حاسبة معدل تدفق الهواء

تحسب حاسبة معدل تدفق الهواء عدد مرات تغيير الهواء في الساعة (ACH): أي عدد مرات استبدال هواء الغرفة بالكامل خلال ساعة واحدة. كما تعمل بالعكس، فتحسب تدفق الهواء اللازم توفيره بواسطة مروحة أو فتحة تهوية لتحقيق قيمة ACH مستهدفة.

ما المقصود بتغيّرات الهواء في الساعة؟

تنقل المروحة أو فتحة التهوية الهواء إلى الغرفة وتدفع الهواء الراكد إلى الخارج. إذا كان تدفق الهواء يعادل كمية هواء تكفي لملء غرفة واحدة في الساعة، تحصل الغرفة على 1 تغيّر هواء في الساعة. وإذا نقل حجمَي غرفتين خلال ساعة، تحصل على 2 من ACH. تشير قيمة ACH الأعلى عادةً إلى هواء أكثر نضارة، ورطوبة محبوسة أقل، وجسيمات أقل محمولة جوًا. لكن قيمة ACH المرتفعة جدًا تزيد التكلفة أيضًا، لأن تشغيل المروحة بجهد أكبر يستهلك طاقة أكثر ويسحب كمية أكبر من الهواء الذي يحتاج إلى تدفئة أو تبريد.

معادلة معدل تدفق الهواء

تساوي ACH معدلَ تدفق الهواء مقسومًا على حجم الغرفة. والحجم هو الطول مضروبًا في العرض ثم الارتفاع، على أن تكون جميعها بالوحدة نفسها.

$\text{الحجم} = L \times W \times H$

في الوحدات المترية، يُقاس تدفق الهواء بالمتر المكعب في الساعة (m³/h)، وهي وحدة تتوافق أصلًا مع عبارة «في الساعة» في ACH:

$\text{ACH} = \frac{\text{تدفق الهواء (m³/h)}}{\text{الحجم (m³)}}$

في الوحدات الإمبراطورية، يُعطى تدفق الهواء عادةً بوحدة CFM، أي قدم مكعب في الدقيقة. ويؤدي الضرب في 60 إلى تحويله إلى قدم مكعب في الساعة قبل قسمته على حجم الغرفة:

$\text{ACH} = \frac{60 \times \text{تدفق الهواء (CFM)}}{\text{الحجم (قدم}^3\text{)}}$

تدفق الهواء اللازم لقيمة ACH مستهدفة

لتحديد السعة المناسبة لمروحة أو جهاز تنقية هواء، يُعاد ترتيب المعادلة لحساب تدفق الهواء بدلًا من ACH.

$\text{تدفق الهواء المطلوب (m}^3\text{/h)} = \text{ACH} \times \text{الحجم (m}^3\text{)}$

$\text{تدفق الهواء المطلوب (CFM)} = \frac{\text{ACH} \times \text{الحجم (قدم}^3\text{)}}{60}$

مثال تطبيقي

أبعاد غرفة اجتماعات هي 5 متر في 4 متر في 3 متر. وحجمها هو:

$5 \times 4 \times 3 = 60 \text{ m}^3$

توفر فتحة تهوية 360 m³/h من الهواء. وتبلغ قيمة ACH لديها:

$\text{ACH} = \frac{360}{60} = 6$

تحصل الغرفة على 6 تغيّرات هواء في الساعة.

تنطبق الأرقام نفسها بالعكس. تحتاج غرفة مساحتها 6,000 ft³ (170 m³) إلى معدل تغيّر الهواء قدره 6 ACH، ولذلك تتطلب:

$\frac{6 \times 6{,}000}{60} = 600 \text{ CFM}$

تغيّرات الهواء الموصى بها حسب نوع الغرفة

تعتمد قيمة ACH المناسبة على طريقة استخدام المكان. يحتاج المطبخ أو الحمام إلى عدد أكبر من مرات تغيير الهواء مقارنةً بغرفة النوم، لأن الطهي والاستحمام يضيفان الرطوبة والروائح. وهذه نطاقات إرشادية هندسية شائعة. وتتقدم قوانين البناء المحلية والمعايير مثل ASHRAE 62.1 على غيرها في المشاريع الخاضعة للتنظيم.

نوع الغرفة	ACH النموذجية
مستودع	1–2
غرفة نوم	5–6
فصل دراسي	5–6
غرفة معيشة	6–8
حمام	6–8
مكتب	6–8
غرفة مستشفى	6–12
متجر تجزئة	6–10
مطبخ (سكني)	7–8
غرفة اجتماعات	8–12
مطعم / بار	8–12
مختبر	8–12
مطبخ تجاري	15–30

للحد من خطر الأمراض المنقولة جوًّا، توصي مراكز مكافحة الأمراض والوقاية منها في الولايات المتحدة (CDC) بالسعي إلى 5 مرات أو أكثر من تغيير الهواء في الساعة بهواء نظيف في الأماكن الداخلية المأهولة. وفي المستشفيات، تحدد إرشادات مكافحة العدوى الصادرة عن CDC حدًّا أدنى هو 6 مرات تغيير للهواء في الساعة لغرفة المريض و12 لغرفة عزل العدوى المنقولة جوًّا.

الأسئلة الشائعة

ما الفرق بين معدل تدفق الهواء وACH؟ معدل تدفق الهواء هو حجم من الهواء لكل وحدة زمنية، ويُقاس بـ m³/h أو CFM. وتقارن ACH تدفق الهواء هذا بحجم غرفة محددة. وتعطي المروحة نفسها قيمة ACH مرتفعة في خزانة صغيرة وقيمة ACH منخفضة في قاعة كبيرة.

ماذا تعني CFM؟ يرمز CFM إلى قدم مكعب في الدقيقة، وهي وحدة تدفق الهواء القياسية للمراوح وأجهزة تنقية الهواء ومعدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. ويؤدي ضرب CFM في 60 إلى تحويله إلى قدم مكعب في الساعة، وهو ما تحتاج إليه معادلة ACH.

هل تكون قيمة ACH الأعلى أفضل دائمًا؟ ليس دائمًا. فتغيّرات الهواء التي تتجاوز احتياجات الغرفة تهدر طاقة المروحة والطاقة المستخدمة لتدفئة الهواء الداخل أو تبريده. ويكون الهدف عادةً هو مطابقة النطاق الموصى به لنوع الغرفة.

هل تحدد هذه الحاسبة حجم نظام HVAC كامل؟ لا. فهي تحدد معدل التهوية لغرفة واحدة. ويأخذ التصميم الكامل لنظام HVAC أيضًا في الحسبان أحمال التدفئة والتبريد، وفواقد مجاري الهواء، والحد الأدنى لمعدلات تدفق الهواء الخارجي بناءً على الإشغال.

لماذا تضرب المعادلة الإمبراطورية في 60؟ تقيس CFM تدفق الهواء في الدقيقة، بينما تقيس ACH تغيّرات الهواء في الساعة. ويؤدي ضرب CFM في 60 إلى تحويل الدقائق إلى ساعات قبل القسمة على حجم الغرفة.

المراجع

U.S. Centers for Disease Control and Prevention (NIOSH). How Much Ventilation Is Enough? CDC: اسعَ إلى 5 مرات تغيير للهواء في الساعة — اسعَ إلى 5 أو أكثر من ACH للحد من الجسيمات الفيروسية المحمولة جوًّا.
U.S. Centers for Disease Control and Prevention. Guidelines for Environmental Infection Control in Health-Care Facilities (2003), Appendix B: Air. مكافحة العدوى البيئية في CDC، الملحق B — حد أدنى إجمالي لـ ACH قدره 6 لغرف المرضى و12 لغرف عزل العدوى المنقولة جوًّا.

حاسبة معدل تدفق الهواء — تغييرات الهواء في الساعة (ACH) و CFM