کتاب سیستم حجم متغیر هوا

کتاب سیستم حجم متغیر هوا نوشته‌ی محمدرضا سلطاندوست با ویراستاری فرزانه پایدار داریان اثری تخصصی در حوزه‌ی تهویه‌ی مطبوع و طراحی سیستم‌های HVAC است که نشر یزدا آن را منتشر کرده است. این کتاب به‌طور متمرکز به سیستم‌های حجم متغیر هوا (VAV) می‌پردازد و آن‌ها را در کنار سیستم‌های حجم ثابت و سیستم‌های مجهز به دوباره‌گرمایش بررسی می‌کند تا تصویر روشنی از مزایا، محدودیت‌ها و منطق طراحی هرکدام ارائه دهد. نویسنده ابتدا مفهوم انرژی گرمایی هوا و نقش دما و حجم را توضیح می‌دهد و سپس دو رویکرد اصلی توزیع هوای مطبوع یعنی «حجم ثابت – دمای متغیر» و «حجم متغیر – دمای ثابت» را معرفی می‌کند تا زمینه‌ای برای ورود به بحث اصلی فراهم شود. در ادامه، ساختار سیستم‌های VAV، نحوه‌ی محاسبه‌ی دبی هوا در بار کامل و بار جزئی، انواع پایانه‌ها (تک‌کاناله، دوکاناله، فن‌دار سری و موازی، مجهز به کوئل گرمایی)، روش‌های گرمایش فضاهای پیرامونی و داخلی، طراحی شبکه‌ی کانال، کنترل وابسته و مستقل از فشار و فناوری‌های کنترلی (پنوماتیک، الکتریکی و دیجیتال مستقیم) به‌تفصیل شرح داده شده است. تمرکز کتاب بر پیوند میان محاسبات، اجزای واقعی سیستم و رفتار آن‌ها در شرایط مختلف بار است تا خواننده بتواند از سطح فرمول‌ها فراتر برود و منطق عملکرد سیستم را در مقیاس ساختمان درک کند. نسخه‌ی الکترونیکی این اثر را می‌توانید از طاقچه خرید و دانلود کنید.

درباره کتاب سیستم حجم متغیر هوا

کتاب سیستم حجم متغیر هوا با تمرکز بر کار سیستم‌های VAV در ساختمان‌ها نوشته شده و محمدرضا سلطاندوست در آن تلاش کرده است از سطح مفاهیم پایه تا جزئیات طراحی و کنترل پیش برود. متن کتاب از یک مقدمه‌ی مفهومی شروع می‌شود که در آن انرژی گرمایی هوا به‌عنوان تابعی از دما و حجم معرفی شده و دو گزینه‌ی اصلی توزیع هوا در سیستم‌های تهویه‌ی مطبوع یعنی «حجم ثابت – دمای متغیر» و «حجم متغیر – دمای ثابت» کنار هم قرار گرفته‌اند. نویسنده ابتدا سیستم حجم ثابت، سیستم حجم ثابت با چندگانگی فضاها و سپس سیستم حجم ثابت با پایانه‌ی دوباره‌گرمکن را توضیح داده است تا نشان دهد چگونه در این سیستم‌ها دبی هوا ثابت می‌ماند و فقط دمای هوا تغییر می‌کند و این رویکرد چه پیامدهایی برای مصرف انرژی و تأمین آسایش دارد. بعد از این زمینه‌سازی، کتاب وارد بحث اصلی یعنی سیستم حجم متغیر هوا می‌شود و با معرفی اجزای آن (هواساز، فن، کوئل سرمایی، کانال رفت، پایانه‌های VAV، پلنوم برگشت، دریچه‌های توزیع هوا) و تعریف اصطلاحاتی مانند هوای اولیه، هوای رفت، هوای برگشت، هوای تخلیه، هوای مخلوط و هوای تازه، زبان مشترکی برای ادامه‌ی مباحث ایجاد می‌کند. در همین بخش‌ها محاسبه‌ی دبی هوا در بار کامل و بار جزئی، تفاوت رفتار سیستم حجم ثابت و حجم متغیر در بارهای جزئی و نقش سیستم VAV در صرفه‌جویی انرژی فن و تبرید تشریح شده است. کتاب سیستم حجم متغیر هوا در ادامه به‌صورت فصل‌به‌فصل به اجزای کلیدی و سناریوهای مختلف طراحی می‌پردازد. فصل‌هایی مانند «سیستم حجم متغیر (VAV)»، «محاسبه‌ی دبی هوا در سیستم VAV در بار کامل»، «محاسبه‌ی دبی هوا در سیستم VAV در بار جزئی»، «مزیت سیستم VAV از نظر مصرف انرژی»، «مزیت سیستم VAV از نظر تأمین شرایط آسایش» و «مقایسه‌ی سه سیستم حجم ثابت، حجم ثابت با دوباره‌گرمکن و حجم متغیر» چارچوب اصلی بحث را شکل می‌دهند. سپس فصل‌های کاربردی‌تری درباره‌ی پایانه‌های مختلف (تک‌کاناله فقط سرمایش، پایانه‌ی مجهز به کوئل گرمایی، پایانه‌های فن‌دار موازی و سری، پایانه‌ی دوکاناله)، نمودارهای بار فضا، نحوه‌ی تأمین هوای حجم متغیر یا ثابت، سیستم‌های دوکاناله با یک فن یا دو فن، برد کنترل پایانه، کنترل وابسته و مستقل از فشار، اندازه‌گیری دبی هوای اولیه و فناوری‌های کنترل (پنوماتیک، الکتریکی، دیجیتال مستقیم) آمده است. در بخش‌های پایانی، کتاب به طراحی شبکه‌ی کانال، دریچه‌های توزیع هوا به‌ویژه دریچه‌های شیاری خطی و اثر کوآندا، سازگاری سقف و دریچه، گرمایش فضاهای پیرامونی با کنوکتور قرنیزی، پایانه‌ی VAV یا پایانه‌ی فن‌دار، نیاز به دوباره‌گرمایش در فضاهای داخلی، سیستم تعویضی/کنارگذر VAV، حالت‌های کنترل در سطح سیستم (اشغال‌شده، غیر اشغال‌شده، راه‌اندازی صبحگاهی) و در نهایت عملکرد تعدیل‌کننده‌ی فن، منحنی فن، مقاومت سیستم و مفهوم «سواری روی منحنی فن» پرداخته است. ساختار کتاب از معرفی مفاهیم پایه تا جزئیات کنترلی و طراحی کانال پیش می‌رود و خواننده را از سطح شناخت کلی تا درک رفتار دینامیک سیستم در شرایط واقعی بار هدایت می‌کند.

خلاصه کتاب سیستم حجم متغیر هوا

کتاب سیستم حجم متغیر هوا از یک ایده‌ی ساده شروع می‌کند: انرژی گرمایی هوای تهویه‌شده تابع دما و حجم است و در سیستم‌های تهویه‌ی مطبوع برای رساندن این انرژی به فضا دو راه اصلی وجود دارد؛ یا حجم هوا ثابت نگه داشته می‌شود و دما تغییر می‌کند (سیستم حجم ثابت – دمای متغیر) یا دما تقریبا ثابت می‌ماند و حجم هوا تغییر می‌کند (سیستم حجم متغیر – دمای ثابت). نویسنده ابتدا سیستم حجم ثابت و سپس سیستم حجم ثابت با پایانه‌ی دوباره‌گرمکن را معرفی می‌کند تا نشان دهد در این رویکردها دبی هوا در بار کامل و بار جزئی ثابت است و فقط دمای هوای رفت با کنترل کوئل تغییر می‌کند. در سیستم مجهز به دوباره‌گرمکن، هوای سرد شده دوباره گرم می‌شود که از نظر کنترل دما و رطوبت کارآمد است اما از نظر مصرف انرژی بسیار نامطلوب توصیف شده است. در گام بعد، کتاب وارد سیستم حجم متغیر هوا می‌شود؛ سیستمی که در آن دمای هوای اولیه تقریبا ثابت است و با تغییر وضعیت دمپر پایانه‌ها، دبی هوای رفت به هر فضا متناسب با بار آن فضا تنظیم می‌شود. نویسنده محاسبه‌ی دبی هوا در بار کامل و بار جزئی را برای سیستم حجم ثابت و حجم متغیر مقایسه کرده است تا نشان دهد در VAV، در بار جزئی باید دوباره دبی هوا محاسبه شود و همین کاهش دبی، دو منبع اصلی صرفه‌جویی انرژی را ایجاد می‌کند: کاهش توان فن و کاهش بار تبرید روی کوئل سرمایی. سپس مزیت دیگر سیستم VAV یعنی توانایی تأمین شرایط آسایش برای فضاهای با بار غیرمشابه (مثلا شرق و غرب ساختمان در ساعات مختلف روز) بدون مصرف انرژی اضافی توضیح داده شده و با نمودار بار جهات مختلف ساختمان و مقایسه‌ی سه سیستم حجم ثابت، حجم ثابت با دوباره‌گرمکن و حجم متغیر تکمیل می‌شود. بخش میانی کتاب به انواع پایانه‌های VAV اختصاص دارد: پایانه‌ی تک‌کاناله فقط سرمایش، پایانه‌ی مجهز به کوئل گرمایی، پایانه‌های فن‌دار موازی و سری و پایانه‌ی دوکاناله. برای هرکدام، نمودار رابطه‌ی بار فضا و دبی هوای رفت، نقش حداقل دبی برای تأمین هوای تازه، نحوه‌ی دوباره‌گرمایش، استفاده از هوای گرم پلنوم، تفاوت عملکرد در سرمایش و گرمایش و مقایسه‌ی ویژگی‌های صوتی و مصرف انرژی توضیح داده شده است. سپس سیستم‌های تک‌کاناله و دوکاناله (با یک فن یا دو فن) معرفی می‌شوند و نشان داده می‌شود که چگونه در سیستم دوکاناله با دو فن می‌توان از صرفه‌گر برای کاهش بار سرمایی بدون تحمیل دوباره‌گرمایش ناکارآمد استفاده کرد. در ادامه، کتاب به کنترل پایانه‌ها و سیستم می‌پردازد. ابتدا تأثیر فشار بالادست بر دبی هوا و تفاوت کنترل وابسته به فشار و مستقل از فشار شرح داده می‌شود؛ در کنترل وابسته به فشار، موقعیت دمپر کنترل می‌شود و دبی تابع فشار استاتیک کانال است، در حالی‌که در کنترل مستقل از فشار، خود دبی هوای ورودی به فضا کنترل می‌شود و از فشار استاتیک بالادست مستقل است. سپس روش اندازه‌گیری دبی هوای اولیه با حسگر جریان چندنقطه‌ای و سه فناوری کنترل (پنوماتیک، الکتریکی و دیجیتال مستقیم) معرفی شده است. بخش بعدی به دریچه‌های توزیع هوا، به‌ویژه دریچه‌های شیاری خطی و اثر کوآندا، سازگاری سقف کاذب و دریچه و طراحی شبکه‌ی کانال (روش افت فشار استاتیک برابر و بازیابی استاتیک، توصیه‌های چیدمان کانال و کاهش صدا) اختصاص دارد. در فصل‌های پایانی، کتاب فضاهای پیرامونی و داخلی را از نظر نیاز سرمایش و گرمایش تفکیک می‌کند و نشان می‌دهد در چه سطحی از تلفات حرارتی باید از کنوکتور قرنیزی یا رادیاتور استفاده شود و در چه شرایطی می‌توان گرمایش را از طریق پایانه‌ی VAV، پایانه‌ی فن‌دار یا پایانه‌ی دوکاناله تأمین کرد. سپس به فضاهای داخلی با نیاز به دوباره‌گرمایش (مثل اتاق کنفرانس) اشاره می‌شود و سیستم تعویضی/کنارگذر VAV برای ساختمان‌های کوچک معرفی می‌شود که در آن دبی هوای اولیه ثابت است و هوای مازاد از مسیر کنارگذر به جعبه‌ی مخلوط‌کننده برمی‌گردد. در سطح سیستم، سه حالت کنترل (اشغال‌شده، غیر اشغال‌شده و راه‌اندازی صبحگاهی) و رفتار فن، دمپر هوای بیرون و پایانه‌ها در هر حالت توضیح داده شده است. در پایان، کتاب به عملکرد تعدیل‌کننده‌ی فن، منحنی فن، منحنی مقاومت سیستم، مفهوم نقطه‌ی عملکرد، «سواری روی منحنی فن» و تفاوت فن‌های گریز از مرکز با انحنا به جلو در تعدیل دبی و فشار استاتیک می‌پردازد و نشان می‌دهد چگونه کنترل فشار استاتیک سیستم و تعدیل ظرفیت فن، دبی هوای مورد نیاز را در محدوده‌ی طراحی تأمین می‌کند.

چرا باید کتاب سیستم حجم متغیر هوا را بخوانیم؟

کتاب سیستم حجم متغیر هوا برای کسانی که با تهویه‌ی مطبوع و طراحی سیستم‌های HVAC سروکار دارند فرصتی فراهم کرده است تا یک نوع سیستم مشخص یعنی VAV را از سطح مفاهیم پایه تا جزئیات کنترلی و طراحی کانال دنبال کنند. متن کتاب فقط به معرفی اجزا بسنده نکرده و پیوند میان محاسبات دبی هوا، رفتار سیستم در بار کامل و جزئی، مصرف انرژی فن و تبرید و تأمین شرایط آسایش در فضاهای با بار غیرمشابه را نشان داده است. به این ترتیب خواننده می‌تواند درک کند که چرا در بسیاری از ساختمان‌های بزرگ، سیستم حجم متغیر گزینه‌ی غالب است و این انتخاب چه پیامدهایی برای طراحی، کنترل و بهره‌برداری دارد. این کتاب هم‌چنین برای کسانی که درگیر طراحی جزئیات هستند مفید است؛ چون انواع پایانه‌ها (تک‌کاناله، دوکاناله، فن‌دار سری و موازی، مجهز به کوئل گرمایی)، روش‌های گرمایش فضاهای پیرامونی و داخلی، نقش حداقل دبی برای تأمین هوای تازه، انتخاب دریچه‌های شیاری خطی و اثر کوآندا، طراحی شبکه‌ی کانال با رویکرد بازیابی استاتیک و فناوری‌های کنترل (پنوماتیک، الکتریکی، دیجیتال مستقیم) را در یک چارچوب واحد کنار هم قرار داده است. توضیح تفاوت کنترل وابسته و مستقل از فشار، نحوه‌ی اندازه‌گیری دبی هوای اولیه و تحلیل منحنی فن و مقاومت سیستم، کتاب را برای فهم رفتار دینامیک سیستم در عمل قابل استفاده کرده است. برای کسانی که به‌دنبال درک منطق پشت نمودارها، فرمول‌ها و اجزای واقعی سیستم VAV هستند، این اثر یک مسیر نسبتاً پیوسته از تئوری تا کاربرد ارائه کرده است.

خواندن این کتاب را به چه کسانی پیشنهاد می‌کنیم؟

به دانشجویان و مهندسان مکانیک با گرایش حرارت و سیالات، طراحان و ناظران تأسیسات مکانیکی ساختمان، تکنسین‌ها و بهره‌برداران سیستم‌های تهویه‌ی مطبوع، و نیز کسانی که در حوزه‌ی مدیریت انرژی ساختمان و بهینه‌سازی مصرف انرژی فعالیت می‌کنند خواندن این کتاب پیشنهاد می‌شود. همچنین به معلمان و مدرسان دوره‌های آموزشی HVAC که به‌دنبال یک منبع متمرکز درباره‌ی سیستم‌های حجم متغیر هوا هستند توصیه می‌شود این اثر را مطالعه کنند.