تمیز کردن کانالهای هوا ؛

امر مهمی که در ایران توجهی به آن نمی شود .

qاهمیت کیفیت هوای داخل ساختمان

مطالعه آلودگی محیطهای بسته غیر حرفه ای (Non – Occupational Indoor Environment) تقریباً علم جدیدی است و از عمر آن حدود 25 سال می گذرد به طوری که اولین سمینار بین المللی آن در سال 1978 میلادی ودر دفتر منطقه ای اروپایی سازمان بهداشت جهانی در دانمارک برگزار گردید .

مطالعاتی که توسط سازمان محیط آمریکا انجام شده نشان می دهد که میزان آلودگی داخل ساختمان حدود 2 تا 5 برابر آلودگی خارج از ساختمان است و گاهی این مقدار تا 100 برابر افزایش می یابد . با توجه به این که مردم حدود 90 درصد اوقات خود را در داخل ساختمان می گذرانند ، اهمیت آلودگی داخل ساختمان و کنترل کیفیت آن مشهود می گردد.

آلودگی هوای داخل ساختمان در دراز مدت و کوتاه مدت اثرات سوء بر سلامتی ساکنان دارد . آلودگی هوا در دراز مدت باعث امراض تنفسی و سرطان می شود که فرد را به شدت از کار می اندازد و درنهایت باعث مرگ او می شود . عوامل این آلودگی را می توان گاز رادن (Radon) ، آزبست و مصرف دخانیات ذکر کرد. از عوارض کوتاه مدت یا فوری آلودگی هوای داخل ساختمان می توان خارش چشم و گوش و حلق و بینی ، سردرد ، سرگیجه و خستگی مفرط را نام برد و نشانه های سوءسلامتی به صورت آسم ،سینه پهلو (ذات الریه ) و تب ظاهر می گردد. عوامل این آلودگی عبارتند از کمبود تهویه ، آلودگی شیمیایی و بیولوژیکی از منابع داخل و خارج ساختمان و سایر عوامل غیر آلاینده مانند دما ، رطوبت ، میزان روشنایی و ارگونومیک محل کار.

در خصوص اثرات کوتاه مدت آلودگی هوا بر سلامتی انسانها ،نتایج بررسی سازمان ایمنی و بهداشت محیط کار کشور آمریکا از 539 ساختمان در سال 1971 میلادی جالب توجه است (جدول 1 ).

همانطوریکه ملاحظه می شود ، 50 درصد از مشکلات آلودگی داخل ساختمان مربوط به تأسیسات گرمایی ، تعویض هوا و تهویه مطبوع می باشد که منظور از طراحی ،نصب و راه اندازی آنها ایجاد شرایط آسایش برای ساکنان است ! به عبارت دیگر اگر ما بتوانیم عوامل مؤثر در آلودگی تأسیسات تهویه ساختمان را شناسایی کنیم ،50 درصد راه برای رفع آلودگی ساختمان ساختمان را طی کرده ایم.

یکی از نقاطی که گرد و خاک (Dust) و گرده گیاهی (Pollen) و موی حیوانات و حشرات ساختمان است . این عوامل در مجاورت رطوبت ، بستر مناسبی را برای رشد باکتری و قارچ گیاهی (Mold) فراهم می کنند که در نهایت باعث کپک زدن (Mildew) می شوند. هوایی که به منظور کنترل شرایط آسایش و رساندن هوای تازه از این کانالها عبور می کند در واقع با عوامل یاد شده تماس داشته و آنها را با خود به داخل ساختمان حمل می نماید و باعث به خطر افتادن سلامتی افراد می گردد.

qروش پیشنهادی تمیز کردن کانالها

بهترین روش تمیز کردن کانالها ، روش رفع منشأ (Source Removal) است که بوسیله تجهیزات مکانیکی انجام می شود . طرح واره این روش در شکل 1 نشان داده شده است .

همانطور که ملاحظه می شود ، برس دوار (Rotating Brushes) گرد و خاک را از جداره کانال می کند و دستگاه مکنده صنعتی آنها را از طرف دیگر می مکد و از کانال خارج می کند.

تجهیزات الکترونیکی نیز برای پایش قبل و بعد ا زعملیات مورد نیاز است تا بتوان نتایج عملیات تمیز کردن را مشاهده نمود.

qکارهای انجام شده د رخارج کشور

کار تمیز کردن داخل کانالهای هوا در خارج از کشور حدود 15 سال قدمت دارد . سازمانهای مختلفی در کشورها متولی کیفیت هوای داخل ساختمان می باشند.

در کشور ایالات متحده آمریکا سازمان حفاظت محیط زیست (با آدرس اینترنتی WWW.EPA.IAQ ) و انجمن تمیز کردن کانالها (به آدرس اینترنتی WWW.NADCA.COM) برای کسانی که علاقه مند به اطلاعات بیشتر هستند معرفی می گردند.

qکارهای انجام شده در داخل کشور

تمیز کردن کانالهای هوا در داخل کشور متداول نیست و این کار تا کنون انجام نشده است . علل فراوانی برای این موضوع می توان مطرح نمودکه از جمله نبود بودجه کافی ، عدم شناخت موضوع از طرف مهندسین و مسئولین ، عدم توجه به سلامتی افراد و نبود مسئول مستقیم هوای داخل ساختمان را می توان نام برد.

لوله های حرارتی

لوله های حرارتی تجهیزات ساده بازیافت حرارت هستند که عمل انتقال حرارت یک نقطه به نقطه دیگر که با فاصله کمی از همدیگر قرار داشته باشند.را بدون احتیاج به هیچگونه ابراز سیر کولاسیون به سرعت انجام می دهند در پاره ای ا زموارد به این ابزار لقب فوق رسانای حرارتی را نیز داده اند که این امر موید ظرفیت بالای انتقال حرارت و همچنین اتلاف اندک حرارتی آن می باشد همچنین به واسطه نحوه انتقال حرارت توسط سیال عامل این ابزار را ترموسیفون نیز نام نهاده اند .

پیشینه تاریخی

ایده لوله های حرارتی برای اولین بار در سال 1942 توسط R.S Gauler ارائه شد .اما با این وجود اولین لوله حرارتی در سال 1962 توسط G.M.GROVER طراحی و ساخته شد و از آن زمان بود که این تکنولوژی به طور جدی مورد توجه قرار گرفت و توسعه یافت .

کاربردهای مختلف

لوله های حرارتی دارای کاربردهای مختلفی هستند که می توانند با راندمان بالای (70%) فرآیند بازیافت حرارت را انجام دهند از کاربرد آنها می توان به سیستمهای تهویه مطبوع اشاره داشت. که درادامه آن را توضیح می دهیم در کنار آن می توان به استفاده در کنترل کننده های رطوبت پیش گرم کن دیگهای بخار خشک کن های هوا بازیابنده حرارت از بخار خروجی کامپیوترهای لبتاب و غیره اشاره کرد.

ساختار و نحوه کارکرد

لوله های حرارتی از سه قسمت عمده تشکیل یافته که مشتمل به مخزن فیتیله متخلخل و سیال عامل می باشند.

طول لوله های حرارتی را می توان به سه قسمت عمده تقسیم کرد که شامل اوپراتور (قسمت پایین) دسته آدیاپاتیک (قسمت مرکزی) و کندانسور (قسمت بالایی ) می باشد.حرارت دریافت شده از گاز گرم عبوری از روی لوله های حرارتی در قسمت پایین آن سبب تبخیر سیال عامل داخل فیتیله شده و سیال عامل تبخیر شده از داخل فیتیله به سمت مرکز لوله حرکت کرده و سپس به دلیل اختلاف فشار موجود درداخل لوله به سمت بالای آن که سردتر می باشد حرکت می کن و در ادامه حرارت خود را به سیال سرد عبوری از روی لوله می دهد که سبب گرم شدن و یا سیال عبوری و نتیجتاً چگالیده شدن خودش میشود.چگالیده در قسمت بالایی توسط فیتیله جذب شده و به واسطه نیروی جاذبه و خاصیت موئینگی فیتیله به قسمت پایین لوله حرارتی منتقل می گردد و سیکل تازه داده شده مجدداً تکرارمی شود.

با توجه به موارد ذکر شده لوله های حرارتی را همیشه با شیبی بین 5 تا 90 درصد نسبت به افق نصب می کنند .

مهمترین پارامتر لوله های حرارتی جنس سیال عامل می باشد که به شدت به محدوده کاری لوله حرارتی وابسته است .

درلوله های حرارتی پارامترهای طراحی شامل دبی سیال بیرونی درجه حرارت آن خواص شیمیایی … می باشد.

qمعایب لوله های حرارتی

·بالا بودن هزینه اولیه

· حتماً باید دو جریان سرد و گرم عبوری از روی لوله های حرارتی در نزدیکی همدیگر باشند .

·جریانهای سرد و گرم عبوری از روی لوله های حرارتی حتماً باید از نظر شیمیای دارای خوا قابل قبول باشند تا از خوردگی سطح خارجی لوله جلوگیری به عمل آید .

qمزایای لوله های حرارتی

·سرفه جویی در مصرف انرژی به واسطه حرارت 20 تا 40 درصدی لوله های حرارتی .

·عدم وجود قسمتهای متحرک

·عدم احتیاج به سیرکولاسیون اجباری سیال عامل .

·هزینه تعمیر و نگهداری پایین.

·به نسبت کوچک و پربازده بودن .

·محدوده کاری گسترده نقطه نظر درجه حرارت

·افت فشار بسیار کم در داخل محفظه(15 تا mmWG20 )؛

·با تغییر شیب لوله های حرارتی می توان یک لوله در موارد مختلف به کار برد

·ضریب اطمینان بالا به دلیل اینکه لوله های حرارت مستقل از همدیگر کار می کنند خرابی یک یا چند لوله بر کل سیستم تأثیر نمی گذار .

·انعطاف پذیری طرحها امکان نسب در فضاهای محدود و بایشگاه مختلف وجود دارد .

qارائه یک مثال واقعه ای ا زکاربرد لوله های حرارتی در تهویه مطبوع

همان طور که قبلاً ذکر شد یکی از کاربدهای لوله های حرارتی به سیستم های تهویه مطبوع بر می گردد در اکتبرسال 1996 در سیستم هوا ساز کتابخانه Gulf Breez پنسلوانیای فلوریدا لوله های حرارتی جهت رطوبت زدایی کار گذاشته شده اند هدف اصلی از نسب لوله های حرارتی این بود که میزان ظرفیت رطوبت زدایی دستگاه هوا ساز را افزایش دهند بدون اینکه هیچگونه انرژی اضافی مصرف کند در این بخش هدف ما این است که تأثیر رطوبت زدایی لوله های حرارتی از نقطه نظر صرفه جویی مالی و انرژی تبین شود این بررسی با درنظر گرفتن سطوح درجه حرارت و رطوبت هوای بیرون و هوای ورودی به کتابخانه بار سرمایی کویل های سرمایشی و بار لوله حرارتی در طی دو هفته ا ی از فصل تابستان که حداکثر بار سرمایی وجود دارد انجام گرفته است سیستم رطوبت زدایی لوله های حرارتی در واقع یک سیستم غیر فعال (Passive) است که از یک سری لوله سربسته پر شده و از مبرد تشکیل یافته که هدف آن انتقال حرارت از هوای بیرونی وارد شده به قسمت مادون سرد کننده کویل سرمایشی بست و هدف از مادون سرد کردن رطوبت زدایی از هوای مرطوب ورودی است از آنجا که کویل لوله های حرارتی هوای ورودی در ابتدا پیش سرد می کند لذا میزان ظرفیت رطوبت زدایی سیستم بورودتی در طول شرایطی که سیستم درحداکثر بار باشد افزایش می یابد در طول مدت حداقل بار کویل پیش سردکن لوله های حرارتی قسمتی از بار کویل سرمایشی را تأمین می کند تا به یک سطح معینی از رطوبت زدایی برسیم و کویل باز گرمکن (Reheat ) نیز قسمتی از بار حرارتی لازم برای تأمین درجه حرارت مطلوب هوای ورودی به کتابخانه را تأمین می کند به عنوان یک نتیجه کلی می توان گفت لوله های حرارتی مورد بحث باعث بالا بردن ظرفیت رطوبت زدایی و سرفه جویی در مصرف انرژی می شود لوله های حرارتی این توانایی را دارد که میزان رطوبت هوا را در حدود ده درصد کاهش داده و میزان رطوبت هوا که قبلاً در حدود 75 درصد بوده را بدون اینکه بر روی درجه حرارت هوا ی ورودی بر کتابخانه تأثیر منفی بگذارد به 65% تقلیل دهد در صورتی که بخواهیم این میزان رطوبت زدایی را با سیستم های معمولی انجام بدهیم به 20 تن تبرید انرژی احتیاج خواهیم داشت .

اگر بخواهیم این میزان رطوبت زایی (10 % ) را با اضافه کردن سیستم های مکانیکی به دستگاه هواساز خود تأمین کنیم احتیاج به سرمایه گذاری 30 هزار دولاری داریم درصورتی که لوله های حرارتی نصب شده 42 هزار هزینه داشته است به بیان دیگر به میزان 12 هزار دولار سرمایه گذاری اولیه بیشتری انجام داده ایم .

با ثبت اطلاعات بارهای کویل برودتی و همچنین بار لوله حرارتی در فاصله زمانی 15 دقیقه ای در طی دو هفته کار به حداکثر بار سرمایی احتیاج داریم به این نتیجه رسیدیم که بار پیش سرمایش و بار حرارتی باز گرمکن هوای ورودی با میزان درجه حرارت هوای بیرونی به صورت خطی افزایش پیدا می کند با استفاده از آنالیز به روش Weather bin مشخص شد که لوله حرارتی قابلیت تأمین حداکثر 20 تن تبرید( KBTU/Hr 240) بار گرمایش مجدد بدون اینکه به هیچگونه انرژی اضافی احتیاج داشته باشد را دارا است.

با این اطلاعات درحدود 65wh صرفه جویی انرژی درحداکثر تقاضای تابستان را خواهیم داشت که سالانه به میزان 153775 kwh خواهد بود (درحدود 10 درصد کل ) و همچنین صرفه جویی مالی انرژی سالانه آن 7700 دلار می باشد.

میزان برگشت سرمایه گذاری لوله های حرارتی توضیح داده شده در حدود 15 ماه می باشد که اگر چنین کاری را درجاهای دیگر انجام بدهیم با توجه به شرایط آب و هوایی مکان نصب ،راندمان سیستم مکانیکی ،قیمت انرژی و شرایطی که برای هوای داخل متصور است این مدت زمان متفاوت خواهد بود .با مقایسه هزینه 12 ماه قبل و 12ماه بعد از نصب لوله های حرارتی مشاهده شد که میزان انرژی مصرفی واقعی کاهش یافته kwh230750 وهزینه کاهش یافته9980دلار بوده است .

راهنمای طراحی تأسیسات مدارس

اصول اولیه طراحی کانالها

طراحی مناسب واصولی کانالها درموفقیت طراحی سیستمهای مرکزی نقش عمده ای ایفا می کند.اکثر قریب به اتفاق طراحی های تأسیسات وتهویه مطبوع مدارس بر اساس سیستم های فشار پایین تا متوسط صورت می گیرد ودر بسیاری از موارد،کانالهای در فضای زیر سقفی راهرو ها در کنار سایر تجهیزات قرار داده می شوند.تهیه طرح نیازمند دقت فراوان است .طراحان باید برای اگاهی از اصول صحیح طراحی کانالها متن جزوات فنی ASHRAE و SMACMA را مطالعه نمایند . اکثر مدارس بیشتر از سه طبقه ارتقاع ندارند و به همین دلیل مطول شدن کانالها حائز اهمیت می باشد . هرچه کانالها طولانی تر باشند توان مورد نیاز دمنده برای توزیع هوا نیز افزایش می یابد ، بنابراین بهتر آن است که کل فضای مدرسه به چندین بخش کوچکتر تقسیم و با هواسازهای محلی که د رهمان بخش مستقر می شوند سرویس داده شوند. استاندارد ASHRAE 90.1 شرایط و مقتضیاتی را درباره نشتی کانالها (بخش6.2.4.3.) و عایق کاری مطرح می نماید که باید رعایت گردند. توزیع مناسب هوا در فضاها برای تأمین شرایط دلخواه آسایشی و به حداقل رساندن اصوات ضروری است سیستم های VAV کار تداعی کانالها را مشکل می سازد چون تجهیزات ترمینالی باید بدون اینکه هوا را به اصطلاح (( ریزش )) نمایند در گستره وسیعی از جریانهای هوا کار کنند هیچگاه تجهیزات ترمینالی سیستم های VAVرا بزرگتر از حد نیاز انتخاب ننماید . قدم اول در محاسبه هوای تغذیه مورد نیاز در یک فضا ،به دست آوردن بهره گرمای داخلی آن است . فرایند سایکرومتریک معمول برای کلاسهای درس درشکل 6 نشان داده شده است .اگر چه دمای هوا در کویل تا 55 درجه بار نهایت کاهش داده می شود ولی کار انجام شده توسط دمنده (فرض بر استفاده از واحده های مکنده است ) دمای هوایی را که به کلاسهای درس تحویل داده می شود تا 75 درجه فرانهایت افزایش می دهد و اختلاف دمای 18 درجه فارنهایتی برای جذب گرمای محسوس کلاس درس باقی می ماند . سرمایش نهان نیز باید مورد بررسی قرار گیرد . بارهای نهان در ساختمانهای اداری حداقل می باشند و بیشترین تلاش برای مقابله با بهره های گرمایی محسوس صرف می گردد.اما مدارس با توجه به تعداد دانش آموزان درکلاسهای درس دارای بهره های گرمایی نهان بزرگتری هستند . سی دانش آموز معادل Btu/hr 600 گرمای نهان تولید می کنند که رطوبت نسبی کلاس درس را به اندازه 5 % افزایش خواهد داد . اگر باید رطوبت نسبی 50% حفظ و تثبیت گردد انگاه هوای تغذیه باید 6gr/lb خشک تر بوده و یا نقطه شبنمی معادل 2/52 درجه فار نهایت داشته باشد .بسیاری از مهندسان برای انجام محاسبات حجم هوا در مناطق از نرم افزارهای کامپیوتری استفاده میکنند .ولی در هر حال اگاهی عمیق از فرایندهای سایکرومتریک وچگونگی وارد کردن اطلاعات بر نتایج حاصله تأثیر گذارند .

طراحی برای دمای بهینه هوا

دمای هوای خروجی از کویلهای سرمایشی در سیستمهای مرکزی معمول 55 در جه فارنهایت می باشد . این رقم با توجه به دمای طراحی نقطه شبنم محیط ( 75 درجه فارنهایت ) و رطوبت نسبی 50%به دست آمده است . هوایی که تا به این حد سرد می گردد ، نسبت رطوبت مناسب برای شرایط معمول طراحی را خواهد داشت . گرمای حاصله از بادزنهای واحد های مکنده باعث گرم شدن هوای خروجی تا 57 درجه فارنهایت می شود و در نتیجه 18 درجه اختلاف دما یا ΔT برای جذب بهره های گرمایی محسوس فضا باقی می ماند. کاستن از دمای خوای تغذیه و رساندن آن به 50 درجه فارینایت (از کویل)و 52 درجه فارینهایت ΔT را به 23 درجه فارینهایت می رساند و در این حالت برای حصول نتیجه یکسان با وضعیت فوق به حجم هوایی 20% کمتر احتیاج خواهد بود که هزینه های اولیه کانال کشی را کاهش خواهد داد . صرفه جویی حاصله از اسب بخار بادزنها معمولاً افزایش مقدار سرمایش لازم را تحت الشاع قرار مکی دهد . طراحی برای دمای بهینه هوا طراحان را از برخورد با مشکلات و پیچیدگیهای طراحیهای هوای سرد دور ساخته و در ضمن کانال کشی کوچک تری را در سقف دارد علاوه بر کنترل بهتر رطوبت زنی ، هزینه کمتری نیز در بر خواهد داشت .

تجهیزات سیستمهای مرکزی

هوا ساز

هوا سازها معمولاً شامل باکسهای مخلوط کن ، فیلترها، کویل گرم کننده و کویل سرمایشی و بخش بادزنها می باشند . هوا سازها در دو نوع داخل ساختمانی و یا برون ساختمانی تولید می شوند . همان طور که عنوان شد هوا سازها عموماً دارای کویل های آب گرم و آبی سرد هستند و برای تغذیه آنها نیاز به چیلر و دیگ می باشد . کویلهای DX در سیستمهای کوچک تر همراه با کندانسور ژهای هوا خنک بکار برده می شوند. ایزوله ساختن هوا ساز از دیگ و یا چیلر موضوع بحث بسیاری از قوانین و مقررات تاسیساتی و تهویه مطبوع محلی است . ویژگیهایی که هوا سازط ها باید برای مدارس دارا باشند عبارتند از ساختار دو جداره دیوار ها ، بادزنهای راندمان بالا ایزوله شده ، دسترسی مناسب به تمامی اجزا و بخشها و به خصوص کویلها و سینیهای تخلیه شیب دار ، هدف در اینجا هوا سازهای قابل سرویس کم صدا و ارائه کننده کیفیت مطلوب هوای داخل ساختمان است . انتخاب هوا ساز ها معمولاً با کمک نرم افزارهای کامپیوتری صورت می گیرد . هوا سازها بخش عمده ای از موتور خانه ها را به خود اختصاص می دهند . طراحان باید ملاحظات بسیاری را مد نظر داشته باشند . باز شدگیهای خروجی هوا و ورودی هوا بیرون باید به اندازه کافی از هم فاصله داشته باشند تا از بروز باز چرخش جلوگیری به عمل آید. هیچ گاه از یک دیوار برای هر دو بازشدگی استفاده نکنید . برداشتن کویلها نیز مسئله قابل تاملی است . کویلها را معمولاً برای سرویسهای عادی چون تمیز کردن از جا خارج نمی کنند اما اگر کویلی به شدت آسیب یده باشد (یخ زدگی ) باید آن را تعویض نمود . بنابراین گاهی اوقات لازم است که کویلها را به هر نحوی از جا خارج سازیم . برخی از هواسازها این امکان را فراهم می آورند که کویلها به صورت عمودی از جا خارج شوند .

هواسازهای عریض وکم ارتفاع فضای بیشتری را بالای خود برای عبور کانالها در اختیار میگذارند درحالیکه هواسازهای کم عرض وبلند فضای کمتری از کف موتورخانه را اشغال کرده ونیز جای کمتری برای برداشتن کویلها خواهند داشت برخی ازتولیدکنندگان سطح مقطع هواساز را بر اساس سفارش ومطابق با مشخصات موتور خانه ها تنظیم می نمایند ارتفاع چگالیده گیری نیز باید صحیح باشدچون در غیر این صورت ،هوا ساز پر از آب خواهد شد .