سیستم تهویه مطبوع

تهویه مطبوع چیست؟

تهویه مطبوع به سیستمی گفته میشود که طی فرایندی با کاهش یا افزایش گرما و رطوبت در یک محیط بسته، سعی میکند تا دما را به دمای یک محیط مطلوب برساند. منظور از دمای مطلوب دمای تقریبا 22 درجه سانتی گراد و رطوبت 50 % است. معمولا سیستم های تهویه مطبوع را با حروف HVAC میشناسند که فرم کوتاه شده کلمات : Heating , Ventilating و Air Conditioning است.
تهویه مطبوع امروزه شیوه زندگی ما را متحول کرده است و راحتی هرچه بیشتر در محیط های داخلی را برای ما فراهم کرده است.

تاریخچه تهویه و اختراعات بشر

تاریخچه سیستم‌های تهویه مطبوع به دوران باستان برمی‌گردد، زیرا انسان‌ها همواره به دنبال راه‌های خلاقانه برای خنک کردن یا گرم کردن محل زندگی یا کار خود بوده‌اند. برخی از روش‌های اولیه تهویه مطبوع عبارتند از
استفاده از نی خیس در پنجره‌ها توسط مصریان باستان برای خنک کردن هوا با تبخیر آب
استفاده از قنات‌ها توسط یونانیان و رومیان باستان برای انتقال آب سرد یا گرم به ساختمان‌ها و خنک یا گرم کردن هوا
استفاده از فن‌ها توسط چینیان باستان برای افزایش جریان هوا و احساس خنکی روی پوست
استفاده از بادگیر‌ها توسط ساکنان خاورمیانه برای جذب هوای سرد و دفع هوای گرم از طریق برج‌های خنک کننده
استفاده از سقف‌های بلند، ایوان‌های مسقف و پنجره‌های توکار توسط ویکتوریایی‌ها برای بهبود گردش هوا و آسایش در خانه‌ها
اما نخستین سیستم تهویه مطبوع مدرن در قرن ۱۹ توسط دکتر جان گورلِی، پزشک و مخترع آمریکایی، اختراع شد. او در سال ۱۸۴۲ لوله‌کشی آب و فلزات جذب کننده حرارت را طراحی کرد. این دستگاه قادر بود دمای هوای چندین اتاق را به صورت همزمان کنترل کند.
پس از آن، در سال ۱۹۰۲، ویلس کَیریر، معروف به پدر تکامل سيستم تَهویه مطبوع، دستگاهی را اختراع کرد که با استفاده از فرآیند تبرید هوای گرم را خنک کرده و رطوبت آن را تنظیم می‌کرد. این دستگاه برای حل مشکل چاپخانه‌ای در نیویورک طراحی شده بود که به دلیل تغییرات دما و رطوبت، کاغذ‌ها و جوهر‌ها از شکل خود خارج می‌شدند.
در سال ۱۹۱۴، کَیریر دستگاه خنک کننده هوای خود را در خانه‌ای در مینه‌سوتا نصب کرد و این نخستین خانه با تهویه مطبوع در جهان شد. اما این دستگاه‌ها بسیار بزرگ، گران و پر صدا بودند و فقط برای ساختمان‌های صنعتی یا تجاری قابل استفاده بودند
کَیریر دستگاه خنک کننده هوای خود را با استفاده از دی‌آکتیلِن در سال ۱۹۲۲، بهبود بخشید و حجم و هزینه آن را کاهش داد. این دستگاه در تئاتر ریوالتو در نیویورک نصب شد و مورد استقبال مردم قرار گرفت
در سال ۱۹۲۸، توماس میدگلی، شیمیدان آمریکایی، گاز فرون را به عنوان جایگزین امن‌تر برای دی‌آکتیلِن معرفی کرد. فرون گروهی از گازهای فلوروکلروکربن بود که در ، به عنوان سرد کننده سیستم‌های تهویه مطبوع استفاده می‌شد
در سال ۱۹۳۱، اچ. جِی. تِلور و جِی. اس. آلِس، مخترعان آمریکایی، نخستین کولر پنجره‌ای را طراحی کردند. این دستگاه قابل حمل بود و به پنجره‌ای نصب می‌شد که هوای خارج را به داخل خانه جذب و آن را خنک می‌کرد
در سال ۱۹۴۷، هِنْرِی گالسون، مخترع آمریکایی، نخستین کولر پنجره‌ای قابل تولید انبوه را ساخت. این دستگاه با قیمت مناسب به فروش رفت و در سال ۱۹۵۳، بیش از ۱ میلیون عدد از آن فروخته شد.

سیستم های تهویه مطبوع چه سیستم هایی هستند؟

سیستم های تهویه مطبوع را با حروف HVAC میشناسند که فرم کوتاه شده کلمات : Heating , Ventilating و Air Conditioning است
صنعت مدرنی که ما به عنوان HVAC میشناسیم در طول انقلاب صنعتی در قرن نوزدهم شروع به شکل گیری کرد. در اواخر دهه 1800 توسعه فناوری های تبرید مکانیکی یا همان سردسازی امکان ایجاد اولین سیستم های تهویه مطبوع را فراهم کرد. ویلیس کریر جز اولین مهندسان مکانیکی بود که نوعی سیستم تهویه مطبوع با کاربرد صنعتی را ساخت.
در دهه های بعدی فناوری HVAC به ویژه با رشد صنعت خودرو سازی پیشرفت کرد و گسترده تر شد. اولین خودرو با سیستم گرمایش و سرمایش رسما در دهه 1930 معرفی شد. در ادامه این روند پس از جنگ جهانی دوم، رونق مسکن در ایالات متحده باعث افزایش تقاضا برای سیستم های HVAC مسکونی شد که منجر به نوآوری در واحدهای تهویه مطبوع و گرمایش مرکزی شد. در طول نیمه دوم قرن بیستم و تا قرن بیست و یکم، فناوری HVAC با تمرکز بر بهره وری انرژی و پایداری محیطی به پیشرفت خود ادامه داد. پیشرفت در اتوماسیون و سیستم های کنترل دیجیتال امکان تنظیم دقیق تر و راحت تر دما را فراهم کرد. امروزه سیستم‌های HVAC بخش جدایی‌ناپذیر ساختمان‌های مدرن هستند و نقش مهمی در حفظ دما و رطوبت مطبوع محیط‌های داخلی ، محیط‌های مسکونی، تجاری یا صنعتی دارند. علاوه بر این، فشار برای راه حل های سازگار با محیط زیست منجر به توسعه راهکارهای مناسبتر و منطبق تر با طبیعت شده شده است.

چرا به سیستم تهویه نیازمندیم؟

یک خانه نیازمند تهویه است چون تهویه می‌تواند کیفیت هوای داخل خانه را بهبود بخشد و از انباشت آلودگی‌ها، رطوبت، دود، بو و گرما جلوگیری کند. در واقع نه فقط یک خانه، بلکه همه مکان های داخلی که ما مدت زمان زیادی در آن ساکن هستیم مانند: دفتر کار، مطب، کلاس درس، کارگاه و کارخانه به تهویه نیازمند هستند.
تهویه می‌تواند به دو روش طبیعی و مکانیکی انجام شود. تهویه طبیعی بدون نیاز به دستگاه‌های برقی، با استفاده از نیروی باد و شناوری هوای گرم، هوای داخلی را عوض می‌کند اما تهویه مکانیکی با استفاده از دستگاه‌های برقی مانند فن، ایر کاندیشن، هواساز و چیلر، هوای خانه را تصفیه، تبرید یا گرمایش می‌کند.

اگر یک خانه تهویه نداشته باشد، کاهش کیفیت هوای داخلی را به همراه دارد و مشکلاتی جدی را برای ساکنین به وجود خواهد آورد. به علت عدم ورود هوای تازه و سالم به خانه و انباشت آلودگی‌ها، رطوبت، دود، بو و گرما احتمال بروز بیماری‌های تنفسی، حساسیت، سردرد، خستگی و … بشدت افزایش میابد.
برای خنک کردن یا گرم کردن خانه نیاز به استفاده از دستگاه‌های برقی مانند ایر کاندیشن، هواساز، چیلر و … است. این دستگاه‌ها علاوه بر مصرف زیاد انرژی، صدای زیاد و گازهای گلخانه‌ای تولید می‌کنند که به آلودگی هوای خارج نیز کمک می‌کنند.در حالی که با یک سیستم تهویه مطبوع می توان هم از افزایش مصرف انرژی و هزینه‌های برق جلوگیری کرد و هم کیفیت هوای داخل منزل را بهبود بخشید.
عدم وجود سیستم تهویه مطبوع می تواند باعث آسیب به ساختار و لوازم خانه نیز شود. رطوبت بالای هوای داخل خانه می‌تواند منجر به فساد و بوئیدگی مواد غذایی و داروها، خوردگی و خاموش شدن لوازم الکترونیکی، پوسیدگی و تغییر رنگ چوب، فلز و سنگ و … شود.
بنابراین برای جلوگیری از این مشکلات، بهتر است یک سامانه تهویه مطبوع برای خانه در نظر گرفت. سامانه تهویه مطبوع در خانه هوشمند یک گزینه مناسب است که با استفاده از سنسورها و اینترنت اشیا، قادر به کنترل دما، رطوبت، تهویه و کیفیت هوای محیط خانه است. این سیستم می‌تواند به‌طور خودکار یا از راه دور توسط کاربر تنظیم شده و با سایر وسایل هوشمند در خانه هماهنگ باشد.
سیستم تهویه مطبوع در هوشمند ترین حالت خود میتواند با بررسی دقیق کیفیت هوای موجود در خانه از طریق سنسور ها و تطبیق آنها با سناریو های از پیش تعیین شده توسط ساکنین خانه، این اطمینان را ایجاد کند که هوای خانه همیشه در بالاترین کیفیت خود باشد و یا در صورت وجود هرگونه آلودگی ، آن را فورا از طریق اپلیکیشن به ساکنین خانه اطلاع دهد.

انواع سیستم های تهویه مطبوع و عملکرد آنها

براساس عملکرد، می‌توان سیستم‌های تهویه مطبوع را به چند دسته تقسیم کرد:

• سیستم‌های مولد گرما: این سیستم‌ها فقط برای گرم کردن هوا طراحی شده‌اند و از منابع مختلف حرارتی مانند دیگ، کوره، پنل تشعشعی و غیره استفاده می‌کنند.
• سیستم‌های مولد سرما: این سیستم‌ها فقط برای خنک کردن هوا طراحی شده‌اند و از دستگاه‌های تبرید مانند چیلر، کولر گازی، اسپلیت و غیره استفاده می‌کنند.
• سیستم‌های مولد دو فصلی: این سیستم‌ها قابلیت گرم و سرد کردن هوا را دارند و براساس نیاز فصلی، عملکرد خود را تغییر می‌دهند. این سیستم‌ها از دستگاه‌های تبرید با قابلیت حالت عکس شدن (reverse cycle) یا دستگاه‌های حرارت پمپ (heat pump) استفاده می‌کنند.
  سیستم‌های نیمه مولد دو فصلی: عملکردهای مختلف را اجرا می‌کنند. بعضی از این سیستم‌ها هوارسان (air handler) را با چالش (chiller) گروپ (chiller group) تجمع داده و بعضی دیگر هوارسان را با دستگاه حالت جامد (solid state device) تجمع داده‌اند.

سیستم تهویه مطبوع چگونه کار می کند؟

سیستم‌های تهویه مطبوع تمام هوا: این سیستم‌ها فقط از هوا به عنوان سیال استفاده می‌کنند و هوا را در یک دستگاه هواساز مرکزی خنک یا گرم کرده و با کانال‌های هوایی به فضاهای مورد نظر ارسال می‌کنند. این سیستم‌ها قابلیت کنترل دما، رطوبت و کیفیت هوا را دارند ولی نصب و نگهداری آن‌ها هزینه بر و پیچیده است.
سیستم‌های تهویه مطبوع تمام آب: این سیستم‌ها فقط از آب به عنوان سیال استفاده می‌کنند و آب را در چالش (chiller) گروپ (chiller group) خارج از ساختمان خنک یا در بوئلر (boiler) داخل ساختمان گرم کرده و با لوله‌کشی به فضاهای مورد نظر ارسال می‌کنند.
برخی از ویژگی‌های تهویه مطبوع در خانه هوشمند عبارتند از:
صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های برق، زیرا سیستم تنها زمانی کار می‌کند که نیاز باشد و با توجه به شرایط محیطی و فصلی، دمای مناسب را اعمال می‌کند.
افزایش رفاه و آسایش ساکنین، زیرا سیستم قادر است هوای تازه، سالم و مطبوع را در خانه فراهم کند و آلودگی‌ها، گرد و غبار، گازهای سمی و بوهای نامطبوع را از بین ببرد.
کنترل آسان و راحت از طریق تلفن همراه، تاچ پنل لمسی یا صدای کاربر، زیرا سیستم به شبکه وای‌فای خانه متصل است و قابل دسترسی از هر نقطه از جهان است.
قابلیت تعریف سناریو‌های دلخواه برای تغییر دما یا تهویه در زمان‌های خاص یا به‌صورت روزانه، هفتگی یا ماهانه.
قابلیت همگام‌سازی با دیگر سیستم هوشمند در خانه مانند پرده‌ها، چراغ‌ها، سیستم امنیت یا سیستم صوتی و … برای افزایش کارایی و کارکرد بهینه.

محبوب ترین سیستم های تهویه مطبوع سال 2023

یکی از محبوب‌ترین سیستم‌های تهویه مطبوع در سال ۲۰۲۳، سیستم ARTCOOL Gallery از شرکت ال جی است. این سیستم یک کولر گازی دیواری است که علاوه بر خنک و گرم کردن هوا، قابلیت نمایش تصاویر هنری را نیز دارد. این سیستم با استفاده از کمپرسور دوگانه ال جی، راندمان انرژی بالایی را فراهم می‌کند و با قابلیت هوشمند AI Dry، هوای مطبوع و خشک را تأمین می‌کند. این سیستم در نمایشگاه CES ۲۰۲۳ رونمایی شده و مورد استقبال مردم قرار گرفته است
به طور کلی در سال 2023 سیستم‌های تهویه مطبوع تمام هوا از محبوبیت بیشتری نسبت به سیستم‌های تهویه مطبوع تمام آب برخوردار بودند.

آینده سیستم های تهویه مطبوع

سیستم های تهویه مطبوع از جمله فناوری هایی هستند که در زندگی روزمره ما نقش مهمی دارند ولی در عین حال مصرف بالای انرژی و تأثیر منفی این امر بر محیط زیست از نکاتی است آینده این تکنولوژی را تحت تاثیر قرار می دهد. برای مثال، سالانه حدود ۱۰ درصد از مصرف جهانی برق به سیستم های تهویه مطبوع اختصاص می یابد و این عدد در سال های آینده با رشد جمعیت و تغییرات آب و هوایی افزایش خواهد یافت. بنابراین، بهبود عملکرد و کارایی سیستم های تهویه مطبوع یکی از اولویت های پژوهشگران و صنعتگران در حوزه انرژی است. با گرم شدن زمین و افزایش دما و رطوبت در بسیاری از مناطق، نیاز به خنک کردن هوا برای رفاه و بهداشت افزایش خواهد یافت. براساس گزارش سازمان همکاری و توسعه اقتصادی (OECD)، تقاضای جهانی برای خنک کردن هوا در سال ۲۰۵۰ حدود ۳۷ درصد از کل مصرف برق خواهد بود. این امر نه تنها به نظر میرسد باعث افزایش مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای خواهد شد، بلکه باعث نابرابری در دسترس بودن و قابل پرداخت بودن سرویس‌های خنک کننده خواهد شد.

سیستم های تهویه مطبوع در آینده با چالش های مختلفی روبرو خواهند شد. برخی از این چالش ها عبارتند از: کاهش مصرف انرژی، افزایش کارایی، بهبود کیفیت هوا، و حفاظت از محیط زیست. برای پاسخگویی به این چالش ها، سیستم های تهویه مطبوع باید از فناوری های نوین و پیشرفته استفاده کنند. برخی از این فناوری ها عبارتند از: سنسورهای هوشمند، الگوریتم های بهینه سازی، شبکه های ارتباطی، و مواد نانو. این فناوری ها می توانند به سیستم های تهویه مطبوع کمک کنند تا با تغییرات شرایط محیطی و نیازهای کاربران سازگار شوند و عملکرد بهتری داشته باشند.

سنسورهای هوشمند قادر به اندازه گیری پارامترهای مختلف محلول در فضا و سامانده خود را به صورت خودکار تغذيه كنيد. الگوريتم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ بهينه سازي قادر به تحليل داده جمع آوري شده توسط سنسورها و تعيين تنظيمات بهينه براي سيستم هاي تهويه مطبوع هستند. شبکه های ارتباطی قادر به انتقال داده ها و فرمان ها بین سنسورها، الگوریتم ها، و سیستم های تهویه مطبوع هستند. مواد نانو قادر به ایجاد سطوح خودتمیزشونده، خودترمیمشونده، و خودخنکشونده هستند که می توانند عمر و کارایی سیستم های تهویه مطبوع را افزایش دهند.

با استفاده از این فناوری ها، سیستم های تهویه مطبوع در آینده می توانند به صورت هوشمند، خودکار، و کارآمد عمل کنند و نیازهای مختلف کاربران را برآورده کنند. این سیستم ها نه تنها راحتی و سلامت افراد را بهبود می بخشند، بلکه مصرف انرژی و آلودگی محیط زیست را نیز کاهش می دهند. بدین ترتیب، سیستم های تهویه مطبوع در آینده یکی از عوامل مؤثر در پیشرفت و توسعه جامعه خواهند بود.