سیستم تهویه مطبوع در اتاق های تمیز
سیستم تهویه مطبوع یکی از اصلی ترین اجزاي اتاق هاي تمیز و به نوعی قلب تپنده آن می باشد و این سیستم نقش کلیدي و مستقیم در کیفیت محصولات دارد.
سه عامل مهم تأثیرگذار بر کیفیت هوا عبارت است از:
1- دماي هوا
2- رطوبت نسبی
3- میزان ذرات موجود در هوا
برخی از عوامل مانند میزان ذرات هواي محیط خود تحت تأثیر فاکتورهاي ثانویه سیستم تهویه مطبوع می باشد. مانند:
1- فشار اتاق
2- تعویض هوا
3- حجم جریان هواي ورودي، برگشت و خروجی
4- جهت جریان هوا
5- الگوي جریان هوا
6- سرعت جریان هوا
7- محل دریچه هاي ورودی، برگشت و خروجی
8- بازده و عملکرد فیلترهاي هوا
طبقه بندي سیستم تهویه مطبوع
به جهت بررسی سیستم تهویه مطبوع اتاقهاي تمیز آن را به چهار بخش زیر تقسیم می کنیم:
1 - سیستم هاي پشتیبانی
2 - دستگاه هاي هواساز
3 - سیستم توزیع هوا
4 - محل استفاده و اتاقها
سیستم هاي پشتیبانی
بایستی دقت شودکه:
- محاسبات مربوط به ظرفیتهاي گرمایی و سرمایی و به تبع آن میزان دبی آب گرم و سرد مورد نیاز به درستی انجام گرفته باشد.
-سایزبندي و اجراي لوله ها، کلکتورها، اتصالات، شیرها و ... به درستی صورت پذیرد.
-جوشکاريها، انتخاب مسیر و نحوه اتصالات نیز بایستی توسط افراد ماهر انجام گیرد.
-از موارد مهم موردنیاز، عایق بندي مناسب و استاندارد تمامی سطوح است.
-آب وارد شده به سیستم جهت جلوگیري از ایجاد رسوب و آسیب هاي دیگر و کاهش بازده حتماً سختیگیري شده باشد.
- تأمین سیستم برق کشی باید مطابق با ظرفیت دستگاهها بوده و به اتصال زمین مجهز باشد.
-انتخاب نوع و جنس کابلها مخصوصاً کابل هاي انتقال فرمان بسیار مهم است و بایستی توسط افراد داراي مهارت کافی اجرا شود.
-تأمین روشنایی کافی و امکانات لازم در موارد ضروري نیز بایستی در نظر گرفته شود.
-محل قرارگیري تأسیسات و تجهیزات سیستم تهویه مطبوع نیز می تواند در جاي خود به افزایش بازده کمک بسیاري نماید.
- دستگاه هاي چیلر، بویلر و دیگر سیستم هاي پشتیبانی یکی از مسائل مهم دیگر می باشد که در جاي خود بسیار مهم و تأثیرگذار هستند. بایستی عملکرد این دستگاه ها به صورت مرتب و توسط افراد مجرب بررسی شود تا سیستم تهویه مطبوع دچار مشکل نشود.
دستگاه های هواساز
هواساز دستگاهی است که امکان تأمین دماي مناسب در کلیه فصول سال توسط تولید هوا با دمایی متناسب با شرایط طرح داخل را دارا می باشد. با توجه به شرایط خاص پروژه، شرایط استفاده و طراحی این دستگاه نیز می بایست تغییر کند. اتاقهای تمیز یکی از این دست پروژه هاي خاص هستند.
ویژگیهاي خاص اتاق تمیز، هواسازی را طلب می کند که دارای ویژگی های زیر باشد:
-قابلیت فراهم آوردن شرایط مطلوب آن را دارا باشد.
-فیلتراسیون بسیار قوي و تأمین 100درصد هواي تازه در برخی موارد
-تعمیرات و نگهداري ساده
- امکان شستشوي ساده دستگاه
- عدم تولید گرد و غبار
- ایزولاسیون قوي به منظور عدم ورود و تداخل هواي رفت و برگشت و ...
این گروه از هواسازها به هواساز هایژنیک شهرت دارند. استانداردهاي متفاوتی توسط مؤسسات گوناگون در این رابطه تدوین شده است، اما در حال حاضر اکثر کشورهاي جهان استاندارد بین المللی ایزو را مدنظر خود قرار داده اند.
هواسازهاي هایژنیک می بایست:
-دارای سطح داخلی بسیار صاف و صیقلی بوده و حتی الامکان از بروز گوشه و زاویه پرهیز گردد تا از جمع شدن غبار و ذرات جلوگیري شده و به راحتی تمیز گردند.
-طراحی بدنه و پروفیلهاي دستگاه باید به گونه اي باشد تا در داخل هیچگونه برآمدگی یا فرورفتگی ایجاد نشود.
-جدار داخلی دستگاههاي هواساز هایژنیک از فولاد ضدزنگ بوده و بدنه دستگاه بایستی به صورت دوجداره و عایق حرارتی باشد.
-در این دستگاهها از فن هاي با طراحی خاص پلاگ استفاده می شود تا جوابگوي افت فشار بسیار بالاي فیلترهاي هپا و اولپا بوده و به راحتی بتوان آنها را پاكسازي نمود. این نوع از فن ها به صورت کوپل مستقیم بوده و عدم استفاده از تسمه موجب کاهش چشمگیر تولید ذرات آلاینده می شود. همچنین به منظور دستیابی به بهترین کارکرد در سیستم، با استفاده از سنسورهاي کنترل فشار و دما و پانل اینورتر، دور فن جهت قرار گرفتن در شرایط مناسب تغییر داده می شود.
-سینی درین و کف دستگاهها با شیبی مناسب طراحی و قرار می گیرند تا شستشوي دستگاه به راحتی صورت پذیرفته و آب به راحتی و به سرعت از دستگاه خارج گردد.
-دستگاه هواساز بایستی داراي روشنایی کافی در داخل باشد تا در مواقع موردنیاز بتوان نسبت به بازدید فضاي داخلی اقدام نمود.
-همچنین پنجره هاي بازدید نیز جهت بازرسی هاي دوره اي بایستی پیش بینی شود.
-در پروژههاي اتاق تمیز، معمولاً به دلایل خاص، نمی توان از هواي برگشتی استفاده کرد و لذا سیستم در اکثر موارد به صورت 100درصد هواي تازه استفاده می گردد. پس در چنین مواقعی بحث میزان مصرف، کنترل، بهره وري و بازیابی انرژي مطرح گشته و بسیار حائز اهمیت است. امروزه سعی می شود جهت جلوگیري از تلفات با استفاده از مبدل هاي مناسب، انرژي هواي خروجی به هواي ورودي منتقل گردد تا راندمان سیستم نیز افزایش یابد.
سیستم توزیع هوا
در این مرحله نوبت به انتقال هواي تحویلی از دستگاه هواساز به محل مصرف میرسد. بایستی توجه شود در مسیر انتقال، هوایی که با صرف هزینه و انرژي بالا تمیز و به حالت مطبوع درآمده دچار آلودگی و تغییر نشود. براي این منظور بایستی تمامی اتصالات فلنجی کانالها توسط نوارهاي هوابندي مخصوص کاملاً هوابند شوند و ساخت کانالها به گونه اي باشد که هیچگونه درزي در آنها مشاهده نگردد. براي کنترل آن میتوان از روشهاي مختلفی ازجمله تست تابش نور استفاده کرد. همچنین به جهت حفظ دماي هوا بایستی کانالها به طور کامل عایق شوند. دقت به این موضوع لازم است که با توجه به آزادسازي بسیار زیاد ذرات توسط برخی عایقهاي سنتی مانند پشم شیشه حتماً بایستی از عایق هاي الاستومتري با ضخامت کافی استفاده شود. این کار علاوه بر صرفه جویی بسیار بالا در مصرف انرژي موجب بالا رفتن بازده و عمر مفید سیستم و کاهش صداي تولیدي نیز می شود. در مورداستفاده از مقاطع دایروي یا چهارگوش با توجه با افت فشار کمتر و همچنین عدم وجود زوایا ترجیح داده می شود از مقطع دایروي استفاده شود، ولی با توجه به فضاي موجود و توان اجرایی میتوان از مقاطع چهارگوش استفاده نمود. ضخامت و جنس کانالها نیز از موارد مهم بوده و معمولاً در اغلب پروژهها کانالها از جنس گالوانیزه ساخته شده و ضخامت ورق با توجه به ابعاد کانال انتخاب میشود. بایستی حتماً تمامی مصالح فلزي استفاده شده به طور صحیح ضدزنگ زده شود تا از پوسیدگی و زنگ زدگی آنها جلوگیري شود. در مسیر کانالها نیز بر اساس پیشنهاد طراح بایستی نسبت به نصب دمپر کنترل دبی هوا و هرگونه وسیله کنترلی اقدام گردد.
محل استفاده و اتاقها
از مهمترین قسمتهاي سیستم تهویه مطبوع، طراحی استاندارد محل مصرف هوا می باشد.
در مورد طراحی عملکرد سیستم تهویه مطبوع موارد زیر بایستی در نظر گرفته شود:
1 - کلاس تمیزي اتاق تمیز بر اساس استاندارد و کاربري
2 - انتخاب نوع جریان هواي اتاق
3 - فشار اتاق جهت تنظیم جهت جریان هوا
4 - دما و رطوبت اتاق تمیز
5 - دفعات تعویض هواي اتاق در ساعت
6 - محل قرارگیري دریچه هاي ریزش، برگشت و تخلیه هوا
کلاس تمیزی اتاق تمیز
یکی از اولین اقدامات در طراحی سیستم تهویه مطبوع مشخص نمودن کلاس تمیزي اتاق بر اساس استانداردهاي مربوطه مانند ایزو 14644-1 می باشد.
به این ترتیب میتوان نسبت به انتخاب سایر پارامترها اقدام نمود.
انتخاب نوع جریان هوای اتاق
بعد از انتخاب کلاس تمیزي اتاق تمیز نوبت به انتخاب نوع جریان هواي اتاق می باشد. با توجه به میزان تمیزي موردنیاز و کلاس بندي نسبت به انتخاب نوع جریان اقدام می گردد:
1 - جریان هوای یک سویه
2 - جریان هوای غیر یک سویه
3 - ترکیب جریان هوای یکسویه و غیر یک سویه
فشار اتاقها
با توجه به وجود درز در اطراف درها، دیوار و دریچه ها، بایستی جهت جلوگیري از انتشار آلودگی در سایر اتاقها و ایجاد آلودگی متقاطع، توسط اختلاف فشار از خروج یا ورود ذرات جلوگیري شود.
بدین منظور با ایجاد جریان هواي حدود 0,5تا 1متر بر ثانیه به داخل یا خارج اتاق (با توجه به نوع اتاق و طراحی) از ورود یا خروج ذرات جلوگیري نمود.
میزان اختلاف فشار پیشنهاد شده در استانداردها جهت ایجاد این جریان 10تا 15 پاسکال می باشد
اتاقهای هوابند
از اتاقهاي هوابند جهت کنترل ورود و خروج افراد و مواد، به گونه اي که موجب بر هم زدن فشار اتاقها نشده و همچنین از انتقال جریان هواي آلوده مابین اتاقهاي مجاور جلوگیري گردد، استفاده می شود
دما و رطوبت اتاقها
شرایط راحتی دما و رطوبت که معمولاً به عنوان شرایط آسایش کارکنان در زمستان و تابستان قابل قبول می باشد. این استاندارد می تواند در نقاط مختلف جهان تغییر کند. شرایط راحتی دما و رطوبت در تابستان و زمستان درجایی که افراد لباس ضخیم تري دارند و یا کار داراي تحرك بالاتري است لازم است تا هوا خنک تر شده و میزان رطوبت نیز کاهش یابد. میزان مناسب پیشنهادي در استانداردهاي معتبر، دماي 22±0,3 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 50±5درصد می باشد البته جهت جلوگیري از خطرات احتمالی رطوبت هوا نبایستی کمتر از 30درصد باشد.
دفعات تعویض هواي اتاق در ساعت
حداقل میزان نرخ تعویض هوا در اتاقهاي داراي کلاس تمیزي، 20بار در ساعت می باشد و این میزان با افزایش کلاس تمیزي اتاق افزایش مییابد. براي محیط هاي بدون کلاس تمیزي حداقل مشخصی وجود ندارد و میتوان حداقل 4تا 6بار در ساعت را در نظر گرفت . ممکن است برخی از طراحان بدون مراجعه به مراجع و صرفاً بر اساس محاسبات سرانگشتی به انتخاب این پارامتر اقدام کنند و بدین ترتیب یا موجب تحمیل هزینه هاي بالا به سیستم شوند و یا سیستم نتواند پاسخگوي نیاز واقعی باشد.
در انتخاب نرخ تعویض هوا عوامل زیر مؤثر است:
1- گرماي دریافتی در فضاهاي تهویه شده از طریق دیوارها، تابش نور خورشید و ...
2- گرماي دریافتی از طریق دستگاهها و وسایل داخل محیط و افراد
3- رطوبت دریافتی از محیط خارج مانند رطوبت بیرون
4- رطوبت دریافتی از طریق فرآیندهاي داخل اتاق مثل شستشو، فرآیندها و ...
5- تعداد و محل حضور افراد
6- میزان فعالیت و نوع حرکت افراد داخل اتاق
7- نوع و میزان لباس پوشیده شده توسط افراد
8- نوع فرآیندها و میزان آزادسازي ذرات آنها
9- میزان پاکی هواي ورودي
10- میزان تحت پوشش قرار دادن فضا توسط هواي ورودي
11- میزان و محل خروج هوا از محیط تهویه شده
12- محل قرارگیري انجام فعالیتهاي حساس
13- میزان جریان هواي موردنیاز جهت رسیدن به اختلاف فشارهاي تعیین شده (معمولاً کمتر از بقیه فاکتورها می باشد)
معمولاً بازههاي انتخابی براي میزان تعویض هوا به شرح ذیل است:
1- براي محیط های بدون کلاس بندي: 6تا 20بار در ساعت
2- براي محیط های با کلاس ایزو 8: 20تا 40بار در ساعت
3- براي محیط های با کلاس ایزو 40:7 تا 60بار در ساعت
4- براي کلاس های کمتر با توجه به استفاده از جریان یکسویه، سرعت جریان هوا و الگوي جریان اهمیت بیشتري دارد.
محل قرارگیري دریچه هاي ریزش، برگشت و اگزاست
بایستی طراح بر اساس محل قرارگیري دستگاهها، میزهاي کار و افراد و همچنین فضاي موردنظر نسبت به انتخاب بهترین نقاط جهت قرارگیري دریچه هاي ریزش و برگشت هوا اقدام کند. به نحوي که در اتاق موردنظر هیچ نقطه کوري جهت اجتماع ذرات وجود نداشته باشد و تمام فضا پوشش داده شود.
پایش و کنترل سیستم تهویه مطبوع
با توجه به حساسیت بالاي سیستم تهویه مطبوع در اتاقهاي تمیز لازم است تا عملکرد این سیستمها به صورت مـداوم پـایش شـده و هرگونـه مغایرت و اشکال در سیستم سریعاً مشخص و اقدامات اصـلاحی انجـام پذیرد.
امروزه اکثر سیستمهاي تهویه مطبوع اتاقهاي تمیز به سیستم های کنترل و پایش اتوماتیک مجهز بوده و تمامی اطلاعات لازم به سرعت در اختیار اپراتور قرار می گیرد.
نویسندگان :
1 - محمد افتخاري یزدی
(استادیار دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی)
2 - میثم علیزاده
(دانشجوي کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی)