در این مقاله قصد داریم راجع به فناوری HVAC صحبت کنیم. فناوری HVAC که گاهی به آن اِچ‌وَک نیز گفته می‌شود، از حرف اول کلمات Heating, Ventilation, and Air Conditioning به معنای «گرمایش، تهویه، و تهویه مطبوع» گرفته شده، و فناوری ایجاد هوای مناسب و مطلوب در فضاهای سرپوشیده و همینطور در وسائط نقلیه است. در فناوری HVAC هدف این است که هوای باکیفیت با دمای مناسب ارائه شود. سیستم HVAC زیرشاخه‌ی مهندسی مکانیک و برگرفته از اصول ترمودینامیک، مکانیک سیالات، و انتقال گرماست.
فناوری HVAC نقش مهمی در صنایع مختلف دارد. به عنوان مثال، در صنعت ساختمان، نظیر ساخت خانه، آپارتمان، هتل، مجتمع‌های تجاری و مسکونی، و بیمارستان‌ها، در صنعت حمل‌ونقل، در کشتی‌سازی، هواپیماسازی، خودروسازی، و واگن‌سازی، در صنایع دریایی، و در سایر صنایعی که با دما و رطوبت سر و کار دارند، کاربرد دارد.
بخش تهویه در فناوری HVAC (که در واقع حرف V در کلمه HVAC است)، عبارت است از فرآیند تبادل و جابجایی هوا در فضاهای مختلف به منظور ارائه‌ی هوای باکیفیت در فضاهای داخلی. تهویه، علاوه بر اینکه رطوبت و بوی نامطبوع را برطرف کرده و هوای بیرون را به داخل می‌آورد، باعث گردش هوای داخل ساختمان نیز شده و از راکد شدن هوا جلوگیری می‌کند.
تهویه هم انتقال هوا از بیرون به داخل است، و هم جابجایی آن در داخل ساختمان. بنابراین، تهویه یکی از مهمترین عوامل در ایجاد هوای مناسب در ساختمان است.
تاریخچه فناوری HVAC
فناوری HVAC بر پایه‌ی اختراعات و کشفیات دانشمندان و مخترعین مختلف، نظیر نیکولای لِفوف، مایکل فارادی، ویلیس کریر، ادوین رود، روبن ترین، جیمز ژول، ویلیام رانکین، و نیکولا سعدی کارنو شکل گرفت.
اختراعات گوناگونی که در طول زمان پدید آمد، منجر به ساخت اولین سیستم تهویه مطبوع در سال 1281 خورشیدی در ساختمان بورس نیویورک توسط آلفرد وُلف گردید. در همان سال نیز ویلیس کریر، شرکت چاپ ساکتس-ویلهمس را به سیستم تهویه مطبوع مجهز کرد. دانشگاه کوین در شیکاگو نیز اولین دانشگاهی بود که در سال 1278 خورشیدی، رشته‌ی تحصیلی تهویه مطبوع را در دانشکده خود ارائه نمود.
اختراع اجزاء مختلف سیستم HVAC در طول انقلاب صنعتی روی داد. اما شیوه‌های نوسازی، افزایش بهره‌وری، و کنترل سیستم، تا به امروز به طور مستمر در حال طراحی و شکل‌گیری است.
سیستم گرمایش
جزء اول سیستم HVAC، بخش گرمایش و تولید گرما است. دستگاه‌های تولید گرما، تجهیزات و وسایلی هستند که گرمای مورد نیاز ساختمان را تولید می‌کنند. تولید گرما معمولا از طریق سیستم‌های گرمایشی مرکزی، نظیر شوفاژ، انجام می‌شود. این سیستم‌ها اغلب از دیگ بخار، کوره، و پمپ حرارتی تشکیل می‌شوند. این سیستم‌های گرمایش مرکزی معمولا در موتورخانه یا اتاق تاسیسات نصب شده و آب، بخار، یا هوا را حرارت می‌دهند. سپس، حرارت ایجاد شده، از طریق همرفت، رسانش، یا تابش، منتقل می‌شود.
تولید گرما
دستگاه‌های مختلفی برای تولید گرما وجود دارد که هر کدام، از انواع مختلف سوخت نظیر سوخت جامد، سوخت مایع، و گاز استفاده می‌کنند. منبعی دیگر برای تولید گرما، برق است. البته سیستم‌های برقی اغلب به عنوان سیستم پشتیبان، و یا در سیستم‌های پمپ حرارتی، کاربرد دارند.
پمپ‌های حرارتی در دهه 1320 خورشیدی در ژاپن و امریکا رواج یافت. پمپ‌های حرارتی قادرند گرما را از منابع مختلف استخراج کنند. این پمپ‌ها ابتدا در مناطق معتدل رواج یافتند. اما امروزه با پیشرفت فناوری و افزایش بهره‌وری، از آنها در مناطق سردسیر نیز استفاده می‌شود.
توزیع گرما
گرمای تولید شده توسط سیستم‌های گرمایشی را می‌توان به طرق مختلف انتقال داد.
آب و بخار
در صورت استفاده از آب یا بخار گرم، از لوله‌کشی برای انتقال گرما به اتاق‌ها استفاده می‌شود. اکثر سیستم‌های بویلر آب گرم، دارای پمپ هستند که آب گرم را در سیستم جابجا می‌کند. گرما را می‌توان با استفاده از رادیاتور به هوای اتاق انتقال داد.
به استفاده از آب برای انتقال گرما، «هیدرونیک» گفته می‌شود. از این آب گرم می‌توان در حمام و آشپزخانه نیز استفاده کرد.
هوا
سیستم‌های هوای گرم، هوا را از طریق داکت‌های فلزی و یا فایبرگلاس منتقل می‌کنند. بسیاری از سیستم‌ها از داکت برای انتقال هوای خنک در سیستم‌های تهویه مطبوع نیز استفاده می‌کنند. هوا معمولا بوسیله فیلتر تمیز شده و ذرات غبار آن گرفته می‌شود.
تهویه
جزء دوم سیستم HVAC، بخش تهویه است. به فرآیند انتقال و جابجایی هوا در فضا به منظور کنترل دما و رفع رطوبت، بوی نامطبوع، دود، گرما، غبار، باکتری‌های موجود در هوا، دی‌اکسید کربن، و نیز تامین اکسیژن، تهویه گفته می‌شود. تهویه، هم انتقال هوا از بیرون به درون است و هم گردش آن درون ساختمان. تهویه، یکی از عوامل مهم برای ایجاد و حفظ هوای باکیفیت و مطلوب در داخل ساختمان‌هاست. روش‌های تهویه عبارتند از روش مکانیکی و روش طبیعی.
تهویه مکانیکی
تهویه مکانیکی توسط دستگاه‌های هواساز و فن‌ها، و برای کنترل کیفیت هوا در فضاهای سرپوشیده، انجام می‌شود. رطوبت، بوی نامطبوع، و آلودگی‌ها را اغلب می‌توان با رقیق‌سازی هوا و یا تبادل هوای داخل با هوای خارج، کنترل نمود. البته در مناطق مرطوب، برای رفع رطوبت از طریق تهویه هوا، به انرژی بیشتری نیاز است.
آشپزخانه و حمام معمولا دارای هواکش و خروجی‌های مکانیکی برای رفع بو و رطوبت است. عواملی که در طراحی این سیستم‌ها مد نظر قرار می‌گیرند، نرخ جریان و سطح آلودگی صوتی است. هواکش برقی، که در انواع مختلف موجود است، کاربرد زیادی در تهویه دارد؛ ضمن اینکه می‌تواند هزینه‌های راه‌اندازی و نگهداری سیستم را کاهش دهد.
پنکه‌های سقفی، ایستاده، و رومیزی نیز به عنوان نوعی تهویه مکانیکی شناخته می‌شود که قادر است هوا را در داخل اتاق به گردش درآورده و با افزایش تبخیر تعریق پوست، به انسان حس خنکی دهد. همچنین، از آن‌جایی که هوای گرم بالا می‌رود، می‌توان از پنکه‌ی سقفی برای گرم کردن اتاق در زمستان، از طریق چرخش هوای گرم از سقف به کف، استفاده نمود.
تهویه طبیعی
در تهویه طبیعی، عمل تهویه بدون استفاده از فن و دیگر سیستم‌های مکانیکی صورت می‌پذیرد. در این حالت، چنانچه فضای معماری اجازه دهد، از پنجره، بادگیر، یا دریچه خروجی برای تهویه استفاده می‌شود. در سیستم‌های پیچیده‌تر، با استفاده از اثر دودکش، هوای گرم امکان می‌یابد که بالا رفته و از محفظه‌های ساختمان خارج گردد. از این طریق، هوای سرد بیرون وارد محفظه‌های پایینی ساختمان می‌گردد. سیستم‌های تهویه طبیعی به انرژی بسیار کم، اما توجه و مراقبت زیاد، نیاز دارند. در مناطق گرم و مرطوب، دستیابی به دمای مناسب و مطلوب صرفا از طریق تهویه طبیعی، ناممکن است.
تهویه مطبوع
جزء سوم سیستم HVAC، بخش تهویه مطبوع است. سیستم تهویه مطبوع، مانند کولر گازی، تامین هوای خنک و کنترل رطوبت را، برای همه بخش‌های ساختمان، انجام می‌دهد. در مواقعی که سیستم تهویه مطبوع مشغول به کار است، پنجره‌های ساختمان باید بسته باشد زیرا باز بودن پنجره در عملکرد سیستم تهویه مطبوع اختلال ایجاد خواهد کرد.
در سیستم تهویه مطبوع، هوای تازه‌ی بیرون از طریق یک دریچه وارد بخش تبادل گرمای داخلی سیستم شده و فشار هوای مثبت ایجاد می‌کند. درصد بازگشت هوای تشکیل یافته از هوای تازه را معمولا می‌توان با تنظیم دریچه ورودی تغییر داد. ورودی هوای تازه معمولا در حدود 10 درصد است. سیستم تهویه مطبوع بوسیله سیکل تبرید و از طریق گرفتن گرما از هوا، کار می‌کند.
