محاسبه و انتخاب دریچه‌های توزیع هوای سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC)

دریچه‌های توزیع هوا در سیستم‌های تهویه مطبوع، وظیفه پخش یکنواخت هوای رفت (و در صورت نیاز هوای برگشت) در فضا را بر عهده دارند. طراحی صحیح و انتخاب دقیق ابعاد، نوع و محل نصب دریچه‌ها برای تضمین توزیع مطلوب هوا ضروری است.

عوامل کلیدی در محاسبه و انتخاب دریچه‌های هوای ساختمان

• ابعاد و حجم فضا: مساحت کف و ارتفاع سقف تعیین‌کننده حجم هوای مورد نیاز است. بار حرارتی فضا (BTU یا کیلووات) با معیار استاندارد (مثلاً 400 CFM در هر تن تبرید) به دبی هوای لازم تبدیل می‌شود. هر دستگاه HVAC (فن‌کوئل، داکت‌اسپلیت، هواساز و…) بر اساس ظرفیت خود، جریان مشخصی دارد که باید به چند دریچه مناسب تقسیم شود.
• دبی هوای مورد نیاز: دبی کل هوای هر فضا را بر اساس بار سرمایشی/گرمایشی محاسبه کرده و به ازای هر دریچه مقدار مناسبی را اختصاص دهید. برای مثال یک دستگاه 3 تن (~10.5 کیلووات) معمولا حدود 1200 CFM را تامین می‌کند (هر تن ≈400 CFM).
• سرعت هوا در خروجی دریچه: سرعت طراحی در مجرای خروجی (میانه‌ی پرتاب هوای تولیدی) باید کنترل شود. برای مثال سرعت توصیه‌شده برای دریچه‌های سقفی حدود 300–600 فوت‌بر‌دقیقه (1.5–3 m/s)، برای دریچه‌های دیواری 200–500 fpm و برای دریچه‌های خطی 500–1000 fpm است. افزایش زیاد سرعت باعث تولید نویز آیرودینامیکی و افت فشار اضافی می‌شود.
• نوع سیستم (CAV/VAV) و کنترل دمپر: در سیستم‌های با حجم ثابت (CAV) دبی در کل سیستم ثابت است، اما در سیستم‌های VAV دبی هر دریچه با دمپر کنترلی یا ترموستات محلی تنظیم می‌شود. در سیستم VAV باید دقت شود که انتخاب دیفیوزر برای هر دو حالت حداکثر و حداقل دبی انجام شود.
• افت فشار مجاز: افت فشار مجاز در دریچه و دمپر باید محاسبه شود. اجزایی مثل دمپرهای کنترلی و فیلترها افت فشار اضافه دارند. معمولاً افت فشار کلی هر دریچه حدود 0.02 تا 0.1 اینچ ستون آب در نظر گرفته می‌شود. بایستی مجموع افت فشار کانال هوا، دمپر و دریچه را برای انتخاب صحیح فن لحاظ کرد. به‌علاوه، وجود فیلتر هوا (صافی) افت فشار سیستم را افزایش می‌دهد؛ طبق مبحث ۱۴ مقررات ملی، فیلترها باید در بالادست کویل نصب شوند و عملکرد آنها روی افت فشار بررسی گردد.
• نویز و معیارهای آکوستیکی: میزان صدای تولیدی دریچه بر حسب شاخص NC (یا RC) انتخاب می‌شود. برای راحتی صوتی در فضاهای اداری نباید از NC35–40 عبور کند و در فضاهای مسکونی معمولاً زیر NC25–30 تنظیم می‌شود. از آنجا که دیفیوزرها اغلب در فرکانس‌های 500–2000 هرتز پیک دارند، در عمل NC و RC تفاوتی نشان نمی‌دهند.
• نوع دریچه: دریچه‌های چهارطرفه، دوطرفه یا یک‌طرفه، دایره‌ای، اسلات، اسکوئر و غیره هر کدام الگوی پخش متفاوت دارند. برای مثال، دریچه‌های دوار (360 درجه) به دلیل ایجاد تلاطم بیشتر دارای پرتاب کوتاه‌تری نسبت به دریچه‌های شعاعی هستند. انتخاب نوع مناسب بسته به کاربری (اداری، صنعتی، مسکونی) و کنترل هوا (جریان طولانی یا کنترل دقیق) انجام می‌شود.
• شبکه کانال‌کشی: مسیر و طول کانال‌ها بر افت فشار و توزیع جریان اثر دارد. کانال‌های فلکسیبل افت فشار و نویز بیشتری دارند؛ بهتر است طول کانال فلکسیبل کمتر از 2–3 متر باشد. نسبت ضریب شکل کانال (دور، مستطیل) و مسافت تا فن نیز در انتخاب قطر کانال و تعداد دریچه مؤثر است.
• راندمان و محل فیلتر: کارایی فیلترهای هوا (راندمان فیلتراسیون) افت فشار را تغییر می‌دهد. صافی‌های با راندمان بالا افت فشار بیشتری دارند و باید در انتخاب فن یا ابعاد دریچه جبران شوند. محل نصب فیلتر (معمولاً بالادست کویل) باید به گونه‌ای باشد که توزیع هوا روی سطح فیلتر یکنواخت باشد.

نکته طلایی: ‌سرعت هوای طراحی در کانال‌ها را در محدوده‌های توصیه‌شده حفظ کنید (مثلاً برای مسکونی ~800–1000 fpm در کانال‌های اصلی) تا از تولید نویز و افت فشار غیرضروری جلوگیری شود.

نکته طلایی: ‌برای جلوگیری از آشفته شدن جریان هوا، دریچه‌ها را در نقاط استراتژیک فضا (مثلاً مرکز سقف یا گوشه‌ها) نصب کنید تا هوادهی یکنواخت باشد.

روش گام به گام محاسبه و انتخاب دریچه های تهویه هوا

1. محاسبه دبی کل مورد نیاز: ابتدا بار سرمایشی/گرمایشی فضا را برآورد کرده و با قاعده کلی تبدیل بار به دبی (مثلاً هر تن تبرید ≈400 CFM) دبی هوای لازم را محاسبه کنید.
2. توزیع دبی بین دریچه‌ها: دبی کل را بر اساس طراحی شبکه کانال تهویه به قسمت‌های مختلف (اتاق‌ها یا زون‌ها) تقسیم کرده و دبی هر فضا مشخص شود. سپس با توجه به ابعاد فضا، تعداد دریچه‌های مورد نیاز را تعیین کنید. پیشنهاد می‌شود برای هر دریچه حجم حدود 300–500 CFM در نظر گرفته و تعداد را تنظیم کنید (در فضاهای بزرگ یا صنعتی تعداد بیشتر، در کوچک تعداد کمتر).
3. انتخاب نوع دریچه: نوع دریچه را با توجه به موقعیت (سقفی، دیواری، کف) و اختلاف دمای هوای رفت با فضا انتخاب کنید. مثلاً دریچه‌های اسلوت برای اختلاف دمای زیاد مناسبند (Air Curtain)، دریچه‌های اسکوئر چهارطرفه برای پخش یکنواخت در سقف و دریچه‌های دیواری برای تبادل هوا با دیوار استفاده می‌شوند.
4. تعیین فاصله مشخصه (L) و نسبت T50/L: فاصله دیفیوزر تا نزدیک‌ترین دیوار یا محور تقارن را از نقشه استخراج کنید؛ این فاصله L نام دارد. سپس با استفاده از جداول سازنده، محدوده مناسب نسبت پرتاب T50/L (نسبت پرتاب تا سرعت 50 fpm به L) را بیابید. برای مثال، در دیفیوزرهای سقفی چهارطرفه معمول T50/L حدود 0.8–1.2 است. مقدار T50 = (T50/L) × L بدست می‌آید که نشان‌دهنده میزان پرتاب هوای دیفیوزر است.
5. انتخاب اندازه از جدول عملکرد: از جدول عملکرد شرکت سازنده آن نوع دریچه، سایزی را انتخاب کنید که دبی مورد نیاز را پوشش دهد و مقدار T50 آن در محدوده هدف (مرحله قبل) قرار گیرد. در سیستم‌های VAV این کار را برای هر دو حالت حداکثر و حداقل دبی انجام دهید تا توزیع هوا در تمامی شرایط مناسب باقی بماند.
6. کنترل صدای دیفیوزر: صدای تولیدی دیفیوزر (NC) را بررسی کنید. از کاتالوگ صدای دیفیوزر در دبی انتخاب‌شده استفاده نمایید و مطمئن شوید که با معیارهای صوتی فضا سازگار است (مثلاً NC≤35 برای اداری). در صورت نیاز به کاهش صدا، از دیفیوزرهای پره‌دار یا دمپر آکوستیکی و یا اضافه کردن روکش آکوستیکی در کانال استفاده کنید.
7. بررسی تکمیلی فضاهای پیچیده: در فضاهای بزرگ یا دارای موانع داخلی (مانند ستون یا تیغه)، الگوی جریان را شبیه‌سازی کرده یا آزمایش ADPI را در نظر بگیرید تا نقاط کور جریان یا پیش‌گرفتن جریان (Drop) مشخص شود. گاهی افزون جریان‌دهی دیفیوزرها یا تغییر نوع پخش (از چهارطرفه به دوطرفه و…) لازم است.
8. تأیید نهایی: پس از انتخاب هر دریچه، مجموع دبی‌های آنها را با دبی طراحی مقایسه کنید تا اختلاف قابل قبول باشد. در صورت نیاز از دمپر تنظیم جریانی (Volume Damper) برای تراز کردن جریان‌ها استفاده کنید. محاسبات افت فشار و عملکرد فن را یک بار دیگر کنترل کنید تا سیستم در فشار استاتیک انتخاب‌شده کار کند.

نکته طلایی: در انتخاب و جانمایی دریچه‌های هوا ساختمان از روش نسبت T50/L استفاده کنید و همیشه با دبی حداکثر و حداقل سیستم مطابقت دهید. به ویژه در سیستم‌های VAV، باید مطمئن شوید که دریچه‌ها در کمترین دبی نیز پرتاب کافی دارند.

چند مثال عملی درباره محاسبات دریچه های توزیع هوا

در ادامه چند مثال عملی درباره محاسبه دریچه های هوا در تهویه مطبوع برای درک بیشتر ارائه شده است.

مثال ۱: فضای اداری ۵۰ متر مربع

مشخصات:

• متراژ: ۵۰ متر مربع
• ارتفاع سقف: ۳ متر
• تعداد افراد حاضر: ۵ نفر
• نوع سقف: کاذب گچی

محاسبه حجم هوا:

• با در نظر گرفتن ۱۰ لیتر بر ثانیه به ازای هر نفر:
  ۵ × ۱۰ = ۵۰ لیتر بر ثانیه = حدود ۱۰۶ CFM

تعداد دریچه:

• ۲ عدد دریچه سقفی چهارطرفه (چون فضا مستطیلی است و نیاز به توزیع یکنواخت دارد)

دبی هر دریچه:

• ۵۳ CFM

انتخاب نهایی:

• دریچه چهارطرفه با گلویی ۲۰ سانتی‌متر (۸ اینچ)
• سرعت خروجی: ۴۵۰–۵۰۰ FPM
• مناسب برای سقف‌های کاذب با فریم لی‌این

مثال ۲: سالن کنفرانس ۱۰۰ متر مربع

مشخصات:

• ابعاد: ۱۰×۱۰ متر
• ارتفاع سقف: ۳.۲ متر
• تعداد نفرات: ۱۵ نفر
• استفاده از سیستم VAV

محاسبه دبی هوا:

• ۱۵ × ۱۰ = ۱۵۰ لیتر بر ثانیه ≈ ۳۱۸ CFM

تعداد دریچه رفت:

• ۳ عدد دریچه در نواحی مرکزی و زاویه‌دار برای توزیع مؤثر

دبی هر دریچه:

• حدود ۱۰۶ CFM

نکته طراحی:

• در سیستم VAV، باید دریچه‌ای انتخاب شود که حتی در حالت دبی پایین نیز جریان هوا به صورت یکنواخت در فضا پخش شود و از ریزش جریان جلوگیری شود.

مثال ۳: کارگاه صنعتی ۲۰۰ متر مربع با سقف ۵ متری

مشخصات:

• ابعاد: ۲۰×۱۰ متر
• ارتفاع سقف: ۵ متر
• نوع کاربری: نیمه‌سنگین صنعتی

محاسبه دبی هوا (با ۱۰ ACH):

• حجم فضا = ۲۰×۱۰×۵ = ۱۰۰۰ متر مکعب
• ۱۰ ACH → ۱۰۰۰۰ متر مکعب در ساعت ≈ ۵۸۸۲ CFM

تعداد دریچه:

• ۴ عدد دریچه رفت (۲ در هر سمت)
• ۲ عدد دریچه برگشت پایین دیوار

دبی هر دریچه رفت:

• حدود ۱۴۷۰ CFM

نوع دریچه:

• دریچه فلزی یکطرفه با پرتاب بلند
• ابعاد پیشنهادی: ۶۰×۳۰ سانتی‌متر با دمپر قابل تنظیم
• نصب در ارتفاع حدود ۳.۵ متر با زاویه ۴۵ درجه به سمت پایین

نکات عملی و کاربردی

• ابعاد گلویی (Neck Size): ابعاد گردن یا گلویی دریچه معمولاً ۱۰–۲۰% بزرگ‌تر از ابعاد فریم اصلی در نظر گرفته می‌شود تا افت فشار کمتر شود. برای مثال، اگر ابعاد آزاد F فرمول کشیده باشد، ابعاد گلویی G ≈ 1.1F انتخاب می‌کنند. این کار از افزایش غیرضروری سرعت و صدا جلوگیری می‌کند.
• مکان‌یابی دریچه برگشت: دریچه‌های برگشت هوا را در نقطه‌ی متضاد یا مجاور دریچه‌های تأمین نصب کنید. به‌طوری‌که جریان هوای رفت در فضا فرصت اختلاط داشته باشد و جریان مستقیم به برگشت ایجاد نشود. مثلاً اگر دریچه تأمین در سقف قرار دارد، دریچه برگشت را نزدیک کف یا دیوار مجاور نصب کنید. رعایت این اصل به گردش مناسب هوا و جلوگیری از فشار مثبت/منفی در فضا کمک می‌کند.
• کانال فلکسیبل: استفاده از کانال فلکسیبل در فواصل کوتاه (معمولاً کمتر از 2–3 متر) مجاز است. طول زیاد کانال فلکسیبل افت فشار و صدا را افزایش داده و موجب کاهش کارایی می‌شود. از کانال فلزی تا حد امکان استفاده شده و فلکسیبل را فقط برای مسیرهای خروجی کوتاه به دریچه (Runout) قرار دهید.
• دمپرهای تنظیم و بالانس: برای تنظیم دبی هر شعبه کانال پس از نصب، از دمپرهای دستی (Volume Damper) استفاده کنید. همچنین دمپرهایی که مستقیم به ترموستات یا سنسور متصل می‌شوند (در دیفیوزرهای هوشمند VAV) می‌توانند دمای فضا را در حد مطلوب نگه دارند. دمپرهای هوابندی شده (با صافی یا دریچه فولادی) را بر اساس الزامات صوتی و کنترلی انتخاب کنید.
• قاب و فریم سقفی: در سقف کاذب، معمولاً از چهارچوب فلزی (T-bar) برای نصب دریچه‌های هوا استفاده می‌شود. دریچه‌هایی با فریم سقفی (Lay-in) از بالا در شبکه سقف قرار می‌گیرند و پوشش کامل سقف را حفظ می‌کنند. در ساختمان‌های صنعتی یا دیوارپوش، می‌توان از کلاف‌های لبه‌ای (Flange) برای نصب محکم استفاده کرد.
• ملاحظات سیستم VAV: در طراحی VAV دقت کنید جریان کمدی در کمترین بار هم کافی باشد تا نقاط کور آلودگی نداشته باشیم. دیفیوزرهای با دمپر موتوری یا پیستون حرارتی می‌توانند خودکار جریان را تنظیم کنند. از طرفی، در سرعت‌های پایین ممکن است نویز (بوکینگ) ایجاد شود؛ بنابراین دمپرها باید به خوبی عایق و هواگیر باشند.

نکته طلایی: ‌در پروژه‌های واقعی، استفاده از نرم‌افزارهای مهندسی (مانند Carrier HAP، McQuay Duct Sizer یا Revit MEP) برای محاسبه دقیق دبی و افت فشار دریچه بسیار کمک‌کننده است. این نرم‌افزارها مبتنی بر استاندارد ASHRAE و SMACNA عمل می‌کنند و احتمال خطای محاسبه دستی را کاهش می‌دهند.

فرمولهای محاسبات

در ادامه، فرمول‌های محاسباتی مربوط به انتخاب و طراحی دریچه‌های توزیع هوای سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC) آورده شده‌اند.

1. محاسبه دبی هوای مورد نیاز بر اساس بار حرارتی

CFM = Q / (1.08 × ΔT)

• CFM = دبی هوا (فوت مکعب بر دقیقه)
• Q = بار سرمایشی یا گرمایشی (BTU/hr)
• ΔT = اختلاف دما بین هوای ورودی و دمای طراحی (درجه فارنهایت)
• 1.08 = ضریب ثابت هوا (برای شرایط معمول)

2. محاسبه دبی هوای کل بر اساس مساحت یا نفرات

CFM_total = CFM_per_sqft × Area
CFM_total = CFM_per_person × Number_of_People

• Area = مساحت فضا بر حسب فوت مربع
• CFM_per_sqft = نرخ تهویه بر واحد سطح
• CFM_per_person = نرخ تهویه بر نفر
• Number_of_People = تعداد نفرات

3. محاسبه دبی هوای هر دریچه

CFM_per_diffuser = CFM_total / Number_of_Diffusers

• Number_of_Diffusers = تعداد دریچه‌های رفت هوا

4. محاسبه سطح مفید خروجی هوا

Area_effective = CFM / Velocity

• Area_effective = سطح مؤثر دریچه بر حسب فوت مربع
• Velocity = سرعت هوای خروجی (FPM)

5. محاسبه سرعت هوای خروجی از دریچه

Velocity = CFM / Area

• Area = سطح مؤثر خروجی هوا (ft²)

6. نسبت پرتاب هوا به طول مشخصه فضا (T50/L)

T50 / L ≥ 1

• T50 = فاصله پرتاب تا رسیدن به سرعت 50 FPM (طبق کاتالوگ سازنده)
• L = فاصله دریچه تا دیوار یا مرکز دریچه کناری

7. تقسیم دبی در فضاهای نامتقارن یا پیچیده

CFM_zone = (Area_zone / Area_total) × CFM_total

• CFM_zone = دبی مورد نیاز برای زیرفضا
• Area_zone = مساحت زیرفضا
• Area_total = مساحت کل فضا

منابع و استانداردها

محاسبات و انتخاب دریچه‌ها باید بر مبنای استانداردهای معتبر انجام شود. ASHRAE (انجمن مهندسان برودت و تهویه مطبوع آمریکا) در کتاب راهنمای خود (Chapter 31) و استانداردهای 62.1، 62.2، 55 و 70 به نکات توزیع هوا، تهویه و شرایط آسایش اشاره کرده است. SMACNA (دستورالعمل‌های کانال‌کشی) حد مجاز سرعت و افت فشار در کانال‌ها را ارائه می‌دهد.

در سطح بین‌المللی ISO 5135 معیارهای صدای دریچه‌ها را مشخص می‌کند. در ایران، مبحث چهاردهم مقررات ملی ساختمان الزامات کلی تهویه مطبوع (شامل نصب فیلتر، تهویه احتراق، تخلیه هوا و…) را بیان کرده است. رعایت این مراجع و استانداردها کیفیت و ایمنی عملکرد سیستم را تضمین می‌کند.

نتیجه‌ گیری

انتخاب و محاسبه دقیق دریچه‌های توزیع هوا برای عملکرد صحیح سیستم تهویه مطبوع حیاتی است. با در نظر گرفتن ابعاد فضا، بار حرارتی، جریان هوای مورد نیاز و شاخص‌های افت فشار و نویز می‌توان از بروز مشکلاتی مانند توزیع نامناسب هوا، ایجاد نقاط سرد یا گرم و کاهش راندمان جلوگیری کرد.

تجربه مهندس تأسیسات در انتخاب نوع دریچه و تنظیم ابعاد، همراه با تبعیت از استانداردهای معتبر (ASHRAE، SMACNA و کد ملی) ضامن موفقیت طرح خواهد بود. در نهایت همواره مشورت با متخصصین و استفاده از ابزارهای مهندسی پیشرفته (نرم‌افزارهای طراحی و تحلیل هوا) روند تصمیم‌گیری را تسهیل کرده و باعث صرفه‌جویی انرژی و آسایش ساکنان می‌شود.