HVAC در حقیت از سه کلمه گرمایش (Heating)، ونتیلاسیون (Ventilation) و تهویه مطبوع (Air Conditioning) مشتق شده است و تکنولوژی است که به منظور ایجاد فضای مناسب برای انسان چه در محیط خانه و کار و چه محیط داخل ماشین کاربرد دارد. سیستم های HVAC زیر مجموعه مهندسی مکانیک می باشند که براساس اصول ترمودینامیک، انتقال حرارت و مکانیک سیالات طراحی می شوند. گاهی با حذف و یا اضافه شدن برخی از HVAC به نام های نزدیک به خود تغییر می کند. مثلا با اضافه شدن تبرید(Refrigeration) به صورت HVAC&R یا HCAR بیان می گردند.
HVAC در آسمان خراش ها، ساختمان های بزرگ صنعتی، فروشگاهای بزرگ، ساختمان های متوسط به منظور ایجاد فضای مناسب از نظر دما، رطوبت و تغییر هوا اهمیت به سزایی دارد.
در ابتدا مقدار هوای تازه مورد نیاز و سپس با در نظر گرفتن شرایط محیطی بار سرمایشی و گرمایشی لازم محاسبه می گردند. امروزه در بیش تر ساختمان ها و سیستم های مدرن طراحی، نصب (installation) و سیستم های کنترل (control systems) در یک یا چند دستگاه HVAC برای انجام کارهای اشاره شده جمع می شوند. در ساختمان های کوچک پیمانکاران به بررسی ظرفیت های لازم برای تهویه مطبوع و تجهیزات آن می پردازند. اما در ساختمان های بزرگ، مجموعه عوامل ساخت ساختمان مانند مهندسان مکانیکی، معماری و مهندس هایی که به بررسی ظرفیت های لازم برای طراحی سیستم های HVAC می پردازند، ساخت و راه اندازی آن را انجام می دهند
در هنگام اجرای سیستم های HVAC اغلب این سیستم ها جداگانه اجرا می گردند، ولی امکان استفاده از تجهیزاتی که در سیستم های HVAC به کار گرفته می شوند در قسمت های سرمایش ناجیه ای (district cooling) یا DC، گرمایش ناحیه ای (district heating) یا DH و هم چینن ترکیبی از این دو به عنوان سرمایش و گرمایش ناحیه ای (DCH)، برای پاسخ به نیاز های هر قسمت به کار گرفته شود. برای مثال در یک شبکه ترکیبی(DCH) که سرمایش و گرمایش ناحیه ای را تامین می کند. آب سرد بازگشت داده شده توسط ساختمانی که از آب گرم برای تهویه مطبوع استفاده می کند برای ساختمانی که نیازمند به آب سرد می باشد به کار گرفته می شود.
گرمایش (Heating)
ذستگاهی که انتشار گرما از خود باعث افزایش دمای جسم دیگر می شود هیتر می گویند. هیترها انواع مختلفی دارند و در محیط خانه می توان به بخاری ها، شومینه و کوره ها به عنوان هیتر نام برد. اما برای ایجاد سرمایش از از وسایلی نظیر کولر استفاده می شود که به کاهش دمای محیط اطراف و ایجاد فضای مطلوب کمک می کند.
به منظور ایجاد فضای گرمایشی برای مناطق سرد سیر یا فصول سرد سال از وسایل گرمایشی متنوعی استفاده می شود، یکی از رایج ترین وسایل گرمایشی برای ساختمان های بزرگ استفاده از سیستم گرمایشی مرکزی(Central Heating) می باشد.این نوع از سیستم ها دارای اجزایی مانند: دیگ بخار (Boiler)، کوره (Furnace)، پمپ حرارتی (Heating Pump) که منظور گرم کردن آب، بخار یا هوای مورد نیاز استفاده می شود. همه موارد ذکر شده در یک مجموعه مرکزی به عنوان اتاق تاسیسات یا موتور خانه در ساختمان های بزرگ نگهداری می شوند. به منظور انتقال حرارت از سیستم های لوله کشی برای انتقال آب به عنوان سیال حرارتی و یا کانال برای انتقال هوا به عنوان منبع حرارتی استفاده می شود
در سیستم هایی که از هوا برای گرمایش و سرمایش استفاده می شود، ابتدا هوا به منظور غبار گیری از فیلترهای خاصی عبور کرده و سپس از طریق کانال هایی که از فلز یا فایبرگلاس ساخته شده اند هوای گرم یا هوای سرد شده به وسیله یک کویل اوپراتور تهویه مطبوع، توزیع می گردد.
از المنت های برقی با مقاومت بالا به عنوان منبع حرارتی مکمل پمپ های حرارتی استفاده می شود. پمپ های حرارتی از اوسط قرن گذشته رواج پیدا کردند. پمپ های حرارتی به دو نوع برحسب منبع حرارتی تقسیم می شوند: ۱- پمپ های حرارتی با منبع هوایی(air source) که از منابع هوایی استفاده میکنند، ۲- پمپ های حرارتی با منبع زمینی(ground source) این نوع پمپ ها همان طور که از نامشان پیداست از منابع زمینی برای گرمایش استفاده می کنند. پمپ های حرارتی از ابتدا کارایی امروز را نداشتند. در ابتدا عمده مناطق مورد استفاده مناطق با آب و هوای معتدل بود اما با رفع نقایص و افزایش کارایی آنها در دماهای پایین و کاهش بار قابلیت استفاده در شرایط مختلفی از آب و هوا پیدا کردند.
پمپ های حرارتی به انواع مختلفی قابلیت تقسیم بندی دارند: هوا به هوا (air to air)، آب به آب (water to water)، آب به هوا(water to air) و هوا به آب (air to water).
به منظور استفاده از انرژی زمین گرمایی برای آب گرم ورودی به پمپ حرارتی می توان از آب های سطحی زیر زمینی یا از لوله های PEX سطحی دفن شده در یک ترنج استفاده کرد. حفر چاه، احداث سایت و خرید لوازم جانبی برای استفاده از انرژی زمین گرمایی مقرون به صرفه نمی باشد و نسبت به سیستم های گرمایشی رایج قیمت بالاتری هزینه می گردد. اما استفاده از سیستم های رایج که با به کارگیری وسایلی همچون دیگ، مشعل و بخاری گرمای مورد نیاز ساختمان را فراهم می کنند امکان خطرارتی ناشی از سوختن ناقص که به علت عدم رسیدن اکسیژن کافی رخ می دهد باعث خطراتی مانند انتشار گازهای سمی مانند منو اکسیدکربن(خطرناک ترین) می شود و چون گازی بی بو، بی زنگ و بدون مزه است عوارض خطرناکی حتی مرگ(در PPM های بالا ) را در پی دارد.
تهویه (ventilation)
تهویه به منظور ایجاد فضای مناسب با تغییراتی از نظر بو، رطوبت، دما، گرد و غبار، دی اکسید کربن و ورود اکسیژن صورت می گیرد. تهویه بهترین راه برای حفظ کیفیت هوای داخل ساختمان می باشد، تهویه می تواند تبادل هوا با بیرون از ساختمان و یا گردش هوای موجود در داخل ساختمان نیز باشد. به منظور ایجاد هوای مناسب و با کیفیت خوب دو روش طبیعی و اجباری یا مکانیکی برای تهویه وجود دارد:
روش تهویه مکانیکی(Mechanical ventilation) یا تهویه اجباری(Forced ventilation) : در این روش از دستگاهایی نظیر دستگاه هوا ساز برای کنترل کیفی هوای داخل ساختمان مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از هوای خارج و جایگزینی آن با هوای داخل از طریق رقیق سازی بو، آلودگی و رطوبت اضافی هوای داخل ساختمان را کنترل نمود. در این روش انرژی زیاد به منظور برطرف کردن رطوبت اضافی استفاده می گردد.
به منظور کنترل بو و رطوبت داخل ساختمان، دستشویی و آشپزخانه دارای سیستم های مکانیکی هستند. دبی خروجی به سرعت فن و هم چنین اندازه دریچه خروجی هوا بستگی دارد. فن درایو های مستقیم نیاز بسیار کمی به تعمیر و نگهداری دارند و دارای کاربردهای مختلفی می باشند.
تهویه طبیعی (natural ventilation) یعنی ایجاد فضای مناسب در داخل ساختمان بدون استفاده از وسایل مکانیکی مانند فن ها و… می باشد. اغلب تهویه طبیعی در ساختمان های کوچک و در صورت اجازه معماری آن صورت می پذیرد. در این نوع تهویه با استفاده از پنجره های فرمان پذیر و دریچه های قطره ای امکان پذیر می باشد. روش کار این نوع از سیستمهای تهویه طبیعی بدین گونه است که با توجه به سبک بودن هوای گرم و قرار گرفتن در لایه های بالا از دهانه های بالا خارج می گردد و هوای سرد از طریق منافذ پایین وارد ساختمان می شود. این نوع پدیده را اثر دود کشی (stack effect) می نامند. قابل ذکر است که در بسیاری از مناطق در فصول مختلف امکان استفاده از تهویه طبیعی به منظور ایجاد فضای مطلوب وجود ندارد و از سیستم های تهویه مطبوع معمولی به عنوان پشتبان استفاده می گردد.
تهویه مطبوع (air conditioning)
برای خارج کردن حرارت از تهویه و تبرید(refrigeration) و استفاده از مبردهایی همچون آب، یخ، هوا و مواد شیمیایی به منظور انتقال حرارت در تبرید استفاده می شود و حرارت از طرق مختلفی همچون رسانایی، جابجایی و تابش خارج می گردد.
