CFM چیست؟ بررسی کاربرد در تجهیزات سرمایشی، گرمایشی و تهویه مطبوع

در حال حاضر، تهویه مطبوع و کنترل دمای محیطی که در آن زندگی می‌کنیم به یکی از نیازهای اساسی زندگی روزمره‌مان تبدیل شده‌است. به همین دلیل باید با مفاهیم رایجی که در این حوزه بکار می‌روند مانند «CFM» یا «فوت مکعب در دقیقه» که یک واحد کلیدی در اندازه‌گیری جریان هوا در سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی است، آشنا باشیم. CFM نه‌تنها به ما کمک می‌کند تا میزان هوای منتقل‌شده در یک سیستم را اندازه‌گیری کنیم، بلکه نقشی حیاتی در بهینه‌سازی عملکرد تجهیزات تهویه مطبوع ایفا می‌کند. با شناخت کامل این واحد اندازه‌گیری، می‌توانیم سیستم‌های تهویه‌ مناسب محیط کار یا زندگی خودمان را انتخاب کنیم.

در این مطلب قصد داریم به بررسی اهمیت CFM در سیستم‌های تهویه مطبوع پرداخته و به‌طور خاص به فرمول‌های محاسبه آن اشاره کنیم. با درک این فرمول‌ها، می‌توانیم ظرفیت هوادهی تجهیزات سرمایشی و تجهیزات گرمایشی را به‌طور دقیق محاسبه کرده و از این طریق، کیفیت هوای داخلی را بهبود بخشیم. با ما همراه باشید تا ببینیم چگونه CFM می‌تواند به بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی کمک کند.

 CFM مخفف چیست؟

CFM مخفف عبارت «Cubic Feet per Minute» به معنای «فوت مکعب در دقیقه» است. واحد اندازه‌گیری CFM، در صنعت تهویه مطبوع (HVAC)، حجم هوای منتقل‌شده در تجهیزات گرمایشی، سرمایشی و تهویه (هواکش) در هر دقیقه را تعیین می‌کند. مقدار CFM به ما کمک می‌کند تا بفهمیم چه مقدار هوا در یک زمان مشخص از طریق سیستم‌ها عبور می‌کند. اما چرا این واحد اندازه‌گیری برای ما مهم است؟

اهمیت CFM و انتخاب مناسب آن در سیستم تهویه مطبوع

در‌صورتی که مقدار CFM با متراژ فضا همخوانی داشته‌باشد، هوای گرم یا سرد طبق برنامه و در کمترین زمان ممکن به‌راحتی به هر گوشه از فضای مورد‌نظر می‌رسد. حتما می‌دانید که کم‌بودن جریان هوا می‌تواند منجر‌به این شود که گرما یا سرما به جای پخش‌شدن در محیط، فقط در یک یا چند نقطه خاص جمع شود. زیاد‌بودن بیش‌از‌حد جریان هوا نیز می‌تواند باعث ایجاد کوران هوا و افزایش مصرف انرژی شود.

متعادل‌کردن CFM برای به حداکثر رساندن بهره‌وری انرژی بسیار مهم است و به همین دلیل در طراحی و نگهداری از سیستم‌های HVAC اهمیت زیادی دارد. همچنین زمانی که هوا در سراسر محیط متعادل است، افراد هیچ گونه احساس گرمای زیاد یا سردی ناگهانی را حس نخواهند کرد. از طرفی دیگر، نیازی نیست که سیستم در برخی قسمت‌ها به‌سختی کار کند و در دیگر قسمت‌ها، عملکرد ضعیفی داشته‌ باشد.

یادتان باشد که از CFM فقط برای کنترل دما استفاده نمی‌شود. در‌واقع، متعادل‌ کردن سی‌اف‌ام بر کیفیت هوای داخل ساختمان (IAQ) نیز تاثیر می‌گذارد. کافی‌بودن جریان هوا دارای مزایای بی‌شماری مانند تهویه مناسب، رقیق‌کردن و حذف آلاینده‌های داخلی، حذف آلرژن‌ها و تناسب رطوبت محیط است. ناکافی‌بودن CFM نیز می‌تواند باعث شود که آلاینده‌ها در فضای اتاق شما باقی بمانند.

در‌نتیجه، در‌نظر گرفتن CFM در زمان انتخاب و نصب سیستم سرمایشی، گرمایشی، انواع هواکش‎‌ صنعتی و هواکش‌‎های خانگی، به هوای سالم محیط زندگی یا کار کمک می‌کند.

 کاربرد CFM چیست؟

CFM با تعداد دفعاتی که هوای داخل خانه شما با هوای تازه از بیرون جایگزین می‌شود ارتباط مستقیم دارد. جریان هوای مناسب مزایای بی‌شماری برای سلامت و بالا بردن طول عمر و بهره‌روی سیستم تهویه دارد. مهم‌ترین کاربرد‌های این واحد اندازه‌گیری عبارتند‌از:

1. تعیین ظرفیت دقیق سیستم‌های HVAC

CFM یک ابزار مفید و کلیدی برای تعیین ظرفیت سیستم‌های گرمایشی، سرمایشی و تهویه مطبوع است. مهندسان با اندازه‌گیری CFM می‌توانند مطمئن شوند که سیستم گرمایشی/سرمایشی، هوای کافی را برای تامین دمای مناسب و کیفیت هوای مطلوب فضای مورد‌نظر فراهم می‌کند.

2. اطمینان از جریان هوای مناسب

جریان هوای مناسب برای عملکرد و کارایی سیستم HVAC بسیار مهم است. در‌صورتی که جریان هوای محیط خیلی کم باشد، سیستم سرمایشی/گرمایشی برای گرم‌کردن یا خنک‌کردن موثر فضای شما با مشکل مواجه خواهد شد. برعکس، اگر جریان هوا خیلی بیشتر از مقدار مورد‌نیاز باشد، می‌تواند منجر‌ به مشکلاتی مانند افزایش مصرف انرژی و فرسودگی زودهنگام اجزای سیستم مورد نظر شود. بهره‌روی و طول‌عمر بالای سیستم؛ نتیجه‌ی انتخاب CFM متناسب با متراژ اتاق است.

3. متعادل‌کردن رطوبت، حذف آلودگی و حفظ کیفیت هوای داخل ساختمان

کافی‌بودن سطح CFM برای حفظ کیفیت خوب هوای داخل ساختمان ضروری است. جریان هوای مناسب ‌به حذف آلاینده‌های داخلی، مواد حساسیت‌زا و رطوبت اضافی کمک کرده و محیط زندگی‌تان را سالم‌تر می‌کند. جریان هوای ناکافی نیز می‌تواند منجر‌ به تجمع آلاینده‌هایی مانند کپک شود که این امر بر سلامت و راحتی ساکنان تاثیر منفی می‌گذارد.

4. اندازه و کارایی سیستم

در زمان انتخاب یا نصب یک سیستم تهویه مطبوع (سیستم‌های گرمایشی، سرمایشی و هواکش خانگی و…)، باید محاسبه CFM به‌طور صحیح و دقیق انجام شود. در‌صورتی که قدرت سیستم شما کم باشد، باید برای حفظ دمای مطلوب تلاش بیشتری کند. سیستم‌های با اندازه بزرگ نیز می‌توانند باعث چرخه کوتاه، مصرف انرژی ناکارآمد و افزایش هزینه قبض‌های آب و برق شوند.

• راهنمای نگهداری و سرویس کولرهای آبی [آموزش نحوه روغن کاری کولر آبی]

5. بهینه‌سازی عملکرد و افزایش طول‌عمر تجهیزات

در‌صورتی که میزان جریان هوایی که سیستم سرمایشی/گرمایشی ایجاد می‌کند کافی باشد، فشار بر روی سیستم کاهش یافته و در‌نتیجه عمر مفید آن افزایش می‌یابد. این به معنای کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری و افزایش طول‌عمر تجهیزات شماست.

• چگونه طول عمر کولر آبی را افزایش دهیم؟ معرفی 20 راهکار ساده

6. تاثیر قابل‌توجه بر مصرف انرژی و محیط زیست

مدیریت CFM می‌تواند به بهینه‌سازی مصرف انرژی منجر شود. سیستم‌های HVAC که دارای CFM مناسب هستند، معمولا انرژی کمتری مصرف می‌کنند و در‌نتیجه، هزینه‌های انرژی را کاهش می‌دهند. همچنین، این امر به حفظ محیط زیست و کاهش اثرات منفی بر روی منابع طبیعی کمک می‌کند.

معرفی روش‌های محاسبه و فرمول CFM

برای محاسبه CFM می‌توانید هم از روش دستی و هم از روش خودکار استفاده کنید:

1. روش‌های دستی: این روش‌ شامل استفاده از فرمول‌ها و ابزارهای اولیه مانند نوارهای اندازه‌گیری و بادسنج‌ها است. اگرچه محاسبات دستی می‌توانند تخمین تقریبی ارائه دهند، اما مستعد خطا هستند. روش دستی شامل دو راهکار است:

• محاسبه سرانگشتی: می‌توانید مقدار CFM را ‌با‌توجه به حجم اتاق ‌به‌صورت سرانگشتی تخمین بزنید.
• محاسبه اصولی: در این روش، ابتدا بار برودتی فضا محاسبه شده و مقدار CFM ‌با‌توجه به برخی فاکتور‌های دیگر محاسبه می‌شود. سپس، برای انتخاب سیستم سرمایشی/گرمایشی مناسب، مقدار بدست‌آمده با دیتاشیت برند سیستم مورد‌نظر مطابقت داده می‌شود.

2. روش خودکار: در این روش، از ماشین‌حساب‌های پیشرفته‌ای مانند ماشین‌حساب آنلاین Duct Size CFM برای اندازه‌گیری‌ دقیق CFM استفاده می‌شود. این ابزارها تمام پارامترهای مختلف را برای محاسبه دقیق در‌نظر می‌گیرند.

قبل از اینکه به سراغ محاسبه CFM بروید، بهتر است ابزار‌های زیر را آماده کنید:

• بادسنج‌ (Anemometer): برای اندازه‌گیری سرعت هوا یا همان تعداد دفعات تعویض هوا استفاده می‌شود. توجه داشته‌باشید که به جای اندازه‌گیری سرعت هوا فقط در یک نقطه، باید سرعت هوا را در سراسر کانال میانگین‌گیری کنید.
• ماشین‌حساب‌های اندازه کانال: این ماشین‌حساب‌ها برای تعیین سریع مساحت کانال استفاده می‌شوند.

فرمول اصلی و پایه برای محاسبه CFM ‌به‌صورت زیر است:

در این فرمول، سرعت هوا به فوت در دقیقه (FPM) و مساحت مقطع کانال به فوت مربع (sq ft) محاسبه می‌شود. با ضرب این دو مقدار، حجم هوای مورد‌نیاز در یک دقیقه بدست می‌آید.

برای محاسبه CFM بر‌اساس حجم اتاق، از فرمول زیر استفاده می‌شود:

در فرمول بالا، مساحت کف به فوت مربع و ارتفاع سقف به فوت اندازه‌گیری می‌شود. تعداد تعویض هوا (ACH) نیز با بادسنج‌ اندازه‌گیری شده و نشان‌دهنده تعداد دفعاتی است که هوای اتاق در یک ساعت تعویض می‌شود.

مثال محاسبه مقدار CFM اتاق

فرض کنید اتاقی با ابعاد ۱۵ فوت در ۱۲ فوت در ۱۰ فوت داریم و هواسنج مقدار ACH در نقاط مختلف این اتاق را به‌طور متوسط 10 نشان می‌دهد. در قدم اول باید حجم این اتاق را محاسبه کنیم:

15 × 12 × 10 = حجم اتاق) 1800 فوت مکعب)

محاسبه CFM برای این اتاق ‌به‌صورت زیر انجام می‌شود:

10 / 60 × ۱۸۰۰ = ۳۰۰ CFM

پارامترهای موثر بر محاسبه CFM

پارامتر‌های زیر بر روی مقدار CFM فضای مورد‌نظر شما تاثیر مستقیم دارند:

1. طراحی کانال‌کشی

کانال‌هایی که به‌خوبی طراحی شده‌اند و دارای ابعاد و چیدمان مناسب هستند، باعث روان‌تر‌شدن جریان هوای اتاق می‌شوند. از طرف دیگر، کانال‌هایی که طراحی ضعیف یا کوچک دارند، منجر‌به کاهش CFM و توزیع ناهموار هوا می‌شوند.

2. انسدادها و نشتی‌ها

در‌صورتی که دریچه‌های تهویه توسط مبلمان یا سایر موانع مسدود شوند و همچنین نشتی در کانال‌کشی وجود داشته‌باشد، احتمال اینکه ورود جریان هوای مناسب با مشکل مواجه شود وجود دارد. رسیدگی به این مشکلات برای حفظ CFM بهینه و به حداکثر رساندن کارایی سیستم HVAC بسیار مهم است.

3. کیفیت فیلتر‌ها

مسدود‌شدن یا بی‌کیفیت‌بودن فیلترها، جریان هوا را محدود کرده و باعث می‌شود که سیستم برای حفظ دمای مطلوب سخت‌تر کار کند. تعویض منظم فیلترها و استفاده از فیلتر‌های با کیفیت بالا می‌تواند به جلوگیری از این مشکلات کمک کند.

4. طراحی خانه

تعداد و محل قرارگیری پنجره‌ها، نوع سقف مانند سقف‌های طاق‌دار و تمام مواردی که مربوط به طراحی خانه می‌شود بر روی مقدار CFM تاثیر می‌گذارند. به‌عنوان مثال، پنجره‌ها بر مسیرهای جریان هوا تأثیر می‌گذارند و سقف‌های طاق‌دار نیز الگوهای گردش هوا را تغییر می‌دهند.

محاسبه cfm یک اتاق

فرمول‌های مختلفی برای محاسبه CFM یک اتاق وجود دارد و پارامتر‌های این فرمول‌ها بر‌اساس سیستم‌های سرمایشی یا گرمایشی بکار‌رفته در فضای مورد‌نظر تعیین می‌شود. یکی از این پارامتر‌ها BTU یا همان واحد حرارت بریتانیایی است که برای محاسبه دقیق میزان گرمایش و سرمایش مطابق با اندازه فضای مورد‌نظر استفاده می‌شود.

• BTU چیست و چه کاربردی دارد؟ (نحوه محاسبه BTU)

محاسبه CFM بر‌اساس BTU و حجم اتاق

برای محاسبه مقدار BTU، از مساحت و ضریب سرمایشی/ گرمایشی استفاده می‌شود. مقدار CFM بر‌اساس BTU نیز با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود:

در فرمول بالا:

• BTU: مقدار گرما یا سرمایی که باید تامین شود.
• ΔT: تفاوت دما بین هوای ورودی و خروجی (درجه فارنهایت).
• 1.08: یک عدد ثابت است که برای تبدیل BTU به CFM استفاده می‌شود.

اگر بخواهیم مقدار CFM مطابق با ظرفیت بار یک کولر گازی را محاسبه کنیم، ابتدا باید BTU آن را بدست آوریم و پس از محاسبه تفاوت دمای هوای ورودی (دمای هوای محیط) و خروجی (دمای هوای تولید شده توسط کولر)، مقدار CFM را محاسبه کنیم. جدول زیر، مثالی از مقدار CFM ،BTU و اندازه اتاق را نشان می‌دهد (مقدار تفاوت دما را ۲۰ در‌نظر می‌گیریم):

همانطور که در جدول بالا مشاهده می‌کنید، CFM و BTU رابطه مستقیم دارند. به عبارتی دیگر، هر چه میزان BTU فضا بیشتر باشد، مقدار CFM‌ نیز بیشتر خواهد بود.

روش و فرمول محاسبه CFM در هواساز و فن کویل

‌هوا‌سازها (Air Handler) و فن کویل‌ها (Fan Coil) هر دو اجزای مهمی در سیستم‌های تهویه مطبوع هستند؛ اما عملکرد و کاربردهای متفاوتی دارند. مهم‌ترین تفاوت این دو دستگاه در این است که ‌هوا‌سازها برای تهویه و تصفیه هوای کل ساختمان طراحی شده‌اند و می‌توانند هوای تازه را از خارج به داخل ساختمان وارد کنند. در مقابل، فن کویل‌ها فقط با هوای داخلی سر‌و‌کار دارند و نمی‌توانند هوای تازه را از خارج به داخل وارد کنند.

برای محاسبه CFM هواساز و فن کویل باید از فرمول زیر استفاده کنید:

(Q × 3600) / (1200 × ΔT) / 1.7 = cfm

مقدار Q در فرمول بالا از یکی از دو روش زیر بدست می‌آید:

در دو فرمول بالا:

• M: ظرفیت هوادهی هواساز و فن کویل
• C: گرمای ویژه هوا در فشار ثابت
• ΔT: اختلاف دمای هوای ورودی و خروجی (در هواساز)
• V: حجم فضای مورد‌نیاز (متر مکعب)
• N: تعداد دفعات تعویض هوا در یک ساعت

مثال محاسبه CFM برای فن کویل‌ها

فرض کنیم برای ظرفیت هوادهی دستگاه یک فن کویل،  گرمای ویژه هوا و اختلاف دما به شرح زیر است و در مورد حجم فضا (متر مکعب) و تعداد دفعات تعویض هوا در یک ساعت اطلاعاتی نداریم.

• ظرفیت هوادهی دستگاه (M) = 500 CFM
• گرمای ویژه هوا (C) = 0.24 btu/lb°F
• اختلاف دما  (ΔT)= 20 °F

ابتدا باید مقدار Q را از رابطه زیر محاسبه کنیم:

M × C × ΔT = 2400 btu/h

حالا طبق فرمول CFM برای محاسبه فن کویل‌ها، پاسخ حدود 211.76 CFM می‌شود.

مثال محاسبه CFM برای هواساز

مقدار Q برای یک هواساز با حجم فضای 50 مترمکعب (V) و تعداد دفعات تعویض هوا 6 بار در ساعت (N) برابر است با 300 m³/h.

حالا برای محاسبه CFM ابتدا باید مترمکعب را به فوت مکعب تبدیل کنید؛ که هر مترمکعب حدودا برابر است با 35.3147 فوت‌مکعب. با جایگذاری اعداد بدست آمده در فرمول محاسبه CFM در هواساز، CFM لازم برای این هواساز برابر است با 78.4 CFM.

تفاوت CFM و PSI

CFM و PSI (مخفف عبارت Pounds per Square Inch) دو واحد اندازه‌گیری مهم در سیستم‌های هوای فشرده هستند که هر کدام به جنبه‌های مختلف عملکرد کمپرسورهای هوا اشاره دارند. جدول زیر، تفاوت‌های این دو واحد اندازه‌گیری را نشان می‌دهد:

CFM و PSI به‌طور معکوس با یکدیگر مرتبط هستند. این به این معناست که با افزایش PSI، مقدار CFM کاهش می‌یابد. رابطه معکوس این دو واحد اندازه‌گیری به دلیل محدودیت‌های فیزیکی کمپرسور و رفتار گازها است: اگر فشار بیشتری بخواهید، حجم هوای کمتری می‌توانید دریافت کنید و برعکس.

توصیه می‌شود برای انتخاب تجهیزات گرمایشی یا سرمایشی از دو واحد CFM و PSI با توجه به نوع سیستم نوع توجه کنید. ‌به‌عنوان مثال، اگر به یک سیستم نیاز دارید که به فشار بالایی نیاز دارد، باید در کنار توجه به مقدار PSI، مطمئن شوید که مقدار CFM نیز کافی است.