واحدهای تصفیه هوا

واحدهای تصفیه هوا (AHUs) برای تهویه و گردش هوا درون ساختمان‌ها استفاده می‌شوند. واحدهای تصفیه هوا معمولا شامل فیلترهای هوا، یک فن گردش، کویل‌های سرمایش و کویل‌های گرمایش است. آب سرد کویل‌های سرمایش از چیلرها تامین می‌شود و آب گرم کویل‌های گرمایش از ژنراتورهای مبدل گرما تامین می‌شود. بعضی از واحدهای تصفیه هوا دارای المنت‌های گرمایش الکتریکی برای گرم کردن فضا هستند. گاها واحدهای تصفیه هوا دارای دستگاه رطوبت‌زدا هستند، در ساختمان‌های اداری استفاده از آن‌ها بسیار محدود است.

بسته به نوع سیستم‌های تاسیسات ساختمان، واحدهای تصفیه هوا ممکن است دارای حجم ثابت هوا یا حجم متغیر هوا (VAV) باشند.

واحدهای تصفیه هوا مخلوطی از هوای بیرون و هوای در گردش را به فضای اشغالی می‌رسانند، این مخلوط کردن هوا توسط مدولاسیون دمپرها در یک پلنوم اختلاط هوا انجام می‌شود. برای کاهش مصرف انرژی، دمپرهای هوا خارجی در هنگام صبح برای “گرم کردن” یا “خنک کردن” سیکل‌ها باید در صفر درصد تنظیم شوند. هنگامی که شرایط بیرونی مناسب (درجه حرارت ملایم و رطوبت کم) غالب شود، مقدار هوای بیرونی تا ۱۰۰ درصد افزایش می‌یابد، در نتیجه عملکرد چیلرها کاهش می‌یابد و در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌شود. این فرآیند “economy cycle” نامیده می‌شود. عملیاتی که واحدهای تصفیه هوا در طول شب و در دمای پایین هوا انجام می‌دهند را عملیات “پاک‌سازی شبانه” می‌نامند. برای انواع خاصی از ساختمان که دارای ذخیره حرارتی بالا هستند، پاک‌سازی شبانه می‌تواند یک وسیله موثر برای کاهش عملکرد روزانه چیلر و مصرف انرژی باشد. باید از استراتژی کنترل‌ها اطمینان حاصل شود تا سیستم های گرمایش پس از پاک‌سازی شبانه، به طور نادرست عمل نکنند و مصرف انرژی فن در طول شب افزایش نیابد.

کنترل ضعیف جریان هوا و دما یک علت رایج راندمان پایین واحدهای تصفیه هوا است. بهینه‌سازی عملکرد سیستم توزیع هوا بستگی به تعامل مناسب (هماهنگی) بین کنترل‌های واحد تصفیه هوا و کنترل‌ها در مناطق اشغالی (زون‌ها) مانند دستگاه‌های ترمینال حجم متغیر هوا؛ دارد.

 محفظه‌های حجم متغیر هوا

محفظه‌های حجم متغیر هوا (همچنین به‌عنوان ترمینال‌های حجم متغیر هوا شناخته می‌شوند) دستگاه‌هایی هستند که جریان هوا را به مناطق درون فضاهای اشغالی کنترل می‌کنند. هر محفظه‌ حجم متغیر هوا، هوا را از یک واحد تصفیه هوا دریافت می‌کند و یک محفظه به‌طور معمول در خدمت تعدادی از پخش‌کننده‌های تهویه مطبوع واقع در یک منطقه در فضای اشغالی است. مهندس طراح بر روی تقسیم‌بندی فضاهای اشغال شده، محل محفظه‌ حجم متغیر هوا ، نوع پخش کننده‌های تهویه هوا و عواملی مانند حداقل و حداکثر سرعت جریان هوا؛ تاثیر می‌گذارد. در فضاهای اداری، پارامترهای طراحی برای یک منطقه گاهی تغییر می‌کند و عواملی مانند تراکم بالا افراد، بارهای بالا تجهیزات، نصب پارتیشن‌ها و محل تجهیزات اداری بر روی عملکرد سنسورهای دما تاثیر می‌گذارد که همه این موارد سبب عملکرد نادرست محفظه‌ حجم متغیر هوا و / یا اتلاف انرژی می‌شود.

هر محفظه حجم متغیر هوا توسط یک سنسور درجه حرارت کنترل می‌شود. اغلب محفظه‌های حجم متغیر هوا قابلیت گرم شدن مجدد با الکتریسیته یا آب گرم را دارند. حرارت مجدد برای گرم کردن مناطق پیرامون و / یا برای حفظ شرایط راحتی درون مناطق ضروری است. کمینه‌سازی حرارت مجدد برای داشتن یک محفظه حجم متغیر هوای کارآمد ضروری است.

محفظه‌های حجم متغیر هوا مدرن از نوع مستقل از فشار هستند و آن‌ها می‌توانند سرعت جریان هوا را با وجود تغییرات فشار هوا حفظ کنند. بعضی از محفظه‌های حجم متغیر هوا که معمولا در ساختمان‌های قدیمی‌تر یافت می‌شوند، فن‌دار هستند-نوع سری آن‌ها دارای یک فن است که به‌طور مداوم کار می‌کند و نوع موازی آن‌ها دارای یک فن است که هنگامی که جریان هوا زیادی برای گرم کردن یک فضا مورد نیاز باشد، کار می‌کند. فن‌های موازی نیز می‌توانند به طور مستقل از واحد تصفیه هوا اصلی کار کنند.

تنظیم نادرست حداکثر و حداقل جریان هوا در محفظه حجم متغیر هوا، استراتژی‌های کنترل نادرست شامل عدم هماهنگی بین محفظه‌های حجم متغیر هوا و واحد تصفیه هوا، محفظه‌های شکسته حجم متغیر هوا و شیرهای آب شیرین به‌طور کلی مسئول مقدار قابل توجهی از تلفات انرژی در دفاتر معمولی که توسط سیستم حجم متغیر هوا کار می‌کنند، هستند. این مشکلات اغلب نادیده گرفته می‌شوند زیرا سیستم گرمایش بر سیستم سرمایش غلبه می‌کند، بنابراین، شرایط آسایش و راحتی همواره برقرار است. اتلاف انرژی زمانی‌که منطقه تنظیم شده؛ توسط اپراتورها برای حل سریع شکایات بدون ریشه‌یابی علل آن تغییر می‌کند، افزایش می‌یابد. تغییرات تصادفی در نقاط تعیین شده منطقه می‌تواند واحد تصفیه هوا مربوطه را تا حدودی خنک کند که سبب تقاضای قابل توجهی در مناطق دیگر می‌شود و در ساختمان‌هایی که از دیگ بخار استفاده می‌کنند، سبب مقابله با سیستم سرمایش و هدر رفتن گاز و برق می‌شود.

مصرف انرژی واحدهای تصفیه هوا

عمده انرژی مصرف شده در واحدهای تصفیه هوا به فن‌ها و بخاری‌های الکتریکی‌ای که در آن نصب شده است، مربوط است. با این حال، مصرف انرژی واحدهای تصفیه هوا  عامل تاثیرگذاری بر عمده مصرف انرژی دستگاه‌هایی مانند چیلرها و دیگ‌های بخار است.

حداقل جریان هوا در یک سیستم حجم متغیر هوا؛ مستلزم استفاده از یک استراتژی کنترل خوب برای تعدیل سرعت فن در پاسخ به کاهش تقاضا از پایانه‌های حجم متغیر هوا است. از طریق نظارت و تمیز کردن دوره‌ای یا جایگزینی فیلترهای هوا می‌توان مقاومت در برابر جریان هوا را به حداقل رساند. همچنین مهم است که از راه اندازی درست آن‌ اطمینان حاصل کنیم.

رطوبت بیش از اندازه و غیر ضروری سبب اتلاف انرژی می‌شود.

نگهداری و بهره‎ برداری واحدهای تصفیه هوا و محفظه‌های حجم متغیر هوا

مسائل زیر برای افزایش کارایی تعمیر و نگهداری واحدهای تصفیه هوا مهم هستند:

• اطمینان حاصل کنید که کویل‌های مبدل حرارتی تمیز نگه داشته می‌شوند. سطوح مبدل حرارتی کثیف مقاومت در برابر انتقال حرارت را افزایش می‌دهد و در نتیجه باعث کاهش کارایی چیلر و دیگ بخار می شود. کویل‌های کثیف همچنین جریان هوای مقاومتی را افزایش می‌دهد که سبب افزایش مصرف انرژی فن (جایی که VSD نصب می‌شود) و یا کاهش جریان هوا با تهویه نامناسب است.
• فیلترهای هوا را به‌طور منظم، مطابق با برنامه زمانی تعمیر و نگهداری، تعویض یا تمیز کنید. فیلترهای هوا کثیف منجر به افزایش مقاومت در برابر جریان هوا می‌شود. فیلترهای فشار نصب شده در داخل بانک‌های فیلتر هوا، برای ارزیابی پاکیزگی فیلترها ضروری هستند.
• بعضی از حفره‌های فیلتر هوا با صفحات خالی نصب شده‌اند. جایگزینی صفحات خالی با فیلترهای هوا باعث کاهش فشار استاتیکی می‌شود، بنابراین مصرف انرژی کاهش می‌یابد.
• کارایی کاربرد فیلترهای هوا نصب شده را ارزیابی کنید. اگر فیلترهای هوا کارآمدتر از آنچه مورد نیاز است، باشد؛ افت فشار در فیلتر بیش از حد خواهد بود و مصرف انرژی فن بالا خواهد بود. برای ساختمان‌های اداری اگر یک کلاس فیلتر بیش از F5 نصب شود؛ دلیل این امر باید بررسی شود و در صورت امکان فیلترهای هوایی که دارای افت فشار پایین‌تر هستند، باید جایگزین شوند.
• ضرورت وجود آتناتورهای (تضعیف‌کننده‌های) صدای لوله‌ها را ارزیابی کنید و در صورت امکان آن‌ها را حذف کنید. آتناتورها باعث مقاومت در برابر جریان هوا که سبب اتلاف انرژی است، می‌شوند.
• نشتی سیستم گرمایش و دریچه‌های کنترل سیستم خنک‌کننده را که سبب تقابل سیستم گرمایش در مقابل سیستم سرمایش می‌شود را کنترل کنید. این یک مشکل رایج در ساختمان‌ها است، که سبب اتلاف انرژی زیادی می‌شود.
• به طور منظم همه منابع نشت هوا را از که طریق اتصالات فلکسیبل آسیب دیده، اتصالات ضعیف دودکش و دسترسی به درها / پانل ها ایجاد می‌شود را بررسی و حذف کنید.
• اطمینان حاصل کنید که economy cycle به درستی تنظیم شده و کارکرد آن رضایت‌بخش است. علل رایج برای ناکارآمدی این فرآیند عبارت‌اند از الگوریتم‌های کنترل نادرست، دمپرهای / کنترل کننده‌های خراب و سنسورهای دما / رطوبت خراب. عملکرد نادرست این فرآیند یکی از رایج‌ترین علل اتلاف انرژی در ساختمان است.
• از نصب موتورهایی که راندمان ضعیفی دارند، اجتناب کنید. هزینه انرژی یک موتور الکتریکی به میزان قابل توجهی بالاتر از هزینه خرید دستگاه است.

• اطمینان حاصل کنید که دمپرهای شاخه‌ای برای به حداقل رساندن مصرف انرژی نصب می‌شوند.
• بررسی کشش تسمه و اصلاح هر گونه عدم تعادل بین تسمه‌ها و قرقره‌ها که در نتیجه آن به علت اصطکاک، خسارات کم می‌شود. برای موتورهای بزرگ، معمولا بیش‌تر از ۲۰ کیلو وات و در جایی که VSD ها نصب می‌شوند، امکان نصب تسمه‌های درایو مثبت و قرقره‌های مضرس به جای قرقره‌های نوع V را مورد بررسی قرار دهید تا از تلفات اصطکاکی کاسته شود.
• واحدهای تصفیه هوا؛ در معرض رطوبت، به منظور حفظ کنترل رطوبت باید فعال باشند.
• ساختمان‌هایی که پره‌های خنک‌کننده (chilled beams) دارند، در شرایط خاص نیاز به رطوبت فعال هوا بیرونی خواهند داشت. نقاط کنترلی و کالیبراسیون سنسورهای نقطه شبنم (dew point) را بررسی کنید.
• در واحدهای تصفیه هوا نوع حجم ثابت نباید اندازه فن خیلی بزرگ و میزان عبور جریان هوا از دمپرها بسیار کم باشد. راه‌حل پیشنهادی برای رفع این مشکل؛ تغییر اندازه نسبت قرقره و باز کردن دمپرها برای رفع گرفتگی جریان هوا است.
• اطمینان حاصل کنید که چراغ‌های سرویس داخل واحدهای تصفیه هوا کار می‌کنند. کلید‌های برق باید دارای چراغ‌های نشان‌گر باشند و کارمندان تعمیر و نگهداری باید این چراغ‌ها را خاموش کنند و همچنین مدیر خدمات با بازرسی‌های تصادفی باید از این موضوع اطمینان حاصل کند.
• دقت و موقعیت سنسورهای دما منطقه را بررسی کنید. مسائل رایجی که بر مصرف انرژی تاثیر می گذارند عبارت‌اند از کالیبراسیون سنسور ضعیف، نشت هوا به سنسور از طریق آب‌بندی ضعیف و سنسورهایی که از منابع گرما مانند نور خورشید و تجهیزات اداری مانند کامپیوترها تاثیر پذیرفته‌اند. عرضه بیش از اندازه سیستم سرمایش، سیستم گرمایش یا جریان هوا می‌تواند سبب اتلاف انرژی در واحد تصفیه هوا ‌شود.
• فن‌کویل‌ها را با استفاده از سنسورهای دمای هوا اتاق به‌جای سنسورهای برگشت هوا، کنترل کنید.
• پارتیشن‌بندی دیوار که جریان هوا را مختل می‌کند، طول بیش از اندازه کانال‌های منعطف، از بین رفتن کانال‌های منعطف و قطع جریان پخش‌کننده هوا باعث می‌شود، واحدهای تصفیه هوا ناکارامد عمل کنند.

• در سیستم‌های حجم متغیر هوا، پیاده‌سازی و نظارت بر موارد زیر با استفاده از روند توابع BMS صورت می‌گیرد:

-فشار واحد تصفیه هوا را تنظیم کنید زیرا  اگر سنسورها خراب باشند یا فن‌ها با سرعت ثابت بدون مدولاسیون کار کنند، سبب اتلاف انرژی می‌شوند.

-مکان صحیح سنسور فشار نیز اهمیت دارد، معمولا در ۲/۳ فاصله از شاخص نصب می‌شود.

-فن واحد تصفیه هوا با تنظیم مجدد الگوریتم مناطق بحرانی که فشار استاتیکی کانال‌ها را کاهش می‌دهد، کنترل می‌شود. با تنظیم مجدد داینامیکی فشار استاتیکی کانال‌ها می‌توان محفظه‌های حجم متغیر هوایی که کاملا باز شده‌اند را حفظ کرد.

-اگر دما هوا خیلی بالا تنظیم شود، سبب اتلاف انرژی می‌شود.

-عملکرد محفظه‌های حجم متغیر هوا. اغلب حداقل یک محفظه‌ حجم متغیر هوا معیوب در هر طبقه یا در هر منطقه وجود دارد. غیر از اتلاف انرژی در این مناطق، اگر الگوریتم کنترل برای درایوهای واحد تصفیه هوا بر اساس پارامترهای حسی‌ای که در بدترین حالت پایانه قرار دارند، تنظیم شود؛ این امر می‌تواند سبب اتلاف انرژی به علت سرد شدن بیش از اندازه آن و اتلاف حرارت مجدد محفظه‌های حجم متغیر هوا شود. نظارت منظم بر محفظه‌های حجم متغیر هوا، امکان تعمیر سریع و تنظیم استراتژی‌های کنترل هوشمند برای کمک به کاهش اتلاف انرژی را سبب می‌شود. همچنین الگوریتم‌های کنترل فن واحد تصفیه هوا را باید بر اساس درصد بالا تنظیم کنند و از به‌کارگیری محفظه‌های حجم متغیر هوا معیوب که بر عملکرد آن‌ها تاثیر دارد، پرهیز کنند.

• سیستم‌هایی که دچار عدم متعادل‌سازی هوا هستند، باید مجددا متعادل‌سازی و راه‌اندازی شوند. اغلب مدیران خدمات به‌دلیل عدم درک مشکلات، کمبود بودجه و عدم توجه به مزایای بالقوه این مسئله، به این موضوع توجه نمی‌کنند. پیمانکاران تعمیر و نگهداری می‌توانند از طریق نظارت بر BMS، سبب افزایش بهره‌وری و راحتی شوند.
• تنظیمات مربوط به حداقل و حداکثر جریان هوا را در پایانه‌های حجم متغیر هوا بررسی کنید. در ابتدا این مسئله توسط مهندس طراح مطابق با پیش فرض‌های تعیین شده در مرحله طراحی تنظیم می‌شود. اگر حداقل میزان جریان هوا در یک پایانه خیلی بالا باشد، می‌تواند سبب مصرف مجدد گرما در پایانه و فعال‌سازی کل سیستم گرمایشی شود، به این ترتیب سبب اتلاف مقدار قابل توجهی از انرژی می‌شود. اگر حداکثر میزان جریان هوا در یک پایانه بسیار کم باشد، می‌تواند دمای هوای واحدهای تصفیه هوا را به منظور رفع نیاز سیستم سرمایش این منطقه کاهش دهد و سبب مصرف مجدد گرما در پایانه‌ های دیگر شود. اغلب مهندسین طراح همواره حداقل میزان جریان هوا را تنظیم می‌کنند.
• از BMS برای نظارت بر محفظه‌های حجم متغیر هوا و سیستم‌های گرمایش و سرمایش استفاده کنید و بدین ترتیب مسائلی را که سبب ناکارامدی می‌شوند را شناسایی کنید. ممکن است لازم باشد تا از خدمات یک متخصص کنترل بهره گیرید تا الگوریتم‌های کنترل هوشمند لازم را برای جلوگیری از چنین مسائلی ایجاد کند.
• بسیاری از ساختمان‌ها نقشه‌ای برای جریان هوا و آب در عملکرد خود ندارند. دلایل رایج آن عبارت‌اند از: سیستم‌های تاسیسات ساختمان هرگز در ابتدا و یا در طول سال‌ها نصب، تعبیه و متعادل‌سازی نشده‌اند و یا اتصالات اداری بدون در نظر گرفتن مسائل مربوط به متعادل‌سازی هوا انجام شده‌اند. گاهی اوقات، اتصالات اداری بارهای سیستم گرمایش و سرمایش را با توجه به جریان هوای مورد نیاز منطقه تغییر می‌دهند. اهمیت راه‌اندازی مناسب، تنظیم خوب، متعادل‌سازی دوباره و راه‌اندازی مجدد؛ در حال حاضر به خوبی پذیرفته شده است. بنابراین بستن یک قرارداد تعمیر و نگهداری می‌تواند سبب صرفه‌جویی در هزینه‌ها شود.

جایگزینی و ارتقا واحدهای تصفیه هوا و محفظه‌های حجم متغیر هوا

مسائل زیر را قبل از جایگزینی یا ارتقا واحدهای تصفیه هوا در نظر بگیرید:

• از جایگزین کردن دستگاهی مشابه دستگاه فعلی اجتناب کنید. اطمینان حاصل کنید که نقشه جریان هوا با در نظر گرفتن عواملی از جمله تلفات حرارتی و افزایش گرما، که احتمالا از زمان طراحی اصلی ساختمان تغییر کرده است، دوباره ارزیابی می‌شوند. درجه حرارت مناسب برای بهره‌وری انرژی را در نظر بگیرید. مزایای بالقوه کاهش دادن درجه حرارت هوا را بررسی کنید. کاهش میزان جریان هوا و کاهش انرژی فن، مصرف انرژی چیلر را افزایش می‌دهد.
• حداکثر استفاده از economy cycle، کنترل هوا بر اساس میزان غلظت CO2 در مناطق اشغالی و نصب مبدل حرارتی بین جریان هوا و جریان هوا خروجی را در نظر بگیرید.
• برای داشتن بهترین عملکرد، در انتخاب فن هوا دقت کنید. موتورهای با بهره‌وری بالا و تسمه‌های مضرس نصب کنید. استفاده از پلاگ فن (که فاقد تسمه و قرقره است) ممکن است، کارامد باشد.
• از موتورهای قدیمی مجددا استفاده نکنید، مگر آن‌که هنوز کارایی داشته باشند. هزینه‌های انرژی مربوط به استفاده مجدد از یک موتور قدیمی تعمیر شده از هزینه خرید یک موتور جدید بیش‌تر است. توصیه می‌شود برای اطمینان از کارایی فن‌ها و موتورها و صرفه‌جویی در هزینه‌های انرژی از پیمانکاران و مشاوران متخصص برای خرید و تعمیر و نگهداری دستگاه‌ها کمک گرفته شود. جایگزینی فن‌های موجود نیز فرصت خوبی برای رفع مشکلات موجود از قبیل کاهش میزان جریان هوا که منجر به اتلاف انرژی می شود را فراهم می‌کند.
• برای کاهش اتلاف انرژی، نوع چرخشی (swirl) دیفیوزر هوادهی (diffusers) را در نظر بگیرید.
• سنسورهای فشار استاتیکی را در مکان‌های مناسب نصب کنید، و از کارایی استراتژی‌های کنترل مانند تنظیم مجدد مناطق بحرانی برای کاهش مصرف انرژی فن اطمینان حاصل کنید.
• سنسورهای فشار را که عملکرد فن حجم متغیر هوا را کنترل می‌کنند، بررسی کنید؛ ممکن است در ناحیه نادرست نصب شده باشند یا جابه‌جا شوند.
• قبل از استفاده از واحدهای تصفیه هوا جدید، اطمینان حاصل کنید که برای جلوگیری از کثیف شدن فیلترهای هوای جدید، دودکش‌ تمیز شده باشد.

بیشتر بخوانید : بهینه‌سازی مصرف دستگاه‌های رطوبت‌ساز و رطوبت‌گیر

ما در کلینیک انرژی انواع خدمات پشتیبانی و نگهداری تاسیسات ساختمان ازجمله تعمیر چیلرها؛ سرویس سیستم تهویه؛ خدمات تعمیر و نگهداری استخر؛ بازسازی و نوسازی موتورخانه و … را به شما ارائه می کنیم. درصورت نیاز با ما تماس بگیرید.