لماذا VAV، ولماذا الآن
توزيع حجم الهواء المتغير هو استراتيجية HVAC التجارية السائدة لأنه يوفر طاقة مروحة كبيرة عند الحمل الجزئي. فالمكتب التجاري النموذجي يعمل عند 30-60% من ذروة حمل التبريد معظم ساعات التشغيل. وأنظمة حجم الهواء الثابت (CAV) تشغّل المروحة على 100% من التدفق أيًّا كان الحمل، بينما يخفض VAV التدفق بما يتناسب مع الحمل. وتتناسب طاقة المروحة مع مكعب التدفق، فخفض التدفق بنسبة 50% يوفر نحو 87% من قدرة المروحة عند نقطة التشغيل تلك. ولهذا السبب يشترط ASHRAE 90.1 نظام VAV في معظم المباني التجارية التي تزيد على 25,000 sqft (2,300 m²)، وتمنح معظم أنظمة تصنيف المباني الخضراء (LEED وGreen Star وBREEAM وDGNB) نقاط طاقة لأنظمة VAV.
أنواع الوحدات الطرفية لـ VAV
VAV بمجرى مفرد (الأكثر شيوعًا)
يوفر مجرى تغذية واحد هواءً باردًا بدرجة حرارة ثابتة (13-14°C). ويحتوي صندوق VAV الطرفي على مخمّد يعدّل تدفق الهواء لمطابقة حمل تبريد المنطقة. ويعود الهواء إلى وحدة معالجة الهواء عبر فراغ السقف (plenum) أو مجرى عودة مخصص. وهو الأكفأ والأكثر شيوعًا. الأنواع الفرعية:
- تبريد فقط: مخمّد بسيط دون قدرة على التسخين. يُستخدم في المناطق الداخلية التي لا تحتاج إلى تسخين.
- إعادة تسخين (بالماء الساخن أو كهربائي): مخمّد مع ملف تسخين بعده. يخفض تدفق التبريد ثم يفعّل إعادة التسخين في ظروف الحمل المنخفض أو في مناطق المحيط شتاءً.
- مستقل عن الضغط: يتضمن حساس سرعة وتحكمًا بالتغذية الراجعة للحفاظ على التدفق المطلوب بصرف النظر عن تغيّر الضغط الاستاتيكي في المجرى. المعيار في التجاري.
VAV المدعوم بمروحة (FPB)
صندوق VAV بمروحة مدمجة تخلط هواء العودة من فراغ السقف بهواء التغذية الأولي. يُستخدم للحفاظ على أدنى تدفق في ظروف الحمل المنخفض مع استخلاص حرارة الإضاءة والمعدات من فراغ السقف. الأنواع الفرعية:
- على التوالي (Series، ويُسمّى مروحة موازية parallel-fan): تعمل المروحة باستمرار عند كل الأحمال، ويعدّل المخمّد الأولي التدفق. طاقة مروحة مستمرة أعلى.
- على التوازي (Parallel): تعمل المروحة فقط عند ظروف تدفق أولي منخفض. أكفأ لكن تحكمه أعقد.
VAV بمجرى مزدوج
مجريا تغذية: أحدهما بارد (13-14°C) والآخر ساخن (35-40°C). تمزج الوحدة الطرفية لـ VAV التيارين لتوفير أي درجة حرارة بينهما. مرونة تحكم عالية لكن طاقة مروحة عالية وكتلة مجاري مضاعفة. يُستخدم في بعض المباني القديمة؛ ونادرًا ما يُحدَّد في الإنشاءات الجديدة.
VAV الحثّي
يتدفق هواء التغذية الأولي بسرعة عالية عبر فوهة، فيستحث هواء ثانويًا من فراغ السقف عبر الوحدة الطرفية. ذاتي الدفع (دون مروحة). سعته محدودة؛ ويُستخدم في بعض تطبيقات الضيافة وفي التحديثات القديمة.
تحديد مقاس صندوق VAV
ثلاثة معدلات تدفق لكل منطقة
- أقصى تدفق تبريد: يُحدَّد وفق ذروة حمل التبريد المحسوس مع درجة حرارة التغذية التصميمية (عادةً 13-14°C). ويشمل حمل الذروة الاكتساب الشمسي، وأحمال الإضاءة والمعدات والأشخاص الداخلية، والتوصيل عبر غلاف المبنى عند الظروف التصميمية.
- أدنى تدفق: الأكبر بين متطلب تهوية ASHRAE 62.1، و30% من الأقصى لاستقرار التحكم الحراري، أو الحد الأدنى في الكود المحلي.
- تدفق وضع إعادة التسخين: عند الحد الأدنى مع تفعيل ملف إعادة التسخين. عادةً 50% من الأقصى لأنظمة FPB مع إعادة التسخين، و30-40% لإعادة التسخين بمجرى مفرد.
اختيار قطر المدخل
لصناديق VAV مداخل مجاري دائرية بأقطار قياسية. نطاق التدفق التقريبي لكل مدخل عند ميزانيات هبوط الضغط المعتادة:
- Φ150 mm: 50-200 L/s
- Φ200 mm: 100-400 L/s
- Φ250 mm: 200-700 L/s
- Φ300 mm: 350-1,100 L/s
- Φ400 mm: 600-2,000 L/s
- Φ500 mm: 1,000-3,500 L/s
يوفر كبار المصنّعين (Trox وTitus وKrueger وPrice وCarnes وTuttle & Bailey وHalton) برمجيات اختيار مفصّلة تراعي هبوط الضغط وتصنيف NC وسلطة المخمّد.
معامل التنوع
يعتمد تحديد مقاس المروحة ووحدة معالجة الهواء على مستوى النظام ذروة تدفق النظام، وهي أقل من مجموع ذروات تدفق جميع المناطق. السبب: تبلغ المناطق ذروتها في أوقات مختلفة. فالمحيط الشرقي يبلغ ذروته بين 9 و11 صباحًا (شمس الصباح). والمحيط الغربي يبلغ ذروته بين 2 و4 مساءً. والمنطقة الداخلية تبلغ ذروتها عند ذروة الإشغال. فلا تضطر المروحة قط إلى تأمين ذروة كل منطقة في وقت واحد.
معاملات التنوع النموذجية:
- المكاتب التجارية: 0.70-0.85
- التجاري متعدد الاستخدامات: 0.75-0.85
- المستشفى (الرعاية الحادة): 0.85-0.95 (تنوع أقل وحمل أكثر ثباتًا)
- الفندق: 0.65-0.75 (تنوع عالٍ، والإشغال يتفاوت كثيرًا)
- التجزئة: 0.70-0.80
- التعليمي: 0.60-0.75 (الإشغال موسمي، وتبلغ الفصول ذروتها في أوقات مختلفة)
تحسب نمذجة طاقة المباني التفصيلية (eQUEST وEnergyPlus وIES VE وTAS) معامل التنوع الخاص بالمشروع. وتُطبَّق القواعد التقريبية في الصناعة حين لا يتوافر نموذج طاقة.
أدنى تدفق وفق ASHRAE 62.1
يحدد ASHRAE 62.1 الحد الأدنى لتهوية الهواء الخارجي لكل منطقة بحسب مساحة الأرضية والإشغال. القيم النموذجية للمكاتب:
- مساحة مكتبية: 0.06 cfm/sqft من الأرضية + 5 cfm/شخص (≈ 0.30 L/s/m² + 2.5 L/s/شخص)
- قاعة اجتماعات: 0.06 cfm/sqft + 5 cfm/شخص (تفرضه كثافة الإشغال الأعلى)
- فصل دراسي: 0.12 cfm/sqft + 10 cfm/شخص
- غرفة مريض في مستشفى: 0.18 cfm/sqft + 25 cfm/شخص إضافةً إلى 6 ACH كحد أدنى
- التجزئة: 0.06 cfm/sqft + 7.5 cfm/شخص
يجب أن يساوي إعداد الحد الأدنى لـ VAV متطلب التهوية المحسوب أو يتجاوزه في جميع الأوقات. وتستخدم الأنظمة متعددة المناطق ذات وحدة معالجة الهواء المشتركة حساب ASHRAE 62.1 متعدد المناطق الذي يعدّل الهواء الخارجي عند وحدة معالجة الهواء بحسب تنوع الإشغال على مستوى المناطق.
فئة الضغط لمجرى VAV
يعمل مجرى التغذية قبل صناديق VAV بضغط استاتيكي أعلى مما بعدها:
- قبل VAV (بين المروحة ومدخل الصندوق): SMACNA +3 إلى +4 in.wg / EN 1505 الفئة C-D / AS/NZS الفئة C-D. توفر المروحة الضغط الاستاتيكي اللازم لتغذية كل صندوق VAV إضافةً إلى فواقد المجاري.
- بعد VAV (بين مخرج الصندوق والناشر): SMACNA +1 in.wg / EN الفئة A / AS/NZS الفئة A. يخفض صندوق VAV الضغط إلى مستويات تغذية الناشر.
المدلول على التصنيع: تحتاج المجاري الرئيسية للتغذية إلى سماكة أكبر (عادةً 20-18 gauge للضغط المتوسط) وإحكام أشد من التفرعات (22-24 gauge للضغط المنخفض). ويخزّن خط مجاري الهواء الأوتوماتيكي Taokron SBAL-V وصفات PLC لفئتي الضغط، ويختار المشغّل الفئة لكل جزء من المجرى. وهذا يجنّب التصنيع الزائد للتفرعات منخفضة الضغط بإنشاء مخصص للضغط المتوسط.
الاعتبارات الصوتية
تولّد أنظمة VAV الضوضاء من ثلاثة مصادر:
- المروحة ووحدة معالجة الهواء: المصدر المهيمن للترددات المنخفضة، ويُضبط بمخمّدات الصوت قرب وحدة معالجة الهواء وغرفة توزيع (plenum) مبطّنة
- صندوق VAV نفسه: يولّد تعديل المخمّد ضوضاء متولدة تزداد كلما أُغلق المخمّد من وضع الفتح الكامل. عادةً 25-40 dB(A) عند أقصى تدفق، وتزداد حين يخنق الصندوق التدفق.
- ناشر الهواء: ضوضاء الجهاز الطرفي، وتُضبط باختيار الناشر وسرعة الواجهة
تهيمن ضوضاء صندوق VAV عادةً على مستوى المنطقة. ويجب أن يتحقق الاختيار من تصنيف NC عند جميع نقاط التشغيل، لا عند ذروة التدفق فقط. وتستخدم مشاريع كثيرة مجاري مداخل VAV مبطّنة صوتيًا (300-600 mm من المجرى المبطّن داخليًا قبل الصندوق) لتخميد ضوضاء المروحة المنتشرة عبر الصندوق. راجع دليل التبطين الصوتي للمجاري لدينا.
أخطاء تصميم VAV الشائعة
- ضبط أدنى VAV تحت 30% من الأقصى: شكاوى راحة من سوء خلط الناشر؛ وعدم استقرار في تعديل المخمّد. اضبط الحد الأدنى دائمًا على ≥ 30% أو بحسب ما يتطلبه ASHRAE 62.1 (أيهما أكبر).
- إعادة تسخين فوق 30% من التصميم: يمنع ASHRAE 90.1 التسخين والتبريد المتزامنين فوق 30%. انتبه إلى مواصفة المشروع لتدقيق الامتثال.
- مجرى مدخل غير كافٍ قبل VAV: أقل من 3 أقطار مجرى مستقيمة عند المدخل يسبب تشوه التدفق وفشل التحكم المستقل عن الضغط. وفّر دائمًا 3D كحد أدنى، و5D مثاليًا.
- فئة ضغط خاطئة للمجرى بعد الصندوق: تصنيع مجرى الصندوق إلى الناشر منخفض الضغط على أنه متوسط الضغط يهدر 30-40% من كلفة التصنيع. وعلى العكس، فإن الإنشاء منخفض الضغط قبل VAV يفشل في فئة التسرب.
- عدم تطبيق معامل التنوع على مستوى النظام: مروحة ووحدة معالجة هواء أكبر من اللازم. يهدر النفقات الرأسمالية ويعمل بكفاءة منخفضة عند نقطة التصميم.
- تطبيق التنوع على مستوى التفرع: تفرعات أصغر من اللازم. يجب تحديد مقاس كل تفرع وفق ذروة منطقته لا ذروة النظام.
احصل على عرض سعر لـ SBAL-V مهيّأ لفئات ضغط VAV →
الأسئلة الشائعة
ما هو نظام VAV؟
حجم الهواء المتغير: درجة حرارة التغذية ثابتة (13-14°C)، ويُعدَّل تدفق المنطقة بصندوق VAV الطرفي لمطابقة حمل التبريد. يوفر 30-60% من طاقة المروحة مقارنةً بـ CAV عند الحمل الجزئي. مطلوب بموجب ASHRAE 90.1 في معظم المباني التجارية >25,000 sqft.
ما هو معامل التنوع؟
تعديل للذروات غير المتزامنة للمناطق. تُحدَّد مقاسات مروحة النظام/وحدة معالجة الهواء وفق ذروة النظام (70-85% من مجموع ذروات المناطق للمكاتب). وتُحدَّد مقاسات التفرعات وفق ذروة المنطقة (دون تنوع).
كيف أحدد مقاس صندوق VAV الطرفي؟
يتطلب تحديد مقاس صندوق VAV ثلاثة معدلات تدفق لكل منطقة: أقصى تدفق تبريد (يُحدَّد وفق ذروة حمل التبريد المحسوس مع تغذية بـ 13-14°C)، وأدنى تدفق (الأكبر بين متطلب تهوية ASHRAE 62.1 و30 بالمئة من الأقصى للتحكم الحراري)، وتدفق وضع إعادة التسخين (عادةً 50 بالمئة من الأقصى لأنظمة المراوح المدمجة أو إعادة التسخين المناطقي). ثم يطابق اختيار الصندوق من الكتالوج قطر المدخل مع التدفق المطلوب عند ميزانية هبوط الضغط المرغوبة (عادةً 50-150 Pa). أقطار المداخل الدائرية: Φ200 mm لنحو 400 L/s، وΦ250 mm لنحو 700 L/s، وΦ300 mm لنحو 1,100 L/s. أبرز مصنّعي صناديق VAV: Trox وTitus وKrueger وPrice وCarnes وTuttle & Bailey.
ما هو أدنى إعداد لتدفق VAV؟
أدنى تدفق هو الأكبر من بين: (1) متطلب تهوية ASHRAE 62.1 للمنطقة (عادةً 0.5 L/s لكل m² من مساحة الأرضية + 5-10 L/s لكل شخص في المكاتب)، (2) 30 بالمئة من الحد الأقصى التصميمي لاستقرار التحكم الحراري، (3) أي حد أدنى محدد في الكود المحلي (مثل AS 1668 في أستراليا). وعند أدنى تدفق، يعدّل صندوق VAV من 30 بالمئة إلى 100 بالمئة عبر نطاق تشغيله. وتحت 30 بالمئة يصبح الخلط في ناشرات السقف غير كافٍ، وترتفع شكاوى الراحة، وقد يصبح النظام غير مستقر. ويحدّ ASHRAE 90.1 إعادة التسخين بنسبة 30 بالمئة كحد أقصى لمنع التسخين والتبريد في آن واحد.
ما فئة الضغط التي يتطلبها مجرى VAV؟
عادةً ما يكون مجرى التغذية قبل صناديق VAV بضغط متوسط (فئة SMACNA +4 in.wg / فئة EN 1505 C / فئة AS-NZS C) لأن صندوق VAV يتطلب ضغطًا استاتيكيًا أدنى قدره 50-200 Pa ليعمل بصورة سليمة عبر نطاق تدفقه. وبعد صندوق VAV (المسار من الصندوق إلى الناشر) يكفي الضغط المنخفض (فئة SMACNA +1 in.wg / فئة EN A / فئة AS-NZS A). والمدلول على التصنيع: المجاري الرئيسية والرايزرات للتغذية تحتاج إلى سماكة أعلى وإحكام أشد من التفرعات. وتشمل وصفات Taokron SBAL-V فئتي الضغط، ويختار المشغّل الفئة لكل جزء من المجرى.
