İsitmə, ventilyasiya və havanın kondisiyalaşdırılması

İsitmə, ventilyasiya və havanın kondisiyalaşdırılması ( İVHK ) dedikdə, qapalı məkanda havanın temperaturu, rütubəti və təmizliyinə nəzarət etmək üçün müxtəlif texnologiyaların istifadəsi mənasını daşıyır. İVHK-nın əsas məqsədi, daxili mühitdə komfort və normalar üzeə qəbuledilən daxili hava keyfiyyətini təmin etməkdir. İVHK sisteminin layihələndirilməsi isə, termodinamika, mayelər mexanikası və istilik ötürülməsi prinsiplərinə əsaslanan mexanika mühəndisliyinin alt sahəsi hesab olunur.

İVHK sistemləri, çoxmənzilli binalar, otellər və yaşayış kompleksləri kimi inşaat strukturlarının mühüm hissəsi hesab olunur; buraya göydələnlər və xəstəxanalar kimi orta və böyük sənaye və ofis binaları; avtomobillər, qatarlar, təyyarələr, gəmilər və sualtı qayıqlar kimi nəqliyyat vasitələrini də əlavə etmək mümkündür.

Havalandırma və ya ventilyasiya (İVHK-də "V") dedikdə, yüksək daxili hava keyfiyyətini təmin etmək üçün hər hansı bir məkanda havanın dəyişdirilməsi prosesi nəzərdə tutulur. Bu prosesə, temperaturun idarə edilməsi, oksigenin içəriyə vurulması və nəm, qoxular, tüstü, istilik, toz, bakteriyalar, karbon qazı və digər qazlar və havanın daxili mühitdən çıxarılması daxildir. İçərinin havalandırılması, havadakı xoşagəlməz qoxuları və həddindən artıq nəmi aradan qaldırır, xarici havanı zonaya daxil edir, daxili bina havasını dövr etdirir və daxili zonada havanın durğunluğunun qarşısını alır. Binanın havalandırılması üsulları mexaniki/məcburi və təbii növlərə bölünür. ^[1]

İstilik, ventilyasiya və havanın kondisiyalaşdırılmasının üç əsas funksiyası bir-biri ilə əlaqəlidir və bunun əsas səbəbi, otağın daxilində məqbul quraşdırma, istismar və texniki xidmət xərcləri daxilində rahatlıq və məqbul daxili hava keyfiyyətini təmin etməkdir. İVHK sistemləri həm məişət, həm də kommersiya mühitində istifadə edilə bilər. İVHK sistemləri binada ventilyasiyanı təmin edə və zonalar arasında hava təzyiqini saxlaya bilər. Havanın zonalara vurulması və sorulması dedikdə, otaq havasının paylanması nəzərdə tutulur. ^[2]

Müasir binalarda fərdi sistemlərin dizayn, quraşdırma və idarəetmə sistemləri bir və ya bir neçə İVHK sisteminə inteqrasiya olunur. Çox kiçik binalar üçün podratçılar adətən lazım olan sistemin növünü və böyüklüyünü təxmin edir və sonra müvafiq kondisioner və lazım olan müxtəlif komponentləri seçərək sistemi layihələndirirlər. Daha böyük binalar üçün isə, memarlar, mexaniki mühəndislər və kommunikasiya sistemləri mühəndisləri İVHK sistemlərini təhlil edir və layihələndirir. Podratçılar və təchizatçılar isə, layihələndirmədən sonra, sistemləri hazırlayır, quraşdırır və istismara verirlər. Tikinti icazələri və qurğuların standarta uyğunluq yoxlamaları isə, bütün ölçülü binalar üçün tələb olunur.

İVHK sistemləri, fərdi binalarda və ya digər qapalı məkanlarda tətbiq olunmasına baxmayaraq, istifadə olunan mərkəzi avadanlıq bəzi hallarda daha böyük mərkəzi isitmə və ya soyutma şəbəkəsinin mənbəyi hesab olunur. Belə hallarda, istismar və texniki xidmət işləri daha da sadələşdirilir və istehlak edilən enerjinin, bəzi hallarda isə daha böyük sistemə qaytarılan enerjinin hesablanması üçün ölçmə tələb olunur. Məsələn, müəyyən bir zamanda bir bina kondisioner üçün soyudulmuş sudan istifadə edilə və sistemdən qayıdan suyun isə başqa bir binanın isidilməsi üçün istifadə edilə bilər. ^{[3] [4]}

İVHK-nın daha böyük bir şəbəkəyə malik olması, günəş istiliyi, ^{[5] [6] [7]} qışın soyuğu, ^{[8] [9]} soyutma üçün göllərin və ya dəniz suyunun bəzi yerlərində soyutma potensialından istifadəyə imkan verən funksiya kimi bərpa olunan enerji mənbələrindən istifadə etməyə kömək edir.

İVHK sistemlərinin əsas prinsipləri, Nikolay Lvov, Michael Faraday, Rolla C. Carpenter, Willis Carrier, Edvin Ruud, Reuben Trane, James Joule, William Rankine, Sadi Carnot, Alice Parker və bir çox başqaları tərəfindən edilən ixtira və kəşflərə əsaslanır. ^[10]

Bu müddət ərzində bir çox ixtiralar, 1902-ci ildə Alfred Volf tərəfindən Nyu-York Birjası üçün kondisioner sisteminin dizaynı ilə başlamışdır. Coyne Kolleci 1899-cu ildə İVHK təlimini təklif edən ilk məktəb idi. ^[11] İlk məişət kondisioneri isə, 1914-cü ildə quraşdırıldı və sonradan, 1950-ci illərdə isə "məişət kondisionerinin geniş tətbiqi" baş verdi. ^[12]

Qızdırıcıların əsas məqsədi, bina üçün istilik mənbəyi rolunu oynamaqdır. Bu isə, mərkəzi istilik təchizatı sistemi vasitəsilə edilə bilər. İsitmə sistemi, fərdi evdə soba otağı və ya böyük bir binada mexaniki otaq kimi mərkəzi bir yerdə yerləşən suyu, buxarı və ya havanı qızdırmaq üçün qazan, soba və ya istilik nasosundan ibarət olur. İstilik isə konveksiya, keçiricilik və ya radiasiya ilə ötürülə bilər.

Qızdırıcılar bərk yanacaqlar, mayelər və qazlar da daxil olmaqla müxtəlif yanacaq növləri ilə işləyə bilər. İstilik mənbəyinin başqa bir növü elektrikdir ki, bu da adətən yüksək müqavimətli teldən ibarət olan qızdırıcı teldən ibarət olur. Bu prinsip həm də döşəmə tipli qızdırıcılar və portativ qızdırıcılar üçün də istifadə olunur. Elektrik qızdırıcıları tez-tez istilik nasosu sistemləri üçün ehtiyat və ya əlavə qızdırıcı kimi istifadə olunur. İstilik nasosu 1950-ci illərdə Yaponiya və ABŞ-da populyarlıq qazanmışdır. ^[13]

Qızdırılan su və ya buxar vəziyyətində, istiliyi otaqlara nəql etmək üçün boru kəmərlərindən istifadə olunur. Müasir isti su istilik sistemlərinin əksəriyyəti, isti suyu paylayıcı sistem vasitəsilə hərəkət etdirmək üçün dövretdirici nasosa malikdir. İstilik isə, radiatorlar, radiatorlar (su-hava) və ya digər istilik dəyişdiriciləri vasitəsilə ətrafdakı havaya ötürülə bilər. Radiatorlar divarlarda bərkidilə və ya döşəmənin üzərində quraşdırıla bilər.

İsti hava sistemləri, metal hava kəmərləri vasitəsilə, qızdırılan havanı vurucu sistemlər vasitəsilə paylayır və içəridən sorulan havanı geri qaytarır. Vurulan hava, normal olaraq toz və polen hissəciklərindən təmizlənmək üçün hava filtrlərindən keçirilir. ^[14]

Sobaların, yer qızdırıcılarının və qazanların daxili isitmə üsulu kimi istifadəsi natamam yanmaya və karbonmonoksid, azot oksidləri, formaldehid, uçucu üzvi birləşmələr və digər yanma məhsullarının emissiyası ilə nəticələnə bilər. Natamam yanma kifayət qədər oksigen olmadıqda baş verir; yanma prosesinə daxil olanlar, müxtəlif çirkləndiricilər olan yanacaqlardır. Prosesdən xaric olunanlar isə zərərli əlavə məhsullardır. Bunlardan ən təhlükəlisi karbonmonoksiddir və bu qaz, sağlamlığa ciddi mənfi təsirləri olan dadsız və qoxusuz qaz hesab olunur. ^[15]

Düzgün ventilyasiya olmadan, karbonmonoksid 1000 ppm (0,1%) konsentrasiyalarda öldürücü ola bilər. Bununla belə, insanın bir neçə yüz ppm-də karbon monoksidə məruz qalması baş ağrısı, yorğunluq, ürəkbulanma və qusmağa səbəb olur. Karbonmonoksid qanda hemoqlobinlə birləşərək karboksihemoqlobin əmələ gətirir, bu isə qanın oksigeni daşımaq qabiliyyətini azaldır. Karbonmonoksidlə bağlı əsas sağlamlıq problemləri, onun ürək-damar və neyrodavranış təsirləridir. Nevroloji olaraq, karbonmonoksidə məruz qalma əl-göz koordinasiyasını, sayıqlığı və davamlı performansı azaldır. ^[16]

Ventilyasiya, temperaturu idarə etmək və ya nəm, qoxu, tüstü, istilik, toz, havadakı bakteriyalar və ya karbon dioksidin hər hansı birləşməsini havadan çıxarmaq və oksigeni vurmaq üçün istənilən məkanda havanın dəyişdirilməsi prosesidir. Binanın ventilyasiyası üsulları mexaniki/məcburi və təbii növlərə bölünə bilər. ^[17]

Mexanik və ya məcburi ventilyasiya hava mübadilə qurğusu (AHU) tərəfindən təmin edilir və daxili havanın keyfiyyətinə nəzarət etmək üçün istifadə olunur. Həddindən artıq rütubət, qoxular və çirkləndiricilər tez-tez xarici hava ilə əvəz olunmaqla idarə oluna bilər. Bununla belə, rütubətli iqlimlərdə ventilyasiya olunan havadan artıq nəmi çıxarmaq üçün daha çox enerji tələb olunur.

Mətbəx və vanna otağında adətən qoxuları və bəzən rütubəti idarə etmək üçün mexaniki sorucu sistemlər quraşdırılır.

Yayda tavan ventilyatorları və masa/döşəmə ventilyatorları, otaqda oturanların dərisində tərin buxarlanmasını artırmaqla qəbul edilən temperaturu azaltmaq məqsədi ilə otaqda havanı dövretdirir. İsti hava yuxarı qalxdığı üçün, tavan ventilyatorları isti təbəqəli havanı tavandan yerə doğru dövr edərək qışda otağı daha isti saxlamaq üçün istifadə edilə bilər.

Təbii ventilyasiya, ventilyatorlardan və ya digər mexaniki sistemlərdən istifadə etmədən binanın xarici hava ilə havalandırılmasıdır. ASHRAE təbii ventilyasiyanı, açıq pəncərələr, qapılar, barmaqlıqlar və digər planlaşdırılan bina konstruksiyası boşluqlarından keçən hava axını və təbii və/və ya süni şəkildə yaradılmış təzyiq fərqləri ilə idarə olunan hava axını kimi müəyyən etmişdir. ^[18]

Daha mürəkkəb sxemlərdə, isti havanın yuxarı qalxmasına və yüksək bina çıxışlarından xaricə atılmasına icazə verilir ki, bu da, sərin xarici havanın aşağı konstruksiya boşluqlarına çökməsinə səbəb olur. İsti və ya rütubətli iqlimlərdə yalnız təbii ventilyasiya vasitəsilə termal rahatlığı qorumaq mümkün olmaya bilər. Kondisioner sistemləri burada ehtiyat və ya əlavə olaraq istifadə olunur. Hava ekonomayzerləri həm də boşluqları havalandırmaq üçün kənar havadan istifadə edir, lakin bunu lazım olduqda sərin xarici havanı daxil etmək və yaymaq üçün ventilyatorlar, hava kəmərləri, damperlər və idarəetmə sistemlərindən istifadə etməklə edir.

Təbii ventilyasiyanın vacib komponenti hava dəyişmə misli və ya saatda havanın dəyişməsidir: burada havalandırmanın saatlıq sərfi məkanın həcminə bölünür. Məsələn, saatda altı hava dəyişməsi, hər on dəqiqədən bir məkanın həcminə bərabər olan yeni havanın əlavə edilməsi deməkdir. İnsanların rahatlığı üçün saatda minimum dörd hava dəyişikliyi tipikdir, baxmayaraq ki, anbarlarda bu qiymət, yalnız iki ola bilər. Çox yüksək hava dəyişmə sürəti, saatda minlərlə dəyişiklik olan külək tunelinə bənzəyir, bu isə narahatçılıq yarada bilər. Ən yüksək hava dəyişmə dərəcələri izdihamlı yerlər, barlar, gecə klubları, ticarət mətbəxləri üçün saatda təxminən 30-50 hava dəyişikliyidir. ^[19]

Otaq təzyiqi otaqdan kənarda müsbət və ya mənfi ola bilər. Müsbət təzyiq, sorulan havadan daha çox hava vurulduqda baş verir və xarici çirkləndiricilərin infiltrasiyasını azaltmaq üçün adi bir haldır. ^[20]

Təbii ventilyasiya ^[21] vərəm, soyuqdəymə, qrip, meningit və ya COVID-19 kimi hava-damcı xəstəliklərinin yayılmasının azaldılmasında əsas amildir. Qapı və pəncərələrin açılması təbii ventilyasiyanı maksimum dərəcədə artırmaq üçün yaxşı yoldur ki, bu da hava-damcı yoluxma riskini bahalı və texniki xidmət tələb edən mexaniki sistemlərlə müqayisədə xeyli aşağı edər. Hündür tavanları və böyük pəncərələri olan köhnə tip kliniki sahələr ən böyük qorunmanı təmin edir. Təbii ventilyasiya az xərclidir və texniki xidmət tələb etmir və xüsusilə vərəm və institusional vərəm ötürülməsi yükünün ən yüksək olduğu məhdud resurslu sahələr və tropik iqlimlər üçün uyğundur. Tənəffüs yollarının təcrid olunmasının çətin olduğu və iqlimin icazə verdiyi yerlərdə hava-damcı yoluxma riskini azaltmaq üçün pəncərələr və qapılar açılmalıdır. Təbii ventilyasiya az texniki xidmət tələb edir və ucuzdur.

Təbii ventilyasiya iqlimə görə infrastrukturun bir çoxunda praktiki deyil. Bu o deməkdir ki, obyektlərdə effektiv mexaniki ventilyasiya sistemləri olmalıdır və ya tavanda yerləşdirilən UV və ya FAR UV ventilyasiya sistemlərindən istifadə etməlidir.

UVC və ya Ultrabənövşəyi Mikrob öldürücü Şüalanma müasir kondisionerlərdə istifadə edilən funksiyadır və daxili LED UV işığından istifadə etməklə havadakı virusları, bakteriyaları və göbələkləri azaldır. Çarpaz axın ventilyatoru otağın havasını dövr etdirdikcə, hər hansı xoşagəlməz viruslar sterilizasiya modulunun şüalanma diapazonu vasitəsilə idarə olunur və onları dərhal qeyri-aktiv edir. ^[22]

Kondisioner sistemi və ya fərdi kondisioner, binanın bütün və ya bir hissəsi üçün soyutma və/yaxud rütubətə nəzarəti təmin edir. Kondisionerli binalarda tez-tez möhürlənmiş pəncərələr olur, çünki açıq pəncərələr daimi daxili hava şəraitini qorumaq üçün nəzərdə tutulmuş sistemə qarşı işləyəcəkdir. Çöldəki təmiz hava, ümumiyyətlə, boşluqdan geri qayıdan hava ilə qarışdırılmaq üçün qarışıq hava kamerasına bir sorma vasitəsilə sistemə çəkilir. Sonra qarışıq hava, havanın soyudulacağı qapalı və ya açıq istilik dəyişdirici hissəsinə daxil olur və müsbət hava təzyiqi yaratmaq üçün zonaya yönəldilir. Təmiz hava ilə qarışdırılmış geri sorulan havanın faizi, adətən, bu havalandırmanın atqısını tənzimləməklə idarə oluna bilər. Tipik təmiz hava qəbulu, ümumi vurulan havanın təxminən 10% -ni təşkil edir.

Kondisiyalaşdırma, istiliyin çıxarılması yolu ilə təmin edilir. İstilik radiasiya, konveksiya və ya istilikkeçirmə yolu ilə çıxarıla bilər. İstilik daşıyıcısı su, hava, buz kimi soyuducu sistemdir və buna refrigerantlar deyilir. Refrigerant ya termodinamik soyuducu dövrəni idarə etmək üçün kompressorun istifadə edildiyi istilik nasosu sistemində və ya sərin soyuducu (adətən su və ya qlikol qarışığı) dövriyyəsi üçün nasoslardan istifadə edən sərbəst soyutma sistemlərində istifadə olunur.

Kondisionerin at gücünün, soyudulan sahə üçün kifayət qədər olması vacibdir. Enerjisiz kondisioner sistemləri enerji itkisinə və səmərəsiz istifadəyə səbəb olacaqdır. Quraşdırılmış istənilən kondisioner üçün adekvat at gücü tələb olunur.

Refrigerant dövrəsini soyutmaq üçün dörd vacib elementdən istifadə edilir, bunlar kompressor, kondensator, ölçmə cihazı və buxarlandırıcıdır.

• Kompressorun girişində, sistemin içərisindəki refrigerant aşağı təzyiq və aşağı temperaturda qaz halındadır. Kompressor soyuducu qazı yüksək təzyiqə və temperatura qədər sıxıb vurur.
• Oradan istilik dəyişdiricisinə (bəzən kondensator deyilir) daxil olur, burada istilik xaricə itir, soyuyur və maye fazasına kondensasiya olunur.
• Genişləndirici klapan (ölçmə cihazı da deyilir) soyuducu mayenin lazımi sürətlə axmasını tənzimləyir.
• Maye refrigerant buxarlanmasına icazə verilən başqa bir istilik dəyişdiricisinə qaytarılır, buna görə də istilik dəyişdiricisi tez-tez buxarlanan sarğac və ya buxarlandırıcı adlanır. Maye refrigerant buxarlandıqca daxili havadan istiliyi udur, kompressora qayıdır və dövrü təkrarlanır. Bu prosesdə istilik qapalı otaqdan sorulur və açıq havaya ötürülür, nəticədə bina soyuyur.

Sərbəst soyutma sistemləri çox yüksək effektivliyə malik ola bilər və bəzən mövsümi istilik enerjisinin saxlanması ilə birləşdirilir ki, qışın soyuğundan yay kondisionerində istifadə olunsun. Ümumi saxlama mühitləri dərin sulu təbəqələr və ya kiçik diametrli, istilik dəyişdiricisi ilə təchiz edilmiş quyuların çoxluğu vasitəsilə əldə edilən təbii yeraltı qaya kütləsidir. Kiçik anbarları olan bəzi sistemlər hibriddir, soyutma mövsümünün əvvəlində sərbəst soyutmadan istifadə edir və daha sonra anbardan gələn sirkulyasiyanı soyutmaq üçün istilik nasosundan istifadə edir. Bu sistemlərə istilik nasosunun,əlavə edilmə səbəbi, sistemin soyutma (doldurulmadan fərqli olaraq) rejimində olduqda anbarın istilik qəbuledici rolunu oynaması hesab olunur və soyutma mövsümündə temperaturun tədricən artmasına səbəb olur.

Bəzi sistemlərdə bəzən "sərbəst soyutma rejimi" adlanan "qənaət rejimi" daxildir. Qənaət zamanı idarəetmə sistemi xarici hava damperini açacaq (tam və ya qismən) və geri dönən hava damperini (tam və ya qismən) bağlayacaq. Bu isə, sistemə təzə, xarici havanın verilməsinə səbəb olacaq. Xarici hava tələb olunan sərin havadan daha soyuq olduqda, bu, soyutmanın mexaniki təchizatından (adətən soyudulmuş su və ya birbaşa genişləndirmə "DX" qurğusundan) istifadə etmədən tələbatı ödəməyə imkan verəcək və bununla da enerjiyə qənaət edəcəkdir. Nəzarət sistemi xaricdəki havanın temperaturu ilə qayıdan havanın temperaturunu müqayisə edə bilər və ya rütubətin daha çox problem olduğu iqlimlərdə tez-tez edildiyi kimi havanın entalpiyasını müqayisə edə bilər. Hər iki halda sistemin qənaət rejiminə daxil olması üçün, xarici hava geri dönən havadan daha az enerjili olmalıdır.

Kombinə edilmiş açıq havada kondensator/buxarlandırıcı qurğuya malik mərkəzi, "bütün hava" kondisioner sistemləri (və ya paket sistemləri) tez-tez Şimali Amerika yaşayış yerlərində, ofislərdə və ictimai binalarda quraşdırılır, lakin onları tələb olunan həcmli hava kanallarına görə yenidən quraşdırmaq çətindir (əvvəl tikilmiş binada quraşdırmaq üçün nəzərdə tutulmamışdır). ^[23] (Bu vəziyyətlərdə minisplit kanalsız sistemlər istifadə olunur.) Şimali Amerikadan kənarda paket sistemlər yalnız stadionlar, teatrlar və ya sərgi salonları kimi böyük qapalı məkanları əhatə edən məhdud tətbiqetmələrdə istifadə olunur.

Qablaşdırılmış sistemlərə alternativ split sistemlərdə ayrı qapalı və açıq rulonların istifadəsidir. Split sistemlərə üstünlük verilir və Şimali Amerika istisna olmaqla, bütün dünyada geniş istifadə olunur. Şimali Amerikada split sistemlər ən çox yaşayış yerlərində tətbiq olunur, lakin kiçik ticarət binalarında populyarlıq qazanır. Split sistemlər, kanalların mümkün olmadığı və ya məkanın kondisionerinin səmərəliliyinin əsas əhəmiyyət kəsb etdiyi yerlərdə istifadə olunur. ^[24] Kanalsız kondisioner sistemlərinin üstünlükləri arasında asan quraşdırma, kanalların olmaması, daha çox zona nəzarəti, idarəetmənin çevikliyi və səssiz işləmə daxildir. ^[25] Zonanın kondisiyalaşdırılmasında, kanal itkiləri enerji istehlakının 30%-ni təşkil edə bilər. ^[26] Minisplitlərin istifadəsi zonanın kondisiyalaşdırılmasında enerjiyə qənaətlə nəticələnə bilər, çünki burada hava kəmərləri ilə bağlı heç bir itki yoxdur.

Split sistemlə, buxarlandırıcı sarğac birbaşa xarici blokdan hava ötürmək əvəzinə, daxili və xarici blok arasında soyuducu boru kəmərindən istifadə edərək uzaqda yerləşən kondensator qurğusuna qoşulur. Daxili bloklar isə divarlara quraşdırılır, tavandan asılır və ya tavana uyğunlaşdırılır. Digər daxili bloklar tavan boşluğunun içərisinə quraşdırılır ki, qısa uzunluqlu kanallar daxili blokdan havanı otaqların ətrafındakı havalandırma dəliklərinə və ya diffuzorlara çatdırsın.

Split sistemlər daha səmərəlidir və yerləşmə yeri adətən paket sistemlərindən daha kiçikdir. Digər tərəfdən, ventilyator mühərriki kənarda yerləşdiyi üçün paket sistemləri split sistemlərlə müqayisədə bir qədər aşağı daxili səs-küy səviyyəsinə malikdir.