عدد مرات تغيير الهواء في الساعة

معدل تغيير الهواء في الساعة ، أو اختصارًا ACPH أو ACH ، هو عدد مرات تغيير حجم الهواء الكلي في غرفة أو حيز ما بالكامل خلال ساعة واحدة. إذا كان الهواء في الحيز متجانسًا أو مختلطًا تمامًا، فإن معدل تغيير الهواء في الساعة يقيس عدد مرات تغيير الهواء داخل حيز محدد كل ساعة. يشير الهواء المختلط تمامًا إلى حالة نظرية حيث يختلط هواء التزويد فورًا وبشكل متجانس مع الهواء الموجود مسبقًا في الحيز، بحيث تكون عوامل مثل عمر الهواء وتركيز الملوثات متجانسة مكانيًا. ^{[ 1 ]}

في العديد من أنظمة توزيع الهواء، لا يكون الهواء متجانسًا ولا مختلطًا تمامًا. وتعتمد النسبة الفعلية للهواء المُستبدل في حيز ما خلال فترة زمنية محددة على كفاءة تدفق الهواء في الحيز وطرق التهوية المُستخدمة. تتراوح هذه الأنظمة من نظام الإزاحة الكاملة ، الذي يُزيل ويُستبدل كل الهواء في الحيز، إلى نظام التدفق المختصر الذي يُستبدل فيه جزء ضئيل جدًا من الهواء الموجود. ^{[ 2 ]} تبلغ كمية الهواء المُستبدلة فعليًا في سيناريو تهوية جيد الخلط 63.2% بعد ساعة واحدة وبمعدل تغيير هواء واحد  في الساعة. ^{[ 3 ]} ولتحقيق ضغط التوازن ، يجب أن تتساوى كمية الهواء العائد (الهواء الخارج من الحيز) مع كمية هواء التغذية (الهواء الداخل إلى الحيز).

عصر الهواء

متوسط ​​الوقت المنقضي منذ دخول جزيئات الهواء في حجم معين من الهواء إلى المبنى من الخارج.

تركيز

كمية أحد المكونات المنتشرة في كمية محددة من مكون آخر.

التركيز، غاز التتبع

حجم أو كتلة الغاز المتتبع مقسومًا على حجم أو كتلة الهواء بالإضافة إلى الغاز المتتبع.

الهواء الطلق

هواء خارج المبنى أو مأخوذ من الهواء الطلق ولم يتم تدويره مسبقًا عبر النظام.

مزج مثالي

نمط توزيع تدفق الهواء النظري داخل مساحة مهواة حيث يتم خلط هواء الإمداد بشكل فوري وموحد مع الهواء الموجود في المساحة بحيث يكون تركيز جميع المكونات في الهواء، وعمر الهواء، موحدًا مكانيًا.

هواء العودة

الهواء المستخرج من مكان ما وإعادته كلياً أو جزئياً إلى مكيف الهواء أو الفرن أو أي مصدر حرارة آخر.

هواء التزويد

الهواء الداخل إلى مكان ما من جهاز تكييف الهواء أو التدفئة أو التهوية.

المصدر: ^{[ 1 ]}

تُستخدم معدلات تغيير الهواء غالبًا كقواعد عامة في تصميم أنظمة التهوية. مع ذلك، نادرًا ما تُستخدم كأساس فعلي للتصميم أو الحساب. على سبيل المثال، تُحسب معدلات التهوية في المساكن بناءً على مساحة المسكن وعدد شاغليه. ^{[ 5 ]} أما معدلات التهوية في المباني غير السكنية فتُحسب بناءً على مساحة الأرضية وعدد شاغليها، أو على تخفيف محسوب للملوثات المعروفة. ^{[ 6 ]} وتستخدم معايير تصميم المستشفيات معدل تغيير الهواء في الساعة. ^{[ 7 ]} ويمكن الاطلاع على معدلات تغيير الهواء الموصى بها في المعايير ذات الصلة. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} وتشير الأبحاث الحديثة إلى أن معدل تغيير الهواء في الساعة (ACH) وحده قد لا يكون معيارًا موثوقًا به لتقديم توصيات التهوية. ويمكن لمعيار جديد، هو معدل تغيير الهواء الفعال في الساعة (ACHH) الذي أطلق عليه مجتبى زبيحي وآخرون ^{[ 8 ]} اسم ACHH ، والذي يجمع بين معدل التدفق وأنماط تدفق الهواء واسعة النطاق، أن يوفر قياسًا أكثر دقة لكفاءة تزويد الهواء وتدويره داخل الغرفة. وهذا أمر بالغ الأهمية لإدارة انتشار الأمراض المنقولة بالهواء بفعالية. ^{[ 8 ]}

يُعدّ معدل تغيير الهواء في الساعة مقياسًا يُستخدم للتعبير عن فعالية نظام التهوية في المكان. وقد أدت المناقشات حول معيار ASHRAE 62، الخاص بالتهوية من أجل جودة هواء داخلي مقبولة، إلى تطوير طريقة أكثر مباشرة لقياس فعالية تغيير الهواء باستخدام غاز مُتتبّع. ^{[ 1 ]} الغاز المُتتبّع هو كمية صغيرة من غاز يسهل رصده، يُخلط بالهواء لدراسة أنماط تدفق الهواء. تُقارن هذه الطريقة مباشرةً عمر الهواء الذي يتنفسه شاغلو المكان بعمر الهواء الذي كان سيُستخدم لو كان هواء المكان مختلطًا تمامًا. صُممت هذه الطريقة لفهم تأثيرات أنماط تدفق الهواء داخل المكان بدقة أكبر، ولتحديد أو تجنب حالات مثل أنماط تدفق الهواء غير المتجانسة، حيث يذهب معظم هواء التغذية مباشرةً إلى العادم، ولا يختلط بالهواء الموجود مسبقًا. ^{[ 2 ] [ 1 ]}

هناك طريقتان لتطبيق هذه الطريقة؛ الطريقة الأكثر شيوعًا، وهي اضمحلال غاز التتبع (التنازلي)، تتكون من دفقة قصيرة من الغاز يتم حقنها في المكان لإنشاء تركيز ثابت داخل المبنى، ثم يتم إيقاف الحقن وتسجيل اضمحلال التركيز في موضع معين، والطريقة الثانية هي زيادة تركيز غاز التتبع، حيث يتم حقن غاز التتبع بمعدل ثابت ويتم تسجيل استجابة التركيز في موضع معين ^{[ 9 ].}

تُعدّ طريقة ضغط المروحة، والمعروفة أيضًا باختبار باب النفخ ، أكثر الطرق شيوعًا لقياس إحكام إغلاق المباني . ويُقاس ذلك بعدد مرات تغيير الهواء في الساعة (ACH) عند وجود فرق ضغط مقداره 50 باسكال بين خارج المبنى وداخله. إذا تدفق حجم هواء مساوٍ لحجم الهواء داخل المبنى عبر غلافه الخارجي خلال ساعة واحدة، فإنّ ACH = 1. ^{[ 10 ]} يُحسّن إحكام إغلاق المباني من كفاءة استهلاك الطاقة، إذ إنّ انخفاض مستويات الإحكام يُشير إلى ارتفاع معدلات تسرب الهواء ، والتيارات الهوائية، وخطر التكثيف، وتراكم الرطوبة، وغيرها من الآثار السلبية. ^{[ 11 ]} لهذا السبب، وضع معيار " البيت السلبي" متطلبات أداء لإحكام الإغلاق، بحيث يكون أقل من 0.6 ACH مع فرق ضغط بين داخل المبنى وخارجه مقداره 50 باسكال. ^{[ 12 ]}   

تجدر الإشارة إلى أن معدل تغيير الهواء المقاس باختبار باب النفخ، عند فرق ضغط 50 باسكال، يحاكي حالة هبوب رياح مستمرة  بسرعة 32  كم/ساعة في الخارج. ومن المرجح أن يكون تسرب الهواء الطبيعي، في ظل ظروف أكثر هدوءًا، أقل بكثير. ونتيجة لذلك، قد يكون ما يُسمى بمعدل تغيير الهواء الطبيعي أقل بعشرة إلى خمسة وعشرين مرة. ^{[ 13 ]} وهذا أمرٌ ذو أهمية بالغة، إذ تسعى منهجيات البناء عالية الأداء إلى الحفاظ على انخفاض معدل تغيير الهواء في ظل ظروف جوية قياسية قاسية، بينما قد تتطلب اعتبارات جودة الهواء معدل تغيير هواء طبيعيًا مرتفعًا بما فيه الكفاية.

أصبح استخدام التهوية القسرية لزيادة معدل تغيير الهواء ضرورة للحفاظ على جودة هواء مقبولة، حيث أصبح السكان مترددين في فتح النوافذ بسبب تغيرات سلوكية مثل إبقاء النوافذ مغلقة لأسباب أمنية. ^{[ 14 ]}

كثيراً ما يُشار إلى تغيير الهواء كوسيلة لمنع التكثف في المنازل المزودة بأنظمة تهوية قسرية، والتي غالباً ما تُصنّف بمعدل 3-5 تغييرات هواء في الساعة، دون مراعاة مساحة المنزل. مع ذلك، عندما يتجاوز معدل تغيير الهواء في الساعة 0.75، فمن غير المرجح أن يكون نظام التهوية القسرية فعالاً في التحكم بالتكثف، وفي هذه الحالة، يُعدّ العزل أو التدفئة حلولاً أفضل. ^{[ 14 ]} أظهرت دراسة أُجريت في نيوزيلندا عام 2010 أن سبعة من أصل ثمانية منازل كان معدل تغيير الهواء فيها (بعد تصحيحه وفقاً لعوامل التهوية) 0.75 أو أعلى. ^{[ 14 ]} وقد تبيّن في بعض الحالات أن وجود أنظمة التهوية القسرية يزيد الرطوبة بدلاً من خفضها. ^{[ 14 ]} من خلال إزاحة الهواء داخل المسكن بهواء مُتسرب (هواء قادم من خارجه)، يمكن لأنظمة التهوية ذات الضغط الإيجابي أن تزيد من احتياجات التدفئة (في الشتاء) أو التبريد (في الصيف) في المنزل. ^{[ 14 ] [ 15 ]} على سبيل المثال، للحفاظ على  درجة حرارة 15 درجة مئوية في مسكن معين،  يلزم حوالي 3.0 كيلوواط من التدفئة عند  معدل تهوية 0 (لا يوجد فقدان للحرارة بسبب خروج الهواء الدافئ من المسكن، بل يتم فقدان الحرارة عن طريق التوصيل أو الإشعاع)، و3.8  كيلوواط عند معدل تهوية 1، و4.5  كيلوواط عند  معدل تهوية 2. ^{[ 14 ]} وقد اعتُبر استخدام مساحة السطح للتدفئة أو التبريد غير فعال، حيث تحدث أقصى فوائد التدفئة في فصل الشتاء في المناطق الجنوبية (القريبة من القطب الجنوبي في هذه التقارير عن نصف الكرة الجنوبي)، ولكنها تعادل حوالي 0.5  كيلوواط فقط أو التدفئة التي توفرها حوالي خمس مصابيح متوهجة بقدرة 100 واط؛ وكانت تأثيرات التبريد في الصيف ضئيلة بالمثل، وكانت أكثر وضوحًا بالنسبة للمنازل الشمالية (القريبة من خط الاستواء). في جميع الحالات، افترضت القيم أن نظام التهوية يتوقف تلقائيًا عندما يكون الهواء المتسرب أكثر دفئًا أو برودة (حسب الاقتضاء) من الهواء الموجود بالفعل في المسكن، وإلا فإن ذلك سيؤدي إلى تفاقم الظروف غير المرغوب فيها في المنزل. ^{[ 15 ]}