سیستم تهویه مکانیکی با بازیافت حرارتی - MVHR

Heat-recovery-ventilation

تهویه مکانیکی با بازیافت حرارتی (MVHR) چیست؟

استاندارد بین المللی خانه پسیو اصولا نیازی به تهویه مکانیکی ندارد. با این حال، تقریبا هر ساختمان خانه پسیو دارای یک سیستم تهویه مکانیکی با بازیافت گرما است که از نظر مصرف انرژی نسبت به سیستم های مکانیکی رایج در ساختمان ها از کارایی فوق العاده ای برخوردار می باشد.

تهویه مکانیکی با بازیافت گرمایی چیست و چرا برای ساختمان های خانه پسیو لازم می باشد.

اکثرا با تهویه مکانیکی آشنا هستند که باعث این تصور می شود که سیستم تهویه خانه پسیو مشابه دیگر سیستم های تهویه مکانیکی است. در حالیکه اینطور نیست.

چیز هایی است که MVHR انجام نمی دهد. دانستن اینها برای درک تفاوت بین MVHR و دیگر انواع سیستم های تهویه مهم می باشد.

و چیزهای دیگری نیز است که MVHR انجام می دهد ولی دیگر سیستم ها نمی توانند نظیر ”تهویه طبیعی“. مهم است بدانید که MVHR چه چیزی انجام میدهد.  MVHR در موفقیت ماندگاری استاندارد خانه پسیو نقش حیاتی دارد.

تهویه مکانیکی با بازیافت حرارتی (MVHR) ، کلیدِ تضیمن مزایای استاندارد خانه پسیو یعنی کارایی انرژی به صورت چشمگیر و آسایش و راحتی استثنائی، می باشد.

تهویه مکانیکی با بازیافت حرارتی (MVHR) چیست؟

 MVHR دارای دو جنبه می باشد: تهویه مکانیکی و بازیافت حرارتی

تهویه مکانیکی به طور ساده شامل یک داکت ورودی به ساختمان و یک داکت خروجی از ساختمان می باشد.

داکت ورودی بوسیله یک فن، هوای تازه را به داخل ساختمان می دمد و داکت خروجی هوای کهنه ساختمان را توسط یک فن به بیرون از ساختمان می دمد. از آنجا که فن ها، برقی و کنترل شده می باشند لذا تهویه ”مکانیکی“  نامیده می شود  این در برابر سیستم تهویه ای است که به برق و کنترل نیازی ندارد نظیر ”تهویه طبیعی“. احتمالا در ساختمانی که شما در آن قرار دارید تهویه مکانیکی وجود دارد نظیر تخلیه مکانیکی هوا از آشپزخانه یا سرویس بهداشتی.

بازیافت حرارتی از یک مبدل حرارتی استفاده می کند که گرما را از هوای گرم جذب کرده و به هوای سرد می دهد. هوای داخل ساختمان معمولا بدلیل گرمایش، گرم می باشد از طرف دیگر، هوای بیرون از هوای درون ساختمان در مدت طولانی از سال خنک تر می باشد. اغلب اوقات، هوای بیرون در شب هنگام در کل سال سردتر می باشد. این وضعیت حتی در آب و هوایی که گرم تلقی می شود نیز وجود دارد. با استفاده از مبدل حرارتی، هوای تازه و سرد بیرون به میزان دمای راحتی با استفاده از گرمای هوای کهنه مورد تخلیه درون ساختمان  گرم می شود.

 دو مسیر جریان هوا هرگز در تماس با یکدیگر نخواهند بود. بنابراین هوای کهنه با هوای تازه مخلوط نمی شود. هیچ آلاینده یا آلودگی از هوای مورد تخلیه نمی تواند به هوای تهویه تازه وارد شود. تنها گرما در مبدل حرارتی منتقل می یابد. (رطوبت نیز در یک مبدل آنتالپی یا انرژی قابل انتقال می باشد ولی موضوع بحث این مطالب نمی باشد)

تهویه مکانیکی خانه پسیو با بازیافت حرارتی تهویه کل ساختمان را متوازن می کند.

مقدار هوایی که از طریق MVHR به داخل ساختمان منتقل می شود با مقدار هوای تخلیه شده از ساختمان از طریق MVHR مطابقت دارد. این یکی از دلایلی است که ساختمان خانه پسیو باید دارای عایق هوا باشد. شما هر زمان که بخواهید می توانید پنجره ها یا درب ها باز کنید. باز نمودن پنجره ها و کنترل آنها در انتخاب شما می باشد. شما در انتخاب یا کنترل نفوذ هوا یا نشتی آن از طریق پوسته ساختمانی که دارای عایق هوا نیست ،ندارید.

MVHR همچنین بنام های تهویه بازیافت حرارت (VHR) و تهویه بازیافت حرارتی مکانیکی (MHRV) نیز شناخته می شود. در ساختمان خانه پسیو، این اصطلاحات معنی و مفهوم یکسانی دارند.

تهویه مکانیکی با بازیافت حرارتی در ساختمان خانه پسیو معمولا به شکل زیر خودنمایی می کند:

  • در نمای بیرونی، دو دریچه (grill) یکی برای هوای تازه ورودی و دیگری برای هوای کهنه خروجی قرار دارد
  • پشت هر دریچه یک داکت کوتاهی قرار دارد که مستقیما به واحد MVHR وصل می شود. این داکت ها دارای هوای سرد در درون خود می باشند. یک داکت دارای هوای سرد تازه می باشد که از بیرون به داخل ساختمان دمیده می شود. داکت دیگر دارای هوای کنه سرد می باشد که به بیرون از ساختمان دمیده می شود. حتی اگر، داکت تخلیه که هوای داخل ساختمان، که گرم می باشد، را در خود جا داده است گرمای هوا قبلا در این نقطه گرفته شده است بنابراین هوا سرد است. این دو داکت (سرد) باید از سمت داخل (گرم) ساختمان عایق بندی شوند آنها به طور اثر بخشی، قسمتی از پوشش حرارتی می باشند. عایق باید در برابر بخار نفوذناپذیر باشد تا از جمع شدگی رطوبت تشکیل شده در این داکتها جلوگیری شود. این داکت ها بعنوان بخشی از پوشش حرارتی باید هوابند بوده و به حائل های هوابندِ جداره بیرونی ساختمان و به واحد MVHR از طریق بازشو های عبوری درزبندی کامل بشوند.
  • این دو داکت به MVHR متصل می شوند جایی که مسیر های جریان هوا نیز عایق بندی می شوند.
  • داخل واحد MVHR، هوای تازه ورودی از داخل فلیتر عبور می کند تا گرد و غبار و آلایند های آن زدوده شود. این کار از مسدود شدن مبدل حرارتی جلوگیری کرده و تمیز و سالم بودن هوای داخل را تضمین می کند.
  • هر دو جریان هوای تهویه و هوای تخلیه از درون یک مبدل حرارتی counterflow عبور داده می شوند. مبدل حرارتی Counterflow می تواند بین ۷۵ تا ۹۵ درصد گرما را در مقایسه با مبدل های حرارتی non-counterflow، با قابلیت بازیافت حرارتی، بازیافت کنند. اکثر واحد های MVHR یک عملکرد میانبر (bypass) نیز دارد به طوریکه در تابستان موقعی که هوای بیرون گرم می باشد، با بستن این میانبر گرما بازیافت نمی شود. کارکرد ”میانبر تابستانی“ خطر بیش گرمایی را کاهش می دهد بنابراین توصیه می شود.

هر دو جریان هوا دارای یک فن کوچک می باشند که هوا را در مسیر درست می دمند.

  • دو داکت به سمت دیگر واحد MVHR متصل می شوند. یکی از این داکت ها به همه اتاق های ساختمان برای رساندن هوای تازه متصل می باشد. در یک خانه، این اتاق ها شامل اتاق های نشیمن، اتاق های غذا خوری، اتاق های خواب هستند. داکت دیگر، از اتاق ها برای رساندن هوای مورد تخلیه  به MVHR  متصل می باشند این اتاق ها شامل آشپزخانه ها، سرویس های بهداشتی و حمام ها می باشند. هر دو داکت از یک اتاق به اتاق دیگر وصل می شود و یا به صورت خوشه ای به همه اتاق ها ارتباط پیدا می کند.
  • هوای تخلیه از اتاق ها نیز از درون فلیتر عبور داده می شود تا هر گونه گرد و غبار هوازی را قبل از وارد شدن به مبدل حرارتی برای جلوگیری از مسدود شدن بزداید.
  • هر دو داکت دارای صدا خفه کن هایی نزدیک به واحد MVHR هستند که مانع از انتقال صدای فن ها از طریق کانال ها به اتاق ها می شود. طبق استاندارد بین المللی خانه پسیو، واحد MVHR برای تأمین تمام مقاصد عاری از آلودگی صورت برای همه اقاق می باشد. صدای فن حتی در سطح خیلی پایین غیر مطلوب و مخل آسایش می باشد.
  • یک صدا خفه کن ”cross-talk“ در جایی که داکت بین اتاق های مختلف عبور می کند تعبیه می شود تا از انتقال صد بین اتاق ها پیشگیری شود. در صورتی که داکت از قسمتی از ساختمان که به لحاظ آتش سوزی طبقه بندی شده می باشد عبور کند یک میراگر آتش در آن تعبیه می شود.
  • جایی که داکت ها هوای تهویه را به اتاق ها وارد یا هوای تخلیه را از آنها خارج می کنند ترمینای بر روی سقف یا دیوار نصب می شود. این ترمینال به شکل دریچه یا هر شکل مناسب دیگر می تواند باشد.
  • قبلا در استاندارد بین المللی خانه پسیو، نمونه های متعددی از ساختمان هایی که از ” مبدل حرارتی زمین – یا- لوله های زمینی“ استفاده می کردند وجود داشت. در این سیستم، های تازه از یک داکت تعبیه شدن در زیر سطح زمین عبور داده می شود تا از طریق زمین، که دمای پایدار در کل سال دارد، قبل از ورد به MVHR پیش گرمایش یابد. این نوع سیستم در ساختمان های خانه پسیو کنونی توصیه نمی شود.

نمونه های بسیار خوب فراوانی از ساختمان های خانه پسیو در کتاب ”طراحی خانه پسیو – برنامه ریزی و طراحی ساختمان های با انرژی کارآمد“ وجود دارد. در هر صورت، سیستم MVHR به صورت روشن از طریق نقشه ها و دیاگرام ها مشخص می شود. در صورت علاقه مندی به یادگیری بیشتر در این خصوص، این کتاب، راهنمای خوبی می باشد

MVHR– هوای تازۀ دریافتی از بیرون را فیلتر کرده و بوسیله گرمای بازیافتی از هوای تخلیه ساختمان پیش گرمایش می دهد. هوای تازه در هر نقطه از ساختمان که لازم باشد تأمین و هوای کهنه از ساختمان تخلیه می شود.

چرا ساختمان های خانه پسیو به MVHR نیاز دارند؟

سه دلیل اصلی برای استفاده از MVHR در ساختمان خانه پسیو وجود دارد: آسایش و راحتی، کارآمدی انرژی و کنترل

۱) راحتی MVHR

اصطلاح ” راحتی“ مفهومی را که در این مورد مستتر است را واقعا منتقل نمی کند. در یک ساختمان خانه پسیو،  ”راحتی“ که MVHR تأمین می کند گستره ای از جنبه های راحتی و سلامتی مربوط به زندگی در داخل یک ساختمان را پوشش می دهد.

  • MVHR مقدار واقعی هوای تازه لازم برای یک محیط سالم  و برای همه ساکنین ساختمان را ، نه بیشتر و نه کمتر، فراهم می کند.  هوای تازه خیلی کم اثر منفی در کیفیت هوای داخل ساختمان، بدلیل افزایش آلاینده ها، دارد (این چیزی است که تهویه طبیعی معمولا انجام می دهد). هوای تازه به مقدار خیلی زیاد خشک شدن هوای داخل را سبب شده و موجبات شرایط ناراحت و  تشدید مشکلات تنفسی را فراهم می کند.
  • MVHR بوها، آلاینده ها و هوای کهنه را از ساختمان می زداید. بوهای پخت و پز، گازهای متصاعد از اثاثیه و تجهیزات (شما با بوی فرش تازه آشنا هستید)، دی اکسید کربن همه از ساختمان زدوده شده و شرایط سالم و راحت در هوای داخل ساختمان فراهم می شود.
  • MVHR همچنین رطوبت اضافی را از ساختمان می زداید که برای محیط سالم داخل ساختمان مهم می باشد. رطوبت یکی از فاکتور های بزرگ مخل سلامتی در ساختمان ها می باشد. این دقیقا شرایطی است که موجبات مشکل تنفسی و آسم را فراهم می کند.
  • MVHR هوای پیش گرمایش را با دمای راحت و با سرعت پایین فراهم می کند که باعث درفت های سرد نمی شود.
  • MVHR در حالت بای-پس تابستان، بخشی از هوای گرم داخل ساختمان را در موقع تابستان از بین می برد و هوای خنک و خوشایند را در درون ساختمان تأمین می کند. معمولا، تهویه شبانه با MVHR یا باز نمودن پنجره ها نقش مهم مشابهی را در دوره های زمانی خیلی گرم تابستان ایفا می کند.

۲) کارآیی انرژی مربوط به MVHR

سوال بزرگ در مورد کارایی انرژی مربوط به MVHR این است که آیا MVHR انرژی بیشتر از آنچه که مصرف می کند صرفه جویی می کند؟ طبق استاندارد بین المللی خانه پسیو، لازم است واحد MVHR کارآیی بیشتر از ۷۵ درصد داشته باشد. این به این مفهوم است که فن ها انرژی (برق) خیلی کم استفاده می کنند و MVHR  در طول سال انرژی (برق) کمتر از انرژی (گرما) مورد صرفه جویی استفاده می کنند.

برای مقایسه، نسبت های ضریب عملکرد (COP)  پمپ حرارتی نسبتا شناخته شده است. یک ضریب عملکرد برابر ۳ یا بیشتر، ضریب خیلی خوبی می باشد در صورتیکه در عمل قابل حصول باشد. MVHR گواهی شدۀ خانه پسیو با ۸۰ درصد کارآیی می تواند ضریب عملکردی برابر ۱۵ بدست بدهد.

این مبحث را با این مثال ادامه می دهیم اگر یک ساختمان خانه پسیو دارای MVHR با کارایی ۸۰% و توان ویژه فن برابر ۰٫۳۵Wh/m3 باشد MVHR بیشتر از آنچه که انرژی (برق) مصرف می کند، در دمای بیرون برابر با ۱۹ درجه سانتیگراد یا پایین تر، انرژی صرفه جویی می کند (۱ درجه سانتیگراد بیشتر یا سردتر از داخل). حتی زمانی که دمای بیرون بیشتر از این باشد، استفاده از MVHR برای فراهم نمودن مزایایی سلامتی و راحتی توجیه پذیر می باشد. هزینه انجام چنین کاری بسیار پایین می باشد.

اهمیت حفط شرایط راحتی در کل طول سال که از ملزومات ساختمان خانه پسیو می باشد باید درک شود. این شامل تأمین مقدار تهویه لازم برای آسایش و سلامتی و حفظ دماهای داخلی در سطح سلامتی توسط MVHR می باشد. کارایی انرژی، وقتی محیط داخلی ناراحت، ناسالم و دما های مناسب (ضرورتا برابر ۲۰ درجه سانتیگراد طبق WHO) برای ساکنین قابل تأمین نیست، بی ربط خواهد بود.

حصول معیار راحتی و سلامتی مشابه از طریق ”تهویه طبیعی“ تقریبا ناممکن می باشد. و اگر امکان پذیر باشد نیاز به مقدار بسیاری گرمایش برای مقابله با اثرات تهویه سرد و درفت ها خواهد بود.

استفاده از MVHR گواهی شده خانه پسیو در یک ساختمان خانه پسیو توصیه می شود. در صورت عدم استفاده از واحد MVHR گواهی شده، ۱۲ درصد کاهش در کارآیی عنوان شده بوجود خواهد آمد. بنابراین در صورتیکه تولید کتنده میزان کارآیی برابر ۹۳% را ادعا می کند این کارآیی در واقعیت حدود ۸۱% در خانه پسیو خواهد بود. دلایل متعددی برای این موضوع وجود دارد.  گواهی خانه پسیو برای اجزاء، شامل MVHR خیلی دقیق است و کارآیی عنوان شده را دقیقا تضمین می کند.

بخشی از دقت مربوط به این موضوع است که خانه پسیو کارایی MVHR را بر اساس کارایی تخلیه محاسبه می کند.  به شکل ساده، کارایی تخلیه، دمای هوای خروجی از ساختمان را نسبت به دمای محیط بیرون انعکاس می دهد.کارایی تهویه، دمای هوای ورودی به اتاق ها را نسبت به دمای محیط بیرون منعکس می کند. خانه پسیو، اساس را بر کارایی تخلیه می گذارد برای اینکه MVHR بخشی مؤثری از پوشش حرارتی ساختمان می باشد و افت های حرارتی مربوط به آن در نظر گرفته می شود و شامل حرارت دریافتی از فن ها، افت های مربوط به باکس MVHR، عدم تعادل جریان و نشتی هوا از MVHR می باشد. افت های مربوط به باکس، کارایی تخلیه را کاهش ولی کارایی تهویه را افزایش می دهد. تولید کنندگان تمایل به ارائه کارایی بر مبنایی کارایی تهویه دارند از این رو، از کارایی تخلیه گواهی شده توسط خانه پسیو بیشتر می باشند.

کارایی MVHR به اینکه ساختمان دارای پوشش هوابند می باشد بستگی دارد. در صورت هوابند نبودن ساختمان؛ MVHR قادر به تأمین توازن نخواهد بود زیرا مقداری از هوا به بیرون از ساختمان از طریق پوشش ساختمان نشت خواهد کرد. نشتی هوا به بیرون و داخل، هوای گرم را به خارج از ساختمان و هوای سرد به بیرون از ساختمان هدایت خواهد کرد.

 ۳) کنترل MVHR

جدا از موضوع راحتی و کارآیی MVHR، کنترل تهویه از کارکرد های آن می باشد. در صورتیکه به ”تهویه طبیعی“ وابسته ایم  یعنی به فشار  هوا، باد، اثر دودکشی و دیگر عوامل غیر مطمئن برای تضمین هوای تازه به میران کافی به داخل ساختمان  متکی هستیم. علاوه بر غیر مطمئن بودن این عوامل، اکثر آنها خارج از کنترل ما می باشند.

با داشتن پوشش هوابند و MVHR، اینکه کجا، کی، چطور و چه میزان هوای تازه  به داخل ساختمان آورده شود همه تحت کنترل می باشند همچنین برای هوای تخلیه.- در یک سیستم تهویه متوازن شده، هوای آلوده و کهنه مورد تخلیه به شکل واقعی از ساختمان زدوده می شود چیزی که انتظار آن می رود.

در صورت نیاز به هوای تازه بیشتر، یا نیاز به تخلیه بیشتر هوا، مقادیر جریان هوا قابل افزایش می باشد. با علم به اینکه هوای داخلی و دماهای راحت مورد مسامحه قرار نخواهد نگرفت.

شایان ذکر است که پنجره ها و درب ها، هر زمان و به هر مدت زمانی هنوز هم می توانند باز شوند. در صورتیکه پنجره ها و درب ها برای مدت طولانی وقتی که هوای بیرون سرد می باشد باز بمانند البته هوای سرد وارد ساختمان شده و دمای داخل افت خواهد کرد. ولی به محض بستن آنها، دمای داخل سریع افزایش می یابد. ضمنا، شرایط داخل هنوز در وضعیت آسایش مطلوب قرار خواهد داشت بدلیل اینکه همه سطوح داخلی بدلیل عایق بندی خوب و عدم وجود پل حرارتی هنوز گرم هستند.  می توانیم درب و پنجره ها را ببندیم و شرایط آسایشی مطلوبی داشته باشیم زیرا که تهویه کافی قابل تأمین خواهد بود.

MVHR وضعیت راحتی استثنائی، کارایی انرژی فوق العاده و از همه مهمتر فراهم کردن کنترل بر روی تهویه و کیفیت هوای داخل را تأمین می کند.

آنچه که MVHR  انجام نمی دهد …..

  • کار سیستم تهویه مطبوع متعارف را انجام نمی دهد
  • تأمین سرمایش نمی کند، اگرچه سرمایش می تواند به سیستم تهویه در صورت نیاز اضافه شود
  • تأمین گرمایش نمی کند، اگرچه گرمایش می تواند به سیستم تهویه در صورت نیاز اضافه شود
  • گردش هوا را انجام نمی دهد، MVHR همیشه هوای تازه را تأمین و هوای کهنه و آلوده را تخلیه می کند.
  • هوای داخل را ناسالم نمی سازد. هوای تازه فیلتر می شود و معمولا از هوای بیرون که مستقیا از بازشو ها می تواند وارد ساختمان بشود سالمتر می باشد. داکت ها در زمان نسب باید تمیز باشند و بدلیل وجود فیلتر دلیلی بر کثیف شدن آنها در موقع بهره برداری وجود ندارد.
  • هوای تهویه را خشک نمی کند. تهویه کافی در فضای گرم داخل ساختمان، با هر وسیله ای از طریق هوای تازۀ سرد از محیط بیرون منجر به فراهم شدن هوای دخل ساختمان با رطوبت کمتر نسبت به هوای بیرون می شود. شاید در اول کمی خشکتر از آنچه که ما به آن عادت کرده ایم به نظر برسد بدلیل اینکه به میزان ناسالم رطوبت نسبی در داخل ساختمان بدلیل نبود تهویه کافی عادت کرده ایم مشکلی که در هوای خشک بسیار سرد محتمل می باشد و بکارگیری واحد مبدل انرژی یا آنتالپی (enthalpy) برای بازیافت رطوبت و گرما از هوای داخل ساختمان ضروری است.
  • تخلیه مستقیم از آشپزخانه را انجام نمی دهد. یک هود گردش هوا باید برای زدودن بوی روغن و غیره در آشپزخانه بکار گرفته شود. تخلیه MVHR برای این منظور باید با فاصله مناسبی از تخلیه مربوط به کل فضای آشپرخانه تعبیه شود تا تخلیه آلاینده ها، بوها بدون مشکل مسدود شدن ناشی از روغن فراهم شود.


نوع MVHR مجهز به سیستم سرمایش فشرده (از نوع یخچال)

نوع جدید MVHR مجهز به یک سیستم سرمایش فشرده، مشابه آنچه که در یخچال ها استفاده می شود، است. این سیستم به صورت اثر  بخش، سرمایش  را تأمین می کند  و همانند “واحد بازیافت حرارت” به صورت “واحد بازیافت سرمایش” در آب و هوای گرم عمل می کند. هوای تازه بوسیله واحد بازیافت حرارت، پیش-سرمایش می شود سیس توسط سیستم سرمایش فشرده متصل به MVHR بیشتر سرمایش می یابد.

  • یک هواساز متداول، هوای موجود را به گردش در می آورد ولی کمکی به تهویه آن نمی کند
  • واحد های هواساز تکی، تنها در فضایی که قرار دارند کار می کنند در حالیکه MVHR هوای لازم برای همه فضاهای ساختمان را خنک می کند
  • این سیستم علاوه بر مزایای عنوان شده در بالا، از مصرف بسیار پایین انرژی و صدای پایین برخوردار است.
  • زهکش کندانسیون با واحد تهویه یکپارچه است
  • سیستم سرمایشی با سیستم تهویه به آسانی قابل یکپارچه شدن است و نیازی به نصب جدید ندارد
  • نیازی به واحد و چیلر قابل نصب در بیرون ساختمان نیست
  • سیستم سرمایشی وقتی که دمای داخل بالاتر از دمای آسایشی باشد و زمانی که سرمایش پسیو با هوای بیرون کفایت نمی کند به صورت خودکار فعال می شود

در این لینک، با کلیک بر روی شماره اجزاء، المانهای سیستم MVHR در شرایط نصب شده می توانید مشاهده کنید.