نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

نکاتی درباره انواع سردخانه

منبع:ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۶ – تیر ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.
معرفی ساختار سردخانه‌ها
به طور کلی سردخانه‌ها به چهار قسمت اصلی تقسیم می‌شوند:

  1. اتاقک سردخانه
  2. کندانسینگ یونیت
  3. شیر انبساط
  4. اواپراتور

اتاقک سردخانه
در گذشته برای ساخت اتاقک یک سردخانه زیر صفر یا بالای صفر نیاز به ساخت یک سازه بتون آرمه به ضخامت ۲۲ سانتی‌متر بود و با استفاده از اندود سیمان از داخل و ایجاد سطحی صاف با دو لایه قیرگونی از داخل و سپس تخته‌کوبی، عایق حرارتی از جنس پلاستوفوم یا پلی یورتان، قسمت‌های مختلف اتاقک شامل سقف، کف و دیوارها را عایق می‌کردند و با ورق استیل یا گالوانیزه سطح عایق را پوشش می‌دادند. به این ترتیب یک بازه زمانی چند ماهه برای ساخت اتاقک سردخانه نیاز بود. این روش مدت زمان تحویل پروژه را طولانی می کرد و علاوه بر آن بار مالی زیادی را برای کارفرما ایجاد می‌نمود. اما امروزه با پیشرفت فناوری و با استفاده از روش‌های مهندسی ارزش که شیوه‌ای کارآمد برای شناسایی و حذف هزینه‌های غیر ضروری، کوتاه کردن زمان اجرا و بهینه‌سازی طرح‌ها می‌باشد تولیدکنندگان داخل و خارج کشور را بر آن داشته تا با ساخت ساندویچ پانل‌های پیش‌ساخته در دو نوع کشویی و پیچ و مهره‌ای امکان ساخت یک سردخانه را در زمان کوتاه در کمتر از یک هفته فراهم نمایند. از جمله قابلیت‌های این اتاقک‌ها می‌توان به خواص ضد رطوبت و ضد زنگ‌زدگی، با تنوع رنگ و قابلیت نصب و دمونتاژ در هر فضا، چگالی بالا (۳۴۰kg/m3)، مقاوم در مقابل ضربه و صدا، خاصیت ضد باکتری به علت داشتن روکش از جنس PVDF در لایه آخر برای سردخانه‌های لبنی کشتارگاه‌ها و … اشاره کرد.
کندانسینگ یونیت
کندانسینگ یونیت یا واحد تقطیر از دو قسمت کندانسور و کمپرسور که بر روی یک شاسی نصب شده‌اند تشکیل می‌شود و چرخه کارکرد آن به این صورت است که گاز فوق داغ با فشار و دمای بالا از کمپرسور خارج شده و وارد کندانسور می‌شود و گاز داغ پس از ورود به داخل لوله‌های کویل کندانسور، با کارکرد فن‌های کندانسور و عبور هوای محیط از روی لوله‌های کویل، خنک شده و به مایع تبدیل می‌شود. ظرفیت این کندانسینگ یونیت‌ها بر اساس چگالی هوای استاندارد (ارتفاع از سطح دریا) در شهرهای مختلف، متفاوت است. البته عوامل دیگری مانند دمای خشک محیط در فصل تابستان و اختلاف دمای خشک هوای ورودی با دمای مبرد تقطیرشونده نیز در ظرفیت کندانسینگ یونیت‌ها تاثیر دارد. لذا انتخاب این دستگاه‌ها در شهرهای مختلف باید طبق نظر مهندس مشاور صورت گیرد.
شیر انبساط
شیر انبساط در مسیر ورود مبرد به اواپراتور نصب می‌شود و وظیفه تنظیم جریان مبرد را در مدار بر عهده دارد و به دو شکل در دسترس قرار می‌گیرد:
الف)شیر انبساط ترموستاتیک: این شیرها با توجه به فرمانی که از طریق قسمت متعادل کننده (اکولایزر) و بالب (Bulb) خود دریافت می‌کنند مقدار جریان مبرد ورودی به اواپراتور را تنظیم می‌کنند.
ب)شیر انبساط الکترونیکی: این شیرها دبی مایع مبرد را با دقت زیاد با توجه به دمای مورد نیاز سردخانه کنترل کرده و مانع ورود مایع به کمپرسور می‌شوند و جایگزین مناسبی به جای شیرهای انبساط ترموستاتیک هستند.
اواپراتور
اواپراتور یکی از تجهیزات اصلی سیستم تبرید است که وظیفه تبخیر ماده مبرد را بر عهده دارد و در آن مایع به بخار تبدیل می‌شود. اواپراتور در اشکال مختلف سقفی و دیواری تولید می‌شود. سیستم دیفراست آن به این صورت است که کمپرسور و فن‌های اواپراتور و کندانسور به طور خودکار خاموش شده و سیستم دیفراست فعال می‌شود. سیستم دیفراست (ذوب برفک) به دو شکل به صورت هوشمند در مدار قرار می‌گیرد:
الف)سیستم المنتی
ب)سیستم برفک‌زدایی چرخه معکوس با گاز داغ
نکته: مقداری مبرد مایع در زمان خاموش شدن سیستم و برفک زدایی در اواپراتور باقی می ماند که با روشن شدن سیستم وارد کمپرسور می‌شود. در این صورت نصب اکومولاتوردر نزدیکی شیر مکش کمپرسور الزامی است.
عیوب کندانسینگ یونیت‌های نسل قدیم

  • نداشتن سیستم Winter Start و استارت متوالی کمپرسور سردخانه‌ها در فصول سرد که با تغییر شرایط فصلی موجب استهلاک کمپرسورها می‌شد.
  • نداشتن سیستم Fan Speed Control برای تنظیم شرایط کارکرد و دور متغیر کردن فن‌های کندانسور برای کاربری در فصول سرد (پاییز و زمستان) و کارکرد متناسب با فشار و دمای مبرد در فصل تابستان
  • نداشتن گرم‌کن روغن کمپرسور در بعضی از مدل‌ها
  • لرزش و صدای زیاد
  • عدم امکان تنظیم گاز دستگاه به علت کارکرد غیراصولی
  • افزایش مصرف برق
  • عدم محدودیت نصب در هر فضا
  • نداشتن سیستم رزرو

نسل جدید کندانسینگ یونیت‌های ماژولا و هوشمند سردخانه‌ها
مزایا و قابلیت‌های کندانسینگ یونیت‌های هوشمند

  • استفاده از کمپرسورهای اسکرال با راندمان بالا و چهل درصد صرفه‌جویی در مصرف برق
  • قابلیت کارکرد در دمای ۴۰- تا ۱۰+ درجه سانتی‌گراد
  • ماژولار بودن کندانسینگ یونیت‌ها و امکان راه‌اندازی کمپرسور دیگر در زمان خرابی کمپرسور اصلی، دارای برچسب انرژی A و قابلیت کار با سیستم BMS
  • دارا بودن قابلیت اتصال به سیستم
  • بدون لرزش و بیصدا در زمان کارکرد
  • دارای سیستم Winter Start برای شرایط کارکرد در فصول سرد سال
  • دارای سیستم کنترل دور فن کندانسور
  • مناسب نصب در هر فضا
  • افزایش راندمان و ظرفیت برودت در کمترین زمان ممکن
  • نصب اکومولاتور در نزدیکی کمپرسور برای جلوگیری از ورود مایع به کمپرسور در زمان دیفراست برای جلوگیری از شکستن سوپاپ‌ها

عیوب مهم شیرهای انبساط ترموستاتیک

  • نداشتن عملکرد رضایت‌بخش در ظرفیت‌های پایین‌تر از پنجاه درصد ظرفیت نامی که موجب ورود مایع و آسیب جدی به کمپرسورهای سیلندر پیستونی می‌شود.
  • نوسانات شدید دما و پایین آمدن کیفیت محصول در سردخانه‌ها
  • افزایش مصرف برق به علت تنظیم نبودن شرایط گاز و جریان مبرد
  • دشوار بودن تنظیم مقدار سوپرهیت و سابکولینگ
  • ایجاد پدیده Hunting و باز و بسته شدن شیر انبساط شده و ایجاد نوسانات شدید دما و فشار اواپراتور، کاهش ظرفیت برودتی و برگشت مایع به کمپرسور
  • نوسانات شدید اختلاف دمای اواپراتور (TD)؛ TD اختلاف دمای سردخانه با دمای اشباع مبرد جریانی در فشار خروجی اواپراتور است.

دو نکته:
الف)در صورتی که مقدار TD کم شود موجب افزایش رطوبت نسبی در سردخانه ها به خصوص در فصل زمستان شده و موجب ایجاد کپک، قارچ، باکتری و فاسد شدن گوشت و محصولات داخل سردخانه دیگر می‌شود.
ب)در صورتی که مقدار TD زیاد شود موجب تبخیر اضافی و کاهش رطوبت محصول شده و خراب شدن ظاهر و کیفیت محصول را در بر خواهد داشت.
برتری شیرهای انبساط الکترونیکی نسبت به شیرهای انبساط ترموستاتیک

  • انبساط ترموستاتیک
  • تنظیم آسان مقدار سوپرهیت و سابکولینگ
  • جلوگیری از ورود مایع به کمپرسور و طولانی شدن عمر کمپرسور به دلیل کنترل دبی مایع مبرد ورودی به اواپراتور
  • کاهش مصرف برق به علت تنظیم بودن شرایط مبرد
  • نگهداری آسان
  • ثابت ماندن دمای سردخانه و کیفیت محصول
  • تنظیم اختلاف دمای اواپراتور TD تا محدوده ۵ الی ۱۰ درجه سانتی‌گراد
  • عدم ایجاد پدیده Hunting

نکات مهم نصب و نگهداری اواپراتور

  • فاصله اواپراتور از دیوار پشتی باید حداقل به اندازه ارتفاع اواپراتور باشد.
  • اگر از دیفراست الکتریکی استفاده می‌شود، باید فاصله اواپراتورها از یکدیگر به حدی باشد تا امکان تعویض المنت‌ها وجود داشته باشد.
  • اگر لوله درین اواپراتور در وسط باشد اواپراتور باید تراز نصب شود و در صورتی که لوله درین در یک طرف اواپراتور نصب شده باشد، باید اواپراتور با شیب ملایم به سمت لوله تخلیه نصب شود.
  • جهت وزش باد اواپراتور باید به گونه ای باشد که وقتی مقابل اواپراتور ایستاده‌ایم وزش باد را احساس کنیم.
  • در صورتی که فین‌های کویل کندانسور له‌شدگی داشت باید با شانه‌کش کویل نسبت به آرایش فین‌های کویل اقدام نماییم.
  • المنت‌های اواپراتور را در سردخانه‌های زیر صفر هر هفته یک بار پس از خاموش کردن سردخانه با اهم متر آزمایش نموده تا از صحت عملکرد المنت‌ها در زمان دیفراست آگاهی داشته باشید.
    منبع:ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۶ – تیر ماه ۱۳۹۲
    استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.
نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

چیلر جذبی خورشیدی در صنعت ساختمان

 منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۱۰ – آبان ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

در دنیای امروز، بحران انرژی و پایان‌پذیری سوخت‌های فسیلی به همراه مشکلاتی مانند آلودگی محیط زیست از جمله عواملی هستند که بشر را ترغیب به دستیابی به انرژی‌های فناناپذیری چون خورشید، باد و مانند آن می‌نمایند. امروزه کشورهایی مانند آلمان و ژاپن با سرمایه‌گذاری‌های هنگفت در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر، اقدام به گسترش بهره‌وری مناسب از انرژی خورشیدی نموده‌اند.

کشور ما ایران بر روی کمربند زرد زمین قرار دارد که بیشترین میزان نور خورشید را در طول روز در ماه‌های مختلف دریافت می‌کند. در حال حاضر نیز با توجه به هدفمندی یارانه‌ها و اختصاص یارانه به انرژی‌های تجدیدپذیر، سرمایه‌گذاری در ساخت سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی خورشیدی برای پروژه‌های مختلف ضمن صرفه‌جویی در مصرف سوخت، صرفه اقتصادی و کاهش صدمات زیست محیطی به مسئله‌های قابل توجه تبدیل شده است.

در سال ۱۹۴۵ برای اولین بار چیلر جذبی با محلول لیتیم بروماید با فرمول LiBr برای استفاده در زیردریایی‌های آمریکایی ساخته شد. در سال  ۱۹۴۷ نیز اولین چیلر جذبی برای کاربردهای متداول تهویه مطبوع به کار گرفته شد. اولین چیلر جذبی خورشیدی در سال ۱۹۷۴ در کشور ژاپن طراحی شد و از آن سال به بعد این نوع چیلر جذبی گسترش زیادی در بخش‌های مختلف داشته است. بیشترین تقاضای این سیستم در دنیا در ظرفیت‌هایی بین ۵ تا ۷ تن برودت می‌باشد و تاکنون بیشترین کاربرد را در کشورهایی مانند آلمان و اسپانیا داشته است. به طور متداول از انرژی حرارتی خورشید برای تامین آب گرم مصرفی ساختمان در آ بگر مک نهای خورشیدی و استفاده از آب گرم تولید شده به منظور تامین سرمایش ساختمان استفاده می‌شود که مورد اخیر در صورت استفاده از چیلر جذبی خورشیدی مطرح خواهد بود. برای بهره‌گیری از انرژی خورشید معمولا از سه نوع متداول جاذب‌های انرژی خورشیدی استفاده می‌شود:

  1. جمع کننده‌های صفحه تخت۱
  2. جمع کننده‌های لوله خلا ۲
  3. جمع کننده‌های سهموی خطی۳
    جمع کننده‌های صفحه تخت
    جمع کننده‌های صفحه تخت، کلکتورهایی هستند که مانند جعبه‌ای با پوشش شیشه‌ای تیره رنگ، انرژی خورشید را جذب و از طریق لوله‌های فلزی به سیال جاذب انتقال می‌دهند. دمای سیال در این جمع کننده‌ها در محدوده۶۰ C° تا ۴۰ C°است. به طور معمول از این کلکتورها برای گرم گردن آب تا دماهای پایین استفاده می‌شود که این محدوده دما برای تامین آب‌گرم مصرفی مناسب است.
    جمع‌کننده‌های لوله خلا
    جمع‌کننده‌های لوله خلا با ظاهر استوانه‌ای شکلی که دارند می‌توانند نور خورشید را از هر زاویه‌ای جذب کنند و به دلیل وجود خلا به عنوان یک عایق حرارتی مناسب میان محفظه شیشه‌ای آن‌ها، می‌توانند دمای سیال را از ۷۰°C تا ۱۱۰°C افزایش دهند. کاربری اصلی این کلکتورها در سرمایش خورشیدی به وسیله چیلرهای جذبی تک اثره و فرایندهای حرارتی دما پایین است.
    جمع کننده‌های سهموی خطی
    جمع‌کننده‌های سهموی خطی در دو نوع با دهانه کوچک و بزرگ موجود هستند. در نوع کوچک، آیینه‌ای سهمی‌گون با شعاعی در حدود یک متر، نور خورشید را روی سطح لوله‌ای که در کانون آیینه قرار گرفته است متمرکز می‌کند. دمای کارکرد این نوع جمع‌کننده‌ها به بازه ۱۲۰°C تا C 220° محدود می‌شود و در تامین سیال گرم مورد نیاز در فرایندهای صنعتی، چیلرهای جذبی خورشیدی دو و سه اثره وآبگرم‌کن‌های صنعتی به کار می‌روند. جمع‌کننده‌های با دهانه بزرگ امکان افزایش دمای سیال ازC 250°تا ۴۵۰°C را دارند و برای مولدهای قدرت در مقیاس صنعتی به کار می‌روند. عملکرد چیلرهای جذبی خورشیدی اساسا تفاوت زیادی با عملکرد چیلرهای جذبی متداول ندارد و تفاوت عمده در نحوه دریافت انرژی برای گرم کردن آب در ژنراتور این چیلرهاست. در چیلرهای جذبی خورشیدی برای دریافت گرما از انواع جمع‌کننده‌ها و کلکتورهای خورشیدی استفاده می‌شود که این کلکتورها معمولا با توجه به کارایی و عمر مفید دارای قیمت‌های متفاوتی می‌باشد. در حال حاضر در بازار ایران محصولات آلمانی، اتریشی، استرالیایی و چینی موجود هستند. ساخت پانل‌های خورشیدی هوشمند به هدف استفاده بهینه از تابش خورشیده بوده و این پانل‌ها به علت هوشمند بودن در دوره‌های شش ماهه توسط نیروهای اجرایی تغییروضعیت داده می‌شوند تا جذب نور بالاتری داشته باشند. امروزه جمع‌کننده‌های خورشیدی را اغلب به صورت ثابت بر روی دیوارها، نمای ساختمان، روی شیروانی‌ها و نیز روی سقف به صورت افقی یا شیب‌دار در کنار هم نصب می‌کنند. البته استفاده از نوع متحرک جمع‌کننده‌ها نیز به عنوان ایده‌ای برای بهینه نمودن دریافت انرژی خورشیدی در دست آزمایش است. در حال حاضر در بعضی از کشورها برای احداث ساختمان‌های جدید، با نصب این جمع‌کننده‌های خورشیدی، بام ساختمان عایق‌بندی شده و دیگر نیازی به هزینه اضافی برای سقف نیست. ضمن آن که این جمع‌کننده‌ها زیبایی ویژه‌ای نیز به ساختمان می‌دهند. چیلرهای جذبی خورشیدی با مزایایی چون صرفه‌جویی در مصرف انرژی و جلوگیری از گسترش آلودگی‌های زیست‌محیطی به عنوان یکی از سیستم‌های تهویه مطبوع خورشیدی مطرح هستند. چشم‌گیرترین بازارهای سیستم‌های خورشیدی در کشورهایی مانند ژاپن، آمریکا و آلمان است و جالب است بدانیم که ژاپن بیشترین مقدار سلول‌های خورشیدی نصب شده را بر حسب تعداد افراد کشور خود دارد. سیاست‌گذاری این کشورها در زمینه توسعه بازار انرژی خورشیدی بر پایه دو اصل زیر است:
    الف) تولید دی‌اکسیدکربن کمتر
    ب) توسعه صنعت ملی انرژی خورشیدی و ایجاد فرصت‌های شغلی با فناوری برتر
    در پایان با توجه به موارد ذکر شده در مورد انرژی تجدیدپذیر خورشید و وضعیت فعلی مصرف آن در کشور، می‌توان به پتانسیل مناسب این نوع سیستم‌ها در کشور اشاره کرد چرا که در حال حاضر تنها بخش اندکی از تولید انرژی کشور به سیستم‌های خورشیدی اختصاص داده شده است. این در حالی است که ایران یکی از کشورهایی است که دسترسی زیادی به انرژی خورشید دارد. همچنین با توجه به بررسی‌های فنی و سرمایه‌گذاری‌های اولیه می‌توان با احداث نیروگاه‌های مجهز خورشیدی در کنار کاربردهای محلیآن گامی بلند در راستای دستیابی به توسعه پایدار زیست محیطی برداشت.

پی‌نوشت:

۱٫Flat Plate Collectors
۲٫Vaccum Tube Collectors
۳٫Parabolic Trough Collectors

منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۱۰ – آبان ماه ۱۳۹۲

استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

برج Empire State

منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۷ – مرداد ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

ساختمان امپایر استیت ۱ یک آسمان‌خراش صد و دو طبقه است که در بخش مرکزی منهتن در شهر نیویورک واقع شده است. ارتفاع بلندترین قسمت این برج (۱,۲۵۰ft (381m است و در مجموع با احتساب طول آنتن، ارتفاع نهایی برج به  ۴۴۳٫۲m) 1,250ft) می‌رسد. نام این برج از نام اختصاری شهر نیویورک یعنی » امپایر استیت» اقتباس شده است.

این برج از زمان تکمیل در سال ۱۹۳۱ تا زمان ساخت برج شمالی مرکز تجارت جهانی۲ در سال ۱۹۷۲ به مدت چهل سال عنوان مرتفع‌ترین برج جهان را یدک می‌کشید. پس از حملات یازده سپتامبر سال ۲۰۱۱ و تخریب برج‌های مرکز تجارت جهانی، این برج مجددا عنوان بلندترین ساختمان در شهر نیویورک را از آن خود کرد، اگرچه دیگر بلندترین برج در آمریکا یا جهان نبود. با ادامه روند ساخت مرکز تجارت جهانی شماره یک۳ در شهر نیویورک، در سی آوریل سال ۲۰۱۲ امپایر استیت عنوان بلندترین ساختمان نیویورک را نیز از دست داد. در حال حاضر این ساختمان سومین آسمان خراش بلند در ایالات متحده و بیست و دومین ساختمان بلند جهان به شمار می‌رود.

لازم به ذکر است برج ویلیس۴ و برج و هتل بین‌المللی ترامپ۵ که هر دو در شیکاگو واقع شده‌اند به ترتیب اولین و دومین ساختمان بلند آمریکا به شمار می‌روند. در حال حاضر نیز برج خلیفه دبی بلندترین ساختمان جهان است۶. امپایر استیت یکی از نماد فرهنگی شهروندان آمریکایی نیز به شمار می‌رود. این برج با سبک متفاوت آرت‌دکو۷ ساخته شده و توسط انجمن مهندسان آمریکا (ASCE8) به عنوان یکی از عجایب هفتگانه جهان مدرن نام گرفته است. ساختمان اصلی و قسمت داخلی طبقه همکف این برج نیز به عنوان بناهای تاریخی شهر نیویورک انتخاب شده‌اند. این برج در سال ۱۹۸۶ نیز به عنوان یک بنای تاریخی ملی در آمریکا برگزیده شد. در سال ۲۰۰۷ ساختمان امپایر استیت از سوی انجمن معماران آمریکا (AIA9) در رتبه یک فهرست معماری‌های برگزیده آمریکا قرار گرفت. در حال حاضر تعداد دو هزار و هشتصد سرمایه‌گذار در قالب موسسه شرکای ساختمان امپایر استیت به عنوان مالک این برج شناخته می‌شوند. در حال حاضر ساختمان امپایر استیت با صرف هزینه پانصد و پنجاه میلیون دلاری در دست بازسازی است که صد و بیست میلیون دلار آن به منظور کاهش مصرف انرژی و سازگاری بیشتری این ساختمان و اسیسات آن با محیط زیست در نظر گرفته شده است. در سپتامبر ۲۰۱۱ این برج موفق به کسب رتبه طلایی مدیریت انرژی و طراحی محیطی LEED)10) شد. این ساختمان در حال حاضر مرتفع ترین ساختمان ایالات متحده به شمار می‌رود که دارای تاییدیه LEED می‌باشد.
طراحی و ساخت
امپایر استیت توسط ویلیام اف لمب ۱۱ از شرکت معماری شیریو، لمب و هارمون ۱۲ طراحی شده است. این شرکت از طراحی‌های قبلی خود برای ساختمان رینولد ۱۳ در وینستو نسلم ۱۴ و برج کریو ۱۵ در اوهایو استفاده کرده و طراحی امپایر استیت را تنها در عرض دو هفته کامل کرد. فرم ساختمان به گونه‌ای خاص از بالا به پایین طراحی شده است. دو پیمانکار اصلی این برج برادران استارت ۱۶و ای کن ۱۷ بوده و سرمایه‌گذاری‌های اولیه آن توسط جان جی راسکوب ۱۸و پیراس دوپونت ۱۹ انجام شده است.
گودبرداری برج در بیست و دوم ژانویه ۱۹۳۰ آغاز و ساخت آن در هفدهم مارس شروع شد. در حدود سه هزار و چهارصد کارگر که بیشتر آن‌ها از اروپا مهاجرت کرده بودند و همچنین صدها آهنگر در این پروژه کار می‌کردند. ساخت این برج بخشی از رقابت نفس‌گیر در نیویورک برای کسب عنوان بلندترین ساختمان جهان بود. در آن زمان دو پروژه دیگر به نام های وال استریت۴۰ ۲۰ و ساختمان کرایسلر۲۱ پیش از شروع به کار ساختمان امپایراستیت در حال ساخت بوده و برای کسب این عنوان تلاش می‌کردند. هر دوی این ساختمان‌ها تنها در بازه‌ای کمتر از یک سال این عنوان را از آن خود کردند، با این حال ارتفاع امپایر استیت تنها با گذشت چهارصد و ده روز از شروع ساخت، از ارتفاع این دو برج فراتر رفت. این پروژه مطابق با برنامه‌ریزی و بودجه در نظر گرفته شده تکمیل شد. پیش‌بینی شده بود که ساخت این برج در حدود هجده ماه به طول بیانجامد، اما این برج در کمتر از پانزده ماه ساخته شد .به علت کاهش هزینه‌ها در زمان رکود اقتصادی، به جای چهل و سه میلیون دلار پیش‌بینی شده، پروژه تنها با هزینه کلی بیست و چهار و هفت دهم میلیون دلار ساخته شد. ساختمان امپایر استیت به طور رسمی در اول می سال ۱۹۳۱ افتتاح شد در اولین سال فعالیت این ساختمان، درآمد سکوی مشاهده برج در حدود دو میلیون دلار بود. به دلیل عدم اجاره تعداد زیادی از واحدهای این برج، شهروندان نیویورکی این برج را آسمان‌خراش خالی استیت می‌نامیدند! امپایر استیت تا سال ۱۹۵۰ سوددهی چندانی به همراه نداشت و در سال ۱۹۵۱ با قیمت پنجاه و یک میلیون دلار به راجر ال استیون ۲۲ و شرکای اقتصادی او فروخته شد. در آن زمان این مبلغ بالاترین پولی بود که برای خرید یک سازه مجزا در تاریخ معاملات املاک پرداخته شده بود.
معماری برج
ساختمان امپایر استیت تا ارتفاع f1250ft ,381m در صد و دو طبقه بالا رفته و با در نظر گرفتن قسمت فوقانی به ارتفاع (۲۰۳ft (62m ارتفاع کل آن به  ۱,۴۵۳ft, 443m می‌رسد این ساختمان دارای هشتاد و پنج طبقه فضای تجاری و دفتر کار است که مساحت کل این این بخش  به ۲۰۰,۵۰۰m2) – 2,158,000ft2 ) می‌رسد. در طبقه هشتاد و ششم این برج یک سکوی مشاهده داخلی و خارجی وجود دارد. شانزده طبقه باقیمانده نمایان‌گربرج آرت‌دکو می‌باشد و در بالاترین نقطه برج بخشی به ارتفاع ۲۰۳ft -62m قرار دارد که بیشتر قسمت‌های آن با آنتن‌های مخابراتی پوشیده شده است.
امپایر استیت اولین ساختمان دنیا با تعداد طبقات بیش از صد طبقه بوده است. این ساختمان دارای شش هزار و پانصد پنجره و هفتاد و سه آسانسور است و از سطح خیابان تا طبقه صد و دوم آن هزار و هشتصد و شصت پله وجود دارد. مساحت زیربنای این آسمان‌خراش  ۲۵۷,۲۱۱m2)- 2,768,591ft2) و مساحت قاعده آن در حدود ۲acres- 8,094m2 است. امپایر استیت دارای هزار موسسه بازرگانی بوده و کدپستی اختصاصی خود را دارد. از سال ۲۰۰۷ روزانه در حدود بیست و یک هزار کارمند در این ساختمان کار می‌کنند.
روند ساخت این آسمان‌خراش در مجموع یک سال و چهل و پنج روز طول کشید. سازندگان برج برای صرفه‌جویی در وقت، هزینه و نیروی کار نوآوری‌های مختلفی را داشتند که برخی از آن‌ها موفق و برخی ناموفق بود. برای مثال برای حمل مواد و مصالح موردنیاز در ساخت این برج یک خط آهن اختصاصی ساخته شد. از آنجایی که هر یک از واگن‌های قطار در مقایسه با چرخ دستی، برای حمل مواد هشت برابر بیشتر زمان صرف می‌کرد، مصالح با سرعت کمتری منتقل می‌شد. در یک اقدام دیگر، به جای انبار کردن ده میلیون آجر در خیابان، آجرها در یک سازه قیف مانند ذخیره می شد و در زمان نیاز، آجرها از داخل این قیف خارج شده و با استفاده از چرخ‌های مخصوص به طبقه مورد نظر منتقل می‌شد. به این ترتیب دیگر نیازی به بستن خیابان‌های اطراف برای انبار کردن آجرها نبود و در نیروی کار نیز صرفه‌جویی شد.
هسته مرکزی برج، شصت و چهار آسانسور را در خود جای داده است. امروزه تعداد کل آسانسورهای این برج با در نظر گرفتن آسانسورهای مخصوص تعمیرات به هفتاد و پنج عدد می‌رسد. هر یک از آسانسورهای این آسمان‌خراش فاصله بین طبقه اول تا طبقه هشتادم را در کمتر از یک دقیقه طی می‌کند. در طبقه هشتادم برج بازدیدکنندگان می‌توانند از آسانسور بعدی استفاده کرده و یا با استفاده از پله‌ها به طبقه هشتاد و ششم بروند. در طبقه هشتاد و ششم یک سکوی مشاهده خارجی وجود دارد.
امپایر استیت دارای (۷۰mi -(113km خط لوله  (۲,۵۰۰,۰۰۰ft (760,000m کابل برق و در حدود نه هزار عدد شیر است. برای گرمایش این ساختمان  بخار کم فشار با محدوده فشار ( ۲-۳psi (14-21Kpa تامین شده از موتورخانه بخار کم فشار با محدوده فشار مرکزی نیویورک استفاده می‌شد. وزن کلی این ساختمان در حدود چهارصد و سی هزار تن است و ساخت آن هزینه‌ای معادل پانصد میلیون دلار را به همراه داشته است. در مرحله طراحی، چرخه عمر این برج به صورت طولانی مدت پیش‌بینی شده بود تا تضمین شود که کاربری آتی ساختمان به نیازمندی‌های نسل‌های گذشته محدود نشده است. این طراحی خاص در سیستم الکتریکی ساختمان کاملا مشهود است. بر خلاف بیشتر آسمان‌خراش های امروزی، امپایر استیت از سبک طراحی آرت‌دکو پیروی می‌کرد. این سبک طراحی پیش از جنگ جهانی دوم در نیویورک رایج بوده است. سایبان‌های مدرن از جنس فولاد ضدزنگ در ورودی‌های خیابان‌های سی و سوم و سی و چهارم به دو راهرو در نزدیکی مرکز آسانسور منتهی می‌شوند.

سکوهای مشاهده
ساختمان امپایر استیت یکی از معروف‌ترین سکوهای مشاهده جهان را به خود اختصاص داده است. تاکنون بیش از صد و ده میلیون نفر از این سکوها بازدید کرده‌اند. سکوی مشاهده طبقه هشتاد و شش این برج دارای دید سیصد و شصت درجه از شهر نیویورک است. یک سکوی مشاهده دیگر نیز در طبقه صد و دوم وجود دارد که بازدید از آن برای عموم آزاد است. این سکو در سال ۱۹۹۹بسته اما در نوامبر ۲۰۰۵ مجددا بازگشایی شد.
تجهیزات مخابراتی
شهر نیویورک بزرگ‌ترین مرکز رسانه‌ای ایالات متحده محسوب می‌شود و پس از حادثه یازده سپتامبر، تقریبا تمامی ایستگاه‌های فرستنده تجاری شهر نیویورک شامل فرستنده‌های تلویزیون و رادیویی به قسمت بالایی ساختمان امپایر استیت منتقل شد. اولین بار انتشار اخبار از طریق فرستنده‌های تعبیه شده برای پخش در این برج در بیست و دوم دسامبر سال ۱۹۳۱ با تلاش RCA آزمایشی تلویزیونی آغاز شد.
تاسیسات روشنایی برج
در سال ۱۹۶۴ چندین نورافکن به قسمت بالایی برج اضافه شد تا در هنگام شب و متناسب با رویدادهای فصلی با رنگ های خاص تزیین شود. در سال ۲۰۰۴ ، پس از مرگ بازیگر فیلم کینگ‌کنگ این برج به احترام وی به مدت پانزده دقیقه در تاریکی مطلق باقی ماند. به طور معمول علاوه بر برنامه‌های متداول روزانه نورپردازی، زمانی که تیم‌های ورزشی نیویورک بازی‌های خانگی داشته باشند، در نورپردازی ساختمان از رنگ‌های اختصاصی آن تیم ها استفاده میشود. در سال ۲۰۱۲ ، تاسیسات روشنایی LED جایگزین لامپ های هالوژن قدیمی این ساختمان شده و به این ترتیب رنگ‌های به کار رفته در نورپردازی این آسمان‌خراش از نه میلیون رنگ به بیش از شانزده میلیون رنگ افزایش یافت. امروزه می‌توان با استفاده از سیستم‌های کنترل کامپیوتری، ساختمان را به نحوی نورپردازی کرد که در گذشته ممکن نبود.
سکوی تعمیر و نگهداری برج
در طبقه صد و دوم امپایر استیت یک در، همراه با چندین پله رو به بالا وجود دارد که این پله ها به طبقه صد و سوم برج منتهی می‌شوند. از این طبقه در ابتدا به عنوان سکوی فرود هلیکوپترها استفاده می‌شد اما در حال حاضر از این طبقه برای استقبال از بازیگران و افراد مشهور و همچنین به عنوان یک نقطه دسترسی به قسمت انتهایی برج و برای عملیات مرتبط با تعمیر و نگهداری برج استفاده می‌شود.
شرایط محیطی و آب و هوایی
وضعیت محیطی و آب و هوایی منطقه پیرامون امپایراستیت تاثیر چندانی بر طراحی آن نداشته است چرا که در سه جهت شرق، غرب و جنوب این برج هیچ ساختمان مرتفعی وجود ندارند که بتوانند تاثیر چشم‌گیری بر وضعیت تابش خورشید در نمای خارجی برج بر جای بگذارد. به طور کلی طبقات زیرین برج در فصل تابستان بهره بسیار کمی از نور خورشید می‌برند و در فصل زمستان در مقایسه با سایر ساختمان‌ها بیشتر سرد می‌شود.
سیستم‌های مکانیکی

سیستم‌های مکانیکی که در ابتدا در ساختمان امپایراستیت مورد استفاده قرار گرفت، چیلرها و دیگ‌های بزرگی بود که در زیرزمین برج نصب شده بود. این سیستم‌ها در سال ۱۹۳۱ ساخته شده بودند، درنتیجه کارایی چندانی نداشته و انرژی زیادی را به هدر می‌دادند. به تازگی اقداماتی برای نوسازی این برج انجام شده است که رتبه طلایی مدیریت انرژی و طراحی محیطی (LEED) را برای آن به ارمغان آورده است. از آن‌جایی که با توجه به ساختار برج، نمی‌توان چیلرها را در قسمت فوقانی که هوای تمیزتر و خنک‌تری دارد نصب نمود، چیلرها در بخش پایینی ساختمان نصب شدند. در فصل زمستان، رادیاتورهای نصب شده در قسمت پایین پنجره‌ها به عنوان اولین دستگاه‌های گرمایشی در این برج مورد استفاده قرار گرفتند .نکته دیگر آن که به واسطه انتقال حرارت در ساختمان, گرمای بسیار کمی از پوشش خارجی برج تلف می شود.
درحال حاضر نیز امپایراستیت بخار مورد نیاز خود را از شرکت ConEdison خریداری می‌کند. این شرکت بخش عمده‌‌ از بخار مورد نیاز شهر نیویورک را استفاده از سیستم سراسری لوله‌کشی به صورت مرکزی تامین می‌کند. نکته جالب توجه آن است که اگر نیویورک موتورخانه مرکزی نداشت و امپایر استیت مجبور به اجرای موتورخانه اختصاصی بود، دودکشی مربوط به موتورخانه این آسمان‌خراش ابعاد بسیار عظیم و چه بسا مشکل‌سازی می‌داشت.

 سیستم اعلام واطفای حریق
سیستم اعلام حریق این برج ابندا شامل اتاقک‌های خبر در هر طبقه بود که در زمان فعال کردن به صورت دستی؛ صدای هشدار دهنده از خود تولید می‌کردند. عملکرد این سیستم به گونه‌ای بود که در صورت آتش‌سوزی، سیستم حفاظتی بر مبنای طبقه‌ای که در آن آتش سوزی، رخ داده بود از خود صدا تولید می‌کرد. برای مثال اگر آتش‌سوزی در طبقه چهارم بود، سیستم اعلام حریق چهار مرتبه هشدار می‌داد. سیستم اطفای حریق ساختمان امپایراستیت از جمله سیستم‌های با پایه آب بود که در زمان ساحت برج جز جدیدترین فناوری های روز دنیا به شمار می‌رفت. در این سیستم مخزن های آب به جای بام در داخل ساختمان قرار داشتند. به این ترتیب برای تامین آب مورد نیاز برای مهار کردن حریق در بخش‌های مختلف ساختمان به حدود ۷۰m‌ile خط لوله نیاز بود. قابلیت این سیستم به گونه‌ای یود که علیرغم شدت آتش‌سوزی سیستم می‌توانست در مدت زمانی کمتر از سی و پنج دقیقه بخش عمده آتش را خاموش کند. از آنجایی که امپایراستیت متشکل از بخش‌هایی مختلف است و تمامی طبقات آن مستقل از یکدیگر هستند، هر طبقه مجهز به سیستم اطفای حریق مجزایی است. ضمن آن که مستقل بودن کانال‌های تهویه در داخل برج خود به عنوان مانعی برای انتشار آتش در تتمام ساختمان عمل می‌کند.

پی‌نوشت:

  1. Empire State
  2. North tower of World Trade Center
  3. One World Trade Center
  4. Willis Tower
  5. Trump International Hotel and Tower
  6. جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص  «برج خلیفه» «یا «برج دبی» می‌توانید به شماره ششم ماهنامه خانه تاسیسات، تیرماه ۱۳۹۲ بخش»بررسی یک پروژه» مراجعه نمایید.
  7. Art Deco هنر تزئینی مختلطی است که مشخصه بارز آن کنج‌های تیز یا فرم‌ها و آذین‌هایی با سطوح زیگزاگ است.
  8. American Society of Civil Engineers
  9. American Institute of Architecture
  10. Leadership in Energy and Environmental Design
  11. William F. Lamb
  12. Shreve, Lamb and Harmon
  13. Reynold Building
  14. Winston-Salem
  15. Carew Tower
  16. Starrett Brothers
  17. Eken
  18. John J. Raskob
  19. Pierre S. de Pont
  20. ۴۰ Wall Street
  21. Chrysler Building
  22. Roger L. Stevens

منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۷ – مرداد ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

کاهش مصرف برق با کمپرسورهای گریز از مرکز

منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۶ – تیر ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

در سال ۲۰۰۳ پیشرفت‌های فنی مفیدی در زمینه یک کمپرسور گریز از مرکز با مبرد R-134a دومرحله‌ای با ظرفیت (۲۵ton (88kW صورت گرفت که قابلیت استفاده در چیلرهای آبی یا هوایی و سیستم‌های تهویه مطبوع یکپارچه را داشت. در این کمپرسور دو پروانه گریز از مرکز به وسیله یک الکتروموتور با اتصال مستقیم روی یک محور اصلی مشترک به گردش در می‌آمد. سرعت کمپرسور بین ۳۵,۰۰۰rmp -50,000rmp متغیر بود و برای پشتیبانی از محور آن بلبرینگ‌هایی استفاده می شد که با جریان مبرد روان‌کاری می شد و به این ترتیب به روغن‌کاری و گردش روغن نیازی نبود. قطر پروانه در این سرعت بالا به نسبت کوچک و در حدود (۳in(75mm بود. این فناوری، با وجود مزایای بالقوه به مرحله تولید تجاری نرسید. از آن پس یک ساختار دیگر برای کمپرسورهای گریز از مرکز کوچک ایجاد و به تولید تجاری رسید. در طراحی این کمپرسور و دو مرحله استفاده شد تا اختلاف دما و R-134a نیز مانند نمونه قبلی از مبرد نسبت فشار کافی فراهم شود و بتوان از آن در سیستم هوایی نیز استفاده کرد. در این کمپرسور، پروانه و موتور روی یک محور مشترک قرار داشت، سرعت چرخش متغیر ۳۰,۰۰۰rmp و قطر پروانه ۷۵mm تا ۱۰۰mm بود.

یکی از تفاوت‌های مهم کمپرسورهای سانتریفیوژ با سایر کمپرسورها، مغناطیسی بودن یاتاقان‌های آن‌هاست که محور را بدون تماس با نیمه ثابت یاتاقان۱، در یک میدان مغناطیسی نگاه می دارد. این فرآیند موجب از بین رفتن اصطکاک مکانیکی شده و عملکرد یاتاقان را بدون نیاز به روان‌کاری، ممکن می کند. ساختار این کمپرسورها به گونه‌ای است که بهره‌وری انرژی را به روش‌های مختلفی افزایش می‌دهند. از دیدگاه فنی، ترکیب قطر کم پروانه و سرعت بالای چرخش برای یک کمپرسور گریز از مرکز با این بازه ظرفیتی به نسبت محدود، بسیار مطلوب و بهینه است. علاوه بر آن، سرعت کارکرد متغیر این کمپرسورها که برای انطباق با دمای کندانس تغییر می‌کند، بهره‌وری بار جزیی را بهبود می بخشد.
طراحی دو مرحله‌ای این کمپرسورها امکان افزودن یک چرخه صرفه‌گر را فراهم می‌کند. به این ترتیب که مبرد کندانس شده در دو مرحله، از فشار کندانس به فشار بخار منبسط شده و پس از اولین مرحله انبساط به سوی مرحله دوم کمپرسور هدایت می شود. به این ترتیب انرژی مورد نیاز برای متراکم کردن، در مقایسه با متراکم کردن کامل از فشار بخار به فشار کندانس، نصف می شود. چرخه صرفه گر این کمپرسورها بین پنج تا هفت درصد انرژی ذخیره می کند. ایالات متحده در برنامه مدیریت انرژی فدرال خود از میان بیست فناوری برتر، فناوری کمپرسورهای بدون روغن با یاتاقان مغناطیسی ۲ استفاده کرده است و با استفاده از این فناوری، سالانه بین چهل تا شصت درصد در مصرف انرژی برای سرمایش صرفه‌جویی نموده است. بازدهی بسیار مطلوب این فناوری در بارهای جزیی نیز کاملا موثر بوده و به صرف هجویی در مصرف انرژی کمک می‌کند. هرچه فعالیت کمپرسور با بارهای جزیی بیشتر و میزان برق مصرفی بالاتر باشد، مزایای کمپرسورهای مجهز به یاتاقان مغناطیسی افزایش می‌یابد. علاوه بر آن، درصد بالایی از خرابی‌های سیستم سرمایش به علت عدم موفقیت در بازگشت روغن کمپرسور است. بنابراین کمپرسورهای بدون روغن گزینه بسیار مناسبی برای کاربری‌های با قابلیت اطمینان بالا هستند. مزیت دیگر این کمپرسورها، جریان اولیه بسیار کم مورد نیاز برای شروع به کار است. در حال حاضر کمپرسورهای گریز از مرکز کوچک به طور تجاری و از طریق منابع متعددی در دسترس هستند و انتظار میرود که این کمپرسورها در سیستم‌های آب سرد با ظرفیت ۲۵ تا ۸۰ تن تبرید (۸۷ تا ۲۸۱ کیلووات) جایگزین سایر کمپرسورها شوند.

پی‌نوشت:

  1. Stationary Bearing Half
  2. Oil-Free Magnetic Bearing Compressors

منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۶ – تیر ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

یکپارچه‌سازی سیستم‌های هیدرونیک با سیستم گرمایش خورشیدی

منبع:ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۶ – تیر ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.
در این مقاله تجربه میدانی خود را در زمینه صنعت گرمایش خورشیدی۱ در اختیار افرادی می‌گذاریم که به دنبال روش‌های بهتری برای به‌کارگیری فناوری خورشیدی در طراحی سیستم‌های گرمایشی هستند. این مقاله به بررسی کاربری‌هایی می‌پردازد که می‌توان با استفاده از آن‌ها، آب‌ گرم تولیدی توسط کلکتور خورشیدی۲ را با استفاده از یک سیستم لوله‌کشی و شیوه‌های کنترلی ساده به کار گرفت. اطلاعات ارائه شده در این مقاله مبتنی بر تجربیات مرتبط با بیش از صد سیستم ترکیبی گرمایش هیدرونیک – سیستم خورشیدی نصب شده و در حال اجرا طی پنج تا شش سال گذشته است. پس از این که طراح سیستم گرمایش خورشیدی بر ملاحظات مرتبط با آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی تسلط پیدا کرد، اولین گام آشنایی کامل با سیستم‌های ترکیبی خورشیدی است. در این سیستم‌ها لوله‌های کلکتور بزرگ‌تر شده و گرما برای کاربردهای متنوع و نه تنها یک مخزن آب تامین و توزیع می‌شود. در یک سیستم ترکیبی، مجموعه بزرگی از کلکتورها می‌توانند گرمای مورد نیاز برای گرمایش فضا، آب گرم مصرفی و سایر مصارف مانند پیش‌گرمایش آب دیگ، تامین آب گرم استخر، سیستم ذوب برف و سیستم ذخیره گرما را فراهم می‌کنند.

تمرکز مباحث این مقاله بر سیستم‌های خورشیدی ترکیبی گلیکولی مدار بسته – هیدرونیک با مدار بسته بوده است چرا که این سیستم‌ها با اکثر شرایط و کاربری‌ها سازگاری بالایی داشته و محدودیت‌های کمتری دارند. نکته دیگر آن که به‌کارگیری یک روش استاندارد برای طراحی، نصب و کنترل سیستم‌های ترکیبی خورشیدی می‌تواند تا حد زیادی سرعت و اعتبار چنین راه‌کارهایی را نزد کارفرمایان افزایش دهد.

علت انتخاب سیستم‌های گرمایش خورشیدی فعال چیست؟
سیستم‌های گرمایش خورشیدی سازگاری خوبی با دیگ‌های آب گرم، رادیاتورها، آب گرم مصرفی و سیستم‌های گرمایش از کف دارند. تجهیزات خورشیدی و سیستم‌های متداول مطابق قواعد مشابهی کار کرده، از دبی و فشار سیال یکسانی استفاده کرده و دامنه دمایی سازگاری دارند. در اکثر مواردی که قرار است از سیستم گرمایش خورشیدی استفاده شود، نیازی نیست تا روش‌های متداول اجرای ساختمان را نسبت به سیستم‌های گرمایشی متداول تغییر داد. کلکتورهای خورشیدی مداربسته را می‌توان به روش‌های مختلفی از جمله زمینی، سقفی یا دیواری نصب کرد، به این ترتیب کاربری آن‌ها انعطاف‌پذیر خواهد بود و بدون نیاز به اعمال تغییرات اساسی با ساختمان‌های موجود و جدید سازگار می‌شوند. علاوه بر آن، سیستم‌های گرمایش خورشیدی مشابه سیستم‌های هیدرونیک متداول اجرا و نگهداری می‌شوند و در نتیجه این سیستم‌ها با توانایی افرادی که سیستم‌های هیدرونیک متداول را نصب ‌می‌کنند سازگار خواهند بود.
فرصت‌های موجود برای گرمایش خورشیدی
در ایالات متحده سالانه هزاران دیگ آب گرم نصب می‌شود. حتی اگر بخش بسیار کوچکی از این دیگ‌ها از کلکتورهای خورشیدی حتی به عنوان سیستم مکمل استفاده کنند، سالانه هزاران فرصت شغلی در زمینه سیستم‌های خورشیدی فراهم می‌شود. علاوه بر این، حجم عظیمی از سیستم‌های هیدرونیک نصب شده طی بیست سال گذشته موقعیت مناسبی را برای به‌روز رسانی و افزودن سیستم گرمایش خورشیدی ارائه می‌کنند. در چنین ساختمان‌هایی می‌توان از سیستم‌های خورشیدی برای بهینه‌سازی مصرف انرژی استفاده کرد.

شکل (۱) نمونه‌ای از سردرگمی و بی نظمی در اجرا توسط پیمانکار (سمت چپ) و نمونه‌ای منظم و استاندارد (سمت راست)

فرآیند طراحی سیستم‌های گرمایش خورشیدی
هنگامی که طراحان درباره افزودن کلکتورهای خورشیدی به یک پروژه کوچک فکر می‌کنند، همواره فرآیند ذهنی مشابهی را پی می‌گیرند. ابتدا به یک آب‌گرم‌کن خورشیدی با یک یا دو کلکتور فکر می‌کنند. سپس امکان اتصال بخشی از سیستم گرمایش از یا سایر نقاطی که به گرمایش نیاز دارند را ارزیابی می‌کنند. اگر این امکان وجود داشته باشد، افزودن چند کلکتور اضافی ارزش خواهد داشت. به عبارت دیگر فرآیند طراحی سیستم خورشیدی تا حد زیادی قابل پیش‌بینی بوده و شامل موارد ذیل می‌باشد:

  • طراحی و اجرای کلکتورهای خورشیدی
  • طراحی و اجرای مخزن ذخیره آب گرم
  • اتصال سیستم خورشیدی به سیستم گرمایش از کف
  • طراحی و اجرای رادیاتورها در کنار سیستم خورشیدی
  • نیازسنجی استفاده از یک دیگ با سوخت متداول یا سایر منابع گرمایی مورد نیاز
  • ارزیابی سایر منابع گرمایی مانند یک کوره هیزمی یا گرمای اتلافی از یک ژنراتور برق
  • امکان سنجی برای تامین آب گرم استخر با استفاده از سیستم گرمایش خورشیدی

ملاحظات طراحی سیستم‌های خورشیدی ترکیبی
به طور کلی برای طراحی سیستم‌های گرمایشی مولدهای گرما و بارهای گرمایی را می‌توان به روش‌های مختلفی به یکدیگر متصل کرد. یکی از سیستم‌های متداول پیشنهادی برای مناطق واقع در آمریکای شمالی موارد ذیل را شامل می‌شود:

کلکتور خورشیدی

  • دیگ آب گرم با سوخت گاز طبیعی یا پروپان
  • آب‌گرم‌کن خانگی با مبدل حرارتی و مخزن ذخیره داخلی
  • سیستم گرمایش از کف برای تامین گرمای محیط در بخش‌های مختلف ساختمان

ملاحظه می‌کنید که این مجموعه تنها شامل چهار جز می‌شود؛ دو مولد گرما و دو بار گرمایی. اما اگر همین سیستم را برای اجرا به سه پیمانکار مختلف بسپارید، اغلب سه طرح لوله‌کشی و کابل‌کشی متفاوت خواهید داشت که در هر یک از آن‌ها شیرهای موتوری و پمپ‌ها در قسمت‌های مختلفی بوده و روش‌های کنترل آن‌ها نیز اغلب رمزی است (و یا اصلا وجود ندارد). بنابراین داشتن یک رویکرد مشخص و استاندارد موجب می‌شود تا علاوه بر کارفرما، پیمانکار نیز از سردرگمی رها شود.
در شکل (۱) نمونه‌ای از نصب ناموفق چنین سیستمی نشان داده شده است. در این پروژه چند تامین‌کننده تجهیزات و سه پیمانکار در مراحل مختلف وارد پروژه شدند و تلاش کردند تا سیستم ترکیبی خورشیدی را اجرا کنند. هر یک از آن‌ها ایده متفاوتی درباره کنترل‌ها و اتصالات لوله‌کشی داشت و هر سه نصاب در نهایت گیج شده و کار را رها کردند. نتیجه تلاش آن‌ها یک سیستم گرمایشی ناموفق و لوله‌کشی بسیار نامناسب بود که در سمت چپ این شکل دیده می‌شود.
طراحی و کنترل نامناسب چالش بسیار مهمی برای عملکرد مطلوب تاسیسات مکانیکی به شمار می‌رود. از سوی دیگر، تولیدکنندگان و فروشندگان تجهیزات نیز برای حفظ اعتبار خود، به تمامی راه‌حل‌های احتمالی برای نصب تجهیزات فکر کرده‌اند و گزینه‌ها، پیشنهادها و جایگزین‌های متعددی ارائه می‌کنند تا نصاب سیستم تا حد امکان با محدودیتی رو‌به‌رو نباشد. با این حال چنان که در شکل (۱) نیز نشان داده شد، در برخی موارد این پیشنهادها می‌تواند کاربری سریع و قابل اعتماد سیستم‌های ترکیبی خورشیدی را محدود کند. هر پیکربندی لوله‌کشی پیشنهادی، ترتیب عملکردی و روش کنترلی متفاوتی دارد و نصاب سیستم باید برای عملکرد موفقیت‌آمیز سیستم در درازمدت، پیش از اجرا، طرح پیشنهادی را به خوبی درک کند.
دست‌یابی به راه حلی مناسب برای طراحی سیستم
بیایید برای چند لحظه دست نگه داریم و به این فکر کنیم که قصد داریم با لوله‌کشی سیستم ترکیبی چه کار انجام دهیم؟
در سیستم ترکیبی خورشیدی، مولدهای گرمایی مختلفی وجود دارند که بارهای گرمایی مختلف را تامین می‌کنند. بعضی از این مولدهای گرما با وجود متناوب بودن، هزینه سوخت کمتری داشته و پرطرفدار هستند. تمامی بارهای گرمایی نیز به دمای یکسانی نیاز نداشته و برخی از آن‌ها خاصیت ذاتی برای ذخیره انرژی دارند. مخزن‌های ذخیره آب گرم نیز می‌توانند هم در نقش مولدهای گرما و هم در نقش بارهایی گرمایی ایفای نقش کنند. بنابراین آرایش سیستم لوله‌کشی باید به گونه‌ای باشد که ملاحظاتی این‌چنین را به طور کامل پوشش دهد.
در یک سیستم خورشیدی قصد داریم گرمای خورشید را به تمامی بخش‌هایی که به گرما نیاز دارند برسانیم و به علت هزینه کمتر، به تامین گرما از این روش اولویت ببخشیم. به عنوان یک ایده، اگر گرمای خورشیدی را به جای ذخیره‌سازی، به محض دریافت به طور مستقیم استفاده کنیم، بازدهی سیستم خورشیدی به حداکثر رسیده و اتلاف انرژی مرتبط با ذخیره‌سازی گرما، لوله‌کشی اضافه و مبدل‌های حرارتی متعدد حذف می‌شوند. بنابراین در این روش به نوعی از لوله‌کشی نیاز است که به سیستم خورشیدی امکان می‌دهد تا در صورت کافی بودن دمای آب گرم، سیستم به تمامی بارهای گرمایی متصل شود و اگر دما مطلوب نبوده یا به آن نیازی نباشد به گرما امکان دهد تا از کنار بارهای گرمایی عبور کند. علاوه بر این، پیکربندی سیستم لوله‌کشی باید به راحتی قابل اصلاح باشد و بتوان مولدها و بارهای گرمایی را با روشی استاندارد و به آسانی حذف یا اضافه کرد. به این ترتیب پیمانکار سیستم می‌تواند بدون نیاز به طراحی مجدد سیستم از گرمای خورشیدی، مخزن‌های ذخیره‌سازی و سایر تجهیزات نیز استفاده کند.
ممکن است گنجاندن تمامی این تجهیزات و نیازمندی‌ها در یک پیکربندی لوله‌کشی استاندارد، دشوار به نظر برسد، اما برای این منظور راه حلی وجود دارد که پیش از این مورد استفاده بوده است. در گذشته شیوه پیکربندی با مدار اولیه و ثانویه در ساختمان‌های تجاری نسبت به ساختمان‌های مسکونی کارایی بیشتری داشته است. این روش را می‌توان در سیستم‌های ترکیبی خورشیدی نیز به کار برد. این روش برای ساختمان‌های کوچک تجاری یا مسکونی که دارای چندین سیستم ترکیبی خورشیدی هستند مناسب به نظر می‌رسد (شکل ۲).

مدار اولیه در سیستم گرمایش خورشیدی
برای اتصال تمامی مولدهای گرما به تمامی بارهای گرمایی به قسمت توزیع‌کننده نیاز است که به آب مسیر رفت و برگشت تمامی پمپ‌های گردشی امکان می‌دهد تا بدون تداخل در کنار یکدیگر جمع شوند. به این منظور می‌توان از سیستم لوله‌کشی اولیه/ثانویه۳ استفاده کرد. شکل (۲) کاربری چنین سیستمی را در یک سیستم گرمایش خورشیدی کوچک نشان می‌دهد. به یاد داشته باشید که اگر تعیین ابعاد، نصب و کنترل کلکتورهای خورشیدی متناسب با ظرفیت ذخیره‌سازی سیستم گرمایش از کف و مخزن آب‌گرم‌کن باشد، دیگر به مخزن ذخیره آب‌ گرم نیازی نخواهد بود.

 مبدل حرارتی با مدار اولیه دوگانه۴
شکل (۳) یکی دیگر از انواع لوله‌کشی استانداردی را نشان می‌دهد که طی سال‌های اخیر در سیستم‌های ترکیبی خورشیدی استفاده شده است. تمامی اتصالات لوله‌کشی در این نمودار ارائه شد‌ه‌اند. این اتصالات به دو بخش تقسیم شده‌اند. بخش داخلی که از آب به عنوان سیال دیگ استفاده می‌کنند و بخش خارجی که از اتیلن‌گلیکول استفاده می‌کنند. یک مبدل حرارتی اولیه گذرگاهی را فراهم می‌کند تا گرما مطابق با نیاز سیستم کنترل و به داخل یا خارج ساختمان منتقل شود. در پروژه‌هایی که بعضی از بخش‌هایی سیستم به دلیل طرح توسعه سیستم در آینده تغییر می‌کنند، می‌توان اتصالات مربوطه را اضافه یا حذف کرد.
ذخیره‌سازی گرمای خورشیدی از طریق کف ساختمان
از سال ۱۹۵۰ تا به امروز در مکزیک شمالی از گرمایش خورشیدی فعال مستقیم برای ذخیره‌سازی گرما از طریق کف ساختمان استفاده شده است. در سیستم‌های گرمایش از کف این PEX به علت استفاده گسترده از لوله‌کشی فناوری در سال‌های اخیر دوباره محبوب شده است. شیوه کار شامل پمپاژ مستقیم آب‌ گرم از یک کلکتور خورشیدی به مدار لوله‌کشی تعبیه شده داخل کف ساختمان و استفاده از ظرفیت ذخیره‌سازی کف می‌شود. به این ترتیب کف اتاق‌ها به تدریج گرم شده تا چندین ساعت گرم باقی می‌ماند. البته طراحی و اجرای چنین سیستمی تا حدی نیز چالش‌برانگیز است چرا که موفقیت این سیستم تا حد زیادی به ظرفیت ذخیره‌سازی گرما توسط مصالح ساختمانی به کار رفته در کف بستگی دارد که اغلب معادل نیم یا یک سوم ظرفیت ذخیره‌سازی گرمای آب با حجم یکسان است. البته به طور معمول در یک ساختمان مسکونی معمولی، مصالح به کار رفته برای کف‌سازی اغلب به گونه‌ای است که امکان خوبی برای ذخیره‌سازی گرما گاهی معادل با پنج برابر گرمای یک سیستم مجهز به مخزن ذخیره آب‌ گرم فراهم می‌کند. به عبارت دیگر، نوسانات دمایی کف‌های گرم ساختمان در حدود پنج برابر کمتر از نوسانات یک سیستم ذخیره‌سازی گرما مجهز به مخزن ذخیره آب‌ گرم است. نکته دیگر آن که گستره دمای کف ساختمان متناسب با شرایط آسایش حرارتی انسان خواهد بود و دماهای پایین‌تر منجر به اتلاف کمتر گرما و بازدهی حرارتی بیشتر می‌شود. بنابراین اگر گرمای کف در گستره آسایش انسان کنترل شود، اغلب می‌توان نیاز به مخزن‌های بزرگ برای ذخیره‌سازی آب‌ گرم را حذف نمود و به جای مخازن ذخیره آب‌ گرم پرهزینه و سنتی، از این پس کف ساختمان نقش مخزن ذخیره گرمای خورشید را ایفا کند؛ کف ساختمان همواره وجود دارد و در نتیجه تاثیر چندانی در خصوص تحمیل هزینه اضافی به کارفرما ندارد.
روش‌های کنترل سیستم‌های ترکیبی خورشیدی
تا زمانی که روش‌های کنترل معتبر و کارآمدی وجود نداشته باشد، بازدهی بالا، صرفه‌جویی در مصرف سوخت، تامین مطلوب دماهای آسایش و سایر مزایای بالقوه یک سیستم ترکیبی خورشیدی اجرایی نخواهند شد. حتی اگر بهترین تجهیزات نصب شده و لوله‌کشی صحیح باشد، تا وقتی که سیستم کنترلی دیگ را خاموش نکرده و پمپ‌ها و شیرهای مناسب را با ترتیب صحیح روشن نکند، صرفه‌جویی در انرژی خورشیدی صورت نمی‌گیرد. ساختمان باید مانند یک ماشین ترکیبی عمل کند و با دقتی پیوسته و منطقی کارکرد یک سیستم را به سیستم دیگر اولویت دهد. متداول‌ترین روش برای انجام این کار، استفاده از ترموستات‌ها، نقاط تنظیم و کنترل‌های تفاضلی۵ است که تغییرات دمایی را حس کرده و در مقابل یک رله را فعال می‌کنند. هر رله می‌تواند یک پمپ یا وسیله دیگر را روشن یا خاموش کند. حتی می‌توان انواع نرم‌افزارها و حس‌گرها را جایگزین رله‌های قدیمی کرد که این روش سطوح بالاتری از کنترل، ارتباط و منطق هوشمندانه را ارائه می‌کند که با استفاده از روش‌های متداول و قدیمی امکان‌پذیر نیست.
پی‌نوشت:

  1. Solar Heating Industry
  2. Solar collector
  3. Primary/Secondary Piping
  4. Dual Primary Loop Heat Exchanger
  5. Differential Controls

منبع:ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۶ – تیر ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

گرمایش و سرمایش تابشی

 منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۷ – مرداد ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

موفقیت در طراحی سیستم‌های گرمایش و سرمایش تابشی یا تشعشعی نیازمند شناخت کامل ویژگی‌های این سیستم‌ها و در نظر گرفتن ملاحظات طراحی مرتبط با آن‌هاست. عملکرد این سیستم‌ها به راحتی قابل رصد کردن نیست و تحلیل الگوهای انتقال حرارت تابشی آن‌ها در فضای داخل ساختمان با پیچیدگی‌هایی همراه است. طراحی این سیستم‌ها به علت تغییرات الگوی انتقال حرارت و شکل هندسی فضا در پروژه‌های مختلف تا حد زیادی وابسته به ارزیابی‌هایی است که نیازمند تحلیل و طراحی دقیق سیستم است. در وضعیت سرمایش نیز مشکلاتی مانند کندانس بخار آب موجود در هوا در کنار تامین شرایط آسایش حرارتی از جمله ملاحظاتی است که باید به خوبی در نظر گرفته شود.

  

تصویر (۱) ابزار تحلیل سیستم های گرمایش/سرمایش از کف

داده‌های ورودی
پارامترهای سمت هوا
درجه حرارت هوای داخلی =
۷۵ [F]
ضریب کلی انتقال گرما در بالای کف = ۲٫۰۰۸
[(Btu/(h.ft2.F]
شدت گرمای جذب شده خورشیدی =
۴۰ [(Btu/(h.ft2]

پارامترهای پوشش
ضخامت کلی پوشش‌ها =
۰٫۷۹ [in]
مجموع ضخامت و انتقال گرمای پوشش‌ها =
۰٫۰۲۴Btu/hr.F
مقاومت گرمایی پوشش‌ها =
۰٫۱۸ [(Btu/(h.ft2]

پارامترهای دال و لوله
ضخامت لوله =
۱٫۸ [in]
قابلیت هدایت گرما توسط دال =
۰٫۸۷ [(Btu/(h.ft.F]
فاصله مرکز به مرکز لوله ها =
۶ [in]
قطر
داخلی لوله = ۰٫۵۸۴ [in]
قطر خارجی لوله =
۰٫۷۵ [in]
قابلیت هدایت گرما توسط لوله =
۰٫۲۲ [(Btu/(h.ft.F]

پارامترهای سمت آب
طول مدار لوله‌کشی آب =
۳۰۰ [ft]
دمای آب ورودی = 
۶۰ [F]
میزان جریان آب =
۲٫۵ [GPM]

داده‌های خروجی
ظرفیت تابشی کف =
۴۰ [(Btu/(h.ft2]
دمای آب خروجی =
۶۰ [F]
میانگین دمای کف =
۶۰ [F]
دمای سطح =
۶۰ [F]

طراحی سیستم‌های گرمایش و سرمایش تابشی
طراحی سیستم تابشی هیچ شباهتی به طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع متداول ندارد، زیرا نمی‌توان عملکرد این سیستم‌ها را از طریق محاسبات ساده ریاضی به راحتی تحلیل کرد. در سیستم‌های گرمایش از کف، انتقال گرمای دوبعدی۱ از سیال درون لوله‌ها به دال کف، سطوح خارجی و فضای اتاق انجام می‌شود و تاثیر انتقال حرارت تابشی۲ با طول موج کوتاه نیز باید در آن تحلیل شود. تحلیل این سیستم‌ها همچنین باید ویژگی‌های کلی فضا از جمله انتقال حرارت تابشی با طول موج بلند در میان سطوح اتاق، لایه‌بندی دمایی هوای اتاق و شارهای خورشیدی بر سطوح فعال و غیر فعال اتاق را نیز در بر بگیرد. در نهایت برای تضمین دست‌یابی به شرایط آسایش باید ویژگی‌های سایکرومتری فضا را نیز ارزیابی کرد.
برای دست‌یابی به این اهداف، در این مقاله از پنج ابزار استفاده می‌شود که هدف هر یک از این ابزارها، ارزیابی یکی از جنبه‌های عملکردی این سیستم است.
اولین ابزار، یک محاسبه ساده است که با برنامه EES) Engineering Equation Solver) اجرا شده و از الگوریتم‌هایاستاندارد تبادل حرارت ASHRAE استفاده می‌کند. با استفاده از این برنامه دیگر نیازی به برگه‌های محاسباتی پیچیده نیست. برگه‌های محاسباتی با استفاده از روش سعی و خطا به شناسایی عوامل محدودکننده انتقال حرارت در سیستم، از دال به فضا، از سیال به دال و جریان سیال می‌پرداخت و عملکرد نهایی سیستم را محاسبه می‌کرد. این شیوه زمانی استفاده می‌شد که هنوز استانداردهای بین‌المللی مرتبط تدوین و منتشر نشده بود. اما در حال حاضر استانداردهایی مانند ISO-DIS11855 و EN15377 در این زمینه تدوین شده‌اند. برنامه EES عامل محدودکننده را شناسایی کرده و با استفاده از یک واسط کاربری مناسب، عملکرد سیستم را محاسبه می‌کند. با استفاده از EES می‌توان جایگزین‌های ممکن برای هدایت گرمایی سطح خارجی کف، عمق دال، طول مدار لوله‌کشی و تعیین فاصله لوله‌ها، جریان آب رفت و درجه حرارت برای ترکیب‌های مختلف دمای اتاق و حرارت جذب شده در کف را ارزیابی کرد. EES بر مبنای این داده‌ها به محاسبه دمای آب خروجی از کف، ظرفیت گرمایشی یا سرمایشی کف بر واحد سطح و دمای سطحی کف می‌پردازد (تصویر ۱). دومین ابزار، الگوی تابش خورشید بر سطوح ساختمان را در زمان‌های مختلف سال محاسبه می‌کند؛ سایه‌اندازی ساختمان و ویژگی‌های نوری شیشه‌ها از جمله این محاسبات هستند (تصویر ۲). این ابزار داده‌های ورودی مورد نیاز درباره تابش جذب شده را برای EES و روش‌های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD3) فراهم می‌آورد.
ابزار سوم CFD است که با استفاده از آن مقدار انتقال حرارتسطحی اتاق ارزیابی می‌شود که شامل مبادله تابشی با طول موج بلند بین سطوح، انتقال حرارت جابه‌جایی و جریان القایی بویانسی۴ هوای اتاق، تاثیر تابش خورشید بر سطوح فعال و غیر فعال اتاق و تاثیر هوای رفت بر توزیع دمای اتاق می‌شود (تصویر ۳). گرمای منتقل شده به فضا به هر دو روش انتقال حرارت جابه‌جایی و تابش اختصاص می‌یابد تا لایه‌بندی دمایی ایجاد شده از طریق جابه‌جایی، به طور دقیق‌تری توصیف شود.ابزار چهارم، تعادل سایکرومتری۵ فضا را ارزیابی می‌کند. این ارزیابی را می‌توان بر مبنای روش‌های CFD یا با استفاده از اطلاعات مربوط به منابع رطوبتی و نسبت رطوبت هوای نفوذی و تصفیه شده، انجام داد. آخرین ابزار برای تحلیل عملکرد این سیستم در ساختمان، استفاده از یک پایگاه الگوسازی استاندارد برای انرژی ساختمان است. نمونه ساده شده سیستم گرمایش از کف، به همراه قدرت پمپ‌ها ظرفیت سرمایشی و گرمایشی به عنوان اطلاعات ورودی این برنامه شبیه‌سازی استفاده می‌شوند.

تصویر (۲) پیکربندی خورشیدی در لابی دفتر مرکزی شرکت
National Rural Utiities Cooperative Finance

تصویر (۳) داده‌های خروجی درباره توزیع دما در لابی مرکز اصلی شرکت
National Rural Utilities Cooperative Finance
با استفاده از تحلیلCFD

نتیجه این فرآیند طراحی، ایجاد یک پیکربندی مناسب برای کف است که در آن منطقه‌بندی با الگوهای خورشیدی سازگار است، فاصله‌گذاری لوله‌ها با حداکثر بار سرمایشی یا گرمایشی سازگار است، هوای تهویه به منظور جلوگیری از کندانس به خوبی خشک می‌شود و تامین سرمایش یا گرمایش به صورت کمکی موجب کنترل نیاز ساختمان فراتر از ظرفیت سیستم تابشی می‌شود. نکته مهمی که باید در این زمینه مورد توجه قرار گیرد آن است که علاوه بر تحلیل بیشترین نیاز سرمایش و گرمایش، شرایط عملیاتی نیز باید ارزیابی شود. رطوبت بالا، پایین بودن بار محسوس، مقدار بالای گرمای خورشید، پایین بودن دمای هوای خارج و حداقل و حداکثر میزان فعالیت افراد ساکن در ساختمان از جمله این شرایط هستند. اگرچه این تحلیل‌های ثانویه کمکی به پیکربندی فیزیکی سیستم گرمایش از کف نمی‌کند، ولی می‌توان با استفاده از آن‌ها، از فرآیند کنترل آگاهی پیدا کرد.
یکی از مهم‌ترین بخش‌های فرآیند طراحی، هماهنگی ویژگی‌های حرارتی عناصر معماری داخلی است. برای مثال، در نظر گرفتن مقاومت گرمایی پوشش نهایی کف از اهمیت خاصی برخوردار است. موادی که مقاومت حرارتی آن‌ها بیش از حد زیاد باشد، اختلاف دمای آب درون لوله‌ها و سطح خارجی کف را افزایش می‌دهند.
سنگ‌فرش، کاشی سرامیکی و موزاییک از جمله مصالح ایده‌آل به عنوان پوشش نهایی کف هستند. مصالح چوبی متراکم، مانند تخته چندلایه، پوشش‌هایی مانند لینولیوم (نوعی پوشش با سطح براق) و پوشش‌های پلیمری نیز از جمله مصالح قابل قبول برای کف به شمار می‌روند. مصالح پرمنفذ ضخیم مانند پنبه یا فرش برای پوشش سطوح خارجی کف مناسب نیستند. برای به حداکثر رساندن انتقال گرما به کف، مقاومت گرمایی دال نیز باید مورد توجه قرار گیرد. دال بالایی باید از بتن با حداقل چگالی (۱۲۰lb/ft3 (1925kg/m3 باشد. بتن سبک به علت منافذ زیاد مقاومت گرمایی بسیار بیشتری دارد. هدف اصلی در این طراحی، ایجاد معبریبرای انتقال گرما از آب درون لوله‌ها به فضای اتاق با حداقل مقاومت ممکن است. مشخصات حرارتی کف و پوشش نهایی آن در جدول (۱) نشان داده شده‌اند.

جانمایی سیستم گرمایش و سرمایش تابشی
سیستم گرمایش از کف شامل یک مدار مجزاست که توسط مبدل‌های حرارتی به منابع گرمایی و سرمایی متصل شده و گرمای آن از طریق سیستم لوله‌کشی تعبیه شده در دال کف به فضا منتقل می‌شود. این مدار مجزا باعث می‌شود تا احتمال رسوب‌گرفتگی در مدارهای گرمایش و سرمایش ساختمان کاهش یابد.
تصویر (۴) یک نمونه از نمودار جریان این سیستم را نشان می‌دهد. می‌توان از روش جریان متفاوت و دمای ثابت (برای هر حالت)، برای یک سیستم گرمایش از کف چندمنطقه‌ای استفاده نمود. متناسب با مساحت و کاربری فضا برای هر مدار یا چندراهه می‌توان از شیرهای تعدیل‌کننده استفاده نمود. اگر بر روی هر حلقه، یک شیر تعدیل‌کننده وجود داشته باشد، طراحی‌های متداول شامل یک شیر دو وضعیتی با عملکرد آهسته خواهد بود. در فضاهای بزرگ‌تر، تمامی چندراهه‌هایی که بیش از ده مدار را به هم متصل می‌کنند، برای کنترل ظرفیت از یک شیر دو وضعیتی با عملکرد آهسته استفاده می‌کنند. در وضعیت سرمایشی، برای تعدیل دمای کف در واکنش به تابش خورشید، کنترل ظرفیت منطقه‌ای از اهمیتبیشتری برخوردار است. بخشی از  کف که در معرض تابش مستقیم خورشید است، به جریان کامل نیاز دارد، اما بخشی که در سایه است به منظور حفظ حداقل دمای ۶۸ درجه فارنهایت (معادل ۲۰ درجه سانتی‌گراد) کف به جریان بسیار کمتری نیاز دارد. پمپ گردشی این سیستم دارای یک محرک فرکانس متغیر (VFD7) و یک مسیر فرعی برای کنترل فشار است تا بتواند بارهای بسیار کوچک را تامین نماید. مدار سیستم گرمایش از کف از دو مبدل حرارتی، یکی برای سرمایش و دیگری گرمایش و یا یک مبدل حرارتی چهارلوله‌ای استفاده می‌کند. دمای رفت درسمت ثانویه مبدل حرارتی از طریق یک شیر دوراهه در سمت اولیه کنترل می‌شود، این شیر توسط یک حسگر حرارتی در سمت برگشت مدار ثانویه مبدل حرارتی کنترل می‌شود.
در پروژه‌های سرمایش و گرمایش تابشی می‌توان از لوله‌های (۵/۸in (15.88mm پلی‌اتیلن با چگالی بالا و اتصال متقاطع استفاده کرد. به‌کارگیری (۳۰۰ft (91.4m غلتک، یک روش رایج انتقال در این لوله‌کشی می‌باشد. حداکثر جریان آب در مدار این لوله‌کشی بین ۲gpm تا ۲٫۵gpm یا ۰٫۱۲l/s تا ۰٫۱۶l/s است. حداکثر جریان در زمان استفاده از اتیلن‌گلیکول کمتر خواهد بود.افزایش طول مدار تا (۶۰۰ft (182.8m موجب می‌شود که در معرض تابش خورشید، ظرفیت بر واحد سطح بین هشت تا ده درصد کاهش یابد. این مقیاس می‌تواند برای سطوح کف بزرگ و مشابه موجب بهره‌وری بیشتر و کاهش هزینه‌ها شود.
برای کف‌پوش‌های متنوع‌تر، مدارهایی با طول کوتاه مناسب‌تر است. چندراهه‌ها باید تا بیشترین حد ممکن در نزدیکی کف‌های مورد نظر قرار گیرند. اگر طول حلقه‌ها بیش از (۳۰۰ft (91.4m باشد، برای اجرای این سیستم در مکانی که (۷۵ft (22.9m دورتر از چندراهه قرار دارد، نیمی از مسیر مدار را باید به عنوان مسیر برگشت در نظر گرفت که این مسیر می‌تواند از طریق یک فضای کنترل نشده در کف اجرا شود. در نظر گرفتن موقعیت چندراهه‌ها در اولین مراحل طراحی موجب رفع نیاز اصلاح چندباره سیستم به دلیل عدم تناسب با معماری می‌شود.
اجرای چندراهه به صورت توکار برای یک چندراهه با ده مدار نیازمند فضایی به عمق (۵in (127mm، ارتفاع (۲۰in (510mm و عرض (۴۰in (1.02mm است. البته در نظر گرفتن صفحات دسترسی داخل فضا به گونه‌ای که تداخلی با معماری داخلی نداشته باشد نیز باید مورد توجه قرار گیرد. پیکربندی منطقه باید به گونه‌ای باشد که حسگر حرارتی نصب شده در روزهای تابستان به الگوهای تابشی و منابع حرارتی مجاور به خوبی واکنش نشان دهد.
برای تعیین ابعاد پمپ‌های گردشی مورد نیاز در مدار باید حداکثر نسبت‌های جریانی سیستم برای گرمایش یا سرمایش با یکدیگر مقایسه شوند. برای حفظ دمای کف در محدوده دمای حداکثری ۸۰ درجه فارنهایت (معادل ۲۶٫۷ درجه سانتی‌گراد) در وضعیت گرمایش، نباید بیش از (۰٫۸gpm (0.05l/s از آب گرم با دمای۹۰ درجه فارنهایت (معادل ۳۲٫۳ درجه سانتی‌گراد) در مدار به جریا درآید. با این حال الزامات گرمایشی مناطق پیرامونی، به طور همزمان و بالاتر از میزان جریان، دارای تفاوت اندکی است. حداکثر نیاز سرمایشی در مناطق مختلف بسیار متنوع است. به این ترتیب که برای حفظ حداقل دمای کف به اندازه ۶۸ درجه فارنهایت (معادل ۲۰ درجه سانتی‌گراد) در مناطقی که در معرض آفتاب هستند، به جریان کامل در حلقه نیاز است و برای مناطقی که در سایه هستند، تنها به (۰٫۳gpm (0.02l/s نیاز است. بر مبنای جهت‌گیری دیوارهای دارای شیشه و عمق ورق‌های کف‌پوش، تفاوت نیاز سرمایشی فضاهای مختلف ساختمان می‌تواند به کمتر از پنجاه درصد نیز برسد.
بهترین روش برای تعیین مشخصات مورد نیاز پمپ‌های گردشی، ارزیابی الگوهای تابش آفتاب در چندین روز طراحی است تا بتوان بر مبنای آن بیشترین درصد کفی که در طول سال تحت تابش خورشید است را مشخص کرد و اختلاف میان جریان کامل در وضعیت سرمایشی و گرمایشی را محاسبه و با یکدیگر مقایسه کرد.

تصویر (۴) نمودار جریان سیستم گرمایش و سرمایش از کف

جلوگیری از شکل‌گیری کندانس
اساسا شکل‌گیری کندانس یکی از دغدغه‌های سیستم سرمایش از کف به شمار می‌رود. طراحی مناسب سیستم، جانماییاجزا و کنترل صحیح عملکرد آن‌ها برای جلوگیری از ایجاد کندانس در فضای داخل امری ضروری است. با طراحی مناسب سیستم حتی در مرطوب‌ترین شرایط اقلیمی نیز می‌توان همواره از ایجاد کندانس جلوگیری کرد. روش‌های جلوگیری از کندانس باید با توجه به کاربری ساختمان، اقلیم پروژه و بدترین شرایطرطوبتی انجام شود. برای مثال، بدترین وضعیت هوا از دیدگاه دمای نقطه شبنم پروژه زمانی اتفاق می‌افتد که طوفان همراه با صاعقه محوطه یک پارکینگ بدون سقف، آسفالت شده و گرم را در خارج از ورودی ساختمان فرا بگیرد و دمای نقطه شبنم محلی را به بیش از ۸۰ درجه فارنهایت (معادل ۲۶٫۷ درجه سانتی‌گراد) برساند، یعنی دمایی که از شرایط طراحی ASHRAE نیز بسیار بالاتر است.
مهم‌ترین روش جلوگیری از کندانس سطح خارجی یا داخلی کف، دمای آب سرد رفت داخل لوله‌هاست که اساسا بالاتر از دمای نقطه شبنم هوای داخلی فضا می‌باشد. دمای آب سرد ورودی در بسیاری از پروژه‌ها حدود ۶۱ درجه فارنهایت (معادل ۱۶٫۱ درجه سانتی‌گراد) در نظر گرفته می‌شود. دمای نقطه شبنم هوا، در سطح دریا در دمای ۷۵ درجه فارنهایت (معادل ۲۳٫۹ درجه سانتی‌گراد) و رطوبت نسبی پنجاه درصد برابر با ۵۵٫۱ درجه فارنهایت (معادل ۱۲٫۸ درجه سانتی‌گراد) می‌باشد. این عامل ایمنی با دمای نقطه شبنم ۶ درجه فارنهایت (معادل ۳٫۳ درجه سانتی‌گراد) موجب تغییر داخلی قابل توجهی قبل از وقوع کندانس می‌شود. استفاده از آب سرد رفت در این دمای بالا، علاوه بر جلوگیری از ایجاد کندانس، بر ظرفیت سرمایشی نیز تاثیرگذار است. جدول (۲) ظرفیت دو سیستمی را مقایسه می‌کند که از آب سرد رفت با دماهای ۵۸ درجه فارنهایت (معادل ۱۴٫۴ درجه سانتی‌گراد) و ۶۱ درجه فارنهایت (معادل ۱۶٫۱ درجه سانتی‌گراد) استفاده کرده‌اند.

یکی دیگر از روش‌های جلوگیری از ایجاد کندانس، طراحی سطوح خارجی ساختمان با میزان نشت بسیار کم است. مقادیر بالای نشتی محلی می‌تواند منجر به ایجاد تغییرات محلی با نقطه شبنم بالا شده و علیرغم به‌کارگیری حسگرهای رطوبتی داخل اتاق در نهایت باعث شکل‌گیری کندانس به صورت محلی می‌شود.

افزون بر این، مقادیر بالای نشتی موجب افزایش بار نهان، افزایش دمای نقطه شبنم و کاهش حاشیه اطمینان برای جلوگیری از ایجاد کندانس می‌شود. وجود نشتی در یک ساختمان هیچ‌وقت مفید نیست و در صورت استفاده از سیستم سرمایش از کف می‌تواند خطرات عمده‌ای را در ساختمان ایجاد کند.
یکی از روش‌های موثر برای مقابله با نشتی رطوبتی بالا در ورودی‌های ساختمان، پر کردن کف مجاور قسمت ورودی با هوای سرد رطوبت‌زدایی شده است. نزدیکی هوای سرد و خشک به ورودی‌ها باعث می‌شود تا هوا در کف داخلی ورودی پراکنده شود. به این ترتیب هوای گرم و مرطوب ورودی در بالای این هوای سرد شناور می‌ماند و در نتیجه با کف تماس پیدا نکرده و روی کف کندانس ایجاد نخواهد شد. انتقال لوله‌کشی سرمایش/گرمایش از ناحیه کف نزدیک به ورودی، روش مکملی است که در مسیر برخورد هوای مرطوب با کف سرد (و پیش از ترکیب آن با هوای اتاق) فاصله ایجاد می‌کند. در اقلیم‌هایی با بارهای گرمایشی و رطوبت بالا می‌توان لوله‌کشی را در کف مجاور به ورودی تعبیه کرد، اما ترتیب فرآیند کنترلی باید به گونه‌ای باشد که در حالت سرمایشی سیستم، تمامی شیرهای کنترلی بر روی مدارهای مجاور ورودی را ببندد.
برای جلوگیری از کندانس، سیستم تهویه/رطوبت‌زدایی هوا نیز باید طراحی شود. دمای نقطه شبنم سیستم باید کمتر از دمای آب سرد ورودی به سیستم سرمایش از کف باشد. این تفاوت دمایی در کاربری‌های مسکونی با تراکم بیشتر می‌تواند تا ۱۰ درجه فارنهایت (معادل ۵٫۶ درجه سانتی‌گراد) باشد. در چنین کاربردهایی، سیستم هوارسان باید به گونه‌ای طراحی شود که در مجاورت کف تهویه شده، توزیع یکنواخت هوا را داشته باشیم. اگرچه ممکن است توزیع یکنواخت هوا در این سیستم به اهمیت توزیع یکنواخت در یک سیستم تمام هوا نباشد، اما برای جلوگیری از شکل‌گیری کندانس باید از ایجاد مناطق راکدی که احتمال افزایش رطوبت محلی در آن‌ها بالاست اجتناب شود.
اجرای آب‌نما در کنار سیستم گرمایش از کف ایده بسیار مطلوبی است. آب‌نما به عنوان یک رطوبت‌زن تبخیری موجب افزایش اختلاف بین نسبترطوبت هوای رفت و شرایط محیطی اتاق می‌شود و می‌توان در فصل سرما با سرد کردن آب داخل حوضچه آبنما، آن را از یک جز نامطلوب به یک ابزار کارآمد در کنار سیستم گرمایش از کف تبدیل کرد. کاهش دمای آب‌نما تا چند درجه زیر دمای آب سرد ورودی به کف تا حد زیادی میزان تبخیر آب آب‌نما را کاهش می‌دهد. در این حالت اگر دمای نقطه شبنم محیط از دمای نقطه شبنم آب آب‌نما بالاتر برود، آب‌نما به خودی خود شروع به رطوبت‌زدایی می‌کند.
در دفتر مرکزی شرکت Hearst، ظرفیت سرمایش محسوس در سیستم گرمایش کفی توسط یک آب‌نمای شیب‌دار بزرگ تامین می‌شود، این آب‌نما به موازات پلکان به ورودی سطح پایین‌تر جاری می‌شود (تصویر ۵).

تصویر (۵) لابی دفتر مرکزی شرکت Hearst مجهز به سیستم گرمایش از کف

فرآیند کنترل این سیستم‌ها به منظور جلوگیری از شکل‌گیری کندانس به نسبت ساده است. به این ترتیب که سیستم‌های تهویه با قابلیت تهویه بر حسب نیاز۷، در واکنش به افزایش تعداد افراد حاضر در ساختمان، جریان هوا را افزایش داده و در نتیجه در واکنش به افزایش بار نهان داخلی، ظرفیت رطوبت‌زدایی را افزایش می‌دهند.
علاوه بر این می‌توان در زمان افزایش درجه حرارت نقطه شبنم فضا، دمای خروجی آب رفت سیستم تهویه/رطوبت‌زدا را کاهش داد (کاهش نقطه شبنم دستگاه). برای مقابله با افزایش دمای نقطه شبنم هوا و حفظ دمای نقطه شبنم فضا در یک محدوده ایمن می‌توان از یک کنترل‌کننده برای پمپ گردشی کف استفاده کرد. محدوده ایمن باید با توجه به وضعیت بار نهان در فضا تعیین شود. فضاهایی که دارای بارهای نهان محلی بالاتری هستند به محدوده ایمن وسیع‌تری نیاز خواهند داشت.
یکی از وظایف مهم سیستم کنترل، شناسایی و کنترل تجمع رطوبت در زمانی است که ساختمان خالی از سکنه است. وجود نشتی در این زمان‌ها می‌تواند دمای نقطه شبنم داخلی هوا را به محدوده‌ای بالاتر از دمای رفت آب سرد سیستم افزایش دهد. مصالح پرمنفذی مانند دوغاب روی کف کاشی‌کاری شده، می‌توانند در این هوای مرطوب به تعادل فشار بخار برسند. در زمان فعال شدن سیستم گرمایش از کف کندانس اتفاق می‌افتد. در بهترین حالت حتی اگر کندانس ایجاد شده قابل رویت نباشد و موجب لیز خوردن ساکنان نشود، موجب رشد کپک خواهد شد. برای مقابله با این مشکل، زمانی که دمای نقطه شبنم هوای داخلی به دمای آب سرد رفت می‌رسد، سیستم هوا در حالت رطوبت‌زدایی باید فعال شود. به این ترتیب در دوره‌ای که ساختمان خالی از سکنه است، دمای نقطه شبنم بالا شناسایی می‌شود و قبل از فعال شدن دال در حالتسرمایشی، یک چرخه رطوبت‌زدایی صبح‌گاهی به رطوبت‌زدایی فضا می‌پردازد.
نتیجه‌گیری
برای طراحی سیستم‌های گرمایش و سرمایش از کف به ابزارهای طراحی قدرتمندی نیاز است تا بتوان عملکرد پیچیده این سیستم‌های به نسبت ساده را بهینه کرد. در فرآیند طراحی این سیستم‌ها باید متغیرهای طراحی و پیکربندی فضای تهویه شده نیز ارزیابی شود. تعیین فاصه مرکز تا مرکز لوله‌ها، جریان سیال انتقالی، قابلیت هدایت گرمایی پوشش نهایی کف و جانمایی سیستم لوله‌کشی از جمله متغیرهای کنترل شده طراحی هستند. با این حال تاثیر پیکربندی فضا بر روی عملکرد سیستم را تنها می‌توان از طریق یک الگوی کامل CFD فضا ارزیابی کرد.
موفقیت سیستم سرمایش از کف تابشی در گروی جلوگیری از شکل‌گیری کندانس روی کف است. در نظر گرفتن عوامل ایمنی برای تعیین دمای نقاط شروع، به‌کارگیری فرآیندهای کنترلی برای پیش‌گیری از شرایط کندانس و پیکربندی طرح اولیه کف برای ایزوله کردن کف از منابع رطوبتی از جمله اقداماتی هستند که می‌توان برای دست‌یابی به این هدف انجام داد.
پی‌نوشت:

  1. Two-Dimensional Heat Trasnfer
  2. Radiant Fluxes
  3. Computational Fluid Dynamics
  4. Buoyancy Induced Flow
  5. Psychrometric Balance
  6. Variable Frequency Drive
  7. Demand-Controlled Ventilation

منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۷ – مرداد ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

محاسبات مشعل به زبان ساده

منبع:ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۷ – مرداد ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نکات ابتدایی:

  1. به طور کلی مشعل‌­ها در دو نوع اتمسفریک (بدون فن) و فن­‌دار موجود هستند.
  2. به طور معمول در ایران ظرفیت مشعل­ها اغلب بر حسب kcal/hr اعلام می­شود.
  3. مشعل­‌های فن­‌دار راندمان بالاتری نسبت به مشعل­‌های اتمسفریک دارند و در ظرفیت­‌های بالاتر از ۸۰۰۰۰ کیلوکالری بر ساعت اغلب مشعل­‌ها از نوع فن­‌دار هستند.
  4. ظرفیت مشعل بر اساس ظرفیت دیگ تعیین می­‌شود.

محاسبه ظرفیت مشعل
برای انتخاب مشعل از رابطه زیر استفاده می­‌کنیم:

QBurner = QBoiler × SF

QBurner: ظرفیت مشعل بر حسب کیلوکالری بر ساعت
QBoiler: ظرفیت دیگ بر حسب کیلوکالری بر ساعت
SF: ضریب اطمینان یا ضریب استهلاک که بین ده الی سی درصد در نظر گرفته می­‌شود که ضریب بیست درصد معمولا عدد مناسبی است. در نهایت بر مبنای ظرفیت به دست آمده برای مشعل (QBurner) مدل مورد نظر را از روی کاتالوگ انتخاب می­‌کنیم.
محاسبه مصرف سوخت مشعل:
برای محاسبه مصرف سوخت مشعل از رابطه زیر استفاده می­‌کنیم:
راندمان احتراق × ارزش حرارتی سوخت / ظرفیت حرارتی = مصرف سوخت مشعل

  1. در رابطه فوق مصرف سوخت مشعل بر حسب متر مکعب بر ساعت محاسبه می­‌شود.
  2. ظرفیت حرارتی مورد نیاز بر حسب کیلوکالری بر ساعت لحاظ می­‌شود.‌
  3. ارزش حرارتی سوخت مقدار گرمایی است که به ازای سوختن هر مترمکعب از سوخت به دست می­‌آید. هر نوع سوخت یک ارزش حرارتی منحصر به فرد دارد. ارزش حرارتی گاز طبیعی به طور متوسط حدود ۹۴۰۰ مترمکعب بر ساعت است.
  4. راندمان احتراق اساسا به عواملی مختلف از جمله چگالی هوا بستگی دارد. به عبارت دیگر هرچه اکسیژن موجود در هوا بیشتر باشد، اکسیژن مورد نیاز برای فرآیند احتراق در دسترس بوده و راندمان احتراق بالاتر است. بنابراین با افزایش ارتفاع از سطح دریا که منجر به کاهش چگالی هوا می­‌شود، راندمان احتراق کاهش می­‌یابد. به طور کلی به ازای هر ۳۰۰ متر اختلاف ارتفاع از سطح دریا راندمان احتراق حدود چهار درصد کاهش می‌یابد.
    به طور مثال اگر ارتفاع تهران از سطح دریا را ۱۲۰۰ متر در نظر بگیریم با یک تناسب ساده درمی‌یابیم که راندمان احتراق در شهر برای تهران هشتاد و چهار درصد است. برای به دست آوردن ارتفاع شهرهای مختلف از سطح دریا نیز می‌توانید به نشریه ۲۷۱ سازمان برنامه و بودجه کشور مراجعه نمایید.

منبع:ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۷ – مرداد ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

آسایش و فضای ذهنی

منبع:ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۸ – شهریور ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

همان‌طور که در استاندارد ANSI/ASHRAE55-2004 شرایط دمای محیطی، برای سکونت انسان، تعریف شده است، آسایش حرارتی عبارت است از «شرایط ذهنی که بیانگر رضایت‌مندی از محیط حرارتی است و از طریق ارزیابی فردی سنجیده می‌شود.» در این مقاله به بررسی جنبه‌های مختلف این تعریف پرداخته‌ایم که عبارتند از محیط حرارتی، ارزیابی فردی و شرایط ذهنی که اغلب در حوزه روان‌شناسی بررسی شده است و شامل رضایت، پذیرش، خوشایندی و سایر واکنش‌های احساسی می‌شود.

مطالب این مقاله، مبتنی بر پژوهش‌های چهل ساله در حوزه آسایش حرارتی هستند. با توجه به این تعریف، محیط حرارتی شش متغیر کلی را در بر می‌گیرد: دمای خشک۱، رطوبت نسبی۲، متوسط دمای تابشی۳، جابه‌جایی هوا۴، (با در نظر گرفتن افراد) فعالیت فیزیکی (متابولیسم) و نوع لباس. زمان (مدت زمان در معرض قرار گرفتن)، بازه زمانی روز، بازه زمانی سال، سازگاری، سن، جنس، فعالیت ذهنی، اولویت و تجربه قبلی، مولفه‌های مهمی هستند که از این فهرست حذف شده‌اند.

ارزیابی فردی
ارزیابی فردی یکی دیگر از عناصر این تعریف است. این مولفه اغلب یک مقیاس دارای طبقه‌بندی است. زمانی که نتایج مطالعه دانشگاه Kansas State ارایه شدند، درباره مقیاس مورد استفاده پرسش به عمل آمد. این مطالعه شامل هزار و ششصد سوژه بود و مقیاس آن هفت طبقه‌بندی را در بر می‌گرفت:

  1. سرد
  2. خنک
  3. اندکی خنک
  4. مطلوب و راحت
  5. اندکی گرم
  6. گرم
  7. بسیار گرم
    آیا این مقیاس می‌توانست هم آسایش حرارتی و هم احساس حرارتی را ارزیابی کند؟ برای پاسخ به این سوال در مطالعه بعدی از دو مقیاس استفاده شد. نتیجه این مطالعه یک مقیاس افتراق معنایی است که در جدول (۱) نشان داده شده است. اضافه می‌کنیم که این مقیاس تنها به عنوان مثالی از مقیاس مورد استفاده در این ارزیابی ارایه شده است و استفاده از آن به عنوان ابزار قطعی و نهایی توصیه نمی‌شود. اولین عدد از میان این چهل نفر در خط مورب تیره شده، عدد ۱۳ است. این عدد نمایانگر تعداد افرادی است که یک گروه از دماهای مساعد با گستره‌ای بین دمای ۷۲ درجه فارنهایت معادل ۲۲ درجه سانتی‌گراد (همان‌طور که سمت چپ خط تیره افقی نشان داده شده است) تا دمای ۷۸ درجه فارنهایت معادل ۲۶ درجه سانتی‌گراد(همان‌طور که در نیمه پایینی خط تیره عمودی نشان داده شده است) را انتخاب کرده‌اند. با دنبال کردن خط مورب در انتهای تصویر درمی‌یابیم که سیزده نفر دیگر، گروهی از دماهای مساعد در بازه‌ای بین ۷۰ تا ۷۶ درجه فارنهایت (معادل ۲۱ تا ۲۴ درجه سانتی‌گراد) را انتخاب کرده‌اند. در ادامه این خط، یازده نفر دیگر بازه‌ای بین ۶۸ تا ۷۴ درجه فارنهایت (معادل ۲۰ تا ۲۳ درجه سانتی‌گراد) را دارا هستند. در سمت راست خط تیره افقی عدد ۲۵ دیده می‌شود، این عدد نمایانگر تعداد افرادی است که دمای ۷۲ درجه فارنهایت را به عنوان حد پایین بازه آسایش خود انتخاب کرده‌اند. عدد ۲۸ در نیمه بالایی خط تیره عمودی نشان‌دهنده تعداد افرادی است که دمای ۷۸ درجه فارنهایت را به عنوان حد بالای محدوده آسایش خود تعیین کرده‌اند.
    اگر فراوانی‌های غالب را در نظر بگیریم، یعنی دماهایی که بیشترین عدد را در پاسخ‌ها دارا هستند، مشاهده می‌کنیم که دمای ۶۸ درجه فارنهایت (معادل ۲۰ درجه سانتی‌گراد) با فراوانی چهل و سه نفر، حد پایین آسایش و دمای ۷۶ درجه فارنهایت (معادل ۲۴ درجه سانتی‌گراد)، با فراوانی سی و دو نفر، حد بالای آسایش محسوب می‌شود. به این ترتیب نتیجه می‌گیریم که محدوده آسایش برای اکثر افراد در بازه‌ای بین دماهای ۶۸ تا ۷۶ درجه فارنهایت (معادل ۲۰ تا ۲۴ درجه سانتی‌گراد) تعریف می‌شود. به علاوه، این محدوده که دارای نه طبقه‌بندی دمایی است، به تنوع فعالیت‌ها، پوشش، سن و سایر فاکتورها نیز توجه دارد و نیز میانگین و میانه، به عنوان مقیاس‌های تمایل به مرکز ۵؛ مد ارزشی است که بالاترین فراوانی را دارد. برای مثال اگر یک فروشگاه کفش داشته باشید، میانگین سایز کفش‌ها برای شما کاربردی ندارد؛ سایزی از کفش‌ها که بیشترین خواستار را دارد، یا همان سایز مد، چیزی است که شما به آن نیاز دارید. بنابراین توجه ما در این حوزه به دمای مد در آسایش حرارتی معطوف شده است.
    در حال حاضر انجمن ASHRAE از یک مقیاس واحد با طبقه‌بندی ۳- سرد، ۲- خنک، ۱- کمی خنک، ۰ خنثی، ۱+ کمی گرم، ۲+ گرم و ۳+ بسیار گرم استفاده می‌کند. آسایش حرارتی به طور مستقیم ارزیابی نمی‌شود، در عوض، دماهای ۳- سرد، ۲- خنک، ۲+ گرم و ۳+ بسیار گرم، معرف شرایط غیر آسایشی بوده و گزینه‌های باقی‌مانده، یعنی ۱- کمی خنک، ۰ خنثی، ۱+ کمی گرم در حوزه آسایش حرارتی هستند. در این نوع طبقه‌بندی یک مشکل وجود دارد. چرا از یک معیار مجزا برای آسایش استفاده نکنیم و یا نوع جمله‌بندی را تغییر ندهیم؟ علاوه بر این، با تفکیک گزینه‌ها به اعشار، که در بعضی از موارد انجام می‌شود، مقیاسی با هفت طبقه‌بندی ایجاد کنیم که در عین حال مقیاس بزرگ‌تری خواهد شد.
    مقیاس جدیدی که برای ارزیابی مقبولیت محیط کاری طراحی شده است، بررسی محیط حرارتی را در بر می‌گیرد. این مقیاس به ویژگی‌های صوت، کیفیت هوا، نورپردازی و جنبه‌های حرارتی محیط می‌پردازد. این مقیاس صرفا به جنبه‌های حرارتی توجه ندارد و دیدگاه کامل‌تری از محیط ارایه می‌کند. واژه مقبولیت جایگزین واژه آسایش شده است.
    شرایط ذهنی
    بسیاری از افرادی که گفته‌های من را درباره آسایش حرارتی می‌شنوند، پاسخ می‌دهند که برای همه ما، گستره‌ای از دماها به عنوان محدوده آسایشی تلقی می‌شود. اکنون این گستره را روی کاغذ بیاورید: از کمترین تا بیشترین دما. از افراد درخواست می‌کنیم تا اگر دمای ۷۲ درجه فارنهایت (معادل ۲۲ درجه سانتی‌گراد) در بازه دمایی آن‌ها است، دست خود را بالا بیاورند. نتایج اغلب یکسان است و در حدود نود و سه درصد از افرادی که در این پرسمان شرکت کرده‌اند دست خود را بالا می‌آورند.
    همین سوال را از افرادی پرسیدم که در سمینار برگزار شده در کشور ژاپن حضور داشتند و آن‌ها نیز پاسخ مشابهی دادند و دمای ۷۲ درجه فارنهایت (معادل ۲۲ درجه سانتی‌گراد) را اعلام کردند. جالب است بدانید که Chrysler در کتاب راهنمای Owner New Yorker 1995 نیز از دمای ۷۲ درجه فارنهایت به عنوان تنظیمات توصیه شده در ترموستات برای حداکثر دمای آسایشی میانگین افراد یاد کرده و با این وجود معتقد است که این دما متغیر است.

آسایش حرارتی از اهمیت بالایی برخوردار است و گاهی رفتار ما را کنترل می‌کند. مدیریت سلامت و رفاه ما بر عهده این مولفه است. شباهت یا تفاوت افراد با گرایش‌های دمایی آن‌ها متناسب می‌باشد. این مولفه که مبتنی بر قضاوت ارزشی است، اولویت محیطی نیز نام دارد. برای مثال آیا این دما موجب آسایش می‌شود؟ آیا این موسیقی، غذای ما را لذتبخش‌تر می‌کند؟ یا روشنایی این نورپردازی، عملکرد کاری ما را بهبود می‌بخشد؟ داوری‌های ارزشی که به این پرسش‌ها و پرسش‌های مشابه پاسخ می‌دهند، از طریق تجارب قبلی به دست می‌آیند. پیش‌زمینه و سطوح اجتماعی/اقتصادی ما بر این داوری‌ها اثرگذار هستند و سن نیز کاتالیزور مهمی به شمار می‌رود.
مطالعه دانشگاه Kansas State گواهی بر این مدعاست. مبتنی بر نتایج این مطالعه، دانشجویان (با میانگین سنی بیست سال) برای آسایش، دمای ۷۲ درجه فارنهایت (معادل ۲۲ درجه سانتی‌گراد) را ترجیح می‌دهند، افراد میانسال (با میانگین چهل و چهار سال) در محیطی با دمای ۷۴ درجه فارنهایت (معادل ۲۳ درجه سانتی‌گراد) آسوده هستند و سالمندان (با میانگین سنی هفتاد و پنج سال) تمایل دارند تا دمای محیط زندگی آن‌ها ۷۶ درجه فارنهایت (۲۴ درجه سانتی‌گراد) باشد. در همین زمینه، «اگر افراد بگویند به چیزی علاقه دارند یا با رفتار خود نسبت به آن موضوع تمایل نشان دهند، این ارزش باید در فرآیند طراحی اثرگذار باشد، اگرچه نمی‌توان ثابت کرد که با در نظر گرفتن آن، صورت سود و زیان دچار تغییر می‌شود.»
ارزیابی اولویت‌های محیطی کار دشواری است. نتایج مطالعه‌ای که در تصویر (۱) نشان داده شده است، محدود‌ه‌ای از دماهایی را توصیه می‌کند که توسط اکثر افراد به عنوان شرایط آسایش تایید شده‌اند، یا به عبارت دیگر محدوده‌ای از دماهای آسایش که بیشترین فراوانی را دارند. این محدوده آسایشی، دماهای ۶۸ تا ۷۶ فارنهایت (معادل ۲۰ تا ۲۴ درجه سانتی‌گراد) را شامل شده و عوامل دیگری را مانند فعالیت، نوع پوشش، سن و غیره در بر می‌گیرد.
توانایی انسان برای کنترل محیط، یکی از جنبه‌های مهم در اولویت شخصی است و موجب رضایت افراد از شرایط پیرامونی می‌شود. این رویداد را که مبتنی بر اظهارات حقیقی است، در نظر بگیرید: فردی در یک خانه سالمندان کم‌درآمد زندگی می‌کند، تازه از خواب بیدار شده است. او دمپایی‌های خود را پوشیده است و قصد دارد تا ترموستات را تنظیم کند. اما اگر یک ترموستات بسیار کثیف داشته باشد، چه اتفاقی می‌افتد؟ اگر یک سیستم گرمایش بدون کیفیت داشته باشد، چه پیش می‌آید؟ اگر ترموستات در مکان نامناسب دیوار یا حتی داخل آپارتمان نصب شده باشد چه اتفاقی می‌افتد؟ اگر یکی از این احتمالات اتفاق بیافتند، او کنترل را به دست می‌گیرد و صرف نظر از درجه‌های دمایی ترموستات، دما را روی عددی تنظیم می‌کند که پیش از این در آن احساس راحتی می‌کرده و به طور خلاصه تحت کنترل بوده است.

مطالعه دانشگاه Kansas State در اواخر دهه ۱۹۷۰ به این موضوع اشاره دارد که دانش حرارتی به احساس آسایش ما کمک می‌کند. در ابتدای این مطالعه از ما درخواست شد تا ویژگی‌های آسایشی یک گرم‌کن کوچک ۲۰۰W را ارزیابی کنیم که به پنل یک میز چوبی متصل شده بود. ما از پروتکل و فرآیندهای رایج استفاده کردیم و سوژه‌های خود را که داخل یک استخر بودند به مدت دو ساعت در معرض دمای ۶۵ فارنهایت (۱۸ درجه سانتی‌گراد) با گرم‌کن و بدون گرم‌کن قرار دادیم. نتایج این آزمایش برای ما و سازنده گرم‌کن غافلگیر‌کننده بود. با توجه به نظرات شخصی افراد، سطح آسایش در صورت روشن بودن یا نبودن گرم‌کن، یکسان بود. زمانی که با ناامیدی به دنبال یک توضیح منطقی گشتیم، به سه احتمال رسیدیم:

  1. آزمایش در تابستان انجام شده بود و دمای ۶۵ درجه فارنهایت، صرف نظر از گرم‌کن برای آسایش افراد مناسب بود.
  2. از میز چوبی استفاده شده بود که گرما را به خوبی میز فلزی منتقل نمی‌کند.
  3. افراد از فعالیت گرم‌کن آگاهی نداشتند.
    درنتیجه برای بررسی این سه عامل، آزمایش در فصل زمستان و با استفاده از میز‌های فلزی و سه گروه از افراد تکرار شد. گرم‌کن برای یکی از گروه‌ها روشن شد و افراد در جریان قرار گرفتند. ما به افراد گفتیم «دست خود را در این ناحیه بگذارید، می‌توانید حس کنید که گرم‌کن روشن است و با توجه به این چراغ قرمز متوجه می‌شوید که به گرم‌کن نیرو می‌رسد.» برای گروه دوم، گرم‌کن روشن شد اما افراد در جریان قرار نگرفتند. برای گروه سوم گرم‌کن روشن نشد و افراد نیز در جریان قرار نگرفتند. نتایج بسیار جالب توجه بودند. دو گروهی که دارای گرم‌کن بودند، نسبت به گروه سوم، احساس گرمای بیشتری کردند. با این حال گروهی که از روشن بودن گرم‌کن آگاهی داشتند، گرم‌تر از گروهی بودند که نمی‌دانستند گرم‌کن روشن است.

با وجود این که این نتایج از دیدگاه روان‌شناسان جالب است، موجب سردرگمی مهندسان می‌شود. با در نظر گرفتن آسایش به عنوان یک شرط ذهنی، به مطالعه پیگیری انجام شده توجه کنید. در این مطالعه از خود پرسیدیم: «آیا آگاهی داشتن یا نداشتن از دمای اتاق، در احساس آسایش ما تاثیرگذار است؟» برای پاسخ به این سوال دو گروه از افراد را به ترتیب در معرض دماهای ۶۸,۷۰,۴۲,۷۴ درجه فارنهایت (معادل ۲۰،۲۱،۲۲،۲۳ درجه سانتی‌گراد) قرار دادیم. یک گروه از دمای محیط آگاهی داشته و گروه دیگر چیزی نمی‌دانست. نتایج، مشابه پیش‌بینی‌های صورت گرفته بودند. گروهی که از دمای محیط آگاهی داشتند گرم‌تر از گروهی بودند که از سطح دما آگاهی نداشتند. با این حال مطالعه تمام نشده بود. ما از گروه‌های مطلع و بی‌اطلاع استفاده کرده بودیم، اما اکنون به گروهی نیاز داشتیم که گمراه شده باشند. برای گمراه کردن افراد، در اتاق آزمایش یک دماسنج بزرگ نصب کردیم. عقربه این دماسنج ثابت شده بود و صرف نظر از درجه حرارت حقیقی، همواره دمای ۷۴ درجه فارنهایت (معادل ۲۳ درجه سانتی‌گراد) را نشان می‌داد. نتایج این بررسی تصویر (۲) نشان می‌دهند که در دمای ۶۸ فارنهایت (معادل ۲۳ درجه سانتی‌گراد)، افراد حاضر در این گروه نسبت به گروه مطلع و گروه بی‌اطلاع، گرم‌تر بودند. به همین ترتیب در دماهای  ۷۰ و ۷۲ درجه فارنهایت (معادل ۲۱ و ۲۲ سانتی‌گراد) افراد این گروه نسبت به گروه بی‌اطلاع گرم‌تر و نسبت به افراد مطلع، سردتر بودند. آسایش تابعی از وضعیت ذهنی است.
مطالعه بعدی، که سندرم سوپرمارکت نام گرفته است، به بررسی وضعیتی می‌پردازد که افراد موقع وارد شدن به یک فروشگاه تهویه شده در فصل تابستان آن را تجربه می‌کنند. تهویه این فروشگاه‌ها به نحوی است که انسان احساس یخ‌زدگی می‌کند و پس از اتمام خرید و بیرون آمدن از فروشگاه، هوای گرم مانند یک کوره ذوب آهن عمل می‌کند. دمای ۱۱۰ درجه فارنهایت (معادل ۴۳ درجه سانتی‌گراد) داخل وسیله نقلیه را نیز به این شرایط اضافه کرده و مرحله پختن افراد را مجسم کنید. این سناریو برای همه ما آشنا است و از ناپایداری حرارتی ناشی می‌شود. هدف این مطالعه تعیین مدت زمان‌هایی بود که افراد پس از قرار گرفتن در معرض شرایط گرم و شرایط سرد، به یک دمای آسایش عادت می‌کنند. برای این مطالعه از دو اتاق مجزا استفاده شد.
در مرحله اول، افراد به مدت یک ساعت در اتاق A با درجه حرارت ۷۴ درجه فارنهایت (معادل ۲۳ درجه سانتی‌گراد) نگهداری شدند. سپس وارد اتاق B شدند که دمای آن ۹۰ درجه فارنهایت ( معادل ۳۲ درجه سانتی‌گراد) بود و به مدت یک ساعت نیز در اتاق دوم ماندند. در سومین ساعت، افراد مورد مطالعه به اتاق A با دمای ۷۴ فارنهایت (معادل ۲۳ درجه سانتی‌گراد) بازگردانده شدند. مرحله دوم نیز به همین منوال انجام شد، با این تفاوت که دمای اتاق B به ۷۰ درجه فارنهایت (معادل ۱۶ درجه سانتی‌گراد) کاهش یافته بود. نتایج هر دو مرحله نشان داد که انطباق افراد با شرایط حرارتی محیط جدید، چه ۶۰ یا ۹۰ درجه فارنهایت، بسیار سریع صورت می‌گیرد و سندرم سوپرمارکت مطابق انتظار اولیه موجب ناراحتی افراد نشد.

  

در هر حال، این پایان مطالعه نبود. ما به یک گروه کنترل نیاز داشتیم و نتایج حاصل شده از این گروه موجب سردرگمی ما شد. فرآیند آزمایشی آن‌ها به این ترتیب بود: یک ساعت در اتاق A با دمای ۷۴ فارنهایت (معادل ۲۳ درجه سانتی‌گراد)، ساعت دوم در اتاق B با دمای ۷۴ فارنهایت (معادل ۲۳ درجه سانتی‌گراد) و سپس بازگشت به اتاق A با دمای ۷۴ درجه فارنهایت (معادل ۲۳ درجه سانتی‌گراد) در ساعت سوم. نتایج نشان می‌داد که با وجود یکسان بودن دمای هر دو اتاق، افراد در اتاق B سردتر بودند. چطور این اتفاق ممکن است؟ شاید کنترل‌کننده‌های دما دچار مشکل شده بودند. شاید ما از برخی تفاوت‌های جزیی در فرآیندها آگاهی نداشتیم. در هر حال این مراحل دوباره تکرار شدند اما همان نتایج گیج‌کننده به دست آمدند. ناگهان چیزی به ذهنمان رسید. اتاق B در واقع یک یخچال صنعتی بزرگ با ابعاد ۲٫۴m در ۳m یا ۸ft در ۱۰ft بود و همه ما می دانیم (نقش تجربه قبلی و حالات ذهنی را به یاد آورید) که انسان در زمان ورود به یک یخچال، احساس سرما می‌کند. و این همان چیزی است که افراد مورد بررسی آزمایش آن را تجربه کردند.
برای بررسی احساس سرما در خنک‌کننده، از همکار خود که معمار داخلی است، کمک گرفتیم. ما فضای داخلی اتاق B را تغییر دادیم. در ابتدا روی کف اتاق فرش پهن کردیم. سپس دیوارهای سفید را با صفحات چوب گردو پوشاندیم. برای لامپ‌های فلورسنت از منحرف‌کننده استفاده کردیم، به این ترتیب نورپردازی غیر مستقیم و کنترل شده بود. سپس دو لامپ زمینی، صندلی‌های راحت، یک میز قهوه و دو میز عسلی در اتاق قرار دادیم. به طور خلاصه تمامی اشیایی که احساس (حالت ذهنی) حضور در یک محفظه نگهداری گوشت را به افراد می‌دادند، تغییر یافته یا از اتاق خارج شدند. پس از اتمام این تغییرات، دوباره آزمایش را تکرار کردیم و نتایج شگفت‌انگیز بودند. افراد در ابتدای ورود به اتاق B احساس گرمای بیشتری کردند، هرچند که دمای هر دو اتاق ۷۴ درجه فارنهایت (معادل ۲۳ درجه سانتی‌گراد) بود. در حقیقت بین واکنش‌های آن‌ها در این دو اتاق هیچ تفاوتی وجود نداشت. علاوه بر این، با استفاده از الگوهای حاصل شده از مطالعات قبلی به این نتیجه رسیدیم که افزودن تزیینات و انجام تغییرات در اتاق B معادل بالا بردن گرما تا دو و نیم درجه بوده است. همچنین مبتنی بر این یافته، دیوارهای داخلی تمامی اتاق‌های دانشگاه Kansas State با تخته سه‌لایی پوشیده شده و جایگزین فولاد کاملا سفید شدند.
همکاران ما نسبت به این یافته و نتایج حاصل شده از مطالعه‌ای که طی آن افراد را گمراه کردیم، دیدگاهی همراه با سوظن داشتند. ما نیز تمایل داشتیم تا مانند بعضی از دوستان دمای ۷۴ درجه فارنهایت را در تمامی شرایط یکسان فرض کنیم و ذهن خود را بیش از این درگیر نکنیم. زمانی که برخی از این یافته‌ها را ارایه می کردیم، متهم به استفاده از حقه‌های روان‌شناسی شدیم. آیا احساس افراد از دمای ۷۴ درجه فارنهایت در یک ایستگاه فضایی مشابه احساس آن‌ها در زمان تماشای یک بازی فوتبال یا زمان صرف یک نهار دوستانه به همراه روشنایی شمع است؟ اگر من در حال ماهی‌گیری باشم و سرمای هوا موجب یخ زدن آب روی چوب ماهی‌گیری من شود، فرار کردن ماهی از قلاب موجب می‌شود احساس سرمای بیشتری کنم، هرچند که دمای هوا تغییری نکرده باشد. پس این یافته‌ها حقه روان‌شناسی نیست.
در مجموع، تمامی بررسی‌های انسانی حاوی یک مفهوم هستند و آن مفهوم، همان تفاوت‌های فردی است. همان‌طور که در منحنی فرضی تصویر (۳) نشان داده شده است، واکنش‌های افراد در محیط‌های سرد و گرم یکسان است. همه ما مشابه هم واکنش نشان می‌دهیم. به عنوان شاهد، تمایل دارم تا داده‌های یک مطالعه در زمینه تاثیر ترکیبی گرما و رطوبت را مرور کنم جدول (۲). واریانس یا انحراف از معیار این داده‌ها نشان می‌دهند هرچه دمای هوا بالاتر باشد، تشابه واکنش‌های ما بیشتر و تفاوت آن‌ها کمتر می‌شود؛ به عبارت دیگر همه ما هنگامی که در معرض گرمای شدید قرار می‌گیریم، واکنش یکسانی داریم و می‌توان گفت که این شرایط درباره سرمای شدید نیز صدق می‌کند. افراد در دماهای آسایش واکنش‌های متفاوتی نشان می‌دهند. بر مبنای همین حقیقت است که باید در زمان پیش‌بینی یک واکنش نسبت به ارزش‌های دمایی در بازه میانگین، کاملا محتاط عمل کرد.

به طور خلاصه، پژوهش‌های مربوط به آسایش، از اوسط دهه شصت تا بازه زمانی بین سال‌های ۱۸۹۰ تا ۱۹۱۰ نقش حیاتی خود را ایفا کرده‌اند. این پژوهش‌ها به دو جریان کلی تقسیم شده‌اند: تلاش‌های آزمایشگاهی دانشگاه Kansas State و فعالیت منحصر به فرد دکتر P.Ole Fanger در دانشگاه فنی دانمارک. جریان دوم متشکل از فعالیت‌های میدانی دکتر Gail S.Brager، همکار ASHRAE و همکاران او در دانشگاه کالیفرنیا است. تلاش‌های این سه منبع پژوهشی را می‌توان در استاندارد ASHRAE55-2004 پیدا کرد. راهنمای ۱۰، معیاری برای دست‌یابی به محیط‌های داخلی قابل پذیرش، که توسط ASHRAE پیشنهاد شده است یکی دیگر از منابعی است که تمامی جنبه‌های محیط‌های انسانی را در بر می‌گیرد.

اولویت‌های فردی از اهمیت بالایی برخوردار هستند و اختلاف‌های ناچیز و ظاهری در محیط‌ها می‌توانند اوضاع و حالات ذهنی افراد را تغییر دهند. محدوده آسایشی و شرایط حرارتی، نقطه آغازی برای تنظیم معیارهای طراحی است. اگرچه ممکن است برای تمامی افراد از شرایط انتقال حرارت یکسان استفاده شود، با در نظر گرفتن تفاوت‌های آسایش حرارتی افراد مختلف و ماهیت فردی ارزیابی این تفاوت‌ها، این برابری از بین می‌رود. در پایان، بررسی‌های آتی در زمینه انسان و ارتباط وی با محیط حرارتی، باید از شناسایی این فردیت به عنوان اصل کلی و مقدماتی استفاده کنند.
منابع

  1. Nevins, R.G., et al. 1966. “A temperature-humidity chart for thermal comfort ofseated persons.” ASHRAE Transactions 72(1):283 – ۲۹۱٫
  2. Rohles, F.H., J.E. Woods and P.R. Morey. 1989. “Indoor environment acceptability: the development of a rating scale.” ASHRAE Transactions 95(1):23– ۲۷٫
  3. Sommer, R. 1969. Personal Space—The Behavioral Basis of Design. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall.
  4. Rohles, F.H. and K. Kerulis. 1980. “Thermal comfort as Affected by Informing, Not Informing or Misinforming the Subjects of the Thermal Conditions.” Institutefor Environmental Research Technical Report 8003-, Kansas State University,Manhattan, Kan.
  5. Rohles, F.H., R.G. Nevins and W.E. Springer. 1967. “Temporal characteristics of body temperature during high thermal stress.” Aerospace Medicine 38(3):286 – ۲۹۰٫

پی‌نوشت:

  1. Dry Bulb Temperature
  2. Relative Humudity
  3. Mean Radiant Temperature
  4. Air Movement
  5. Central Tendency
  6. Thermal Sensation

منبع:ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۸ – شهریور ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

شناخت و روش مبارزه با رطوبت داخل سیستم‌های سرمایشی

 منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۱۰ – آبان ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

وجود رطوبت در سیستم تبرید می‌تواند مستقیما سبب مشکلات بسیاری در عملکرد سیستم شود. اساسا رطوبت را می توان به دو شکل تقسیم کرد:

  1. قابل رویت مانند آب
  2. غیر قابل رویت مانند بخار آب

یک قطره آب، به نظر‌ بی‌ضرر جلوه می کند، ولی برای سیستم تبرید یک هیولا به شمار می‌رود. رطوبت به شکل بخار آب نیز تقریبا در همه جا یافت می شود. دشمن شماره یکی که باید به وسیله متخصصین سرویس امور تبرید شکست داده شود. رطوبت می‌تواند به آسانی وارد سیستم شود ولی به سختی بیرون خواهد آمد.

تاثیر رطوبت بر سیستم‌های تبرید
گاز مبرد، رطوبت یخ زده را در طول سیستم تبرید حمل کرده و باعث می‌شود که رطوبت در نقاط باریک و ریز سیستم تبرید مانند لوله مویین (کاپیلاری) و شیر انبساط متوقف شود. به این ترتیب، کریستال متوقف شده در داخل لوله‌ها باعث کند شدن جریان گاز مبرد و یا توقف آن می‌شود که این امر نهایتا باعث کاهش یا متوقف شدن کامل کارکرد سیستم تبرید خواهد شد.تاثیر بعدی رطوبت بر سیستم سرمایشی آن است که به همان نسبتی که شیر انبساط به علت کمبود گاز مبرد گرم می‌شود، یخ نیز آب شده و رطوبت به شیر انبساط برگشته به طور متناوب سرد می‌شود. رطوبت می‌تواند ایجاد خوردگی کند و منجر به ایجاد مشکل جدی در عملکرد سیستم شود، چرا که اغلب اثرات خوردگی آشکار نیستند و زمانی آشکار می‌شوند که خسارت‌های اصلی به سیستم وارد شده است.رطوبت به تنهایی می‌تواند بعد از مدتی، باعث زنگ‌زدگی اجزای مختلف سیستم شود. وجود گاز مبرد داخل سیستم همراه با رطوبت، مشکل خوردگی را مضاعف می‌کند. حداکثر رطوبت مجاز در سیستم تبرید، ۵ppm یا پنج ذره در میلیون می‌باشد.در سیستم‌های تبرید متداولی که با گاز مبرد R22 کار می‌کنند، وجود رطوبت که دارای عنصر کلر نیز هست، به آهستگی با آب هیدرولیزشده و تولید اسیدهیدروکلریک نماید که این مسئله میزان خوردگی اجزای فلزی سیستم را بیش از پیش افزایش می‌دهد. نتیجه آن که به دلیل وجود اسید، گرما نیز روند خوردگی را افزایش می‌دهد. چرا که در درجه حرارت بالاتر فرایند تشکیل اسید شتاب بیشتری گرفته و موجب حمله اسید به فلزات می‌شود. روغن استفاده شده در سیستم‌های تبرید همراه با رطوبت مشکل دیگری می‌آفریند. مخلوط شدن آب و روغن در سیستم تبرید یک استثنا بر قانون مخلوط شدن آن‌هاست. حقیقت، روغن تبرید ارتباط نزدیکی با رطوبت دارد و چنانچه در حالت باز قرار داده شود به سرعت، رطوبت اتمسفر را جذب خواهد کرد. آبی که به اسید تبدیل شده باشد، در داخل روغن سیستم تبرید به صورت ذرات معلق درآمده و با روند فزاینده‌ای مخلوطی از اجسام کروی بسیار ظریف را تشکیل می‌دهد. این پدیده به نام پدیده ضربه‌زنی روغن مشهور است و به طور چشم‌گیری قدرت روغن‌کاری را در سیستم کاهش می‌دهد. از نقطه نظر عملیاتی، خوردگی زمانی به یک معضل جدی تبدیل می‌ شود که سطح فلز خورده شود و به جای آن، پوسته سختی که قابل کنده شدن است، تولید شود. این جسم اصطلاحا لجن نامیده می‌شود. این لجن که به صورت‌های گوناگون از قبیل مایع لجن‌آلود، پودر نرم، اجسام سفت دانه دانه و اجسام جامد چسبنده در سیستم تبرید مشاهده می شود، باعث به وجود آمدن مشکلات گوناگونی در عملکرد سیستم می‌شود. به طور مثال لجن می‌تواند در هر بخشی از سیستم تجمع یافته و اجزایی مانند صافی‌ها، شیر‌های انبساط و لوله‌های مویین را مسدود کند و از آن‌جایی که این لجن حاوی اسید نیز هست، موجب ایجاد خوردگی و افزایش خسارت‌های وارده به سیستم می‌شود. نکته مهمی که در خصوص سیستم‌های تبرید باید مورد توجه قرار گیرد آن است که گاز R22 به شدت رطوبت را جذب می‌کند. همچنین این باور وجود دارد که سیستم‌هایی که از R22 به عنوان ماده مبرد استفاده می‌کنند، نسبت به سیستم‌هایی که از سایر مبردها بهره می‌گیرند در برابر آلودگی‌های‌ مانند رطوبت، هوا و کثیفی دارای تحمل کمتری هستند. چنان که گفته شد، گاز مبرد نسبت به وجود رطوبت در سیستم حساس است. برای فهم این مطلب که چگونه گاز مبرد با آب واکنش نشان می‌دهد و چگونه باید سیستم را رطوبت‌زدایی نمود، قوانین طبیعی زیر باید مورد توجه قرار گیرد:

  1. نقطه جوش آب با تغییر فشار تغییر پیدا می‌کند.
  2. هر فشاری پایین‌تر از فشار اتمسفر، خلا نامیده می‌شود.

فشار اتمسفر در سطح دریا (هفتاد و نه درصد نیتروژن و بیست درصد اکسیژن) برابر است با یک کیلو پاسکال -۰٫۹۸bar14.22 پوند بر اینچ مربع فشار خلا را نیز می‌توان با واحدهایی مانند میلی‌بار TORR، ارتفاع جیوه و میکرون اندازه‌گیری نمود. برای تبخیر آب در دمای اتاق، فشار هوای بایستی ۱۵mbar باشد و این بدان معنی است که فشار خلا برابر با ۱۰۰۰-۱۵-۹۸۵mbar است. از سوی دیگر، نقطه انجماد آب در دمای صفر درجه و فشار خلا,۶-۱۱mbar برابر با ۷۶۰ ۶٫۱۱ x تقسیم بر ۱۰۰۰ است که مقدار آن ۴٫۶۴۳ میلیمتر جیوه یا ۴۶۴۰ میکرون است.برای زدودن رطوبت از سیستم باید کارهای پیش گیرانه‌ای صورت گیرد تا از عدم وجود رطوبت در سیستم اطمینان حاصل شود. یکی از موثرترین راه‌های زدودن رطوبت از سیستم، شست و شوی مدار داخلی به روش علمی و استفاده از پمپ خلا (وکیوم) قدرتمندی است که واکیوم بالایی ایجاد کند که در ادامه چگونگی اجرای این روش توضیح داده شده است.
خلا کردن سیستم
خلا یعنی کم کردن فشار سیستم به اندازه کافی و تا حدی که قبل از عملیات شارژ، تمام رطوبت باقیمانده در سیستم، بخار شده و از سیستم خارج گردد. سیستمی که در معرض هوا قرار گرفته و تعمیر روی آن انجام گرفته باشد، باید کاملا وکیوم شود، تا هرگونه هوا و رطوبت موجود در آن به طور کامل تخلیه شود.
سیستم تبرید را زمانی خلا کنید که:

  1. کمپرسور، کندانسور، درایر، اواپراتور و یا سایر اجزای سیستم را تعویض کرده‌اید.
  2. سیستم، گاز نداشته باشد.
  3. گاز مبرد آلوده شده است.
  4. روغن تبرید تعویض شده است.

برای خلا کردن سیستم تبرید، استفاده از پمپ خلا قوی حداقل با قدرت هشت متر مکعب در ساعت توصیه می‌شود. پمپ خلا سه پارامتر اساسی زیر باید مورد توجه قرار گیرد:

  1. جا‌به‌جایی هوای آزاد بر حسب CFM یا m3/hr2
  2. میزان فشار خلا بر حسب TORR, mmHgو غیره
  3. حد بخار آب؛ یعنی حداکثر میزان آبی که مجاز است در سیستم وجود داشته باشد و حداکثر آلودگی مجاز سیستم

خفگی و حالت خفقان:
گاز  R22 از هوا سنگین‌تر است، بنابراین چون درسطح زمین جمع می‌شود، ممکن است در اثر استنشاق هوای آلوده منجر به گیجی، تهوع، غش و از حال‌رفتگی شود.
سوختگی: هنگامی که مایع مبرد R22 با پوست و یا چشم تماس پیدا کند، در حرارت  -۴۰٫۸°C جوشیدن می‌کند،بنابراین موجب سوختگی‌های بسیار سوختگی‌های جدی پوستی خواهد شد و اگر با قرنیه چشم تماس پیدا کند منجر به کوری می‌شود.
تجزیه   در   شعله   آتش:‌ هر چند که گازR22 قابل اشتعال و  سمی نیست ولی هنگامی که مستقیما با شعله آتش تماس پیدا   کند،می‌تواند به مواد سمی خطرناکی تجزیه شود. بخارات اسید، معمولا خارش‌آور هستند که در مرحله اول آزاد می‌شوند و سپس   فوسوژن  تولید می‌شود که بسیار سمی است.
مخدر بودن گاز: اگر گازR22 فضای بسته‌ای را به میزان پانزده درصد حجم‌ی اشغال کند، در اثر استنشاق بخارات آن، همانند مواد مخدر، حالت خوش کذایی به وجود می‌آید که این وضعیت می‌تواند افرادی را که در محل،کار می‌کنند،به طور خطرناکی از حالت عادی خارج  کند.
اثرات این گاز روی قلب: در صورتی که تراکم گاز در فضای بسته به بیش از پانزده درصد حجمی هوا برسد، تنفس آن می‌تواند ضربان قلب را  نامرتب کرده و حتی در مواردی منجر به حمله قلبی شود.

اقدامات ایمنی
توجه داشته باشید استفاده مناسب از وسایل حفاظت فردی مانند عینک و دستکش‌های لاستیکی، شما را در مقابل خطرات احتمالی حفظ می‌کنند.

  1. تهویه کارگاه
    تهویه مناسب کارگاه از جمله مهم‌ترین عواملی است که در کاهش خطرات، حفظ سلامتی و کم کردن ریسک کار با گازهای مبرد موثر است چرا که با تهویه مناسب، میزان تراکم گاز در محل کار کاهش یافته و از خطرات احتمالی آن تا حد زیادی جلوگیری می‌شود.
  2. محل نگهداری سیلندر گاز
    سیلندرهای حاوی گاز مبرد باید در محل‌هایی انبار شوند که دارای تهویه مناسب بوده و از تابش نور مستقیم آفتاب به دور باشند. سیلندرها را کنار بخاری و رادیاتور نگذارید و از منابع گرمازا دور نگه دارید. همچنین هیچ‌گاه سیلندرها را به هم نبندید و در جای مرطوب، خصوصا زمین خیس نگهداری نکنید. با استفاده از علایم هشداردهنده، افراد را از وجود چنین گازهایی در اطراف خود مطلع نمایید.
  3. بازیافت گازها
    هنگام تعمیر و بازیافت گاز مبرد از سیستم‌های برودتی که در اثر عیوب برقی دچار مشکل شده‌اند، مراقب باشید که گازهای سمی از سیستم متصاعد نشود و روغن کمپرسور حاوی اسید نباشد چرا که برای سلامتی بسیار مضر است.
  4. نشتی و نشتیابی
    به علت ویژگی‌های فیزیکی گاز R22 این گاز به راحتی نشت می‌کند. لذا اتصالات سیستم باید به دقت بازرسی شوند تا قبل از این که گاز شارژ شود، نشتی‌ها معلوم شده باشند.
  5. جمع آوری گاز مبرد۱
    در هنگام سرویس یخچال‌ها و چیلرها باید گاز مبرد آن‌ها را خارج یا جمع‌آوری نمود. به خاطرداشته باشید که لوله مویین، فرایند جمع‌آوری را کند می‌کند.
  6. بازیافت (تصفیه) گاز مبرد ۲
    این فرایند برای تصفیه گاز مبرد انجام می‌گیرد تا با فیلتر کردن و جداسازی روغن، اسید و رطوبت، کیفیت آن را قبل از استفاده مجدد بالا ببرند.
  7. احیای گاز مبرد ۳
    احیای گاز مبرد فرایندی است که طی آن توسط دستگاه مخصوصی، گاز مبرد احیا شده به حالت نزدیک به صددرصد خلوص اولیه برمی‌گردد گاز مبرد قبل و بعد از فرایند احیا در یک آزمایشگاه تخصصی مورد آنالیز دقیق قرار می‌گیرد.

پی‌نوشت:

  1. Recovery
  2. Recycling
  3. Reclaiming

منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۱۰ – آبان ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

تهویه مطبوع اتاق عمل

منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره۱۰ – آبان ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

بیمارستان‌ها و مراکز درمانی نیازمند تهویه مطبوع مناسب جهت از بین بردن ذرات و آلودگی‌های محیطی به عنوان یکی از ضرورت‌های مهم هستند. از این رو، ارائه یک طرح مناسب با در نظر گرفتن تمامی شرایط برای سیستم تهویه و تعویض هوا، تضمین کننده محیطی سالم همراه با دستیابی به آسایش حرارتی برای پرستاران، پزشکان، بیماران و ملاقات‌کنندگان خواهد بود.

فضایی که به طور نامناسب و غیر اصولی تهویه می‌شود نه تنها باعث عدم آسایش می‌گردد‌، بلکه باعث می‌شود که عفونت، باکتری و مواد سمی در فضای اطراف پخش شوند. طراحی یک سیستم تهویه مطبوع مناسب برای اتاق عمل، از پخش عفونت‌ها در حین انجام عمل جراحی جلوگیری می‌نماید و این در حالی است که کلیه افراد داخل اتاق عمل (پزشکان و پرستاران) در آسایش کامل به سر می‌برند. جلوگیری از پخش عفونت بیماران اغلب با فرایندهای مشکل و پردردسر مقایسه می‌شود که عوامل مختلفی را شامل می‌گردد و دسترسی به عملکردی قابل قبول و مطمئن، نیازمند کنترل دقیق عوامل مختلفی است. مبحث درمان بیمار در کنار ایجاد شرایط آسایش انسان‌ها نیز یکی از نکات اساسی تهویه مطبوع در بیمارستان است.

شرایط طرح خارج
برای شهری که قرار است بیمارستان در آن احداث گردد بایستی اطلاعات لازم در مورد دمای خشک و مرطوب هوا در فصل‌های تابستان و زمستان را از آمار اداره هواشناسی کسب نموده و براساس معیارهای آماری، دمایی برای تابستان و زمستان برای آن شهر تعیین نمود.
شرایط طرح داخل
تحقیقات پزشکی نشان داده است که کنترل دما و رطوبت با استفاده از تهویه مطبوع برای معالجه و درمان بیماران بسیار موثر و مفید است. به طوری که درمعالجه برخی از امراض از تهویه مطبوع به عنوان یک روش درمانی بهره‌گیری می‌شود. برای مثال تامین محیطی گرم (RH=35%, DB=32°C ) برای مدت نسبتا طولانی، سبب بهبود بیماران مبتلا به رماتیسم می‌شود. همچنین در خصوص بیماران قلبی که گردش خون آن‌ها برای دفع حرارت بدن مناسب نیست، توصیه می شود که با قرار گرفتن در شرایط آب و هوای مناسب، حرارت از بدن توسط تشعشع و تبخیر خارج گردد. تمامی موارد فوق بیانگر این مطلب است که تهویه مطبوع در بیمارستان علاوه بر ایجاد شرایط آسایش برای انسان‌ها، هدف درمان را نیز دنبال می‌کند.[۱] و [۲].
ملاحظات طراحی سیستم تهویه اتاق عمل [۱] و [۲]
به دلیل آن که هوای بیرون نتواند تحت هیچ شرایطی به داخل اتاق‌های عمل نفوذ کند، فشار نسبی این فضا نسبت به فضاهای مجاور آن همواره مثبت است. هوای اتاق عمل مجددا به داخل بر نمی‌گردد و مستقیما به بیرون تخلیه می‌شود. به عبارت دیگر هواسازهای اتاق عمل کانال برگشت ندارند و از صددرصد هوای تازه استفاده می‌کنند و در هر ساعت پانزده مرتبه حجم هوای اتاق عمل با هوای تازه تعویض می‌گردد.
ملاحظات طراحی سیستم تهویه اتاق ریکاوری [۱] و [۲]
به دلیل آن که هوای بیرون نتواند تحت هیچ شرایطی به این قسمت نفوذ کند، فشار نسبی این اتاق مثبت است. هوای این اتاق نیز برگشت داده نمی‌شود و در هر ساعت دو مرتبه حجم هوای اتاق ریکاوری با هوای تازه تعویض می‌گردد.
ملاحظات طراحی سیستم تهویه اتاق بستری
فشار نسبی اتاق بستری صفر است. هوای اتاق بستری [۱] و [۲] برگشت داده نمی‌شود و در هر ساعت دو مرتبه حجم اتاق بستری با هوای تازه تعویض می‌گردد.
کیفیت هوا
یکی از مهم‌ترین مسایل مطرح در بیمارستان‌ها جلوگیری از انتقال ویروس و باکتری از یک فضا به فضای دیگر است. معمولا این انتقال توسط جریان هوا، بیماران، کارکنان و ملاقات‌کنندگان صورت می‌پذیرد. جریان هوا یکی از مهم‌ترین عوامل انتقال باکتری در بیمارستان‌ها به شمار می‌رود چرا که ذرات گرد و غبار موجود در هوا وسیله مناسبی برای انتقال باکتری هستند و افزایش سرعت جریان هوا، اثر انتقال باکتری را تشدید می‌کند.
روش‌های عملی جلوگیری از انتقال آلودگی در بیمارستان [۱] و [۲]
یک دستور عمومی برای تهویه مطبوع اتاق عمل آن است که دمای هوا باید‌۲۰ تا ۲۴ درجه سانتی‌گراد‌ (معادل ۶۸ تا ۷۶ فارنهایت) و رطوبت نسبی بین پنجاه تا شصت درصد نگه داشته شود. فشار مثبت هوای درون اتاق عمل (نسبت به هوای اطراف) حفظ گردد و به هیچ عنوان نباید از هوا برگشتی استفاده کرد.
ناحیه تنفسی و ناحیه اشغال شده
طبق استاندارد ۴۴ ANSI\ASHRAE که در سال ۲۰۰۴ در استاندارد شماره ۴۴ طبق استاندارد ارائه شد، ناحیه تنفسی ۱ افراد داخل اتاق، منطقه‌ای است که توسط صفحات فرضی در فاصله بین ۷۵mmتا ۱۸۰۰mm‌ ازکف اتاق (۶۰۰mm, (72in-3in (دو اینچ) از دیواره‌های کناری اتاق، قرار گرفته است. یک مفهوم ساده از منطقه اشغال شده انسان در فضای اتاق ۲ که توسط استاندارد در ANSI\ASHRAE در سال ۲۰۰۴ در استاندارد شماره ۵۵ ارائه شد، بیان می‌کند که فضای بین کف و ارتفاع اتاق و ارتفاع ۱۸۰۰m و فاصله ۰٫۳m ازدیواره‌ی جانبی اتاق را عموما فضای اشغال‌ شده می‌نامند. به طور معمول می‌توان منطقه تنفسی افراد را همان منطقه اشغال‌شده در نظر گرفت.
انواع سیستم توزیع هوا در اتاق عمل
نخستین بار فردی به نام لویس به معادله تاثیر توزیع هوای اتاق عمل بر میزان عفونت‌های موجود در اتاق عمل پرداخت و نتیجه گرفت که سیستم توزیع هوای بهینه نقش مهمی در نگهداری صحیح فضای اتاق عمل ایفا می‌کند[ ۳]. عملکرد سیستم‌های متداول توزیع هوای اتاق عمل زمانی به طور کامل رضایت‌بخش خواهد بود که طراحی مناسب و صحیح در خصوص حفاظت از اتاق عمل انجام‌شده باشد. کنترل مناسب ذرات موجود در هوا، مواد شیمیایی و رادیواکتیو خطرناک، بو، ویروس و میکروارگانیسم‌ها که به وسیله هوا جابه جا می‌شوند برای افراد داخل اتاق از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این موضوع در تحقیقی که توسط لیدل انجام شد، مورد بررسی قرار گرفت. کنترل مناسب و دقیق شرایط محیطی از طریق عواملی چون محدود کردن هوا در بعضی از قسمت‌ها و فیلترها، کنترل دما و رطوبت انجام می‌گیرد.
توزیع هوا در اتاق عمل
سیستم جریان هوای مغشوش
۳

در اتاق عملی که الگوی جریان هوای مغشوش استفاده می‌شود، هوا از طریق نازل‌هایی که در سقف یا دیواره‌ها تعبیه شده‌اند وارد اتاق می‌‌شود. این هوای تازه سریعا با هوای داخل اتاق مخلوط و باعث رقیق شدن و کاهش آلودگی اتاق می‌شود. به این ترتیب آلودگی به طور یکنواخت در سرتاسر اتاق پخش و دمای تمامی نواحی اتاق یکنواخت می‌شود[۴].
این نوع سیستم بیشتر در مراکز درمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. الگوی جریان هوای مغشوش باعث کاهش نقاط سکون در فضای اتاق می‌شود که در نتیجه اجرای سیستم راحت‌تر شده و فیلترهای تصفیه هوا نگهداری کمتری نایزخواهند داشت، هرچند که جریان هوا کم بوده و آلودگی با سرعت کمی فضا را ترک می کند [ ۳]. در تصویر (۱) یک طرح کلی از الگوی توزیع تهویه در جریان مغشوش با چندین نازل تعبیه شده بر روی سقف نشان داده شده است. تصویر(۲) نیز نشان‌دهنده الگوی توزیع هوای سیستم جریان مغشوش است که نازل‌ها در دیواره قرار گرفته‌اند و خروجی هوا در دو طرف دیواره‌ها قرار دارند.

تصویر (۱) الگوی توزیع هوای مغشوش با ورود هوا از سقف

سیستم جریان هوای آرام یا یک‌طرفه ۴
سیستم هوای یک طرفه که سیستم آرام نیز نامیده می‌شود، عموما در عمل‌های ارتوپدی استفاده می‌شود. در درمان‌های ارتوپدی مانند جا انداختن مفاصل، در اقدامات احتیاطی جهت ضدعفونی نمودن فضای اتاق می‌بایست آلودگی‌ها و ذرات سنگین از سطح برداشته، معلق شده و از اتاق خارج گردد. [۴]

تصویر(۲) الگوی جریان هوای مغشوش با ورود هوا از دیواره جانبی

تصویر (۳) نشان‌دهنده الگوی جریان مغشوش به صورت مورب است که در آن ورود هوا از سقف و خروج هوا از یک طرف با یک دیواره صورت می‌گیرد.

تصویر(۳) الگوی جریان مغشوش به صورت مورب

در سیستم‌های هوای یک‌طرفه، جریان هوا بر اساس استاندارد ASHRAE در سال ۲۰۰۲ در خطوط موازی جریان ۰٫۴۵m/s قرار می‌گیرد. در بعضی از مواقع، افزایش سرعت جریان هوای یک طرفه جهت حذف و کاهش آلودگی‌های محیط، منطقی و قابل قبول است. در این نوع سیستم جریان، تجهیزات تامین هوا می‌توانند هوا را به صورت افقی یا عمودی وارد اتاق نمایند. در طراحی‌های اولیه این سیستم، هوا از دیواره‌ها و در طراحی‌های بعدی از سقف و به صورت عمودی وارد فضای اتاق می شد. ورود هوا به صورت عمودی دارای مزیت‌هایی نسبت به سیستم افقی است. در سیستم عمودی، ذرات معلق سنگین به علت نیروی ثقل همراه با جریان هوا به پایین آمده و به کاهش آلودگی و حذف آن کمک می کنند و این سیستم در چنین حالتی دارای بازده بالایی است. سیستم‌های جریان هوای آرام اغلب دارای فیلترهای هوا با بازدهی بالا هستند. این فیلترها می‌توانند در حدود ۹۹٫۷ درصد هوا را فیلتر و تصفیه کنند. در این نوع فیلترینگ، باکتری‌ها، قارچ‌ها و حتی برخی ویروس‌ها با اندازه بالا را می‌توان از هوا حذف نمود. به این ترتیب، هوای استریل تولید می‌شود. اولین سیستم جریان هوای آرام (یک طرفه) در سال ۱۹۶۰ توسط وایت فیلد ساخته شد [۴]. در سال ۱۹۶۴ نیز کملی یک نمونه از محیط بسته که شامل فیلتر هوا بود را گسترش داد و اتاق عملی برای یک بیمار و سه پزشک ساخت [۴]. دراین سیستم، هوای فیلترشده از سقف به محفظه و قسمت اصلی اتاق عمل که توسط پرده‌ای از قسمت‌های دیگر اتاق جدا شده بود، وارد می‌شد. جریان هوای عرضی در محفظه اصلی اتاق عمل وجود نداشت. ذرات معلق موجود در محفظه اصلی متمایل به پایین آمدن و خروج از قسمت پایین دیواره جداکننده بودند. سرعت جریان هوا باید به گونه‌ای می‌بود که گرمای موجود در این اتاقک که به دلایل متعددی از جمله چراغ بالای سر بیمار و حضور پزشکان و پرستاران ایجاد می شد، به خارج منتقل شده و ‌شرایط دمایی مناسبی را برقرار نماید. تصویر (۴) نمایی از یک اتاق با جریان هوای آرام با پرده جداکننده را به وضوح نمایش می‌دهد.

تصویر (۴) جریان هوای آرام عمودی با پرده جداکننده

اگرچه سیستم مذکور از جهت کنترل میکروبیولوژیک و آلودگی هوا نسبت به سیستم‌های قبلی موفق‌تر بود، اما با این وجود، به محدود شدن حرکت جراحان و پرستاران در اتاقک مذکور می‌انجامید و حضور پرستاران و وجود تجهیزات جراحی را در این محفظه با مشکل روبه رو می‌کرد. برای مقابله با این مشکل، سیستم با دیوارهای که تقریبا دو متر از کف فاصله داشت، طراحی شدی (تصویر ۵).

 تصویر (۵) جریان هوای آرام عمودی با پرده جداکننده در ارتفاع دو متری از کف اتاق

تصویر (۶) ایجاد پرده هوا اطراف محدوده کاری اتاق عمل

این مانع هوایی مانند یک مانع فیزیکی بین هوای فیلتر نشده نازل‌های یک طرفه و هوای آلوده محیط عمل می کند. حتی در ناحیه سقف که هوای تولید شده در نازل‌ها تمایل بیشتری به مخلوط شدن با هوای محیط دارد نیز این مسئله مشهود است. مانع هوایی ایجاد شده باعث تخلیه هوای آلوده و هدایت آن به سمت دریچه‌های خروجی می شود و به رقیق شدن آلودگی فضای اتاق می‌انجامد. در سیستم‌های دیگر جریان هوای آرام از مانع پلاستیکی استفاده می‌شود. (تصویر ۷)  

 تصویر (۷) جریان هوای آرام با در نظر گرفتن مانع فیزیکی

سرانجام، در سیستم جریان هوای آرام امکان عدم استفاده از مانع وجود دارد که در تصویر (۸) مشخص است. این سیستم کمتر در اتاق‌های عمل استفاده می‌شود و دارای بازده پایینی از نظر خارج نمودن آلودگی محیط است و هوای تمیز و تازه به راحتی با هوای آلوده محیط مخلوط می شود.

تصویر (۸) جریان هوای آرام بدون در نظر گرفتن پرده هوا

ارزیابی سیستم‌های توزیع هوا
سیستم جریان هوای مغشوش

سیستم مرسوم جریان هوای مشغشوش یا توربولنت (تامین هوا از سقف) مانند سیستم تامین هوا از دیواره، اغتشاش جریان در جهت حرکت هوا زمانی که هوا وارد محیط می شود، اتفاق می‌افتد. به علت وجود این پدیده این سیستم قادر به کنترل الگوی توزیع و حرکت هوا در اتاق عمل نیست. در سیستم توزیع هوا از دیواره، دیفیوزرها، هوا را با سرعت بالایی تامین و وارد اتاق می‌کنند که نتیجه آن توزیع گسترده تر هوا، افزایش میزان اغتشاش در محیط و عدم تامین آسایش حرارتی در فضای اتاق است.
در سیستم مورب به علت افزایش سرعت هوای ورودی و افزایش اغتشاش جریان در فضای اتاق، شرایط مناسب و آلودگی از بین می‌رود و به همین ترتیب تمامی دستگاه‌ها، تجهیزات و افراد موجود حفاظت میکروبیولوژیکی خود را از دست می‌دهند و به صورت تصادفی در معرض جریان مغشوش قرار می‌گیرند. همچنین سرعت بالای هوا در فضای اتاق به کم آب شدن بدن افراد کمک می‌کند و حرکات تیم جراحی که در مسیر مستقیم جهت هوا قرار دارند آلودگی را در فضای اتاق تشدید می‌کند.
یکی دیگر از مشکلات استفاده از جریان مغشوش، فشار منفی است که فشار منفی در پیرامون دیفیوزر به وجود می آید. بدین ترتیب تمامی آلودگی‌های محیط به هوای تازه ورودی نفوذ کرده و با آن مخلوط می‌شود و این هوای آلوده در سرتاسر اتاق منتشر می‌شود. بنابراین هوای آلوده داخل اتاق به طور پیوسته به وسیله مواد منتشر شده توسط افراد و دیگر منابع، آلوده و با هوای تازه و فیلترشده مخلوط می‌شود. تحقیقی که در سال ۱۹۹۸ توسط وایت انجام شد نشان داد که در اتاق‌های جراحی که از این سیستم استفاده می‌شود، بالغ بر پانصد ذره که باکتری‌ها را جابه جا می‌کنند در فضای اتاق موجود است.
سیستم جریان هوای آرام
عدم تصفیه هوای آلوده می تواند در برخی از سیستم‌های جریان هوای آرام اتفاق بیافتد. به این صورت که جریان هوای پایین آمده که بر روی سطوح و تجهیزات فرود می آید، دارای سرعت کافی است که بتواند جریان‌های حرارتی به وجود آمده را از بین ببرد. افزایش بازده کنترل میکروبیولوژیکی این نوع سیستم بسیار کم است و قیمت عملی آن نسبت به سیستم جریان مغشوش بالاتر است. در بعضی از موارد دیفیوزرهای تامین هوا در سرتاسر سقف تعبیه می شوند. نسبت به حجم بالای هوای ورودی دیفیوزرها، کاهش میزان باکتری‌ها از طریق رقیق شدن میزان آلودگی هوا مشاهده می‌شود اگرچه مصرف بالای انرژی را به دنبال دارد. در اطراف دیگر سیستم‌ها با موانع هوایی، سرعت بالایی در محیط داخلی فراهم می‌شود و آزمایش مسی انجام شده روی این سیستم، کنترل میکروبیولوژیکی خوبی را نشان ‌میدهد. علاوه بر این در سیستم‌های با جریان محافظتی، سرعت تخلیه هوا نسبت به سیستم بدون محافظت، کمتر است از اینرو هوا در فاصله دو متر از کف تخلیه می‌شود. سیستم با جریان هوای افقی کاربرد زیادی در اتاق‌های عمل ندارد. زیرا درجه آلودگی این سیستم به مراتب بیشتر از سیستم جریان قائم است.
تصویر (۹) نشان‌دهنده نتایج به دست آمده توسط NRC) National Resource center) و مقایسه سیستم جریان افقی با سیستم جریان هوای عمودی است. محور عمودی مقدار آلودگی و محور افقی میزان هوای تعویضی را نشان می‌دهد. همان طور که در این تصویر مشخص است، با افزایش تعداد تعویض هوا میزان ذرات و آلودگی کاهش می‌یابد (NR-1999).

در سیستم‌هایی که با دیفیوزرهای متمرکز در سقف اتاق و با جریان نمایی کار ‌می‌کنند و به وسیله مانع هوایی محافظت م یشوند، جریان هوا از بالا به پایین و نیز سرعت هوای خروجی از پایین مانع هوایی به حدی است که مانع از ورود آلودگی از کف اتاق به محفظه اصلی می‌شود.
فریبورگ در سال ۱۹۹۸ در تحقیقی سه نوع سیستم جریان هوای آرام را با یکدیگر مقایسه نمود[ ۴]. این سیستم‌ها عبارت بودند از:

  1. سیستم جریان نمایی با دیوار ههایی با فاصله دو متر از کف
  2. سیستم جریان هوای افقی با صفحه حفاظت جانبی
  3. سیستم جریان هوای عمودی با حفاظت جانبی
    مدل سازی عددی
    مفهوم آنالیز جریان،CFD با پیشرفت فناوری دینامیک سیالات محاسباتی یا کامل برای هوای اتاق عمل قابل فهم شد[۵]. دینامیک سیالات محاسباتی به طورموثر و قوی عوامل بررسی شده در اتاق عمل و انتشار آلودگی را اثبات نمود و در صدد بهبود شرایط برآمد [۵] و [ ۷]. پیشرفت‌های دینامیک سیالات محاسباتی در این رابطه توسط لاندر و اسپالدینگ با استفاده از روابط معادله جریان مغشوش به در اوایل سال ۱۹۷۰ پایه‌گذاری شد. آن‌ها مشخصات جریان هوا و توزیع K-E نام آن را با حل معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی در سه بعد محاسبه نمودند.
    اغلب رویکردهای دینامیک سیالات محاسباتی ۵ می‌توانند به یکی از روش‌های زیر باشند:
  4. ۶DNS
  5. ۷RANS
  6. ۸LES
    هر کدام از این روش‌ها، اغتشاش جریان یا توربولانس را با یک رفتار متفاوت شامل می‌شود. مدل RANS عموما مدل K-E استانداردی است که توسط لاندر و اسپالدینگ در اوایل ۱۹۷۰ به دست آمد و گسترش داده شد.
    ۱٫۱۱ مدل سازی CFD جریان هوای اتاق عمل

 باز آنجا که در سال ۱۹۹۲ روش عددی وی موفق به مدل سازی جریان هوا و تمرکز ذرات در اتاق شد، محققان دیگر از روش بهبود یافته K-E جریان هوا را در نواحی استریلیزه بهبود بخشیدند. این جریان اساسا یک طرف\ه بود، در صورتی که خارج از این نواحی، جریان مغشوش وجود داشت. دیگر محققان حدس زدند که افراد داخل اتاق و چراغ جراحی نیز می‌تواند در جریان هوا تاثیرگذار باشد. پس مدل‌سازی دوبعدی برای هر نوع اتاق عمل نامناسب است و توزیع هوا را به درستی نشان نمی‌دهد. معمارزاده با استفاده از مدل توربولانسی ، K-E و دنباله‌گیری ذرات اثرات سیستم تهویه مطبوع و خاصیت میکروب‌کشی اشعه ماورا بنفش بر روی کاهش خطرات ناشی از میکرو ارگانیسم‌ها را بررسی کرد. در تحقیق دیگری وی از مدل جریان هوای آرام و دنباله‌گیری حرکت ذرات در مقایسه با خطرات آلودگی در اتاق عمل و آلودگی ذرات بر روی میزها و تخت استفاده کرد. [۷]
در دنباله این تحقیق و بررسی، خلیل و کمیل در سال ۲۰۰۳ با استفاده از یک الگوریتم ساده با خواص توربولانسی به وسیله مدل بهبود یافته، تابع جریان نزدیک دیواره را محاسبه نمودند و دریافتند که توزیع بهینه هوا به .[ موقعیت کانال خروجی هوا و جهت تخت جراحی است.[۸]
موقعیت منبع ذرات یا آلودگی‌ها، طراحی ورودی هوا، موقعیت تخت جراحی، چراغ جراحی و پارامترهای بحرانی و توزیع ذرات اتاق عمل باید مشخص گردند.

 مراجع:
[۱]سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور، طراحی بناهای درمانی ۲، جلد اول و چهارم، نشریه۲۸۷- شماره ۲
[۲]سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور، طراحی بناهای درمانی ۱، جلد اول و چهارم، نشریه۲۸۷- شماره ۱

[۳]J.R. Lewis, Operating room air distribution effectiveness, ASHRAE Transactions 99 (2) (1993) 1191–۱۱۹۹٫
[۴]AIA, AIA Guidelines for Design and Construction of Hospitals and Health Care Facilities, The American Institute of Architects, Washington, DC, 2001.
[۵]T.T. Chow, X.Y. Yang, Performance of ventilation system in a nonstandard operating room, Building and Environment 38 (12) (2003).
[۶]F. Memarzadeh, Methodology for minimizing risk from airborne organisms in hospital isolation rooms, ASHRAE Transactions 106 (2) (2000) 731–۷۴۲٫
[۷] F. Memarzadeh , A. Manning, Reducing risks of surgery, ASHRAE Journal 45 (2) (2003) 28–۳۳٫
[۸] R. Kameel, E.E. Khalil, Energy efficient and hygienic operating theatres’ HVAC airside design architectural and engineering consideration,in: Proceedings of First International Energy Conversion Engineering Conference, Portsmouth, VA, 2003, AIAA 20035997-.
[۹] T.T. Chow, X.Y. Yang, Performance of ventilation system in a nonstandard operating room, Building and Environment 38 (12) (2003).

پی‌نوشت:

  1. Breathing Zone
  2. Occupied Zzone
  3. Turbulent Airflow System
  4. Vertical Zirectional or Laminar Air Flow System
  5. CFD
  6. Direct Numerical Simulation
  7. Reynolds Average Navier-Stokes
  8. Large Eddy Simulation

 منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره۱۰ – آبان ماه ۱۳۹۲

استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

بایدها و نبایدهای منابع انبساط

منبع:ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۱۰ – آبان ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

چگونگی انتخاب و لوله‌کشی منابع انبساط۱ در کتب راهنما و دستورالعمل‌های نصب، اغلب با مفاهیم گمراه‌کننده و بعضا اشتباهی همراه هستند. در این مقاله تعدادی از‌ این دستورالعمل‌ها و نکات اجرایی را مرور و بررسی می‌کنیم.

ادعا: منبع انبساط باید در ناحیه‌ای نزدیک به خط مکش پمپ در سیستم قرار گیرد.
بررسی: در صورتی که فشار اولیه و سایز منبع انبساط بسته۲ (منبعی که با هوای آزاد ارتباطی ندارد) به درستی انتخاب شود، می‌توان‌ این منبع را در هر کجای سیستم قرار داد. با‌ این حال میزان حداکثر فشار برخی از اجزای سیستم می‌تواند مکان نصب منبع انبساط را محدود کند.
ادعا: بهترین مکان برای اتصال منبع انبساط به سیستم در نزدیکی خط مکش پمپ است.
بررسی: اگر منظور از «بهترین مکان» ناحیه‌ای است که منجر به استفاده ازکوچک‌ترین (و البته کم‌هزینه‌ترین) منبع انبساط می‌شود، به این ترتیب بهترین مکان در سیستم جایی است که در زمان روشن بودن پمپ، کمترین فشار نسبی۳ را دارد. در یک سیستم افقی مانند یک ساختمان یک طبقه، نقطه کم فشار نزدیک به خط مکش پمپ خواهد بود. با این حال در یک سیستم عمودی مانند یک ساختمان چند طبقه، ناحیه کم‌فشار نزدیک به مرتفع‌ترین نقطه در خط لوله برگشت به پمپ است. نکته دیگر آن که «بهترین مکان» لزوما منجر به کوچک شدن ابعاد منبع نمی‌شود. به عبارت دیگر بهترین مکان جایی است که منبع به راحتی در آن قرار می‌گیرد. به عنوان نمونه می‌توان به داخل موتورخانه‌ای که به میزان کافی فضا دارد و تعمیر و نگهداری منبع آسان است اشاره کرد. به عنوان مثالی دیگر، ممکن است ناحیه کم‌فشار در بالای اتاق مهمان یک هتل قرار گرفته باشد، اما این مکان برای نصب منبع انبساط به هیچ وجه مناسب نیست.
ادعا: ناحیه اتصال منبع انبساط به سیستم، نقطه‌ای بدون تغییر فشار است. به عبارت دیگر، فشار در منبع انبساط بدون تغییر باقی می‌ماند.
بررسی: این ادعا به معنی آن است که در صورت تغییر فشار کارکرد سیستم، مهندسان اجرایی دچار سردرگمی و نگرانی‌های غیر ضروری می‌شوند. (به جز یک پالس کوچک) فشار منبع انبساط زمانی تغییر نمی‌کند که پمپ‌ها شروع به کار کنند. اما زمانی که دمای سیال درون سیستم تغییر کند، فشار نیز تغییر کرده و حجم آب زیاد یا کم می‌شود. میزان تغییر فشار تابعی از ابعاد منبع و تغییر دمای سیال است. همان‌طور که ملاحظه کردید، طراح تاسیسات می‌تواند منبع انبساط را در بازه گسترده‌ای (برای مثال از یک تا ده برابر) انتخاب کند. در ادامه این مقاله برای درک بهتر این مفاهیم و انتخاب بهتر منابع انبساط، به شرح اصول و نکات اجرایی مرتبط با منابع انبساط می‌پردازیم.
هدف از به‌کارگیری منابع انبساط
در سیستم‌های هیدرونیک بسته از منابع انبساط استفاده می‌شود تا:

  1. همزمان با تغییر چگالی آب با تغییر دما، تغییر حجم آب سیستم توسط منبع انبساط کنترل شده و فشار کلی سیستم از محدوده فشار متداول سیستم پایین‌تر نگه داشته شود.
  2. به منظور جلوگیری از نشت هوا در سیستم، فشار نسبی مثبت در تمامی قسمت‌های سیستم حفظ شود.
  3. فشار مناسب در تمامی قسمت‌های سیستم حفظ شده و از جوشش ناخواسته سیال و بروز پدیده کاویتاسیون در شیرهای کنترل جلوگیری شود.
  4. هد مثبت مکشی خالص (NPSH4) در ناحیه مکش پمپ‌ها به میزان کافی حفظ شود.

دو گزینه آخر تنها در سیستم‌های آب گرم با دمای بالا قابل اجرا هستند. در بیشتر کاربری‌های متداول تاسیسات تنها دو گزینه اول در نظر گرفته می‌شوند.


انواع منابع انبساط
به طور کلی دو نوع منبع انبساط وجود دارد:

  1. منبع انبساط معمولی فلزی که می‌تواند از نوع فشار طبیعی یا مکانیکی باشد.
  2. منبع انبساط دیافراگمی یا بالشتکی۶؛ در این نوع منابع انبساط، تفکیک آب و هوا توسط یک بالشتک یا دیافراگم انعطاف‌پذیر که اغلب از لاستیک بوتیل مخصوص درست می‌شود صورت می‌گیرد.

در هر دو نوع منابع انبساط، در زمان افزایش دما و انبساط حجمی آب، سطح آب بالا رفته و هوا را فشرده می‌کند. زمانی که سیستم سرد بوده و آب منبع در پایین‌ترین سطح باشد (ممکن است هیچ آبی وجود نداشته باشد)، فشار منبع در حالت اولیه یا فشار پیش‌شارژ (Pi) قرار دارد. همزمان با افزایش دما و انبساط آب در سیستم، آب درون منبع سرریز شده و محفظه هوا فشرده می‌شود و در نتیجه فشار آب سیستم و هوا افزایش می‌یابد.
زمانی که دمای سیستم در بالاترین حد بوده و انبساط حجمی آب تمامی ظرفیت طراحی شده منبع را پر کرده است، فشار آب و هوای حاصل شده، برابر یا کمتر از حداکثر فشار طراحی (Pmax) خواهد بود. پیش‌بینی حداقل و حداکثر فشارهای سیستم، بخشی از فرآیند کاری طراح برای انتخاب منبع انبساط است که در ادامه به طور مختصر به آن اشاره می‌شود.
فشار اولیه
فشار اولیه نسبی منبع انبساط (Pi) باید از موارد ذیل بیشتر بوده یا با آن‌ها برابر باشد:
الف)حداقل فشار مورد نیاز برای جلوگیری از جوشش و حفظ فشار نسبی مثبت در تمامی نقاط سیستم
ب)حداقل فشار برای حفظ NPSHa در سمت مکش پمپ، بالاتر از حداقل NPSHr پمپ باشد.
حداقل فشار مورد نیاز برای جلوگیری از جوشش و حفظ فشار نسبی مثبت در تمامی نقاط سیستم را می‌توان به شکل زیر تعیین نمود:

  1. در زمان روشن بودن پمپ، نقطه فشار پایین (LPP7) سیستم را پیدا کنید. برای این کار، بالاترین ارتفاع در نزدیک‌ترین سمت برگشت به خط مکش پمپ را در نظر بگیرید (نقطه A در تصویر ۱). با در نظر گرفتن اصطکاک و افت فشار دینامیک به عنوان عامل منفی و افزایش فشار استاتیک به علت ارتفاع به عنوان عامل مثبت، افت فشار خالص از آن نقطه تا مکش پمپ رامحاسبه کنید. نقطه‌ای که کمترین فشار خالص را دارد همان LPP است. با کاهش ارتفاع لوله نسبت به نقطه مرتفع، فشار استاتیک به ازای هر فوت کاهش ارتفاع، یک فوت هد را افزایش می‌یابد (۳kPa به ازای هر ۰٫۳m). در شرایط عادی، افت فشار اصطکاکی دو برابر کمتر خواهد بود. به این ترتیب افزایش فشار به علت کاهش ارتفاع نسبت به کاهش فشار به علت اصطکاک، همواره عامل موثرتری است. در نتیجه LPP همواره بالاترین نقطه خط برگشت به پمپ می‌باشد.
  2. حداقل فشار سیستم (Pmin) را تعیین کنید. حداقل فشاری که در LPP وجود دارد برای حفظ فشار نسبی مثبت (به منظور جلوگیری از نشت هوا در سیستم) و جلوگیری از جوشش مورد نیاز است. حداقل فشار توصیه شده متداول (۴psig (28kPa می‌باشد، به علاوه بیست و پنج درصد فشار بخار اشباع در زمانی که این فشار از فشار جوی فراتر می‌رود (تصویر ۲). برای سیستم‌های آب سرد، آب کندانسور و آب گرم متداول (کمتر از ۲۰۰ درجه فارنهایت [معادل ۹۳ درجه سانتی‌گراد]) حداقل فشار پیشنهادی (۴psig (28kPa است. همان‌طور، که در تصویر (۲) نشان داده شده است، حداقل فشار برای آب گرم با دمای بالا باید بیشتر باشد. برای سیستم‌های آب گرمی که در نزدیکی LPP دارای شیرهای کنترل فشار بالا هستند، حداقل فشار باید بیشتر باشد تا از کاویتاسیون در پایین‌دست شیر جلوگیری شود.
  3. جایگاه منبع را تعیین کنید. در صورت نزدیک بودن منبع به نقطه LPP، ابعاد و هزینه‌ها به کمترین حالت می‌رسند. با این حال ممکن است با در نظر گرفتن فضا یا سایر ملاحظات مکان مناسب دیگری برای منبع انتخاب شود.
  4. افزایش فشار استاتیک ΔPs,LPP→tank، از LPP به نقطه اتصال را محاسبه کنید. این افزایش فشار، معادل اختلاف ارتفاع بین این دو نقطه (برای فشار در واحد فوت آب۸) است.
  5. اگر منبع بالادست نقطه LPP است، در زمان روشن بودن پمپ، افت فشار اصطکاکی ΔPf,tank→LPP، از نقطه اتصال به نقطه LPP را محاسبه کنید.

تصویر (۱) منحنی فشار – دما برای یک سیستم متداول در یک ساختمان چندطبقه

تصویر (۲) مقادیر توصیه شده برای حداقل فشار و فشار بخار اشباع آب

اگر منبع در پایین‌دست LPP باشد، این افت فشار منفی خواهد بود. اما اگر محاسبات Pi لحاظ شود، حداقل فشار تنها در زمان کارکرد پمپ باقی می‌ماند. زمانی که کارکرد پمپ متوقف می‌شود، فشار نقطه LPP به میزان اختلاف فشار اصطکاکی بین منبع و LPP از حداقل فشار مطلوب پایین‌تر خواهد رفت.

  • حداقل فشار نسبی اولیه منبع را محاسبه کنید:

فشار اولیه منبع اغلب در حدود (۱۲psig (83kPa انتخاب می‌شود. این فشار، مقدار استاندارد صنعتی برای منابع دیافراگمی یا بالشتکی است، در زمانی که هیچ مقدار دیگری مشخص نشده باشد. در بیشتر موارد منبع در کارخانه با استفاده از همین فشار اولیه تنظیم می‌شود. با این حال باید متناسب با موقعیت و در صورت نیاز این فشار را اصلاح کرد. در ابتدا تمامی تجهیزات مولد حرارت را در سیستم خاموش کنید، سپس شیر جداکننده منبع را ببندید و منبع را از سیستم جدا کنید. منبع را به طور کامل تخلیه کرده و با استفاده از یک کمپرسور هوا، فشار هوای منبع را با مقدار مطلوب Pi مطابقت دهید. پیش از باز کردن شیر جداکننده منبع، سیستم باید در کمترین دمای خود باشد (که در بخش انتخاب، شرح داده می‌شود). متصل کردن منبع به سیستمی که دمای آن بالاتر از حداقل دما باشد، موجب کاهش فشار به کمتر از حداقل فشار در زمانی می‌شود که دمای سیستم کاهش و حجم آب آن افزایش می‌یابد. در مورد حداقل فشاری که برای حفظ NPSHa در سمت مکش پمپ، بالاتر از حداقل NPSHr پمپ است باید ملاحظات زیر در نظر گرفته شود: این مورد تنها معیار برای محاسبه Pi در سیستم‌های آب گرم با دمای بالا (بیشتر از ۲۰۰ درجه فارنهایت [معادل ۹۳ درجه سانتی‌گراد]) است که فاصله پمپ و منبع انبساط از لحاظ هیدرولیکی در آن‌ها زیاد بوده یا پمپ بالاتر از منبع قرار گرفته است. در سایر کاربری‌ها،حداقل فشار حاصله از مرحله (الف) منجر به فشارهای مکشی می‌شود که از NPSHr بیشتر است. به این ترتیب در بخش عمده‌ای از کاربری‌های تاسیساتی مرحله (ب) حذف می‌شود. اما برای تکمیل بحث در این مقاله، در ادامه این مرحله نیز تشریح می‌شود.
فشار اولیه مورد نیاز برای حفظ NPSHr به این ترتیب محاسبه می‌شود:

  1. هد مکشی مثبت خالص مورد نیاز پمپ (NPSHr) را با استفاده از نرم‌افزار انتخاب پمپ یا منحنی‌های عملکرد پمپ که در کاتالوگ شرکت سازنده موجود است پیدا کنید.
  2. افت فشار اصطکاکی ΔPf,tank→suction را در مسیر جریان از منبع به خط مکش پمپ محاسبه کنید.
  3. فشار نسبی بخار اشباع سیال (Pv) را در بالاترین دمای مورد انتظار محاسبه کنید. برای تعیین بالاترین دمای مورد انتظار سیال به بخش انتخاب منبع در همین مقاله مراجعه کنید. برای مشاهده منحنی Pv و ارتباط متقابل آن با دما، تصویر (۲) را مشاهده کنید. در اکثر موارد برای فشار مطلق به جای فشار نسبی از Pv استفاده می‌شود، اما از آنجایی که ما در حال محاسبه Pi در فشار نسبی هستیم، در این محاسبه از فشار نسبی استفاده می‌شود.
  4. اختلاف فشار استاتیک ΔPs,tank→suction از منبع به خط مکش پمپ را محاسبه کنید. این کمیت در واقع همان اختلاف ارتفاع بین این دو مولفه است (برای فشار در واحد فوت آب).
  5. اختلاف فشار سرعتی ΔPV,tank→suction لوله‌کشی را در نقطه‌ای محاسبه کنید که منبع به خط مکش پمپ متصل شده است. فشار سرعتی متناسب با مربع سرعت در لوله است (برابر با V2/64.3 در واحد psi که سرعت بر حسب ft/s بیان شده است). در اکثر موارد این اختلاف فشار قابل چشم‌پوشی است و در نظر گرفته نمی‌شود. به ویژه زمانی که ابعاد لوله در نقطه اتصال به منبع انبساط با ابعاد لوله خط مکش پمپ یکسان باشد. چرا که در این حالت فشارهای سرعتی نیز یکسان خواهند بود.
  6. حداقل فشار اولیه نسبی منبع (Pi) را محاسبه کنید:

تعیین حداکثر فشار سیستم
حداکثر فشار منبع انبساط (Pmax) این‌گونه تعیین می‌شود:

  • حداکثر فشار مجاز سیستم (Pma) و نقطه فشار بحرانی (CPP) را تعیین کنید. نقطه CPP مربوط به «ضعیف‌ترین اتصال سیستم» است. این نقطه تابعی از فشار در حداکثر دمای کارکرد مورد انتظار از مولفه‌ها و تجهیزات (با توجه به اطلاعات ارائه شده از سوی سازنده) و همچنین موقعیت آن‌ها در ارتفاع سیستم و نسبت به پمپ است. برای پیدا کردن CPP فهرستی از مولفه‌ها و تجهیزاتی را تهیه کنید که کمترین فشار را دارند. سپس با استفاده از واحدهای یکسان، اختلاف بین این فشارها و ارتفاع عمودی آن‌ها را محاسبه کنید. برای مثال مقادیر فشار psig را به واحدهای هد (فوت آب) تبدیل کرده و ارتفاع را از آن کم کنید. مولفه‌ای که کمترین اختلاف را دارد «ضعیف‌ترین اتصال» است. مکان این مولفه در سمت تخلیه پمپ، نقطه CPP و حداکثر فشار آن، میزان فشار مولفه است.

جدول (۱) حجم مخصوص آب اشباع در دماهای مختلف

  • موقعیت شیر اطمینان۱۱ فشار را تعیین کنید. در حالت عادی، بهترین مکان برای این شیر در نزدیکی نقطه CPP و بخشی از سیستم است که این شیر باید از آن محافظت کند. اما یکی دیگر از مکان‌های رایج مورد استفاده برای شیر اطمینان فشار مکانی نزدیک به اتصال منبع انبساط به سیستم در سمت شیر جداکننده منبع می‌باشد.
  • اختلاف بین فشار استاتیک از نقطه CPP به نقطه اتصال شیر اطمینان فشار ΔPs,CPP→PRV را محاسبه کنید. این اختلاف فشار در واقع اختلاف ارتفاع این دو مولفه است (برای فشار در واحد فوت آب) که می‌تواند مثبت (یعنی CPP بالاتر از PRV) یا منفی (یعنی CPP پایین‌تر از PRV) باشد.
  •  اگر شیر اطمینان در سمت پایین‌دست نقطه CPP باشد در زمان روشن بودن پمپ، افت فشار اصطکاکی از CPP به شیر اطمینان ΔPf,CPP→PRV را محاسبه کنید. اگر شیر اطمینان در سمت بالادست CPP باشد، این افت فشار نادیده گرفته می‌شود، زیرا حتی در زمان خاموش بودن سیستم، حداکثر فشار باید باقی بماند.
  •  نقطه تنظیم شیر اطمینان فشار (Prv) را محاسبه کنید:

در بیشتر سیستم‌های یک طبقه، به طور معمول از فشار (۳۰psig (207kPa به عنوان نقطه تنظیم شیر اطمینان استفاده می‌شود، حتی اگر نتیجه محاسبه بالا عدد بزرگتری باشد. این مقدار به عنوان نرخ استاندارد مورد استفاده برای بسیاری از دیگ‌های کم‌فشار در نظر گرفته می‌شود، اگرچه اکثر دیگ‌ها با مقادیر فشار بالاتر (برای مثال ۶۰psig 414kPa) با هزینه کم یا بدون هزینه در دسترس هستند.

  • اختلاف فشار استاتیک بین نقطه اتصال شیر اطمینان فشار و نقطه اتصال منبع انبساط ΔPs,PRV→tank را محاسبه کنید. این اختلاف فشار در واقع اختلاف ارتفاع بین این دو نقطه است (برای فشار در واحد فوت آب) و می‌تواند مثبت (یعنی PRVبالای منبع) یا منفی (یعنی PRV پایین منبع) باشد.
  • اگر منبع در سمت پایین‌دست شیر اطمینان باشد، افت فشار اصطکاکی از شیر اطمینان به منبع انبساط ΔPf,PRV→tank را در زمان روشن بودن پمپ محاسبه کنید. در صورتی که منبع در سمت بالادست شیر اطمینان باشد، این افت فشار در نظر گرفته نمی‌شود زیرا حتی در صورت خاموش بودن پمپ، حداکثر فشار باید باقی بماند.
  • حداکثر فشار نسبی منبع (Pmax) را محاسبه کنید:

روش انتخاب منبع انبساط
منابع انبساط اغلب با توجه به نرم‌افزار یا جداول فنی و کاتالوگ‌های تولیدکننده انتخاب می‌شوند. در هر صورت روند انتخاب منابع انبساط به شرح زیر است.
حداقل دمایی که سیستم با آن روبه‌رو می‌شود را با Tc نمایش می‌دهیم. در حالت کلی این دما در سیستم‌های گرمایشی، همان دمای اولیه سیستم است؛ برای مثال ۵۰ درجه فارنهایت (معادل ۱۰ درجه سانتی‌گراد). در سیستم‌های سرمایشی این دما معادل دمای آب سرد طراحی است؛ برای مثال ۴۰ درجه فارنهایت (معادل ۴ درجه سانتی‌گراد).
حداکثر دمایی که سیستم با آن روبه‌رو می‌شود را با Th نمایش می‌دهیم. این دما در سیستم‌های گرمایشی معادل دمای طراحی آب گرم است؛ برای مثال ۱۸۰ درجه فارنهایت (معادل ۸۲ درجه سانتی‌گراد). برای سیستم‌های سرمایشی این دما در واقع درجه حرارتی است که سیستم در زمان خاموش بودن به آن می‌رسد؛ برای مثال ۸۰ درجه فارنهایت (۲۷ درجه سانتی‌گراد) . البته این دما به مکان لوله‌کشی (داخلی یا خارجی) نیز وابسته است.
حجم کلی آب درون سیستم که شامل تمامی لوله‌ها و مخازن می‌شود را با Vs نمایش می‌دهیم. حداقل فشار را با Pi و حداکثر فشار را با Pmax نمایش می‌دهیم.
به این ترتیب می توان حجم منبع را با استفاده از روابطی مانند روابط شماره (۵) و (۶) انتخاب نمود. لازم به یادآوری است که این دو رابطه صرفا برای انتخاب منابع دیافراگمی قابل استفاده هستند:

در رابطه فوق:
Vt: حجم منبع
Va: حجم پذیرش منبع
مقدار محاسبه شده از طریق این رابطه معادل ظرفیت بالشتک (برای منابع بالشتکی) یا حجم سمت آب منبع و برای منابع دیافراگمی معادل با وضعیتی است که دیافراگم به طور کامل منقبض شده باشد. در منابعی که دارای حجم پذیرش کاملی هستند، بالشتک می‌تواند به میزان شکل کلی منبع باز شود و به این ترتیب حجم پذیرش و حجم کلی منبع (Vt) با یکدیگر برابر است.
Ve: انبساط حجمی آب در اثر افزایش دما از کمترین دما به بیشترین دما
Vc: حجم مخصوص آب در حداقل دما
Vh: حجم مخصوص آب در حداکثر دما
با استفاده از رابطه (۵) در زمانی که سیستم در بالاترین دما و فشار است، اطمینان حاصل می‌شود که حجم پذیرش (Va) از حجم منبسط شده آب (Ve) تجاوز می‌کند تا از آسیب رسیدن به بالشتک یا دیافراگم جلوگیری شود. با استفاده از رابطه (۶) اطمینان حاصل می‌شود که حجم منبع (Vt) برای آب منبسط شده (Ve) و بالشتک هوایی کافی است که این مسئله به منظور حفظ فشار در منبع انبساط بین Pi و Pmax ضروری می‌باشد.
در رابطه (۶) به دلیل محافظه‌کاری، انبساط لوله‌های سیستم در نظر گرفته نمی‌شود زیرا حجم آب منبسط شده بسیار کم است و سیستم‌هایی که دارای اجزای لوله‌کشی متعددی هستند و هر یک از آن‌ها ضریب انبساط طولی متفاوتی دارند، فرآیند محاسبات کمی دشوارتر می‌شود. در جدول (۱) حجم مخصوص آب در دماهای مختلف نشان داده شده است.
چند مثال کاربردی
مثال
(۱) سیستم آب سرد

یک سیستم آب سرد را در نظر بگیرید که دمای طراحی آب سرد در آن ۴۰ درجه فارنهایت و حجم سیستم (۱,۰۰۰Gal (3785L است. تصویر (۱) جانمایی این سیستم را نشان می‌دهد که در آن پمپ در پایین یک ساختمان چند طبقه قرار گرفته است. هد پمپ (۸۰ft (240kPa می‌باشد.
ابتدا فشار پیش‌شارژ اولیه (Pi) را محاسبه کنید. از آنجایی که سیستم حاوی آب سرد است، نگرانی خاصی در مورد هد مثبت مکشی خالص وجود ندارد، بنابراین تنها باید مرحله (الف) را دنبال کرد. بنابراین خواهیم داشت:

  • نقطه LPP در سیستم، بالاترین نقطه در مسیر خط برگشت به پمپ است (نقطه A در تصویر ۱).
  • همان‌طور که در تصویر (۲) نشان داده شد Pmin برابر با (۴psig (28kPa است.
  • اگر مکان اتصال منبع به نقطه LPP نزدیک باشد، ابعاد منبع کوچک بوده و هزینه آن به کمترین میزان ممکن کاهش می‌یابد. با این حال تصور کنید که در این مثال منبع نزدیک به نقطه B در خط مکش پمپ قرار گرفته باشد. به دلیل فضای کافی، این نقطه اغلب مناسب‌ترین مکان به حساب می‌آید.
  • افزایش فشار استاتیک از نقطه LPP به منبع، ΔPs,LPP→tank، برابر با (۱۰۰ft (296kPa است.
  • افت فشار اصطکاکی از منبع به ΔPf,tank→LPP صفر در نظر گرفته می‌شود زیرا منبع در سمت پایین‌دست LPP قرار دارد.

حداقل فشار نسبی اولیه یا پیش‌شارژ منبع (Pi) عبارت است از:

اکنون حداکثر فشار را محاسبه می‌کنید:

  • میزان فشار استاندارد برای تمامی مولفه‌های سیستم، به مقدار (۱۲۵psig (862kPa یا بیشتر خواهد بود. در نتیجه Pa معادل (۱۲۵psig (862kPa در نظر گرفته می‌شود و  CPP پایین‌ترین نقطه سیستم در سمت دهش پمپ همان نقطه C است.
  • تصور کنید که شیر اطمینان فشار نزدیک به چیلر و منبع انبساط قرار داشته باشد (نقطه B).
  • اختلاف فشار استاتیک بین CPP و شیر اطمینان فشار ΔPs,CPP→PRV صفر در نظر گرفته می‌شود زیرا ارتفاع هر دوی آن‌ها یکسان است.
  • شیر انبساط (نقطه B) در سمت پایین‌دست CPP (نقطه C) قرار دارد. ΔPf,CPP→PRV حدودا با هد پمپ برابر است ([۸۰ft [241kPa).
  • بنابراین نقطه تنظیم شیر اطمینان فشار (Prv) به این صورت محاسبه می‌شود:

با استفاده از این رابطه اطمینان حاصل می‌شود که فشار موجود در سمت دهش پمپ از (۱۲۵psig (862kPa فراتر نمی‌رود. اگر نقطه تنظیم شیر اطمینان ۱۲۵psig باشد، فشار پایین‌دست پمپ می‌تواند تا (۱۶۰psig (1100kPa افزایش یابد که در حقیقیت بالاتر از فشار تجهیزات است.

تصویر (۳) سیستم متدوال در یک ساختمان یک طبقه

  • اختلاف فشار استاتیک بین شیر اطمینان و منبع ΔPs,PRV→tank صفر است زیرا هر دوی آن‌ها در یک مکان قرار دارند.
  • افت فشار اصطکاکی از شیر اطمینان به منبع ΔPs,PRV→tank صفر است زیرا هر دوی آن‌ها در یک مکان قرار دارند.
  • حداکثر فشار نسبی منبع (Pmax) برابر است با:

در نتیجه حداقل حجم منبع (با در نظر گرفتن) حداکثر فشار با دمای ۸۰ درجه فارنهایت (معادل ۲۷ درجه سانتی‌گراد) که مقادیر حجم مخصوص آن از جدول (۱) برداشت شده است، این‌گونه محاسبه می‌شود:

به این ترتیب، حجم پذیرش منبع انبساط باید از  (۳٫۷۵gallons (14L بیشتر و حجم کلی آن از (۹٫۱gallons (34L بیشتر باشد.
مثال (۲) سیستم آب سرد
سیستم توصیف شده در مثال (۱) را در نظر بگیرید، با این تفاوت که منبع انبساط به جای پمپ در نزدیکی نقطه LPP (نقطه A) قرار گرفته باشد. در این صورت فشار اولیه این‌گونه محاسبه می‌شود (شروع محاسبه از مرحله ۴):

  • افزایش فشار استاتیک از LPP به منبع ΔPs,LPP→tank صفر است زیرا منبع در همین نقطه واقع شده است.
  • افت فشار اصطکاکی از منبع به ΔPf, tank→LPP صفر است زیرا منبع در همین نقطه واقع شده است.
  • حداقل فشار نسبی اولیه مثبت در منبع (Pi) برابر است با:

اکنون حداکثر فشار را محاسبه کنید (شروع از مرحله ۶):

  • مقدار اختلاف فشار استاتیک از شیر اطمینان تا منبع ΔPs,PRV→tank برابر با (۱۰۰ft (-296kPa- است.این اختلاف فشار منفی است زیرا PRV در پایین‌دست منبع قرار دارد.
  • افت فشار اصطکاکی از شیر اطمینان تا منبع ΔPf,PRV→tank صفر در نظر گرفته می‌شود، زیرا منبع در بالادست شیر اطمینان قرار دارد.
  • حداکثر فشار نسبی منبع (Pmax) برابر است با:

در نتیجه حجم منبع این‌گونه محاسبه می‌شود:

مانند مثال (۲) حجم پذیرش منبع انبساط باید بیش از (۳٫۷۵gpm (0.24L/s باشد (حجم آب انبساط‌یافته بدون تغییر باقی می‌ماند) اما حجم کلی مورد نیاز به (۵٫۴gallons (20L کاهش می‌یابد. به این ترتیب، منبعی که در نقطه LPP یک ساختمان چند طبقه نصب شود نسبت به منبعی که در خط مکش پمپ نصب شده باشد، کوچک‌تر و در نتیجه کم‌هزینه‌تر خواهد بود (مثال ۱).
مثال (۳) سیستم آب گرم با دمای بالا
یک سیستم آب گرم دما بالا را در نظر بگیرید که دمای طراحی آن  ۳۰۰ درجه فارنهایت (معادل ۱۴۹ درجه سانتی‌گراد) و حجم سیستم ( ۱,۰۰۰gallons (3785L باشد. مقدار NPSHr مورد نیاز پمپ (۵ft (15kPa و هد آن (۵۰ft (150kPa است. همان‌طور که در تصویر (۳) نشان داده شده، جانمایی این سیستم افقی است.
ابتدا فشار اولیه (Pi) را محاسبه کنید؛ این فشار از فشار مورد نیاز برای جلوگیری از جوشش و فشار مورد نیاز برای حفظ NPSH مناسب در پمپ، بیشتر خواهد بود. فشار مورد نیاز برای جلوگیری از جوشش اینچنین محاسبه می‌شود:

  1. نقطه LPP در سیستم، بالاترین نقطه در خط برگشت به سیستم، درست بعد از حرکت به سمت پمپ است (نقطه A در تصویر ۳).
  2. همان‌طور که در تصویر (۲) دیده می‌شود، حداقل فشار (Pmin) توصیه شده باید (۷۰psig (482kPa باشد. اگر در نزدیکی LPP شیرهای کنترلی وجودداشته باشند، حداقل فشار باید بیشتر باشد.
  3. در این مثال تصور کنید که منبع در نزدیکی نقطه B در خط مکش پمپ قرار دارد.
  4. افزایش فشار استاتیک ΔPs,LPP→tank از LPP به منبع برابر با معادل (۱۵ft (45kPa است.
  5. افت فشار اصطکاکی از منبع به ΔPf,tank→LPP صفر در نظر گرفته می‌شود زیرا منبع در سمت پایین‌دست LPP قرار دارد.
  6. حداقل فشار نسبی اولیه در منبع (Pi) به این ترتیب محاسبه می‌شود:

فشار اولیه باید برای حفظ NPSHr مورد نیاز در ورودی پمپ نیز کافی باشد:

  1. هد مثبت مکشی خالص مورد نیاز برابر ۱۵kPa) 5ft) است.
  2. افت فشار اصطکاکی از منبع به خط مکش پمپ ΔPf,tank→suction صفر است زیرا منبع روی خط مکش پمپ قرار گرفته است.
  3. مشابه تصویر (۲) فشار نسبی بخار سیال (Pv) برابر با (۵۳psig (365kPa می‌باشد.
  4. اختلاف فشار اصطکاکی بین منبع و خط مکش پمپ ΔPs,tank→suction صفر است زیرا منبع در همین نقطه قرار گرفته است.
  5. تصور کنید که اختلاف فشار سرعتی بین منبع و خط مکش قابل چشم‌پوشی است.
  6. حداقل فشار نسبی اولیه منبع (Pi) را محاسبه کنید:

این فشار از فشار مورد نیاز برای جلوگیری از جوشش در نقطه LPP کمتر بوده و در نتیجه قابل چشم‌پوشی است. همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، دراغلب موارد شرایط اینچنین است، مگر در حالتی که پمپ در فاصله بسیار دوری از منبع انبساط و یا بالای آن قرار گرفته باشد.
اکنون حداکثر فشار را محاسبه کنید:

  1. فشار استاندارد تمامی اجزای سیستم برابر با  (۱۲۵psig (862kPa یا بیشتر خواهد بود. در نتیجه حداکثر فشار معادل ۱۲۵psig در نظر گرفته می‌شود و CPP پایین‌ترین نقطه سیستم در سمت دهش پمپ (نقطه c) خواهد بود.
  2. شیر اطمینان فشار در دیگ نصب خواهد شد.
  3. اختلاف فشار استاتیک بین CPP و شیر اطمینان فشار ΔPs,CPP→PRV صفر است، زیرا هر دوی آن‌ها در یک ارتفاع قرار گرفته‌اند.
  4. شیر اطمینان (در دیگ) در پایین‌دست CPP قرار دارد (نقطه C). در نتیجه اختلاف فشار اصطکاکی بین CPP و PRV به طور میانگین با هد پمپ (۱۵۲kPa] 50ft]) برابر خواهد بود.
  5. نقطه تنظیم شیر اطمینان فشار (Prv) به این ترتیب محاسبه می‌شود:
  6. اختلاف فشار استاتیک بین PRV و منبع برابر با صفر است زیرا هر دوی آن‌ها در یک ارتفاع قرار گرفته‌اند.
  7. افت فشار اصطکاکی بین PRV و منبع قابل چشم‌پوشی است زیرا به یکدیگر نزدیک هستند.
  8. محاسبه حداکثر فشار نسبی منبع (Pmax) اینچنین خواهد بود:

به این ترتیب، حداقل حجم پذیرش منبع (با فرض حداقل درجه حرارت ۶۰ درجه فارنهایت معادل ۱۶ درجه سانتی‌گراد) و اتخاذ مقادیر حجم مخصوص از جدول (۱) به این صورت محاسبه می‌شود:

در نتیجه، حجم پذیرش منبع باید (۸۸gallons (333L یا بیشتر بوده و حجم کلی آن (۳۹۰gallons (1476L یا بیشتر باشد. برای تمرین بیشتر، با در نظر گرفتن منبع در قسمت دهش پمپ (نقطه C) محاسبات بالا را دوباره انجام دهید. با انجام این محاسبات در خواهید یافت که فشار اولیه افزایش یافته و سایر متغیرها بدون تغییر خواهند ماند و منبع بزرگ‌تری مورد نیاز است. با این وجود، منبع تمامی عملکردهای مورد انتظار را برآورده می‌کند و این نقطه با وجود غیر عادی بودن، مکان مناسبی به شمار می‌رود.
پی‌نوشت:

  1. Expansion Tanks
  2. Closed Expansion Tank
  3. Gauge Pressure
  4. Net Positive Suction Head
  5. Tank Type
  6. Diaphragm Type
  7. Low Pressure Point
  8. Feet of Water
  9. Relief Valve

منبع:ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۱۰ – آبان ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

انتخاب هیتر سونای خشک

منبع:ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۹ – مهر ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

به طور معمول هیترهای سونای خشک در دو نوع مادون قرمز و هیترهای سنتی موجود هستند. هیترهای مادون قرمز اساسا عملکرد چندان مطلوبی ندارند و استفاده نمی‌شوند. اما هیترهای سنتی خود در انواع برقی و سوخت فسیلی وجود دارند. بر روی هر هیتر مقداری سنگ قرار می‌دهند که معمولا این سنگها از نوع آذرین یا آتشفشانی می‌باشند. این سنگ ها اینرسی حرارتی بالایی دارند و مقدار آن‌ها با توجه به کاتالوگ شرکت سازنده انتخاب می‌شود. برای انتخاب هیتر سونای خشک راه‌های متعدد و جداول زیادی وجود دارد که در ادامه یکی از جداول انتخاب هیتر سونا ارائه شده است.

علاوه بر استفاده از جدول بالا از راه زیر نیز می‌توان ظرفیت هیتر را حساب کرد:

Q=AUΔT
Q: Btu/hr برحسب
U: ضریب کلی انتقال حرارت
ΔT: اختلاف دمای داخل سونا و فضای خارج

برای همه‌ی دیوارهای سونا و همچنین کف و سقف باید از فرمول فوق استفاده نمود و در نهایت همه اعداد را باهم جمع جبری کرد تا ظرفیت مورد نیاز اتاق سونا به دست بیاید.

منبع:ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۹ – مهر ماه ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نوشته شده در 2 دیدگاه

روشی سریع برای ترسیم نقشه‌های کانال

منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۱ – آبان ماه  ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

در این مقاله، روشی سریع برای ترسیم نقشه‌های کانال با استفاده از فایل LISP در نرم‌افزار AutoCAD را آموزش می‌دهیم. برای ترسیم کانال به این شیوه، مراحل زیر را دنبال کنید:

  • در نرم‌افزار اتوکد، دستور  APPLOAD را اجرا کنید.
  • در پنجره باز شده، فایل LISP مربوط به ترسیم کانال (Duct.lsp) را انتخاب کنید و گزینه Load را زده و در نهایت پنجره مربوطه را Close کنید.
  • اکنون می‌توانید با دستورهای مورد نظر نقشه کانال را ترسیم نمود.
  • حال برای ترسیم کانال، دستور SD را در قسمت Command نرم‌افزار اتوکد اجرا کنید.
  • در این مرحله باید نقطه آغازین کانال (First Point) را با نشانگر موس روی صفحه مشخص نمائید.

تذکر: برای دانلود فایل LISP مربوط به ترسیم نقشه کانال می‌توانید به سایت خانه تاسیسات به آدرس www.hvachouse.ir/download‌ مراجعه نموده از بخش نرم‌افزارها، فایل  مورد نظر را دانلود فرمائید.

دانلود فایل LISP برای ترسیم کانال

نکته: قبل از ترسیم نقشه کانال این توضیح لازم است که قطر کانال بر حسب اینچ و طول کانال بر حسب متر می‌باشد.

  • در مرحله بعد عبارت Width of duct ظاهر می‌شود که باید عرض کانال را بر حسب اینچ تایپ کنیم.
  • در مرحله بعد باید طول کانال را بر حسب متر مشخص نماییم. این کار را هم با کمک نشانگر ماوس و هم با تایپ اندازه مورد نظر می‌توان انجام داد.
  • با انجام مراحل فوق، کانال با مشخصاتی که وارد کرده‌اید ترسیم می‌شود و به‌وسیله ماوس می‌توان مسیر آن را تغییر داد.
  • مرحله بعدی، ترسیم انشعاب‌های کانال و تغییر اندازه مقطع کانال است که با گزینه‌های Branchs و Width انجام می‌شود.
  • Branches برای ترسیم دو یا سه انشعاب از کانال استفاده می‌شود. برای این کار باید خود عبارت Branch یا حرف B را تایپ نموده و Enter بزنیم.
  • به طور مثال ۲ را انتخاب می‌کنیم. نرم‌افزار از ما می‌خواهد که Take off را بر حسب اینچ تایپ کنیم. عرض کانال خروجی از این Take off را انتخاب کنید و Enter بزنید.
  • دوباره Next Point ظاهر می‌شود که باید که این کانال را امتداد دهیم.
  • Width: برای تغییر در عرض کانال استفاده می‌شود در صورت انتخاب این گزینه فقط باید اندازه جدیدی که می‌‌خواهید کانال به آن تبدیل شود را تایپ کنید و در مرحله بعد یکی از تبدیل‌ها را انتخاب نمایید.

انواع تبدیل:

منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۱ – آبان ماه  ۱۳۹۲
استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

نکاتی درباره نگهداری چیلرهای تراکمی هوایی

منبعماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۱ – آبان ماه ۱۳۹۱

استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

  1. اصول نگهداری چیلرهای تراکمی هوایی چیلرهای هوایی با کندانسور جدا۱
  2. چیلرهای هوایی با کندانسور یکپارچه۲ چیلرهای یکپارچه جهت نصب در پشت بام و محوطه باز (مانند حیاط) تولید شده و صدا و لرزش کم، راندمان بالا، اشغال فضای کم، کاهش مصرف لوله‌کشی، نگهداری آسان، مصرف انرژی کم، ابعاد کوچک از مزایای آن‌ها به شمار می‌رود.

نگهداری چیلرهای هوایی

یکی از پارامترهای مهم و اقدامات اولیه در امر نگهداری تنظیم کردن سیستم‌های کنترل و حفاظت از دستگاه چیلر می‌باشد و یک تکنسین تبرید قبل از شروع کار باید ابتدا تنظیمات اولیه را مطابق دستورالعمل زیر انجام دهد:

  1. کنترل ولتاژ برق
  2. کنترل دما
  3. کنترل ضد یخ زدگی
  4. کنترل فشار بالا
  5. کنترل فشار پایین
  6. کنترل فشار روغن
  7. کنترل هیتر روغن کمپرسور
  8. کنترل جریان آب اواپراتور
  9. کنترل فن کندانسور

کنترل ولتاژ برق چیلر

استاندارد شبکه برق ایران با استانداردهای جهانی کمی فاصله دارد، لذا در زمان‌ها و مکان‌های مختلف کشور، تغییرات ولتاژ و نوسانات برق متفاوت است و هر یک از پارامترهای یاد شده می‌تواند مشکلات جدی و خطرناکی را برای کمپرسورهای چیلر فراهم نماید. لذا برای جلوگیری از این خطرات از یک کنترلر الکترونیکی به نام کنترل فاز استفاده می‌شود. کنترل فازها به چندین نوع تقسیم می‌شوند:

  1. کنترل فاز حساس در مقابل تقارن فاز
  2. کنترل فاز حساس در مقابل تغییرات ولتاژ، تقارن و توالی فاز، تاخیر در قطع و وصل
  3. کنترل فاز حساس در مقابل تغییرات ولتاژ، تقارن و توالی فاز، افزایش جریان برق مصرفی خروجی و تاخیر در قطع و وصل نکته مهمی که باید مورد اشاره قرار گیرد آن است که استفاده از کنترل فازهای اروپایی (مانند تله مکانیک و…) هر چند که از برندهای معروفی هستند، ولی فقط در مقابل تقارن فاز حساس هستند و متناسب با شرایط شبکه برق کشور سازنده طراحی می‌شوند و نمی‌توانند در مقابل نوسانات و تغییرات ولتاژ به خوبی عمل نمایند. لذا انتخاب یک کنترل فاز خوب که تمامی پارامترهای لازم را داشته باشد می‌تواند از کمپرسورهای چیلر محافظت نماید و ترجیحا بهتر است چیلرهای وارداتی به این کنترلر مجهز شوند.

عملکرد این کنترلر به این صورت است که در صورت دو فاز شدن، نامتعادل بودن و یا افت بیش از حد ولتاژ برق ورودی، قطع سیم نول، توالی و تقارن فازها، مدار فرمان چیلر را قطع می‌نماید و تا برطرف نشدن اشکال به دستگاه فرمان روشن شدن نمی‌دهد.

کنترل دما۳

ترموستات وسیله‌ای است که وظیفه کنترل دما در چیلر را بر عهده دارد و به دو شکل الکترومکانیکی و دیجیتالی تولید می‌شود و همیشه بالب آن بر روی مدار برگشت آب نصب شده و درجه آن روی دمای ۵۴ درجه فارنهایت (معادل ۱۲ درجه سانتی‌گراد) تنظیم می‌شود. یا در سیستم تبرید، تنظیم دمای چیلر طبق محدوده استاندارد دارای اهمیت زیادی است زیرا با کاهش دما، ویسکوزیته روغن افزایش پیدا کرده و این امر در روانکاری قطعات کمپرسور مشکل ایجاد نموده و موجب سایش قطعات داخلی کمپرسور می‌شود. بنابراین ترجیحا تنظیم دما پایین‌تر از ۱۰ درجه سانتی‌گراد در چیلرها مجاز نیست.

کنترل ضد یخ زدگی۴

آنتی‌فریز وسیله‌ای است که وظیفه حفاظت دستگاه در مقابل یخ‌زدگی را به عهده دارد و از نظر ظاهری فرق آن با ترموستات در داشتن دکمه ریست است و از ۵- درجه سانتی‌گراد  تا ۲۵+ درجه سانتی‌گراد مدرج شده و نقطه تنظیم آن روی دمای ۴۱ درجه فارنهایت (معادل ۵ درجه سانتی‌گراد) است.

نحوه عملکرد آنتی‌فریز

در صورتی که به علت خاموش بودن پمپ سیرکولاسیون و یا رسوب‌گرفتگی اواپراتور، آب در اواپراتور چیلر گردش نداشته باشد و بالب ترموستات چیلر از محل نصب خود خارج شده و یا به هر دلیلی ترموستات دچار مشکل شده باشد و اواپراتور در معرض یخ‌زدگی قرار گیرد، این کنترل‌کننده از طریق بالب حساس خود که در پایین‌ترین نقطه اواپراتور نصب می‌شود، مدار فرمان چیلر را قطع می‌کند تا زمان سرکشی تکنسین نگهداری در حالت ریست باقی می‌ماند و با فشار دادن دکمه ریست مجددا مدار فرمان چیلر را وصل می‌کند.

روش تست و نگهداری آنتی‌فریز

  1. محدوده دمای آنتی‌فریز را با محدوده تنظیم ترموستات منطبق می‌کنیم، در صورتی که آنتی‌فریز ریست کرده و مدار فرمان چیلر را قطع نماید، آنتی‌فریز سالم است و در غیر این صورت باید نسبت به تعویض آن اقدام نمود.
  2. بالب حسگر آنتی‌فریز بایستی بر روی لوله خروجی اواپراتور نصب باشد زیرا در پایین لوله، روغن جریان داشته و مانع رسیدن سرمای کافی به بالب می‌شود.
  3. بالب حسگر باید در محل نصب عایق شود.

کنترل فشار بالا۵

در چیلرها به منظور جلوگیری از افزایش فشار گاز فوق داغ در سیستم که موجب آسیب دیدن کمپرسور و عمل کردن سوپاپ تخلیه مدار گاز می‌شود از کنترلر فشار بالا استفاده می‌شود. این کنترلرها در انواع مختلف به صورت آنالوگ و الکترونیکی تولید می‌شود و نوع آنالوگ آن به صورت ریست‌دار و بدون ریست برای کاربردهای مختلف در دسترس است. از نوع ریست‌دار این کنترلر برای کنترل فشار بالای کمپرسور استفاده می‌کنند به طوری که وقتی فشار گاز به دلایل مختلف در سیستم افزایش پیدا می‌کند، این کنترلر برق مدار فرمان چیلر را قطع می‌کند و کنترلر ریست می‌شود و دیگر به صورت خودکار برق چیلر وصل نمی‌شود. در این وضعیت حتما باید دستگاه را از حالت ریست خارج کرد و عوامل افزایش فشار توسط تکنسین تبرید بررسی شود. اما کنترلر بدون ریست آن (اتو ریست) برای فن‌های کندانسور جهت تقطیر و خنک کردن گاز در کندانسور استفاده می‌شود. در این کاربرد، هر فن مجهز به یک کنترلر فشار بالا بوده و در محدوده‌های مختلف تنظیم می‌شود. به این ترتیب، با افزایش فشار در سیستم، فن‌ها روشن و با کاهش فشار مبرد در سیستم فن‌ها خاموش می‌شوند.

در چیلرهای با سیستم هوشمند که قابلیت کنترل از راه دور را دارند و برنامه‌پذیر هستند، کنترل فشار بالای کمپرسور و فن‌های کندانسور هر یک توسط یک حسگر فشار بالا به سیستم هوشمند فرمان داده و توسط کنترلر هوشمند فرمان قطع و وصل کمپرسور و یا فن‌های کندانسور صادر می‌شود.

دلایل افزایش فشار گاز در چیلرهای هوایی

  1. یک یا چند فن کندانسور سوخته است.
  2. جهت چرخش فن‌ها برعکس است.
  3. فین‌های کندانسور کثیف است و انتقال حرارت بین مبرد و هوا به سختی انجام می‌شود.
  4. مدار فرمان فن‌ها قطع است.
  5. کنتاکتور فن‌های کندانسور سوخته است.
  6. مبرد بیش از حد به چیلر شارژ شده است.

روش تست و نگهداری کنترلر فشار بالا

نقطه تنظیم کنترل فشار بالا باید در محدوده استاندارد مطابق با جدول زیر باشد.

۲٫محدوده کنترل فشار بالا را نزدیک به نقطه وصل پایین می‌آوریم، اگر کنترلر فرمان قطع به مدار فرمان چیلر بدهد و در حالت ریست قرار بگیرد کنترلر سالم است در غیر این صورت بایستی مدار گاز لوله‌مویی تست شده و در صورت اطمینان از تمیز بودن مدار گاز کنترلر تعویض شود.

نکتههرگز با خاموش کردن فن های کندانسور دستگاه را در شرایط کارکرد با فشار بالا و خطرناک قرار ندهید. چون این امر موجب وارد آمدن آسیب جدی به کمپرسور و یا در صورت عمل نکردن کنترلر با افزایش فشار موجب تخلیه گاز از طریق سوپاپ تخلیه می‌شود.

کنترل فشار پایین ۶

در صورتی که فشار مکش کمپرسور به دلیل کمبود گاز، گرفتگی فیلتر درایر یا زیاد کار کردن فن‌های کندانسور افت کند این کنترلر، برق مدار فرمان چیلر را قطع می‌کند و با رفع افت فشار مجددا به صورت اتو ریست برق مدار فرمان را وصل می‌نماید.

روش تست کنترلر فشار پایین

شیر سرویس خط مایع (قبل از فیلتر درایر) را می‌بندیم در صورتی که فشار مکش به ۳۰psig برسد و کنترلر فشار پایین، مدار فرمان چیلر را قطع کند، کنترلر سالم است در غیر این صورت کنترلر معیوب است. نقطه تنظیم کنترلر فشار پایین باید در محدوده استاندارد مطابق با جدول زیر باشد. کنترل فشار روغن۷

از این کنترلر برای کاهش بیش از حد فشار روغن کمپرسورها استفاده می‌شود و در نوع الکترومکانیکی و الکترونیکی تولید می‌شود. این کنترلر بر روی کمپرسورهای رفت و برگشتی جهت محافظت از کمپرسور نصب می‌شود و نوع الکترومکانیکی آن از چند قسمت مختلف به شرح زیر تشکیل می‌شود:

  1. گرم‌کن یا هیتر
  2. کلید اختلاف فشار
  3. کلید تاخیری
  4. بی‌متال
  5. شاسی ریست نقطه تنظیم کنترلر فشار روغن

نقطه تنظیم کنترلر فشار روغن باید در محدوده استاندارد مطابق با جدول زیر باشد.

روش تست کنترلر فشار روغن

کلید برق اصلی چیلر را روشن کرده و کلید اتوماتیک مدار قدرت کمپرسور را در وضعیت Off قرار می‌دهیم چنانچه پس از ۱۲۰ ثانیه به علت کار نکردن کمپرسور و پمپ روغن و تثبیت نشدن فشار روغن، کنترلر در حالت ریست قرار گرفت و چراغ هشدار کمبود فشار روغن روشن شد، نشان‌دهنده سالم بودن کنترلر فشار روغن می‌باشد و در غیر این صورت کنترلر خراب است و بایستی تعویض شود.

خاموش کردن چیلر در فصل سرد و هنگام تعمیرات

یکی از روش‌های مهم در نگهداری چیلرها آشنایی با روش پمپ‌دان آن‌ها به شمار می‌رود به این صورت که پس از پایان فصل تابستان، شیر سرویس قبل از درایر را می‌بندند و کنترلر فشار پایین را جامپر می‌کنند تا تمامی گاز داخل سیستم در داخل ریسیور جمع شود. این عمل را تا وقتی که فشار مکش کمپرسور به ۵psig برسد ادامه داده و سپس چیلر را خاموش می‌کنند و شیرهای مکش و دهش کمپرسور را می‌بندند تا گاز مدار از سیستم خارج نشود. ضمنا استفاده از روش پمپ‌دان برای انجام تعمیرات، نشت‌یابی سیستم، جوشکاری در مدار لوله‌کشی، تعویض فیلتر، باز کردن قطعات و تجهیزات معیوب چیلر کاربرد زیادی دارد .بازدید و نظافت مدار گاز برای تمیز نگهداشتن مدار گاز، در هر چیلر از دو نوع فیلتر استفاده می‌شود:

  1. فیلتر ساکشن کمپرسور: این فیلتر جهت جلوگیری از ورود ذرات ریز احتمالی به داخل سیم پیچ کمپرسور در قسمت ورودی شیر مکش کمپرسور نصب شده و از جنس استنلس استیل می‌باشد.
  2. فیلتر درایر در مدار خط مایع: این فیلتر جهت حذف ناخالصی‌های موجود در مبرد و جذب رطوبت در سیستم در مدار مایع بعد از کندانسور نصب می‌شود و جنس آن از سیلیکاژل است که جاذب بسیار خوبی برای رطوبت به شمار می‌رود. همان‌طور که می‌دانیم رطوبت زیاد در مدار چیلر موجب یخ‌زدگی مبرد در خروجی شیر انبساط و مسدود شدن مسیر مبرد، زنگ‌زدگی قطعات داخلی کمپرسور و تجزیه و اسیدی شدن روغن کمپرسور می‌شود و این امر به شارلاک سیم‌پیچ کمپرسور آسیب رسانده و سوختن سیم‌پیچ کمپرسور را به همراه دارد. لذا تعویض به موقع آن در هر فصل از اهمیت فراوانی برخوردار است و اختلاف دمای ورودی و خروجی فیلتر یکی از نشانه‌های گرفتگی و کثیفی فیلتر است.نکته: این فیلترها بر حسب نوع مبرد جریانی، جهت ورودی و خروجی یکسان یا مختلف، هسته قابل تعویض یا غیر قابل تعویض و جوشی یا دنده‌ای بودن آن شکل‌های مختلفی دارند و هنگام خرید بایستی به این نکات توجه نموده و برای تعویض فیلتر درایر و تمیز کردن فیلتر ساکشن کمپرسور از روش پمپدان و جمع کردن مبرد در کندانسور استفاده نماییم. توجه داشته باشید که قبل از خارج کردن دستگاه از حالت پمپ‌دان باید سیستم را وکیوم کرده و سپس شیر سرویس خط مایع را باز کنید.تست کیفیت و کمیت روغن کمپرسور کیفیت روغنبرای کمپرسورهای فریونی با مبردهای R-50 ,R-12 ,R-22 از روغن‌های معدنی ۳GS و ۴Gs استفاده می‌شود که تفاوت این دو روغن در ویسکوزیته آن‌ها‌ست که بایستی مطابق پیشنهاد سازنده کمپرسور از روغن مورد نظر استفاده شود. یکی از عوامل مهم در طول عمر کمپرسورهای تبرید، کیفیت روغن آن‌هاست و چون روغن سیستم‌های تبرید با هوا تجزیه و اسیدی می‌شود، بایستی هر فصل قبل از راه‌اندازی، اسیدیته روغن توسط ابزارهای دقیق سنجش و اندازه‌گیری مشخص شود و در صورت اسیدی بودن، روغن کمپرسور باید تخلیه شده و با فشار ازت سیستم را از روغن آلوده تخلیه نماییم زیرا روغن اسیدی باعث خوردگی سطوح فلزی و شارلاک کمپرسور و در نهایت موجب سوختن کمپرسور می‌شود.

سطح روغن

سطح روغن بایستی به اندازه سه چهارم سایت گلاس کمپرسور باشد و اگر فشار روغن، معادل با فشار مکش کمپرسور شود و یا این که اختلاف فشار روغن و مکش کمتر از ۱۰psig شود، کنترل فشار روغن عمل کرده و چیلر را خاموش می‌کند. این کنترلر فشار دارای دکمه ریست می‌باشد و تا زمانی که از علت عملکرد آن آگاه نشده‌ایم نباید این کنترلر را از ریست خارج کنیم.

نکات مرتبط با نگهداری کندانسور هوایی

کندانسور یا واحد تقطیرکننده یکی از اجزای چیلرهای هوایی است که گاز خروجی فوق داغ کمپرسور را تقطیر و به مایع تبدیل می‌کند که عمل تقطیر و خنک کردن گاز در آن به واسطه تبادل حرارت بین مبرد و هوا از طریق جریان اجباری هوا توسط فن کندانسور انجام می‌شود. کندانسورهای هوایی از قسمت‌های مختلفی شامل الکتروموتور، فن، کویل، فین‌تیوب، پارتیشن مجزا برای جداسازی هوادهی فن کندانسور، ریسیور، سوپاپ اطمینان، کلکتور رفت کندانسور، کلکتور برگشت کندانسور، شیرهای سرویس و تابلو برق سیستم کنترل فشار تشکیل شده است.

روش تست و نگهداری کندانسور هوایی

  1. نظافت فین‌های کویل کندانسورالف)شانه‌کشی فین‌های کویل برای پاک کردن رسوب‌های مابین فین‌ها و تمیز نمودن سطح انتقال حرارتب)شستشوی فین‌های کندانسور توسط آب با فشار کم
  2. ثبت دمای هوای ورودی و خروجی از کویل کندانسور به صورت روزانه: معمولا اختلاف دمای هوای ورودی و خروجی کویل کندانسور ۱۵ درجه سانتی‌گراد می‌باشد.
  3. آمپرگیری روزانه از الکتروموتور فن‌های کندانسور و ثبت آن
  4. ثبت جهت چرخش الکتروموتور فن‌های کندانسور
  5. کنترل فشار در کندانسورکنترل فشار گاز در کندانسورها به دو روش زیر انجام می‌شود:الف)خاموش کردن فن‌ها: فن‌های کندانسورها معمولا تک‌فاز هستند و توان آن‌ها از ۰٫۵ تا ۱٫۱ کیلووات است و ترتیب روشن و خاموش شدن آن‌ها به این صورت است که فن‌هایی که نزدیک به کلکتور ورودی کندانسورها هستند باید در اولین مرحله روشن و در آخرین مرحله خاموش شوند و نحوه تنظیم فشار در آن‌ها طوری باشد که به سرعت قطع و وصل نشوند و معمولا هر یک از فن‌ها به یک کنتاکتور که از کنترلرهای فشار فرمان می‌گیرد مجهز هستند.ب)کنترل سرعت فن‌ها کنترل سرعت فن کندانسور توسط دستگاه کنترل دور۸ جهت صرفه‌جویی در مصرف برق فن و کاهش استهلاک بلبرینگ فن‌ها انجام می‌شود این دستگاه از حسگرهای فشاری که در سیستم نصب است فرمان می‌گیرند و ترتیب روشن و خاموش شدن آن‌ها مانند روش قبل می‌باشد.

تنظیم مدار گاز

یکی از مهم‌ترین عواملی که موجب طول عمر کمپرسور و صرفه‌جویی در مصرف برق و تشخیص عیوب سیستم می‌شود، تنظیم مقدار سوپرهیت و سابکولینگ دستگاه توسط شیر انبساط می‌باشد.

تنظیم سوپرهیت

مقدار سوپرهیت با تنظیم شیر انبساط قابل تغییر است و معمولا بایستی مقدار سوپرهیت بین عدد ۵ تا ۸ درجه سانتی‌گراد تنظیم شود تا مایع مبرد کاملا سوپرهیت شده و به صورت گاز از اواپراتور وارد کمپرسور شود زیرا مایع غیر قابل تراکم بوده و با ورود به سیلندر کمپرسورهای رفت و برگشتی موجب شکستگی سوپاپ‌ها و آسیب جدی به کمپرسور می‌شود.

روش تنظیم شیر انبساط

این شیر دارای یک پیچ تنظیم دستی می‌باشد که اگر آن را به راست (موافق چرخش عقربه‌های ساعت) بچرخانیم شیر در وضعیت باز قرار گرفته و موجب می‌شود تا مبرد بیشتری وارد اواپراتور گردد و چرخش جهت عکس عقربه‌های ساعت، موجب بسته شدن شیر انبساط می‌شود. باید توجه داشت که در هنگام تنظیم شیر در هر مرحله بایستی پیچ شیر انبساط را یک چهارم دور بچرخانیم و به مدت حداقل سه ساعت صبر کنیم تا تاثیر تنظیم را ارزیابی نماییم و سپس در صورت لزوم به تنظیمات بعدی ادامه دهیم.

نکاتی درباره شیر انبساط

  1. قبل از تنظیم شیر انبساط بایستی از محل نصب بالب شیر انبساط اطمینان حاصل کنیم و حتما این بالب با فاصله ۱۰ تا ۳۰ سانتی‌متری بر روی لوله خروجی از اواپراتور نصب شود.
  2. بالب بایستی بر روی لوله مکش نصب شود زیرا همیشه در زیر لوله روغن جریان دارد و این امر مانع رسیدن سرمای کافی به بالب می‌شود و سیستم را دچار اختلال می‌کند.
  3. بالب بایستی بر روی لوله افقی نصب شود.
  4. بالب شیر انبساط بایستی عایق شود.
  5. محل نصب اکولایزر شیر انبساط بایستی ۱۵ تا ۲۰ سانتی‌متر بعد از محل نصب بالب باشد.

برای اندازه‌گیری مقدار سوپرهیت باید دمای خروجی اواپراتور و دمای اشباع مبرد در اواپراتور را از یکدیگر کم کنیم. برای به دست آوردن دمای اشباع مبرد در اواپراتور بایستی فشار نسبی مکش کمپرسور را ابتدا بر حسب فشار مطلق به دست بیاوریم و سپس به جداول اشباع مبرد مراجعه کنیم تا بر حسب نوع مبرد، دمای اشباع آن مبرد را در آن فشار به دست بیاوریم. مقدار سابکولینگ معمولا باید بین عدد ۴ تا ۷ درجه سانتی‌گراد تنظیم شود. برای تنظیم سابکولینگ چیلر باید دمای خروجی کندانسور و دمای اشباع مبرد در کندانسور را از هم کسر نمود. برای به دست آوردن دمای اشباع مبرد در کندانسور باید فشار نسبی دهش کمپرسور را ابتدا برحسب فشار مطلق تعیین و سپس به جداول اشباع مبرد مراجعه کنیم تا بر حسب نوع مبرد، دمای اشباع آن مبرد را در آن فشار به دست بیاوریم. با تنظیم مقدار سوپرهیت و سابکولینگ می‌توان به عیوب داخل سیستم ناشی از شیر انبساط، کمبود، مازاد بودن یا ناخالصی مبرد، کاهش ظرفیت کندانسور در اثر عدم کارکرد فن‌ها یا کثیفی کویل کندانسور و عدم گردش صحیح آب در سیستم اطلاع پیدا کرد.

پی‌نوشت:

  1. Liquid Chillers With Remote Air Cooled Condenser
  2. Chillers Air Cooled Packaged Liquid
  3. Temperature Control
  4. Anti Freeze Control
  5. High Pressure Control
  6. Low Pressure Control
  7. Oil Pressure Control
  8. Fan Speed Control

منبع:ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۱ – آبان ماه ۱۳۹۱

استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

کاهش شارژ مبرد با استفاده از CO2

منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۱۰ – آبان ماه ۱۳۹۲

استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.

در صورت افزایش شارژ مبرد در سیستم‌های تبرید آمونیاکی، کارفرمایان و اپراتورها با عواقب قانونی روبه‌رو خواهند بود. در ‌ایالات متحده، تاسیساتی که (۵۰۰lb (227kg یا بیشتر آمونیاک داشته باشند، به کمیته برنامه‌ریزی اضطراری محلی گزارش می‌شوند. تاسیساتی که میزان آمونیاک آن‌ها از حد آستانه (TQ1) بیشتر شود، موظف هستند یک برنامه مدیریت خطر۲ به سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده ارایه دهند. در کالیفرنیا حد آستانه آمونیاک تنها (۵۰۰lb (227kg است اما حد آستانه در حالت کلی (۱۰,۰۰۰lb  (۴,۵۳۶kg می‌باشد. افت بیش از (۱۰۰lb (45kg آمونیاک در سیستم‌های مبرد آمونیاکی۳، صرف نظر از شارژ، باید ظرف پانزده دقیقه پس از آگاهی، به سازمانNational ResponseCenter گزارش داده شود. رعایت موارد قانونی تنها شامل آمونیاک نمی‌شود.

شرکت‌هایی که به علت بی‌دقتی، متهم به آزادسازی مبردهای فلوروکربن در اتمسفر هستند نیز تحت پیگرد قانونی قرار گرفته و جریمه می‌شوند. صنعت نانوایی و شیرینی‌پزی همچنان از R22 استفاده می‌کند و به تازگی با مشکلاتی روبه‌رو شده است، شرکت فرآوری ماهی West House نیز به علت آزادسازی مداوم R22 تحت پیگرد قرار گرفته است. واضح است که کاهش شارژ، موجب از بین رفتن احتمال نشت عمده هرگونه مبرد می‌شود. این مقاله راهکارهایی را معرفی می‌کند که می‌توان به کمک آن‌ها بدون کاهش بازدهی، شارژ مبرد را کاهش داد.

مبردهای ثانویه۴

مبردهای ثانویه از اولین روزهای ظهور سیستم‌های تبرید مکانیکی مورد استفاده بوده‌اند. به طور معمول کاهش شارژ مبرد اولیه۵ موجب کاهش بازدهی می‌شود، زیرا برای انتقال گرما به مبرد ثانویه، به اختلاف دمای بیشتری نیاز است. با ورود مبرد‌های غیر سمی و اشتعال‌ناپذیر هالوکربن، مبردهای ثانویه از دور خارج شدند. با این حال امروزه به علت تاثیر بد مبردهای هالوکربن بر محیط زیست، مبردهای ثانویه بار دیگر مورد توجه قرار گرفته‌اند. مبردهای ثانویه، مانند راه‌حل‌های نمک طبیعی و گلیکول، در ابعاد وسیعی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، اما Forbes Pearson (نویسنده این مقاله) روش بهتری را برای تبرید پیشنهاد کرده است که در آن از دی‌اکسیدکربن استفاده می‌شود. پس از معرفی این روش، دی‌اکسیدکربن مجددا هم به عنوان یک مبرد ثانویه فرار۶ و هم به عنوان سمت دمای پایین۷ در سیستم‌های متوالی مورد استفاده قرار گرفته است. در سمت دمای بالا اغلب از آمونیاک استفاده می‌شود اما سایر مبردها نیز قابل استفاده هستند.

همان‌طور که Hans Quack اشاره کرده است، دی‌اکسیدکربن به عنوان یک سیال منتقل‌کننده گرما، دارای ویژگی‌های قابل توجهی است. تصویر (۱) بازدهی مقابله‌ای دی‌اکسیدکربن، R-134a و آب را به عنوان مبردهای ثانویه نشان می‌دهد. Andy Pearson با تاکید بر مزایای دی‌اکسیدکربن، فاکتَور Quak را اصلاح کرد تا تاثیرات افت فشار برابر۸ را در نظر بگیرد. از این حیث، دی‌اکسیدکربن از هر سیال دیگری بهتر است. بسیاری از سوپرمارکت‌های اروپا در حال حاضر از دی‌اکسیدکربن به عنوان مبرد اولیه و ثانویه استفاده می‌کنند. رایج‌ترین ساختار، استفاده از یک سیستم Transciritical برای دماهای بالا و کمپرسورهای دی‌اکسیدکربن اضافه برای تبرید در دماهای پایین است. برای جلوگیری از مشکلات روان‌سازی، این دو سیستم اغلب جدا از هم نگهداری می‌شوند و مبرد دی‌اکسیدکربن کم‌دما، به وسیله تبادل حرارت با یک تبخیرکننده از سیستم فشار بالا، تقطیر می‌شود. بازدهی سیستم در زمان استفاده به عنوان مبرد ثانویه فرار را می‌توان با بازدهی سیستم‌های هالوکربن انبساط مستقیم مقایسه کرد. درباره این که کدام مبرد اولیه مناسب‌تر است هنوز توافقی وجود ندارد. سیستم‌ها با استفاده از (R-290پروپان)، R-404A و R-717 (آمونیاک) را‌ه‌اندازی شد‌ه‌اند. شارژ مبرد اولیه را می‌توان با فاکتور ۵۰ یا بالاتر، کاهش داد.قدرت پمپ مورد نیاز برای گردش دی‌اکسیدکربن به عنوان یک مبرد ثانویه فرار، حدود پنج درصد قدرت مورد نیاز برای گردش یک مبرد ثانویه غیر فرار مانند آب یا پروپیلن گلیکول است. اولین بار در سال ۱۹۹۳ شرکت Nestle برای خشک کردن سرمایی قهوه، از دی‌اکسیدکربن برای کاهش شارژ مبرد استفاده کرد، پس از آن ایالات متحده، ژاپن و اروپا نیز برای کاهش شارژ مبرد در سیستم‌های تبرید صنعتی از دی‌اکسیدکربن استفاده کرده‌اند. سیستم‌های متوالی دی‌اکسیدکربن۹ به استانداردهای غیر رسمی این فناوری در سطح جهانی تبدیل شده‌اند. از سیستم‌های متوالی دی‌اکسیدکربن برای سیستم‌های انجماد و فروشگاه‌های با دمای پایین نیز استفاده می‌شود. سیستم‌های متوالی، در دمای تبخیر بین –۳۵°C) و (–۴۰°C –۳۱°F و –۴۰°F نسبت به سیستم آمونیاک دو مرحله‌ای بازدهی بیشتری دارند، زیرا عملکرد آمونیاک به عنوان مبرد در دماهای تبخیری پایین به نسبت ضعیف است. به این ترتیب خطر نشت آمونیاک در فضای محصول نیز به حداقل می‌رسد زیرا سیستم آمونیاک به فضای باز و یک موتورخانه مخصوص محدود شده است.

دی‌اکسیدکربن در فریزر‌های صفحه‌ای

برای منجمد کردن محصولات بدون پوشش (بسته‌بندی) از فریزرهای صفحه‌ای عمودی۱۰ استفاده می‌شود. تبرید به طور سنتی از طریق گردش پمپاژی مبرد با نسبت‌های بسیار زیاد تغذیه اضافه و یا گردش پمپاژی آب نمک صورت می‌گیرد. برای خلاصی از آب نمک یا سایر مبردهای مرسوم، در فریزرهای صفحه‌ای کشتی‌های ماهی‌گیری از دی‌اکسیدکربن استفاده شد. با این روش علاوه بر کاهش شارژ مبرد اولیه، زمان انجماد نیز حدود پنجاه درصد کاهش یافت، زیرا استفاده از مبردهای اولیه معمولی با تغذیه اضافه موجب افت فشار شدید از طریق اتصالات شیلنگی منعطف۱۱ می‌شود. در زمان گردش دی‌اکسیدکربن نیز افت فشار بالا است، اما تعادل دمای افت فشار دی‌اکسیدکربن بسیار کمتر از تعادل مبردهای کم‌فشارتر می‌باشد. دی‌اکسیدکربن به تغذیه اضافه نیز نیاز ندارد زیرا ویژگی‌های انتقال گرمای آن بسیار بهتر هستند. دی‌اکسیدکربن باید مبرد منتخب در تمامی فریزرهای صفحه‌ای باشد.

دی‌اکسیدکربن در فریزرهای فن‌دار

به روز کردن یک کارخانه انجماد گوشت در ایرلند شمالی منجر شد تا فریزرهای صفحه‌ای که با دی‌اکسیدکربن کار می‌کنند جایگزین فریزرهای وزشی دسته‌ای R-2212 شوند. برای طراحان جای تعجب بود که عملکرد این فریزرها به طور قابل ملاحظه‌ای از عملکرد مورد انتظار، حتی در فریزرهای آمونیاکینیز، بهتر بوده است. متخصصین به این نتیجه رسیدند که این دستاورد، یاحداقل بخشی از آن، به علت عملکرد ارتقایافته دی‌اکسیدکربن حین دوره تخریباست، زمانی که تفاوت‌های دمایی خنک‌کننده بالا بودند. میزان بالای انتقال گرما توسط آمونیاک می‌تواند منجر به افت فشار شدید و بالا رفتن دماهای تبخیردر خنک‌کننده شود. در هر حال، اثر گرمایی افت فشار افزایش یافته در استفادهاز دی‌اکسیدکربن قابل چشم‌پوشی است. اگر گوشت دارای بسته‌بندی نبود، این تاثیر بیشتر می‌شد.

مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای۱۳

حجم داخلی تبخیرکننده‌های صفحه‌ای، به نسبت سطح آن‌ها، بسیار پایین است. استفاده از تبخیرکننده‌های صفحه‌ای به جای تبخیرکننده پوسته و لوله۱۴یا تبخیرکننده‌های مستغرق می‌تواند منجر به کاهش چشم‌گیر شارژ شود. یک ویژگی جالب تبخیرکننده‌های صفحه‌ای متداول این است که زاویه‌های حاده تشکیل شده بین صفحه‌ها، در جایی که با یکدیگر برخورد دارند، می‌تواند حباب‌های سیال را به دام بیندازد و تاثیر پسماند را قبل از آغاز جوشش هسته‌ای۱۵ کاهش دهد. برخی از پردازنده‌های مرکزی کامپیوترهای بزرگ به وسیله یک سیستم سرمایش مستقل، خنک می‌شوند و وقتی دمای محیط بیرونی گونه‌ای است که نیاز به راه‌اندازی کمپرسور نباشد، با وزش طبیعی کار می‌کند. سیستم‌های ابتدایی از خنک‌کننده پوسته و لوله استفاده می‌کردند. این سیستم‌ها شامل لوله‌هایی بودند که به طور خاص برای توسعه جوشش هسته‌ای در تفاوت‌های دمایی بسیار پایین روکش شده بودند. سیستم‌های جدید از مبدل‌های گرمایی صفحه‌ای با آمونیاک استفاده می‌کنند. عملکرد سیستم‌های جدید با استفاده از لوله‌های عمل‌آوری شده خاص، مشابه سیستم‌های اولیه است. میانگین ضریب عملکرد این سیستم‌ها در آب و هوای متعادل در حدود ۱۵ است. مصرف برق در این سیستم‌ها آنچنان پایین است که استفاده از یک سیستم دیگر توسط مشاوران عجیب به نظر می‌رسد. زمانی که مبرد، آمونیاک باشد، فشار سیستم‌ها نسبت به زمانی که از R-404A یا R-410A استفاده شود، کمتر است.

واحدهای یکپارچه

در صورت محدود کردن مبرد اولیه به یک واحد یکپارچه با مبدل‌های گرمایی صفحه‌ای به عنوان تبخیرکننده و کندانسور، شارژ مبرد به حداقل می‌رسد. به این ترتیب باید از گرم شدن مایع گردشی جلوگیری شود و گرمای مایع گردشی بیرون کشیده شود. ممکن است در صورت خارج کردن گرما از طریق خنک‌کننده هوای پره‌دار، شارژ مبرد اندکی افزایش یابد. اما بازدهی این سیستم، از سیستمی که برای خنک کردن هوا از مبرد ثانویه استفاده می‌کند، بیشتر است. به برخی از دلایل، قیمت مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای که با برنج لحیم شده‌اند، نسبت به سایر مبدل‌های حرارتی کمتر است. در تبخیرکننده‌های صفحه‌ای متداول، تبخیرکننده‌های پوسته و لوله و کندانسورهای پوسته و لوله نیز از دی‌اکسیدکربن استفاده شده است. این کار، شارژ دی‌اکسیدکربن و نیز شارژ مبرد اولیه مورد استفاده برای تقطیر دی‌اکسیدکربن را به حداقل می‌رساند.

استفاده از دی‌اکسیدکربن در پیست‌های یخی

عملکرد اکثر پیست‌های یخی شامل پمپاژ کردن آب نمک دمای پایین به زیر سطح یخی است. این سیستم ساده، اما در عین حال ناکارآمد است. پیست‌های انبساط مستقیم۱۶ با استفاده از مبرد هالوکربن توسعه یافتند، اما آشکار شد که به علت افت فشار درون تبخیرکننده‌های با لوله بلند، کارآیی این زمین‌ها مشابه زمین‌های آب نمک گردشی است. به علت نگرانی‌های محیط زیستی، دوران استفاده از پیست‌های یخی انبساط مستقیم با مبرد هالوکربنی سر آمده است. پیست‌های یخی با استفاده از پمپاژ گردشی آمونیاک ساخته شدند و عملکرد موفقی داشته‌اند. این پیست‌های جدید از سیستم‌های هالوکربنی کارآمدتر بودند اما احتمال نشت لوله‌های فولادی زیر میدان یخی را به همراه داشتند. بسیاری از پیست‌های یخی روباز در سوییس به علت نگرانی‌های امنیتی، در آستانه بسته شدن بودند. متخصصین به این نتیجه رسیدند که نمی‌توان به طور رضایت‌بخش این پیست‌ها را به سیستم‌های آب نمک معمولی تبدیل کرد، زیرا بخشی از سطح زمین در معرض تابش مستقیم آفتاب و بخش دیگر سایه بود و سیستم آب نمک نمی‌توانست با این شرایط سازگار شود. شرکت Wettstein پیمانکار سیستم‌های تبرید سوییسی، پیشنهاد کرد که، دی‌اکسیدکربن در فرآیند تبادل حرارت با آمونیاک تبخیری تقطیر شده و سپس درون شبکه لوله‌های فولادی زیر میدان یخی به گردش درآید. این پیشنهاد اجرایی شد و سیستم اصلاح شده بسیار رضایت‌بخش بود. مصرف انرژی در این سیستم، نسبت به حالتی که آمونیاک در لوله‌ها به گردش درآید، چندان بیشتر نیست و نسبت به زمانی که از آب نمک استفاده شود، بسیار کمتر است. این سیستم با موفقیت در کشورهای دیگر نیز کپی شده است. یک زمین هاکی در سوئد با استفاده از لوله‌کشی مسی با قطر داخلی کم و سیستم ثانویه دی‌اکسیدکربن و سیستم اولیه R-404A تاسیس شده است. از افت دمای بسیار کم در مجاورت سیستم دی‌اکسیدکربن استفاده شده است تا افت دمای بیشتری از لوله بتن به لوله مسی کوچک ایجاد شود. این زمین برای هاکی روی یخ و اسکیت با حرکات نمایشی مناسب بوده است. اما در رابطه با موفقیت آن برای اسکیت با حرکات سنگین اطلاعاتی در دست نیست. یک مسیر مدور بسیار بزرگ برای اسکی صحرانوردی در فنلاند ساخته شده است که از گردش دی‌اکسیدکربن در مدارهای بسیار طولانی استفاده می‌کند. یک زمین کرلینگ با استفاده از سیستم دی‌اکسیدکربن Transcritical در کانادا راه‌اندازی شده است. این سیستم در بیشتر فصول بازی، تحت شرایط Subcritical عمل می‌کند و باید به نسبت کارآمد باشد.

تهویه مطبوع با استفاده از دی‌اکسیدکربن

تهویه مطبوع در ساختمان‌های بزرگ به طور معمول با استفاده از گردش آب خنک شده اجرا می‌شود. ازمزایای این روش سادگی و قابلیت استفاده از خنک‌کننده‌های ساده، ارزان و یکپارچه است. معایب این روش عبارتند از بازدهی پایین و حجم بسیار زیاد آب خنک شده که باید در سراسر ساختمان به گردش درآید. انرژی لازم برای گردش آب خنک شده در ساختمان نیز مورد توجه است. اگر به جای آب از دی‌اکسیدکربن استفاده شود، قطر لوله‌کشی مورد نیاز، دو سوم قطر دایره کمتر خواهد بود و در صورت استفاده از دی‌اکسیدکربن به عنوان مبرد ثانویه سیال، قدرت مورد نیاز برای پمپاژ، معادل پنج درصد قدرت مورد نیاز برای به گردش درآوردن آب خواهد بود. فشار بالای دی‌اکسیدکربن مزیت محسوب می‌شود زیرا به لوله‌های با قطر بسیار کم نیاز دارد. لوله‌های مدور کوچک، در برابر فشار بسیار مقاوم هستند. به همین دلیل، اگرچه در هنگام استفاده از دی‌اکسیدکربن، افزایش ضخامت لوله‌های مسی، الزامی است، می‌توان ضخامت لوله‌های فولادی ضد زنگ را نسبت به اندازه متداول توصیه شده برای تسهیل در کار و خم کردن افزایش نداد. به‌کارگیری یک سیستم اتصال۱۷ معتبر الزامی است. برای به حداقل رساندن جوشکاری در محل، از اتصال فشاری خاص استفاده شده است و فولاد ضد زنگ اعتبار آن را تضمین می‌کند. در تمامی فضاهای مسکونی که سیستم دی‌اکسیدکربن از آن‌ها عبور می‌کند، حسگرهای دی‌اکسیدکربن تعبیه شد‌ه‌اند. تاکنون موردی مبنی بر فعال شدن این حسگرها به دلیل نشت دی‌اکسیدکربن گزارش نشده است. با این حال، از آنجایی که این حسگرها طوری تنظیم شده‌اند که در غلظتی کمتر از غلظت هوای بازدمی کار می‌کنند، آزمایش و جدا کردن آن‌ها توسط سایر ابزارها آسان است. ممکن است این موضوع به ذهن برسد که هزینه استفاده از دی‌اکسیدکربن با فشار بالا بسیار بیشتر از آب است و دیگر این که این شیوه هنوز آزمایش نشده است. با این حال استفاده از این فناوری در تهویه مطبوع سرورهای تیغه‌ای۱۸ و تهویه مطبوع مراکز تجاری آغاز شده است. عکس (۱) یک سیستم دی‌اکسیدکربن یکپارچه را نشان می‌دهد که به کمک جرثقیل در حال انتقال به سقف یک ساختمان در هنگ‌کنگ است. عکس (۲)، اتصالات لوله دی‌اکسیدکربن به سیستم‌های خنک‌کننده نصب شده روی در یک اتاقک سرور تیغه‌ای را نشان می‌دهد. اثبات شده که این تاسیسات، معتبر و از لحاظ اقتصادی به صرفه هستند. هزینه‌های سرمایه‌گذاری برای این فناوری نسبت به تجهیزات تهویه مطبوع معمولی بسیار بالاتر است اما این گرانی به این دلیل است که این سیستم‌های دی‌اکسیدکربن هنوز در مرحله طراحی هستند و از تولید انبوه محصولات استاندارد بهره نبرده‌اند. ابعاد کم لوله‌کشی و عدم آسیب‌رسانی نشت‌های اندک دی‌اکسیدکربن به تجهیزات الکترونیکی از دلایل اصلی هستند که از دی‌اکسیدکربن با پمپاژ گردشی به عنوان مبرد ثانویه فرار در خنک‌کننده سرور تیغه‌ای و مراکز تجاری استفاده می‌شود. با این حال، نشت در حالت کلی غیر قابل پذیرش است، زیرا خرابی تجهیزات عواقب سنگینی به همراه دارد. به نظر می‌رسد که استفاده از لوله‌های فولادی با قطر کم و اتصالات فشاری مخصوص منجر به کاهش نشت در زمان عملکرد سیستم‌ها می‌شود.عکس (۳).

 

عکس (۲) دهانه خروجی هوا از اتاقک سرور

هزینه تهیه و نصب لوله‌های فولادی ضد زنگ با قطر کم نسبت به هزینه تهیه و نصب سیستم‌های لوله‌کشی فولادی نرم بزرگ‌تر، بسیار ارزان‌تر است. ظرفیت ساختمان لوله‌کشی شده نیز مهم بوده و بر هزینه تاثیر می‌گذارد. اگر برای تهویه مطبوع، به جای آب خنک شده از دی‌اکسیدکربن استفاده شود، گنجاندن یک طبقه اضافه در یک ساختمان بزرگ چند طبقه ممکن می‌شود. مناسب بودن دی‌اکسیدکربن در تیرهای سرد۱۹، اولین انگیزه‌های استفاده از دی‌اکسیدکربن در تهویه مطبوع بود. تیرهای سرد به علت جلوگیری از میعان، در اختلاف دماهای پایین کار می‌کنند. بالا رفتن دما نیز موجب میعان می‌شود و به منظور جلوگیری از بالا رفتن دما، جریان آب زیاد است. استفاده از دی‌اکسیدکربن در دمای تبخیر نسبتا ثابت دو مزیت دارد، یکی افزایش دمای تبخیر مبرد اولیه، که باید یک هالوکربن باشد و دیگری کاهش چشم‌گیر انرژی مورد نیاز برای پمپ‌های گردشی. متاسفانه تا به امروز کسی متقاعد نشده است تا سیستم تیر سردی را نصب کند که از دی‌اکسیدکربن استفاده می‌کند. در مقایسه با سیستم‌هایی که آب سرده شده را به گردش در می‌آورند، استفاده از دی‌اکسیدکربن در تهویه مطبوع، کاهش شارژ مبرد اولیه را چندان کم نمی‌کند. با این حال در مقایسه با سیستم‌های انبساط مستقیم از نوع جریان متغیر تبرید، که در آن‌ها مبرد به تمامی فضاهایی که به تهویه مطبوع نیاز داشته باشند، ارسال می‌شود، این کاهش شارژ چشم‌گیر است.

عکس (۳) لوله‌های حامل دی‌اکسیدکربن به همراه اتصالات مربوطه

نتیجه‌گیری

دلایل بسیاری برای کاهش شارژ مبرد در سیستم‌های خنک‌کننده وجود دارد.این دلایل عبارتند از ارتباط شارژ مبرد با احتمال نشت، هزینه مبردهایترکیبی۲۰، خطرات احتمالی نشت مبرد برای محیط زیست و به خطر افتادن سلامتی به واسطه نشت مبردهای سمی.

سیستم‌های تبرید ثانویه می‌توانند منجر به کاهش شارژ مبرد اولیه شوند.این فرآیند در سوپرمارکت‌هایی دیده می‌شود که سیستم انبساط مستقیم متعارف، مبرد را در ساختمان بزرگ به گردش در می‌آورد.

دی‌اکسیدکربن، موثرترین و کارآمدترین مبرد ثانویه کشف شده است.

در حال حاضر برای تهویه مطبوع از دی‌اکسیدکربن ثانویه استفاده می‌شود.

به علت اثرات افت فشار اطراف سیستم، سیستم‌های دی‌اکسیدکربن ثانویه می‌توانند نسبت به سیستم‌های انبساط مستقیم کارآمدتر باشند.

منابع

  1. EPA. 1990. Clean Air Act. Section 112 (r)( 7). U.S. Environmental Protection Agency.
  2. EPA. 1986. Emergency Planning and Community Right-to-Know Act 40 CFR 355. U.S. Environmental Protection Agency.
  3. Pearson, S.F. 1993. “Development of improved secondary refrigerants.”Proceedings of the Institute of Refrigeration.
  4. Quack, H., et al. 2007. “The Extraordinary Properties of Carbon Dioxideas a Secondary Refrigerant.” Proceedings International Congress of Refrigeration.
  5. Pearson, A.B. 2007. “Possibilities and pitfalls in carbon dioxide ” Proceedings of the Institute of Refrigeration.
  6. Clodic, D. 2008. “Latest HVAC&R development trends in Europe in response to HFC regulations.” ۱۲th International Refrigeration and Air Conditioning Conference.

پی‌نوشت:

  1. Total Quantity
  2. Risk Management Plan
  3. Ammonia Refrigerating Systems
  4. Secondary Refrigerants
  5. Primary Refrigerants
  6. Volatile Secondary Refrigerant
  7. Low-temperature Stage
  8. Equivalent Pressure Drop
  9. Carbon Dioxide Cascade Systems
  10. Vertical Plate Freezers
  11. Flexible Hose Connections
  12. R-22 Batch Blast Freezer
  13. Plate-Type Heat Exchangers
  14. Shell-and-Tube Evaporators
  15. Nucleate Boiling
  16. Direct Expansion
  17. Jointing System
  18. Blade Servers
  19. Chilled Beams
  20. Synthetic Refrigerants

منبع: ماهنامه خانه تاسیسات – شماره ۱۰ – آبان ماه ۱۳۹۲

استفاده از این مقاله با ذکر منبع مجاز است.