکونی، صنعتی، اداری و… بود.

در سال ۱۹۴۵ و با اختراع دستگاهی مانند هوارسان های امروزی که علاوه بر حرارت و برودت، می تواند کیفیت هوا را با فیلتراسیون افزایش دهد، رابرت شرمن توانست ساختار جدیدی از تهویه مطبوع را در ساختمان ها به اجرا در آورد.

پارامترهای انتخاب هواساز

میزان هوادهی که با توجه به حجم هوای محیط و کاربری آن تعیین می‌شود برای مثال میزان هوادهی هواساز در یک حجم ثابت از یک پروژه اداری و ورزشی متفاوت است. فشار فن هواساز که با توجه به طول کانال‌کشی و نوع فیلترهای به‌کاررفته در هواساز متفاوت است و شامل دو پارامتر افت فشار خارجی (مربوط به کانال‌ها و دریچه‌های خروجی هوا (و افت داخلی) مربوط به کویل، فن و فیلترهای هواساز است). فشار فن باید به حدی باشد که بتواند به موارد ذکرشده غلبه کند.

ظرفیت حرارتی و برودتی که تعیین‌کننده سطح تماس کویل حرارتی و برودتی هواساز است. کیفیت هوای خروجی از دستگاه که در پروژه‌های بیمارستانی، درمانی و آزمایشگاهی بسیار حائز اهمیت است؛ و نوع فیلتراسیون را تعیین می‌کند و تاثیر بسیاری روی قدرت فن دارد.

مزایا و معایب دستگاه هواساز

همانطور که گفته شد ، این دستگاه ، دستگاهی است که پس از سرد ، گرم و نیز فیلتر کردن و تنظیم رطوبت هوا ، هوا را با کانال کشی در سرتاسر ساختمان توزیع می کند و مزایا و معایب آن در نقطه مقابل سیستم های بدون کانال از جمله فن کویل ها قرار دارد. یعنی اینکه در سیستم فن کویل ، به ازای هر اتاق یا قسمت از ساختمان یک فن کویل در نظر گرفته شده و همه فن کویل ها با لوله کشی آب سرد و گرم به چیلر و بویلر متصل می شوند و دیگر از کانال کشی استفاده نمی شود.

ولی هواساز برتری که نسبت به فن کویل ها دارد این است که می توان حجم بالایی از هوای تازه را به درون ساختمان تزریق کرد که از این نظر به انواع معمولی و فول فرش (full fresh) تقسیم بندی می شوند. منظور از فول فرش این است که صد در صد هوی عبوری از داخل دستگاه هواساز ، از بیرون (هوای آزاد) تامین شده و هیچ درصدی از هوای داخل ساختمان مجددا وارد دستگاه نمی شود. نکته اینکه در بسیاری از ساختمان ها و سوله ها از سیستم هواساز و فن کویل به صورت ترکیبی استفاده می شود.

انواع هواساز

با گسترش تولید و استفاده از انواع هوارسان، این سیستم ها در ظرفیت ها و قابلیت های مختلفی با تفاوت هایی در اجزا، تولید شده اند.

هواساز عمودی و افقی

نوع دیگری از دسته بندی هوارسانها ، تقسیم بندی آن ها بر اساس شکل ساخت و نصب آناست. دستگاههای عمودی ارتفاع بلند تری دارند اما مساحت کمتری از سطح را اشغال می کنند. هواسازهای افقی که مرسوم تر از نوع اول هستند، دارای ارتفاع کمتر و سطح اشغالی بیشتری هستند. دریچه ورود و خروج هوا در این دو نوع نیز به شکل متفاوتی تعبیه شده است. در نوع افقی، دریچه های ورودی و خروجی در یک راستا هستند و هوا از یک سو وارد شده و از سوی مقابل خارج می شود. اما در نوع عمودی این دریچه های روی یکدیگر قرار دارند. البته در مواقعی نیز بسته به نیاز تمام این مسائل می تواند تغییر کند.

هواسازهای مستقل

این هواساز در نوع ساختمانی خود با نام هواساز کوچک نیز شناخته می شود. دستگاه مستقل معمولا دارای ابعاد کوچکی است و در ساختمان ها به منظور جداسازی هزینه ها به کار می رود. این نوع به دلیل ابعاد مناسبی که دارد می تواند روی پشت بام و یا بالکن نصب شود. هوارسان مستقل آپارتمانی تراکمی و هواساز مستقل آپارتمانی تبخیری دو نوع اصلی این هوارسان هستند که نوع دوم دارای هزینه های کمتری از هر نظر است.

در حقیقت هواسازی که مجهز به کمپرسور و سیستم سرمایش در داخل دستگاه باشد، همان پکیج هوایی پشت بامی است که در جنوب کشور استفاده از آن محبوبیت فراوارنی دارد و می تواند برای کاربردهای مستقل یا تجمیعی مورد استفاده قرار گیرد. هواسازی که تمام بازگشت باشد و به یک کندانسینگ یونیت متصل شود و دارای کویل DX جهت سرمایش و کویل آبگرم جهت گرمایش باشد و به صورت مستقل در پروژه های ساختمانی  مورد استفاده قرارگیرد را داکت اسپلیت نیز می نامند. از طرفی نیز هواساز تبخیری را ایرواشر می گویند که می تواند به کویل آبگرم جهت سرمایش در زمستان متصل شود و در انواع مستقل و مرکزی ساخته می شود.

انواع هواساز بر اساس فن

این تقسیم بندی به دلیل استفاده از فن در موقعیت های متفاوت برای هواسازها است. انواع فن های مکنده و دمنده به جهت مکان قرار گیری و دمیدن یا کشیدن هوا از درون هوارسان، تفاوت هایی از جمله فشار بعد و قبل از فن با یکدیگر دارند.

هواساز

انواع هواساز بر اساس مکانیسم سرمایشی و گرمایشی

دستگاه های هواساز را می توان بر اساس مکانیسم سرمایش و گرمایش و مواردی از جمله تامین هوا نیز تقسیم بندی کرد. در برخی مدل ها به جای کویل آب سرد از کویل DX استفاده می شود. این امر سبب می شود تا کویل به عنوان اواپراتور نیز شناخته شود و نقش آن را هم داشته باشد. همچنین از نظر تامین هوا برای سرمایش و گرمایش ساختمان ها نیز، از سه ساختار استفاده می شود.

در نوع فول فرش، تمامی هوا از بیرون ساختمان و هوای تازه تامین می شود. در نوع دوم هوای مورد نیاز به طور کامل درون ساختمان چرخانده شده و از همان هوا مجددا استفاده می شود. به این عمل سیرکولاسیون می گویند. در نوع سوم نیز در محفظه ای تحت عنوان محفظه اختلاط، قسمتی از هوا از بیرون و قسمتی از درون ساختمان تامین شده و در محفظه یاد شده میکس می شود.

انواع هواساز براساس کویل

در برخی از انواع هوارسانها، به جای وصل کردن دستگاه به اجزایی مانند چیلر و بویلر، هوارسان را به سیستم هایی مانند  کندانسینگ یونیت متصل می کنند. با این کار لوله های آب گرم و سرد نیز حذف می شود و لوله های مسی جایگزین می گردد.

انواع هواساز بر اساس موتور

نوع دیگری از تقسیم بندی انواع هواسازها، بر اساس نوع موتور فن آن ها است. بر این اساس هوارسان هایی که با موتور فن معمولی ساخته می شوند، از هواسازهایی که با موتور فن اینورتر یا دور متغیر استفاده می کنند، مجزا می شوند. همچنین نحوه اتصال نیز در این دسته بندی می تواند بین دستگاه ها تفاوت ایجاد کند. اتصال با تسمه، گیربکس و یا کوپل مستقیم سه نوع مختلف این اتصال هستند. در مواقعی که از فن دور متغییر استفاده می گردد باید در مسیر های کانال VAV BOX قرار گیرد و در کل سیستم هوای حجم متغییر در پروژه خواهیم داشت که باید به درستی طراحی و در نهایت بالانس شود.

انواع هواساز بر اساس سیستم کنترلی

برای تنظیم دما در فصول مختلف، ساعات مختلف و … سیستم های کنترلی برای دستگاه های هواساز تعبیه می شود. در این سیستم ها تمامی جزئیات تنظیم دما و رطوبت و میزان هوای مورد نیاز بنا به عواملی مانند دما، رطوبت، فصل و… تعیین شده و تعریف می شود. هوارسان نیز بر اساس این دیتاها کار خود را درون محیط انجام می دهد. سیستم های کنترلی هوشمند در انواع مختلفی با قابلیت های هوشمند و مختلف طراحی شده اند که امروزه ساختمان و محیط را از بازرسی پیاپی دستگاه هوارسان بی نیاز می کنند. این دسته بندی می تواند در قیمت تمام شده هوارسان تاثیر قابل توجهی داشته باشد. هوارسان هوشمند به دستگاهی گفته می شود که دارای سیستم کنترل کننده هوشمند و بدون نیاز به اپراتور باشد.

انواع هواساز بر اساس نوع رطوبت زن

در هوارسان همانطور که گفتیم علاوه بر دما، رطوبت نیز تنظیم می شود. برای این کار، از دستگاه ها و ساختارهای مختلفی برای رطوبت زنی یا رطوبت زدایی استفاده می شود. تفاوت این دستگاه ها در هواسازهای مختلف خود باعث شده است تا دسته بندی مشخصی از هواسازها بر اساس رطوبت زن ایجاد شود. از جمله تجهیزات رطوبت زنی می توان به انواع اسپری آب، تشت بخار و شبکه بخار اشاره کرد.

اجزای تشکیل دهنده هواساز

هر هوارسان در هر ابعاد و نوعی برای ایجاد سرمایش، گرمایش و تنظیم دما و رطوبت، نیاز به اجزایی دارد تا عملکرد دستگاه را کامل کنند. مهم ترین اجزای هوارسانها در این قسمت آورده شده اند.

جنس بدنه هوارسان: یکی از اجزای اصلی بدنه است که معمولا از ورق های فولاد گالوانیزه ساخته می شود. چارچوبی که بدنه بر روی آن سوار می شود نیز معمولا از جنس آلومینیوم است. در هوارسانهای هایژنیک از فولاد ضد زنگ Stainless Steel استفاده می شود.

کانال و دمپر: این اجزا مهمترین قسمت ها در کنترل دبی هوای خروجی از هوارسان و انتقال آن به قسمت های مختلف هستند. دمپر ها معمولا از نوع تیغه ای بوده و با تغییر زاویه می توانند دبی و میزان هوا را در قسمت سرد و گرم کنترل کنند.

کویل سرمایشی: بسته به نوع و ساختار مورد استفاده در هوارسان؛ در این قسمت که شامل لوله هایی با شکل خاص است، مبرد و یا آب سرد شده ارسالی از چیلر یا کندانسینگ یونیت جریان می یابد و سرمایش و کاهش دما را صورت می دهد.

هواساز

کویل گرمایشی: در این قسمت دقیقا بر خلاف قسمت قبلی، آب گرم از بویلر منتقل می شود و گرمایش صورت می گیرد.

انواع فیلترهای هواساز: اولین بخش از ورودی هوا به درون دستگاه، بخش فیلتر هوارسان است. در این بخش انواع غبار و ذرات گرفته شده و هوای ورودی تا حد زیادی بسته به نوع فیلتر پاکسازی و تصفیه می شود. از انواع این فیلتر ها می توان به پیش فیلتر های آلومینیومی قابل شستشو ، فیلتر های کیسه ای و  هپا اشاره کرد.

موتور و فن: از اصلی ترین اجزای سیستم های هوارسان هستند. انواع فن های آکسیال، بکوارد، پلاگ فن و…. در هواسازها به کار می رود که هرکدام درای قابلیت های خاصی است. تفاوت این فن ها در مواردی مانند مدل مکش یا دهش هوا، قدرت پرتاب باد، سر و صدا و…. است. به طور مثال در هوارسان های هایژنیک باید از فن پلاگ استفاده کرد تا فیلترهای هپا آسیب نبینند.

تجهیزات رطوبت زنی: این قسمت از هوارسانها مربوط به کنترل کیفیت هوا از نظر رطوبت است. تجهیزات فوق دارای انواع مختلف هستند که سه مورد از آن ها در این قسمت بیان شده است:

مرطوب کننده نوع اسپری: در این نوع آب به قطرات بسیار ریز تبدیل شده و با فشار به هوا زده می شود تا رطوبت ایجاد شود. اصطلاحا در این نوع آب اسپری می شود.

مرطوب کننده نوع تشت بخار: در این نوع آب درون تشتک به وسیله یک مبدل گرم شده و بخار حاصله از طریق مانیفولد تعبیه شده برای خروج بخار و روطوبت زنی به هوا از تشت خارج می شود.

مرطوب کننده نوع شبکه بخار: در این نوع از یک شبکه برای توزیع و رطوبت زنی استفاده می شود. برای ایجاد رطوبت مانند نوع قبلی در این نوع هم از بخار استفاده می شود.

تجهیزات کنترلی: به مجموعه تجهیزاتی گفته می شود که تمامی فرآیندهای هواساز از جمله سرمایش، گرمایش و رطوبت به وسیله آن ها تنظیم و تعریف می شود.

نحوه کارکرد هواساز

با شرح اجزای دستگاه در قسمت های قبلی مقاله، توضیح عملکرد و نحوه کار یک هوارسان بسیار ساده می شود. در صورتی که کار هوا ساز را در سه حوزه گرمایش، سرمایش و رطوبت تقسیم کنیم، راحت تر می توانیم کار دستگاه را شرح دهیم.

برای گرمایش، آب گرم یا بخار داغ از بویلر به وسیله لوله های گرم به هوارسان منتقل شده و درون کویل گرمایشی جریان می یابند. حال و با عبور هوا به وسیله فن،  هوای گرم از طریق کانال ها به درون محیط ارسال می شود.

در سرمایش هوارسان نیز، مبرد و یا آب سرد شده از درون چیلر که می تواند چیلر جذبی، چیلر تراکمی یا چیلر سانتریفیوژ باشد،  به وسیله لوله و یه به صورت مستقیم به درون کویل سرد هواساز انتقال پیدا می کنند. حال با عبور هوا از روی کویل به واسطه ی فشار استاتیکی ایجاد شده توسط  فن و الکتروموتور، هوای سرد شده از طریق کانال ها به محیط انتقال پیدا می کند. برای تنظیم رطوبت نیز، هوارسان با استفاده از انواع رطوبت زن، هوای مورد نظر را به میزان مشخص مرطوب می کند.

در چه مکان هایی از هواسازها استفاده می شود؟

محیط های درمانی و بیمارستان ها و صنایع داروسازی: در چنین مکان هایی به دلیل اهمیت دمای محیط و همچنین فیلتراسیون هوا، هوارسان با توجه به ابعاد متفاوتی و ظرفیت های گوناگونی که دارد، به عنوان بهترین سیستم تهویه شناخته می شود. دما و رطوبت به همراه پاکسازی هوا در چنین محیط هایی اهمیت فراوانی دارند، به این دلیل که به صورت مستقیم با شرایط بیماران در ارتباط هستند. در بیمارستانها و صنایع داروسازی از هوارسانهای هایژنیک مجهز به سیستم کنترلی پیشرفته استفاده می شود.

محیط های عمومی بزرگ، فروشگاه ها و مجتمع های تفریحی: در مکان های ذکر شده در این قسمت، با توجه به جمعیت بالای مشتریان باید کیفیت هوا به گونه ای باشد که افراد در آن سرما در زمستان، گرما در تابستان و یا خشکی هوا را احساس نکنند و سطح دی اکسید کربن بالاتر از استاندارد نرود و بتوان ACH مورد نیاز را طبق استاندارد فراهم کرد تا بوهای نامطلوب نیز از فضای مورد استفاده تخلیه گردد.

مجتمع های مسکونی و ساختمان های شخصی: امروزه در مجتمع های مسکونی بزرگ و یا حتی آپارتمان های کوچک به دلیل حفظ کیفیت هوا و تامین هوای تازه می توان از  هواسازهای مستقل، سیستم تهویه و تصفیه هوای مرکزی HRV  یا هوارسان های مرکزی جهت تامین هوای تازه به عنوان بهترین ابزار برای تهویه مطبوع ساختمان های مسکونی شناخته می شوند.

مراکز صنعتی: لزوم وجود دما و رطوبت متعادل جهت حفظ سلامت و رفاه هرچه بیشتر کارکنان و همچنین تامین شرایط محیطی مورد نیاز خط تولید در این مراکز باعث شده است تا از هواسازهای با ظرفیت بالا استفاده شود.