استفاده ترکیبی از تهویه مطبوع، تصفیه کننده هوا و سیستم‌های هوای تازه

مقاله ای در سال ۲۰۲۴ با مضمون “تاثیر هم افزایی بر کیفیت هوای داخل ساختمان: استفاده ترکیبی از تهویه مطبوع، تصفیه کننده هوا و سیستم‌های هوای تازه ” منتشر شد که به دلیل جذابیت و کاربرد آن، تصمیم گرفتم با شما به اشتراک بگذارم.

این مقاله بررسی نموده که با افزایش نگرانی ها در مورد کیفیت هوای داخلی، تصفیه کننده های هوا و سیستم های هوای تازه به طور فزاینده ای همراه با تهویه مطبوع در ساختمان های اداری مورد استفاده قرار می گیرند. برای بررسی اثرات هم افزایی عملیات مشترک چند سیستمی بر کیفیت هوای داخل ساختمان؛

• این مطالعه از ترکیبی از روش‌های تجربی و شبیه‌سازی برای مطالعه ذرات داخلی با قطر کمتر از ۲.۵ میکرومتر (PM₅) و غلظت دی اکسید کربن (CO₂) استفاده کرده است.
• تحت شرایط عملیاتی مختلف زمان خالص سازی و توزیع غلظت PM₅ در شرایط مختلف با شرایطی که در آن تصفیه کننده به تنهایی استفاده می شد، مقایسه شد.

نتایج نشان داد که؛

• زمان تصفیه مورد نیاز برای شرایطی که کولر گازی همراه با تصفیه‌کننده کار می‌کند، ۱۵.۲درصد کاهش یافته است.
• هنگامی که سیستم هوای تازه همراه با تصفیه کننده کار می کند، زمان تصفیه را می توان تا ۳۰.۴ درصد کاهش داد.
• زمانی که سه سیستم به طور همزمان کار می کردند، ۳۲.۶ درصد کاهش یافت.
• توزیع غلظت PM₅ در شرایط عملیات مشترک بسیار بیشتر از شرایطی بود که در آن تصفیه کننده به تنهایی کار میکرد.

نتایج توزیع CO₂ تحت عملیات مشترک مختلف نشان می دهد که؛

• سیستم هوای تازه می تواند به طور موثر CO₂ را زیرppm ۱۰۰۰ در ۳۰ دقیقه رقیق کند.
• تهویه مطبوع و تصفیه کننده می توانند به مخلوط کردن هوای داخل خانه کمک کنند تا توزیع CO₂ داخل خانه بسیار یکنواخت تر شود.

نمودار دایره‌ای درصد زمان صرف شده در محیط‌های داخلی و خارجی:

افراد تا ۹۰ درصد از زمان خود را در ساختمان هایی سپری می کنند که غلظت آلاینده های هوا می تواند چندین برابر بیشتر از سطوح بیرونی باشد و خطرات سلامتی قابل توجهی را به همراه دارد . بنابراین از تمرکز اولیه بر آسایش حرارتی گرفته تا نگرانی از شرایط رطوبت داخلی، توجه روزافزونی به کیفیت هوای داخل ساختمان (IAQ)، مانند غلظت ذرات معلق داخل ساختمان با قطر کمتر از ۲.۵ میکرومتر و دی اکسید کربن (CO₂)، توزیع هوا و تأثیر آن بر کیفیت هوای داخلی اغلب به عنوان یک ملاحظات مهم در نظر گرفته شده است.

در تابستان، برای دنبال کردن محیط اداری راحت‌تر و تمیزتر، متداول‌ترین روش‌ها استفاده از دستگاه‌های تهویه مطبوع برای خنک‌سازی داخل ساختمان، استفاده از تصفیه‌کننده‌های هوا برای تصفیه ذرات آلاینده داخل ساختمان و استفاده از سیستم‌های هوای تازه است.

بسیاری از محققین اشاره کرده اند که یکی از عوامل اصلی تأثیرگذار بر کیفیت هوای داخل، سیستم تهویه است که با توزیع و رقیق شدن آلاینده های داخل خانه مرتبط است ( برای رقیق کردن CO₂ داخلی، هوای تازه در فضای باز را تامین کنید.)

برای اتاق هایی که سیستم های مختلف را در یک منطقه ترکیب می کنند، حالت پیچیده تری از جریان هوای داخلی شکل می گیرد که به نوبه خود بر راندمان تصفیه تصفیه کننده هوا و اثربخشی سیستم تهویه تأثیر می گذارد. بنابراین، جریان هوا و تأثیر آن بر کیفیت داخلی سیستم ترکیبی برای ایجاد یک محیط با کیفیت هوای داخلی خوب اهمیت زیادی دارد.

مطالعات و تحقیقات گسترده ای در این رابطه انجام شد که بیشتر مطالعات بر روی اثرات الگوهای جریان مختلف سیستم‌های تهویه مطبوع و قرار دادن تصفیه‌کننده‌های هوا بر کیفیت هوای داخل ساختمان متمرکز شده‌اند. سیستم ترکیبی تصفیه کننده هوا و تهویه مطبوع نیز مورد مطالعه قرار گرفته است و قرارگیری نسبی و حجم هوای عرضه بهینه توصیه شده است. با این حال، تحقیقات کافی در مورد اثرات هم افزایی سیستم یکپارچه تهویه مطبوع، تصفیه کننده هوا و واحدهای هوای تازه بر کیفیت هوای داخل ساختمان که معمولاً در ساختمان های اداری بزرگ استفاده می شود، وجود ندارد. بنابراین، تحقیقات بیشتری برای حفظ کیفیت بالای هوای داخلی به طور موثر مورد نیاز است.

پر کردن شکاف مطالعات انجام شده:

برای پر کردن این شکاف؛ این مطالعه یک رویکرد ترکیبی از آزمایش و شبیه‌سازی عددی را برای بررسی اثرات هم افزایی بر کیفیت هوای داخل یک سیستم تهویه مطبوع، تصفیه‌کننده هوا و سیستم هوای تازه اتخاذ کرد.

در این راستا؛

• IAQ تحت شرایط عملیات مختلف مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
• از آنجایی که مشخص شد PM₅ با سرطان ریه و بیماری های قلبی عروقی و مرگ و میر کلی مرتبط است.
• از نظر CO₂، اگرچه اثر نامطلوب مستقیم ندارد، اما شاخص خوبی از آلاینده های منتشر شده توسط انسان و راندمان تهویه در نظر گرفته می شود که تأثیر قابل توجهی بر IAQ دارد.

بنابراین در این مطالعه، از PM_2.5  و CO₂ به عنوان شاخص‌های IAQ استفاده شد و غلظت‌های PM_2.5  و CO₂ داخلی در شرایط عملیاتی مختلف مورد تجزیه و تحلیل و مقایسه قرار گرفتند. در این مطالعه، تاثیر عملکرد مشترک یک تهویه مطبوع، یک سیستم هوای تازه و یک تصفیه کننده هوا بر کیفیت هوای داخلی با استفاده از ترکیب روش‌های تجربی و شبیه‌سازی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت؛

• برای مطالعه غلظت PM₅ و CO₂ داخلی، یک کابین محیطی چند منظوره طبق استاندارد GB/T 18801-2022 ساخته شد.
• کابین از یک کابین داخلی و یک کابین بیرونی تشکیل شده است، همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است. یک کابین داخلی با اندازه ۶.۱۵ متر × ۳.۰۰ متر × ۳.۲۰ متر برای آزمایش استفاده شد. یک کابین بیرونی با اندازه ۷.۹۵ متر × ۴.۰۰ متر × ۳.۲۰ متر برای کنترل دمای محیط استفاده شد.
• کابین داخلی شامل یک دستگاه تصفیه هوا، یک سیستم تهویه مطبوع و یک سیستم هوای تازه است و اتاق آزمایش واقعی در شکل 2b نشان داده شده است.

برای کابین داخلی، یک فیلم گرمایش الکتریکی استفاده شد و دمای سطح فیلم حرارتی الکتریکی را می‌توان به طور مستقل برای شبیه‌سازی افزایش حرارت از دیوار بیرونی و پنجره کنترل کرد. مساحت کابین داخلی ۱۸.۴ متر مربع است و طبق شاخص تراکم پرسنل ساختمان اداری به طور کلی ۴ نفر در آن حضور دارند. در این آزمایش، از آدمک‌های حرارتی برای شبیه‌سازی تولید گرما در بدن انسان استفاده شد و نرخ تولید گرما۶۰ وات بر نفر، در مجموع۲۴۰ وات بود. برای اطمینان از حفظ دمای کابین در دمای تعیین‌شده در دمای۲۶ درجه سانتیگراد، یک دستگاه تهویه مطبوع از نوع اسپلیت با ظرفیت خنک کننده۲۶۰۰ وات بر روی دیواره کابین داخلی در ارتفاع ۲.۴ متری نصب شده است. شکل 2b.  وضعیت عملکرد AC در جدول ۱ ذکر شده است.

جدول ۱. شرایط آزمایشی

آیتم ها	مقادیر	آیتم ها	مقادیر
دمای کابین بیرونی	۲۶ درجه سانتی گراد	سرعت تامین هوا AC	m·s-1۴.۰
دمای کابین داخلی	۲۶±۲ درجه سانتی گراد	زاویه تامین هوای AC	۳۸.۶ درجه
رطوبت نسبی کابین داخلی	۶۰±۱۰%	سرعت هوای  FA	۱.۵متر بر ثانیه
دمای دیوار بیرونی	۳۰ درجه سانتی گراد	سرعت تامین هوای خالص	m·s-1۴.۰
دمای پنجره بیرونی	۳۵ درجه سانتی گراد	غلظت اولیه PM2.5	μg·m-3۳۰۰
حالت عملکرد	AC + FA + Pur	غلظت اولیه CO2	ppm ۳۰۰۰

توجه:

AC: تهویه مطبوع؛ FA: سیستم هوای تازه؛ Pur: تصفیه کننده است.

• سیستم هوای تازه بر اساس استاندارد طراحی شده است. مجموع حجم هوای تازه۱۲۰متر مکعب در ساعت و دمای هوای عرضه شده ۲۹ درجه سانتی گراد است. سیستم هوای تازه سازماندهی جریان هوای با عرضه و برگشت را اتخاذ می کند. اندازه ورودی و خروجی سیستم هوای تازه هر دو ۲۴ ×۲۴ سانتی متر است و دریچه های ورودی و خروجی همانطور که در شکل ۲ الف نشان داده شده است در یک سمت اتاق قرار دارند.
• یک دستگاه تصفیه هوای فیلتراسیون مکانیکی با توجه به مساحت کابین داخلی انتخاب شد و نرخ تحویل هوای پاک آن (CADR) ۳۶ متر مکعب در ساعت بود. راندمان تصفیه برای PM₅، ۹۸ درصد است. سرعت هوا در خروجی ۴ متر بر ثانیه است. دستگاه تصفیه هوا در طرف مقابل تهویه مطبوع قرار داشت و دستگاه تصفیه هوا از الگوی جریان هوای برگشتی و منبع بالایی استفاده می کرد.
• برای تجزیه و تحلیل عملکرد تصفیه PM₅ ، سیگار به عنوان منبع PM_2.5 مطابق استاندارد تست تصفیه کننده هوا استفاده شد. غلظت اولیه ذرات داخلی روی ۳۰۰ میکروگرم بر متر مکعب تنظیم شد. برای تجزیه و تحلیل تأثیر توزیع CO₂ داخلی، یک مخزن ذخیره CO₂ برای شبیه سازی تولید CO₂ در بدن انسان استفاده شد. شرایط آزمایشی خاص و شرایط کاری در جدول ۱ نشان داده شده است.

 

محتوای آزمایشی:

برای اطمینان از تکرارپذیری خوب آزمایش، دستگاه تصفیه هوا و سیستم هوای تازه قبل از شروع آزمایش روشن شدند و تا زمانی که غلظت PM_2.5  به ۱۵ میکروگرم بر متر مکعب و غلظت CO₂ به ترتیب به ppm ۵۰۰ کاهش یافت، کار را رها کردند. سپس دستگاه مولد ذرات، مخزن تولید CO₂ و فن اختلاط به طور همزمان راه اندازی می شوند تا توزیع یکنواختی حاصل شود. هنگامی که غلظت PM_2.5  در کابین محیطی به ۳۰۰ میکروگرم در متر مکعب و ppm ۳۰۰۰ برای CO₂ رسید، منابع PM_2.5  و CO₂ و فن خاموش شدند. دستگاه تصفیه هوا، تهویه مطبوع و سیستم هوای تازه روشن شدند و غلظت PM_2.5  و CO₂ در ناحیه تنفس نشسته (۱.۲ متر بالاتر از کف) در اتاق در فواصل زمانی ۱ دقیقه ثبت شد.

نقاط آزمایش در شکل ۳ نشان داده شده است. آزمایش زمانی خاتمه یافت که غلظت PM_2.5  و غلظت CO₂ در کابین داخلی به ترتیب کمتر از ۱۵ میکروگرم بر متر مکعب وppm ۵۰۰ بود. برای اطمینان از صحت غلظت PM_2.5  اندازه گیری شده و غلظت CO₂ ، هر گروه از آزمایش ها ۳  بار تکرار شد تا میانگین غلظت در هر نقطه تعیین شود. در آزمایش، از ابزار اندازه گیری فهرست شده در جدول ۲ برای اندازه گیری غلظت PM_2.5  و CO₂ استفاده شد.

 

جدول ۲. ابزار اندازه گیری مورد استفاده در آزمایش.

آیتم ها	روش شناسی	مدل	دقت	محدوده
PM2.5	تعداد ذرات لیزری	MetOne AEROCET 531S (حالت جرمی)	μg/m3 ۱۰۰۰~۰	±۱۰%
CO2	مادون قرمز غیر پراکنده	VMS-3002	ppm ۵۰۰۰ ~ ۴۰۰	(%۳ ppm + F∙S ۴۰) ± (25 درجه سانتی گراد)

 

این شبیه‌سازی عمدتاً تأثیر حالت‌های مختلف عملکرد مشترک دستگاه‌های تهویه مطبوع، سیستم‌های هوای تازه و تصفیه‌کننده‌های هوا را بر روی اثر تصفیه PM_2.5  و CO₂ در مناطق مختلف یک اتاق مطالعه می‌کند. بنابراین در این مطالعه چهار مورد طراحی شد که در جدول ۳ آمده است.

 

جدول۳. موارد شبیه سازی.

موارد	شرایط عملیاتی
K1	تصفیه کننده به تنهایی کار می کند.
K2	تصفیه کننده و تهویه مطبوع با هم کار می کنند.
K3	تصفیه کننده و سیستم هوای تازه با هم کار می کنند.
K4	سیستم تهویه مطبوع، تصفیه کننده و هوای تازه با هم کار می کنند.

 

 

برای تجزیه و تحلیل تاثیر حالت های عملکرد مشترک بر غلظت PM_2.5  و CO₂، لازم است پارامترهای تامین هوای تهویه مطبوع، سیستم هوای تازه و تصفیه کننده هوا تعیین شود. یک مطالعه مرتبط نشان داده است که؛

• وقتی زاویه ارتفاع هوای تهویه مطبوع تقریباً ۳۰ درجه باشد، دمای هوا در منطقه کار کمترین تأثیر را از منبع گرما می‌گیرد. بنابراین، زاویه ارتفاع هوای تهویه مطبوع مورد استفاده در مطالعه شبیه‌سازی روی ۳۹ درجه تنظیم شده است و سرعت باد تامین هوا ۲.۳۳ متر بر ثانیه است.
• نتایج پیش‌آزمون ما نشان داد که وقتی سرعت هوای یک تصفیه‌کننده هوا۱۰۰% است، تنظیم زاویه ارتفاع هوای تصفیه‌کننده هوا در ۳۵ درجه برای تصفیه اتاق مفیدتر است. بنابراین، دستگاه تصفیه هوا با حداکثر سرعت باد ۳.۸۵ متر بر ثانیه و زاویه ارتفاع تامین هوا روی ۳۵ درجه تنظیم می شود.
• سرعت تامین هوای سیستم هوای تازه ۱.۵ متر بر ثانیه است. آلودگی شدید محیط بیرون (غلظت PM₅ ۲۰۰ میکروگرم بر متر مکعب) به عنوان مثال در نظر گرفته شده است، بنابراین غلظت اولیه PM_2.5  داخلی روی ۲۰۰ میکروگرم بر متر مکعب و غلظت CO₂ روی ppm ۲۰۰۰ در این مطالعه شرایط مرزی خاص و شرایط اولیه شبیه سازی در جدول ۴ نشان داده شده است.

جدول۴. شرایط مرزی و اولیه.

آیتم ها	نوع مرزها	مقدار
دیوار پرده ای شیشه ای	ضریب انتقال حرارت همرفتی دمای بیرون	W·(m2·K)-1۱.۵ ۳۵  درجه سانتی گراد
کولر گازی	سرعت ورودی زاویه تامین هوا غلظت PM2.5 غلظت CO2 برگشت هوا	۲.۳۳ متر بر ثانیه ۳۹ درجه روی مقدار برگشتی از طریق UDF تنظیم کنید. روی مقدار برگشتی از طریق UDF تنظیم می شود. خروجی
سیستم هوای تازه	سرعت ورودی تامین دمای هوا تامین رطوبت هوا غلظت PM2.5 غلظت CO2 خروجی	۱.۵ متر بر ثانیه ۲۹ درجه سانتی گراد ۷۸% μg·m-3۱۴ ppm ۳۰۰ خروجی
دستگاه تصفیه	ورودی هوا زاویه تامین هوا غلظت PM2.5   غلظت CO2   خروجی	۳.۸۵ متر بر ثانیه ۳۵ درجه راندمان تصفیه کننده را از طریق UDF روی ۹۸% تنظیم کنید. روی مقدار برگشتی از طریق UDF تنظیم می شود.   خروجی
تولید گرمای انسانی	جریان گرما دما CO2	۶۰ وات بر نفر،۱۶نفر ۲۶ درجه سانتیگراد L/p/h۱۸
شرایط اولیه	غلظت PM2.5 غلظت CO2	μg·m-3۲۰۰ ppm ۲۰۰۰

 

نقاط نظارت:

• برای تجزیه و تحلیل توزیع PM₅ و CO₂ در منطقه کاری اشغال شده، غلظت PM_2.5  و CO₂ در ارتفاع ۱.۲ متر از کف بررسی شد.
• به دلیل توزیع های مختلف هوای داخل ساختمان در شرایط عملیاتی مختلف، دمای داخل، سرعت باد و توزیع غلظت PM₅ و CO₂ ناهموار است. بنابراین برای تجزیه و تحلیل الگوی جریان هوا و تأثیر الگوی جریان هوا بر توزیع PM_2.5  و CO₂ در حالت های مختلف عملیات، دفتر به ۷ منطقه (منطقه A تا منطقه G) تقسیم می شود و ۴۰ نقطه اندازه گیری پس از بررسی جامع ایجاد می شود.
• چیدمان اداری و توزیع پرسنل مناطق تقسیم شده توسط خط خط تیره قرمز و آرایش نقاط اندازه گیری در شکل ۵ نشان داده شده است.

 

نتایج الگوی جریان هوا

شکل 6a نمودار بردار سرعت را در صفحه۳.۰= y متر در اتاق زمانی که تصفیه کننده به تنهایی کار می کند نشان می دهد. جریان هوا از دستگاه تصفیه ابتدا به سمت بالا متمایل می شود و سپس تحت تأثیر سرعت اولیه بالا در امتداد سقف می چسبد، در حالی که سرعت جریان در قسمت پایین اتاق کم است. همانطور که هوای تغذیه به سمت جلو حرکت می کند، سرعت افقی به تدریج کاهش می یابد و دیگر نمی تواند به سقف بچسبد و گرداب های محلی را در قسمت سمت راست اتاق تشکیل می دهد.

شکل 6b نمودار بردار سرعت داخل ساختمان را در زمانی که تصفیه کننده و تهویه مطبوع به طور همزمان کار می کنند نشان می دهد. جریان هوا از تصفیه کننده با جریان هوا از AC1 تلاقی می کند و مخلوط می شود. در وسط اتاق، جریان هوا از AC1 و AC2 با هم برخورد کرد و به سمت پایین حرکت کرد. بخشی از جریان هوا به تصفیه کننده باز می گردد و روند آلاینده های بین تصفیه کننده هوا و بازگشت AC1 به تصفیه کننده هوا را تسریع می بخشد. جریان هوا در قسمت سمت راست اتاق عمدتاً توسط AC2 به دلیل تأثیر جریان هوا از تصفیه کننده مرده تعیین می شود، که ممکن است بازگشت هوای آلوده سمت راست به دستگاه تصفیه را دشوارتر کند.

 

در شرایط K3، سیستم هوای تازه همراه با تصفیه کننده کار می کند. همانطور که در شکل 6c نشان داده شده است، لایه متصل ایجاد شده توسط تصفیه کننده به دلیل سرعت هوای زیاد سیستم هوای تازه مختل شد. سپس جریان هوا از دستگاه تصفیه باز می گردد. بنابراین، سرعت هوا در قسمت سمت راست اتاق به طور قابل توجهی کمتر از قسمت سمت چپ بود. بنابراین آلاینده ها در قسمت سمت راست عمدتا توسط سیستم هوای تازه حذف می شوند، زیرا هوای تازه می تواند آلودگی را رقیق و تخلیه کند.

در شکل 6d، تصفیه کننده، AC و سیستم هوای تازه با هم کار می کنند. تحت این شرایط (K4)، میدان سرعت با برهم نهی K2 و K3 سازگار است. جریان هوا از دستگاه تصفیه هوا با خروجی هوای AC1 برخورد کرد و مخلوط شد و سیستم هوای تازه اتاق را به دو قسمت جدا کرد. در سمت چپ، الگوی جریان هوا شبیه به شرایط K3 است. در سمت راست، جریان هوا در قسمت سمت راست اتاق توسط AC2 تعیین می شود و حذف آلاینده عمدتاً به رقیق شدن سیستم هوای تازه بستگی دارد. در مقایسه با K3، کاهش سرعت هوای تازه جریان هوا از سیستم هوای تازه به دلیل اختلال در جریان هوا از AC ها جدی تر بود. جریان هوای AC ها ممکن است به بهبود ترکیب جریان هوای مختلف و بهبود کیفیت هوای داخل کمک کند. بهبود دقیق کیفیت هوا در بخش‌های زیر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

 

تاثیر کولر گازی

شکل ۷ توزیع غلظت PM_2.5  را در شرایط K1 و K2 نشان می دهد. هنگامی که تصفیه کننده به تنهایی کار می کند، توزیع غلظت PM_2.5  در بیشتر ناحیه اتاق یکنواخت بود با این تفاوت که منطقه A غلظت بسیار کمتری را نشان می دهد، همانطور که در شکل 7a نشان داده شده است. میانگین غلظت حدود ۸۰ میکروگرم بر متر مکعب است. به این دلیل است که تصفیه کننده در منطقه A قرار دارد. هنگامی که تصفیه کننده هوا فقط کار می کند، تصفیه کننده توصیه می شود در نزدیکی ساکنان قرار گیرد تا عملکرد تصفیه بهتری برای منطقه فعال سرنشینان حاصل شود.

همانطور که در شکل 7b نشان داده شده است، هنگامی که تهویه مطبوع همراه با تصفیه کننده کار می کنند، به دلیل افزایش اختلال در جریان هوا، می توان به تصفیه خوبی در قسمت چپ اتاق دست یافت. در مقایسه با K1، میانگین غلظتPM_2.5  در قسمت چپ اتاق زیر K2 تقریباً ۱۰ میکروگرم بر متر مکعب کاهش یافت، که نشان می‌دهد تهویه مطبوع به تسریع تصفیه کمک کرده است. با این حال، غلظتPM_2.5  در قسمت سمت راست اتاق تنها تقریباً ۳ میکروگرم بر متر مکعب کاهش یافت، زیرا جریان هوا از تصفیه کننده توسط ACs، که به دلیل اثر اختلاط جریان هوای AC ایجاد شده بود، مانع شد.

بنابراین، غلظت PM_2.5  در قسمت چپ اتاق کمتر از قسمت سمت راست است. بر اساس این نتیجه، به سرنشینان توصیه می شود زمانی که با هم کار می کنند در مناطق بین تصفیه کننده هوا و AC کار کنند. به عبارت دیگر، توصیه می شود که دستگاه تصفیه هوا و تهویه مطبوع را در موقعیت مخالف قرار دهید تا از انسداد جریان هوا که می تواند منجر به غلظت کمی آلاینده در برخی مناطق شود، جلوگیری شود.

تاثیر سیستم هوای تازه

شکل ۸ توزیع غلظت PM_2.5  را تحت K3 نشان می دهد. هنگامی که سیستم هوای تازه روشن شد، غلظت ناحیه تنفس انسان از تقریباً ۸۰ میکروگرم بر متر مکعب به تقریباً ۶۵ میکروگرم بر متر مکعب در مقایسه با K1 کاهش یافت و اثر تصفیه به طور قابل توجهی افزایش یافت زیرا آلاینده‌های داخل ساختمان توسط آلاینده‌های داخلی رقیق شدند. هوای تازه و سپس از خروجی تخلیه می شود. بنابراین، سیستم های هوای تازه اثر رقیق کنندگی زیادی بر آلاینده های داخل ساختمان دارند. با مقایسه منطقه B با منطقه C، آلاینده های منطقه B به دلیل محل خروجی به راحتی تخلیه نمی شوند. بنابراین، غلظت در ناحیه C تقریباً ۶.۷ میکروگرم بر متر مکعب کمتر از ناحیه B بود. علاوه بر این، میانگین غلظت در قسمت سمت راست اتاق کمی بیشتر از قسمت سمت راست بود. این به دلیل اثر ترکیبی سیستم تصفیه کننده و هوای تازه در قسمت چپ و اثر ضعیف تر تصفیه کننده در قسمت راست اتاق است که از میدان سرعت در شکل 6c نیز قابل مشاهده است. بنابراین، حداکثر غلظت در نزدیکی بدن انسان در قسمت سمت راست اتاق، با حداکثر مقدار ۶۸.۳ میکروگرم بر متر مکعب رخ داد.

نتایج نشان داد که در مقایسه با K1، زمان تصفیه تحت K3 به ۳۲ دقیقه کاهش یافت که زمان تصفیه را %۳۰.۴ کاهش داد. زمان تصفیه ناحیه میانی اتاق (منطقه D و E) به ۳۱ دقیقه و زمان تصفیه منطقه A به ۳۰ دقیقه کاهش یافت. می توان نتیجه گرفت که رقیق سازی و تخلیه آلاینده ها توسط سیستم هوای تازه می تواند زمان تصفیه را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

 

تاثیر حالت عملیات مشترک

همانطور که در شکل ۹ نشان داده شده است؛ هنگامی که سیستم ها در حالت مشترک کامل کار می کردند، غلظت PM_2.5  منطقه ساکن به دلیل رقیق شدن سیستم هوای تازه و اختلال در جریان هوا از تهویه مطبوع بسیار کمتر بود. در مقایسه با K1، میانگین غلظت PM_2.5  برای قسمت چپ اتاق از تقریباً ۸۶.۹ میکروگرم بر متر مکعب به تقریباً ۴۳.۴ میکروگرم بر متر مکعب و از تقریباً ۸۳.۸ میکروگرم بر متر مکعب تا تقریباً ۵۲.۸ میکروگرم بر متر مکعب برای قسمت سمت راست اتاق کاهش یافت. از آنجا که سیستم هوای تازه و تهویه مطبوع مانع خاصی برای جت از تصفیه کننده ایجاد می کردند، غلظت آلاینده ها در قسمت سمت راست اتاق تقریبا ۱۰ میکروگرم بر متر مکعب بیشتر از قسمت چپ اتاق بود. در مقایسه با K3، تهویه مطبوع اختلال در جریان هوا را افزایش داد که به بهبود رقیق شدن سیستم هوای تازه و تصفیه تصفیه کننده کمک کرد. بنابراین، حداکثر غلظت برای قسمت چپ اتاق به ترتیب از ۶۲.۱ میکروگرم بر متر مکعب به ۴۶.۶ میکروگرم بر متر مکعب و از ۶۸.۳ میکروگرم بر متر مکعب به ۴۹.۷ میکروگرم بر متر مکعب برای قسمت راست اتاق کاهش یافت.

• منطقه A کمترین زمان تصفیه ۲۵ دقیقه را داشت.
• زمان تصفیه قسمت میانی اتاق (مناطق C، D و E) ۲۸ دقیقه بود.
• حداکثر زمان تصفیه در شرایط K4 ؛۳۱ دقیقه (منطقه G) بود که ۳۲.۶% کمتر از شرایط K1 بود.
• در مقایسه با K2، زمان تصفیه تحتK4؛ ۲۰.۵% کوتاهتر بود، و در مقایسه با K3؛ زمان تصفیه تحتK4؛ %۳ کوتاهتر بود.

می توان نتیجه گرفت که عملکرد مشترک سه سیستم بیشترین تأثیر را در تصفیه PM_2.5  دارد. سیستم هوای تازه و تهویه مطبوع می توانند به افزایش اثر تصفیه کمک کنند؛ به ویژه سیستم هوای تازه، زیرا سیستم هوای تازه می تواند به طور موثر آلودگی را رقیق و حذف کند.

سیستم های تهویه مطبوع می توانند با افزایش ترکیب هوای داخلی، عملکرد را بهبود بخشند. هنگامی که دستگاه تصفیه هوا همراه با دستگاه های تهویه مطبوع کار می کند، باید از انسداد جریان هوا جلوگیری کند. به عنوان مثال، آنها می توانند در موقعیت مخالف باشند و ساکنین در منطقه وسط اتاق، کار کنند.

سیستم هوای تازه می تواند به طور قابل توجهی عملکرد حذف PM_2.5  را به دلیل اثر رقیق سازی افزایش دهد. همچنین جریان هوا از AC، یکنواختی توزیع PM_2.5  را بهبود می بخشد.

 

غلظت CO₂

غلظت CO₂ داخلی؛ یک شاخص مهم برای ارزیابی کیفیت هوای داخلی است. این بخش یک تجزیه و تحلیل مقایسه ای از سطوح CO₂ داخلی در شرایط با و بدون سیستم هوای تازه و همچنین تاثیر عملکرد ترکیبی تهویه مطبوع یا تصفیه کننده ها بر توزیع غلظت CO₂ داخلی را ارائه می دهد.

بدون وجود سیستم هوای تازه

• غلظت CO₂ در شرایط عملکرد K1 زمانی که تصفیه کننده به تنهایی کار می کند تقریباًppm ۲۰۰۰ است.
• هنگامی که تصفیه کننده و تهویه مطبوع به طور همزمان کار می کنند، غلظت CO₂ تقریباًppm ۱۹۹۸ است.

تحت این شرایط، توزیع غلظت CO₂ نسبتا یکنواخت است. زیرا سازماندهی جریان هوای تصفیه کننده و تهویه مطبوع به طور کامل توسعه یافته است. غلظت CO₂ در اطراف بدن انسان به دلیل تنفس سرنشینان بیشترین میزان را دارد.

با وجود سیستم هوای تازه

سیستم هوای تازه؛ هوای تازه را از بیرون وارد اتاق می‌کند که می‌تواند به طور موثری CO₂ داخلی را رقیق و حذف کند. زمان رقت را می توان به عنوان زمان مورد استفاده برای رقیق کردن CO₂ زیر ppm  ۱۰۰۰ تعریف کرد. مشاهده می شود که CO₂ داخلی را می توان در ۳۰ دقیقه با غلظت اولیه ppm ۲۰۰۰ زیر ppm  ۱۰۰۰ رقیق کرد. برای نشان دادن بیشتر توزیع CO₂ داخلی، توزیع غلظت CO₂ در ۱.۲Z= متر پس از اینکه سیستم به مدت ۳۰ دقیقه کار کرد در شکل ۱۱ نشان داده شده است.

شکل 11a نمودار غلظت CO₂ را تحت شرایط K3 نشان می دهد که در آن سیستم هوای تازه و تصفیه کننده به طور همزمان کار می کنند. با وجود سیستم هوای تازه، غلظت CO₂ داخلی تقریباً ppm  ۸۴۶ بود که ۵۷.۷ % کمتر از آن در شرایط K1 و K2 بود. اگر چه سطح CO₂ بسیار پایین تر است و توزیع غلظت CO₂ داخلی در این شرایط یکنواخت نیست. ناحیه زیر خروجی هوای تازه کمترین غلظت CO₂ یعنی تقریباًppm  ۶۲۱ را دارد. غلظت CO₂ در قسمت چپ اتاق کمی بیشتر از قسمت سمت راست اتاق است به این معنا که تقریباًppm ۸۶۰ برای قسمت چپ و ppm۷۸۵ برای قسمت راست اتاق بود. این به این دلیل است که جریان هوا از سیستم هوای تازه با جریان تصفیه کننده در سمت چپ اتاق تلاقی می کند و هوای تازه نمی تواند مستقیماً به سمت چپ اتاق برسد. دلیل دیگر این است که خروجی سیستم هوای تازه در سقف بالایی سمت راست قرار دارد. بنابراین، ورودی و خروجی سیستم هوای تازه باید مطابق با محاسبه توزیع جریان هوا به خوبی طراحی شود.

شکل 11b توزیع غلظت CO₂ را تحت عملکرد مشترک سیستم هوای تازه، تصفیه کننده و تهویه مطبوع نشان می دهد. توزیع غلظت CO₂ داخلی در شرایط عملیات مشترک کمتر است و مقدار متوسط ​​آنppm ۸۱۱ است که تقریباً ۵۹.۵% کمتر از شرایط K1 و K2 بدون وجود سیستم هوای تازه است. این به این دلیل است که سیستم هوای تازه؛ هوای تازه را برای رقیق کردن CO₂ معرفی کرده است.

تحت شرایط عملیات مشترک (K4)، توزیع غلظت CO₂ داخلی نسبتاً یکنواخت است. این به این دلیل است که دستگاه های تهویه مطبوع به مخلوط شدن هوای تازه با هوای داخل خانه کمک می کنند. علاوه بر این، میانگین غلظت CO₂ در شرایط K4 ؛ ۴.۱% کمتر از شرایط K3 است. بنابراین، عملکرد مشترک این سه سیستم بیشترین تأثیر رقت را بر CO₂ دارد. اگرچه توزیع CO₂ با کمک AC ها بسیار یکنواخت است، اما سطح CO₂ در قسمت چپ کمی بالاتر از قسمت سمت راست به دلیل آرایش ورودی و خروجی هوای تازه است.

به طور خلاصه، برای حفظ هوای تازه داخل خانه و راندمان کاری بالای افراد، سیستم هوای تازه ضروری است. برخورد هوای تازه و تصفیه کننده هوا ممکن است باعث توزیع غیریکنواخت جزئی CO₂ شود. بنابراین، موقعیت نسبی ورودی هوای تازه و دستگاه تصفیه هوا باید به خوبی مرتب و تعبیه شوند.

 

نکات تحقیق:

 

• این مطالعه تأثیر هم افزایی استفاده ترکیبی از یک تصفیه کننده هوا، واحد تهویه مطبوع و سیستم هوای تازه را بر کیفیت هوای داخل خانه بررسی نمود.
• به دلیل محدودیت‌های قابل اندازه‌گیری، تمرکز برPM₅ و CO₂ را به‌عنوان شاخص‌های IAQ انتخاب شد و اذعان می‌کنیم که حذف VOCs نشان‌دهنده محدودیت تحقیقات است.
• برای تجزیه و تحلیل اثرات هم افزایی سیستم یکپارچه، از یک رویکرد ترکیبی (روش های تجربی و محاسباتی) استفاده گردید که میتوانید مراحل محاسباتی را در مقاله اصلی مشاهده کنید.
• پذیرفته شده است که شبیه‌سازی‌های محاسباتی ذاتاً در معرض خطاهایی هستند که ممکن است از ساده‌سازی مدل و انحراف از حالت واقعی در شرایط مرزی و اولیه ناشی شود.
• با توجه به شرایط مرزی، سرعت خروجی معمولاً یکنواخت فرض می‌شود که خطای احتمالی روش شبیه‌سازی نیز می‌باشد. مدل‌های شبیه‌سازی مورد استفاده در این مطالعه در برابر داده‌های تجربی تأیید شده‌اند و نشان می‌دهند که خطاهای مرتبط در آستانه‌های قابل قبولی هستند. بر اساس مدل تایید شده، شبیه سازی های خود را به یک اتاق اداری بزرگ با استفاده از معادلات حاکم برای انتقال گرما، جرم و چند گونه گسترش داده اند.
• توجه به این نکته حائز اهمیت است که مطالعه حاضر عملکرد عملیاتی بلند مدت و الزامات نگهداری سیستم ترکیبی را بررسی نمی کند. در یک سیستم یکپارچه که در آن تصفیه‌کننده هوا، واحدهای تهویه مطبوع و سیستم‌های هوای تازه به طور هماهنگ عمل می‌کنند، تعامل بین الگوهای جریان هوا و دینامیک انتقال گونه‌ها پیچیده است. در نتیجه، پویایی عملیاتی و عملکرد بلندمدت سیستم ترکیبی پیامد مهمی برای کاربرد عملی آن است. بنابراین، بررسی جامع در مورد الزامات عملکرد و نگهداری طولانی مدت یکی از زمینه های حیاتی برای تحقیقات آینده است.

 

نتیجه گیری:

این مقاله از روش‌های شبیه‌سازی تجربی و عددی برای بررسی تأثیر شرایط عملیاتی مختلف بر روی میدان‌های سرعت، میدان‌های غلظت و زمان‌های تصفیه در مناطق مختلف داخلی استفاده نمود. بنابراین بر اساس تجزیه و تحلیل فوق، نتایج زیر را می توان به دست آورد:

(۱) هنگامی که دستگاه تصفیه هوا به تنهایی کار می کند؛

هوای تصفیه کننده به سقف متصل می شود و به جلو فرستاده می شود که می تواند غلظت PM_2.5  را در ۴۶ دقیقه به ۱۵ میکروگرم بر متر مکعب کاهش دهد. برای دستیابی به عملکرد تصفیه بهتر برای منطقه فعال یعنی جایی که افراد حضور دارند، توصیه می شود که تصفیه کننده در نزدیکی ساکنین قرار گیرد. در این شرایط، غلظت CO₂ ثابت می ماند.

(۲) عملکرد ترکیبی یک تصفیه کننده و تهویه مطبوع؛

باعث افزایش اختلال در جریان هوای داخلی و کاهش زمان تصفیه می شود. PM_2.5   سریعتر برای تصفیه به تصفیه کننده بازگردانده می شود و زمان تصفیه را ۱۵.۲٪ کاهش می دهد. در این شرایط غلظت CO₂ ثابت می ماند زیرا دستگاه تصفیه هوا و تهویه هوا توانایی حذف CO₂ را ندارند. با این حال، جریان هوا برای تهویه مطبوع از جانب تصفیه کننده از شکل دهی جریان هوا به مناطق دورتر جلوگیری می کند و باعث افزایش توزیع ناهموار غلظت آلاینده ها در اتاق می شود.

غلظت آلاینده ها در قسمت سمت راست اتاق تقریباً ۱۰ میکروگرم بر متر مکعب بیشتر از قسمت چپ اتاق است. بنابراین توصیه می شود که دستگاه تصفیه هوا و کولر گازی را در موقعیت مخالف قرار دهید و قسمت ساکنین باید بین خروجی کولر گازی و تصفیه کننده تنظیم شود.

(۳) سیستم هوای تازه بر آلاینده های داخل ساختمان اثر رقیق سازی دارد و می تواند غلظت آلاینده ها را کاهش داده و زمان تصفیه را کوتاه کند. در مقایسه با یک دستگاه تصفیه کننده، یک سیستم هوای تازه می تواند به طور قابل توجهی تصفیه PM_2.5  داخلی را بهبود بخشد و زمان تصفیه را می توان تا ۳۲.۶% کاهش داد. غلظت CO₂ در K3 و K4 با سیستم هوای تازه تقریباً ۵۹.۵%  کمتر از سیستم بدون هوای تازه بود. این به این دلیل است که سیستم هوای تازه می تواند CO₂ داخلی را رقیق کند. بنابراین، سیستم هوای تازه نقش مهمی در کاهش غلظت CO₂ داخلی دارد.

سیستمهای هوای تازه به دلیل رقیق شدن و تخلیه آلاینده ها نقش مهمی در بهبود کیفیت هوای داخل ساختمان دارند. برای به دست آوردن توزیع یکنواخت PM_2.5  و CO₂، آرایش دستگاه تصفیه هوا و ورودی و خروجی سیستم هوای تازه باید به خوبی طراحی شود.

 

هنگامی که این سه سیستم با هم کار می کنند؛ می توانند به بهترین کیفیت هوای داخلی دست یابند:

• تصفیه کننده هوا؛ عمدتاً برای پیشبرد PM₅  استفاده می شود.
• سیستم هوای تازه؛ هوای تازه را برای رقیق کردن آلاینده های داخل ساختمان از جمله PM₅ و CO₂ آماده می کند.
• تهویه مطبوع؛ عمدتاً برای کنترل دمای داخلی است و همچنین گردش هوای داخل خانه را افزایش می دهد که می تواند توزیع غلظت آلاینده را یکنواخت تر کند.