سيستم‌هاي جابجايي هوا

سيستم جابجايي هوا
تا نيمه دهه ۱۹۶۰ توجه كمي به نيازجابجايي هوا در سيستم‌هاي تهويه صنعتي شده بود. سيستم‌هاي خروجي با كيفيت بالا بوسيله‌ي سرويسهاي مهندسي‌اي طراحي شده بودند كه گهگاهي و يا به طور اتفاقي جابجايي هوا را از محيط كار طراحي مي‌كردند. اما به طور معمول يك پيمان‌كار معمولي يك سيستم خروجي را بدون درنظر گرفتن سيستم جابجايي هوا نصب مي‌كرد. بسياري از مشكلات به حساب نيامده در اجرا و انجام سيستم‌هاي خروجي تهويه در گذشته به فقدان جابجايي مناسب هوا نسبت داده شده است.

اين مشكلات كهنه و قديمي براي توليد افزايش سوددهي در دهه ۱۹۶۰ شروع شدند، زماني كه يك مقداري از مكانها و آژانسهاي محلي تقاضاي سيستم‌هاي جابجايي هوا را براي ارتباط با سيستم‌هاي جديد خروجي كردند. قابل فهم نبود كه حتي بدون يك سيستم جابجايي هوا، هوا مي‌تواند بوسيله‌ي نفوذ و گرما به درون ساختمان كشيده شود، قبل از اينكه خارج شود.

سيستم‌هاي جابجايي هوايي كه خوب طراحي شده بودند مقدار بيشتري هواي گرم را نسبت به طريقه معمول تهيه مي‌كردند. (شكل ۱-۱۲)

حتي طراحان وظيفه شناس ضرورت ايجاد جابجايي هوا و قابل دسترس ساختن يك تنوعي از واحدهاي پكيج شده برپايه ورودي هود، فيلتر، فن و مدلهاي گرمايي و سرمايي و شبكه‌هاي خروجي كه براي نصب اين سيستم‌ها به طور تكنيكي و اقتصادي قابل توجه ساخته شده بودند، پذيرفتند بعلاوه هزينه بالا از حالت خروج هوا در نيمكره شمالي تشويق كرده است معمول كردن طراحي براي اينكه گرما را از جريانهاي بزرگ خروجي بازيافت كند.

ريسر كوله‌ كردن جريانهاي خروجي بعد از اينكه هوا به طور مناسب پاك شد در يك حد محدود عمل مي‌كند. اين فصل در مورد ۳ تا از اين خروجي‌ها بحث خواهد كرد، با تاكيد بر روي خروجي پايه از جابجايي اوليه هوا در نصب بازيافت گرما و چرخش هوا از جريان خروجي در اين فصل ما از يك مطالعه موردي در مورد كارخانه‌ي ذوب فولاد در شمال نيويورك كه يك نقصي در مورد جابجايي هوا دارد استفاده شده و شرح داده شده كه چطور طراح اول بايد كيمت هواي جابجا شده‌ي مورد نياز راحساب كند براي تعادل جريان خروجي و سپس روشها را براي تعيين محل واحد جابجايي هوا جايي كه تماس كارگر را براي تماس با هواي آلوده را كاهش بدهد بررسي كند.

براي حل اين مشكل و ديگر صنايع سنگين يك سيستم توليد هوا در طول فصل زمستان و پاييز تهيه مي‌كنند. شكل ۱-۱۲: سيستم‌هاي جابجايي هوا (RAS- A and RAS- B) B, A شامل واحدهاي پايه و مجراهاي توزيع هستند. در هردوحالت واحدها بوسيله‌ي خروجي‌هايي كه در سطح زيرزميني قراردارند ترقي داده شده‌اند. در RAS- A مجراي توزيع موقعيتش در امتداد محيط ساختمان با ۳ انشعاب مجراهاي نفوذي كه در كنار ديوار با يك ديفيوزر در كناره‌ي ساختمان خاتمه پيدا مي‌كند. يك ديوار نفوذي مجزا از واحد در RAS- B به يك توزيع چند برابر هدايت مي‌كن بر روي يك ديوار كناري با يك سري ديفيوزرهاي كه سرعت پايين هوا را در ارتفاع كاري توليد مي‌كنند.

در بعضي حالتها جايي كه موقعيت اجازه مي‌دهد واحدهاي جابجايي هوا در صنايع سنگين ممكن است شامل يك سردكننده تبخير كننده براي موقعيتهاي تابستان باشد.
در صنايع با تكنولوژي بالا و در تحقيقات و آزمايشگاههاي ساده جايي كه سيستم‌هاي صحيح HVAC تجهيزات انتخابي را بر پايه‌ي ASHRAE 2000 مشخص مي‌كنند.

۱-۱۲ انواع واحدهاي جابجا كننده هوا
همانطور كه در بالا اشاره شد يك تنوعي از گرم‌كننده‌ها، تهويه‌ها و سيستم‌هاي HVAC در ASHRAE 2000 توصيف شده است كه مي‌تواند به عنوان واحدهاي جابجا كننده‌ي هوا استفاده شود. اين سيستم‌هاي پكيج‌شده قابل دسترس هستند براي: ۱- براي استفاده با آب گرم يا بخار ۲- به عنوان سيستم‌هاي غير مستقيم سوخته شده بوسيله‌ي گاز يا روغن با منفذي از توليدات احتراق در خارج ۳- به عنوان واحدهاي مستقيم سوزاندن گاز ازنوع استفاده شده در مثال كارخانه‌ي ذوب فلز كه در اين فصل آشنا شديد.

به طور قراردادي واحدهاي جابجايي هوا آب داغ و بخار به عنوان واحدهاي پكيج‌شده قابل دسترس هستند و يا مي‌توانند تركيباتي را در آن مكان جمع‌آوري كنند براي اينكه جريان خاص مورد نياز را بدست آورند. واحدهاي بخار احتياج دارند به سرويس نيروگاه مهم و اغلب براي تاسيسات بزرگتر معمول هستند. واحدهاي آب داغ تقريباً در سيستم‌هاي كوچك استفاده مي‌شوند. واحد جابجايي هواي پكيج‌شده بوسيله‌‌‌ي گاز يا روغن با يك بخش مبادله گرما كه براي سيستم‌هاي متوسط و بزرگ استفاده مي‌شود كه اقتصادي و قابل انعطاف هستند.
اين طرح كارايي بالا را عرضه مي‌كند و هنگامي كه توليدات احتراق به محيط خارج نفوذ مي‌كنند، براي همه‌‌ي كاربردهايش سالم درنظر گرفته شده است.

جايي كه گاز نسبتاً ارزان مي‌باشد، به طور مستقيم واحدهاي سوزاندن گاز براي سيستم‌هاي بزرگتر از ۱۰۰۰۰cfm مناسب هستند. اين واحدها با كنترل‌هاي احتراق وسيع براي بهينه‌سازي بازده احتراق براي دستيابي به انتشار مجاز توليدات احتراق به مكان تهويه شده طراحي شده‌اند. ريسر كوله‌كردن هواي محيط كار از منطقه احتراق از فساد تدريجي گرمايي محصولات، هواي آلوده‌ي صنايع خاصي از قبيل حلالهاي كلرينه شده كه ممكن است به طور جدي براي سلامتي خطرناك باشند جلوگيري مي‌كند. مستقيماً واحدهاي سوزاندن گاز از قبل براي سهولت تحويل دادن گاز و تاسيسات در محل پكيج شده‌اند. به طول معمول نوع مدلهاي موازي براي بالا بردن مقاومت مجرا در حدود قابل استفاده هستند. مدلهاي سانتريفيوژ براي بالابردن مقاومت بيروني يا خارجي در حدود مناسب هستند.

شكل ۲-۱۲ واحدهاي جابجايي گاز سوزانده شده (RAUS).
واحد غيرمستقيم سوزاندن به يك حوضچه احتراق و مبدل حرارتي مجهز شده‌است. بنابراين جابجايي بخار هوا و پروسه احتراق گاز جدا هستند. اين واحدها به يك دمپرزهاي ريسركوله‌ شده مجهز هستند. توليدات از واحد احتراق گاز به طور مستقيم به محيط كار خارج مي‌شوند. بر طبق اين متن اگر هوا در محل كار به چرخش درآيد آن مي‌بايست جريان پايين‌تر از احتراق را واردكند. از جهت ديگر هواي ناپايدار آلوده در اثر سوختن تجزيه حرارتي مي‌شود و به فضا وارد مي‌شود. واحدهاي جابجايي هواي سوخته شده به طور مستقيم با كنترلهاي استادانه كه يك اپراتوري سالم را بوجود آورده است، مجهز شده‌اند.

۲-۱۲ ضرورت جابجايي هوا
امروزه توافق‌نامه‌هايي براي ورود و خروج هوا وجود دارد، وقتي كه هوا از محل كار خارج مي‌شود بايد هوايي جايگزين آن شود، اين تعادل ساده نيازمند تغيير و گزارش مي‌باشد. اگر يك مغازه آبكاري و پرداخت نقره با خروجي كلي ۱۰۰۰۰۰cfm اضافه از يك. مقدار كمي احتياجات ۲۰۰۰cfm اضافي از خروجي نبايد به طوري فوري از سيستم جابجايي هوا (RAS)‌ بالابرده شود. در عمل، يك سيستم جابجايي هوا نمي‌‌تواند تا وقتي كه از حالت تعادل بيش از ۱۰% خارج شده است ترفيع داده شود. راه ديگر ارزيابي ضرورت يك سيستم جابجايي هوا مقايسه حجم اتاق در برابر ميزان هواي خروجي مورد نياز مي‌باشد. حالتي كه اثبات شده نشان مي‌دهد كه جابجايي هوا زماني كه حجم خروجي ساعتي از ۳ برابر حجم ساختمان تجاوز كند ضروري مي‌باشد، هيچ توجيهي براي دسترسي به اين حقيقت بدست نيامده است. اگر در تاسيساتي مثل چاپگر رنگ جديد در يك اتاق با حجم ۱۰۰۰۰ فوت مكعب به خروجي‌اي در حدود ۱۰۰۰cfm كه يك RAS مجزا يا استفاده از يك شاخه‌ي توليدي ۱۰۰۰cfm از يك سيستم موجود را تضمين مي‌كند.

در يك كارخانه بزرگ ذوب فولاد در مطالعه موردي ما تهويه خروجي كلي در حدود ۲۳۲۸۰۰cfm بدون جابجايي هوا مي‌باشد.
شكايتهايي بوسيله‌ي مديراني كه به‌طور ثابت در آنجاهستند درمورد نقص قابل توجهي از جابجايي هوا دريافت شد. به همين منظور هواي مجزاي باقي‌مانده در ساختمان، هواي خارج است كه از تمام درزها و شكافها و قسمتهاي باز به درون كشيده مي‌شود. كارگرها در قسمتهاي ايزوله شده كه با ديوارهايي براي در امان ماندن از اغتشاشات هوا و يا هواي سرد زمستان قرار مي‌گيرند.
بعضي مشكلات از توجه به فشار منفي در حدود شروع شد. خيلي مشكل است بازكردن درها و پنجره‌ها وقتي فشار منفي از تجاوز كند. كارگرها به وضوح از بسته‌شدن شديد درها مي‌گريزند.
به خاطر فقدان جابجايي هوا در اين ساختمان، يك فن خروجي معمولي استاتيكي به طور معمول در سقف قرارداده مي‌شود كه فشار منفي‌اي در حدود توليد مي‌كند. اين موقعيت سبب برگشت از دودكش واحدگرم‌كننده و آونها مي‌شود و باعث آلوده شدن محيط كار بوسيله‌ي منوكسيد كربن مي‌شود.
در سطوح اجرايي از اين فشار استاتيكي پايين، حجم محوري بالاي تهويه كننده‌ها باعث شده است كه بوسيله‌‌ي عملكرد فن‌هاي استاتيكي بزرگ كه در سيستم‌هاي محلي استفاده شده است، به طور مخالف تاثير بپذيرد.
اين ۴ فن دركارخانه ذوب فلز در اين مورد نرخ جرياني در حدود ۱۸۰۰۰cfm دريك فشار استاتيكي دارد. به خاطر كمبود هواي موجود باعث فشار منفي در حدود مي‌شود. جريان واقعي خروجي از سقف در حدود ۵-۱۰% مي‌باشد.
شكل ۳-۱۲ شمايي از ساختمان كارخانه را به طور كامل با موقعيتهاي تقريبي و نرخ‌هاي جريان از سيستم‌هاي خروجي در ۴ محل مهم ساختمان كه در جدول ۲-۱۲ توصيف شده است، را نشان مي‌دهد.

۳-۱۲ كميت جابجايي هوا
مرحله اول مهم در طرحي يك RAS انتخاب جريان توليدي مي‌باشد. راه نزديك شدن به اين انتخاب اين است كه فرض كنيم توليد بايد برابر خروج باشد. در عمل طراحي يك تعادل بين توليد و خروج و اجراي آن براي توليد فشارهاي مختلف بين مناطق كاري مهم براي پايداري يا جريان هوا از يك منطقه به منطقه ديگر ضروي مي‌باشد. در مثال كارخانه‌ ذوب فلز (شكل ۳-۱۲) هوا بايد از منطقه كاري به سمت منطقه اشتعال جريان پيدا كند براي اطمينان از اينكه غلظت بالايي از فيومهاي فلزي ديگر قسمتهاي كارخانه را آلوده نكند. دراين حالت جابجايي براي اشتعال كمپلكس قوس الكتريكي بايد كمتر از Furance خروجي باشد، بنابراين توليد يك مقدار ناچيز هواي باقيمانده در اين محل از كارخانه جايي كه كوره‌ها قرارداده شده‌اند. به طور معمول قابل ملاحظه است اينكه جريان ورودي با جريان خروجي هماهنگ باشد. اگرچه نرخ توليد ۹۰-۱۱۰% ظرفيت خروجي هستب به نرمال در عمل به عنوان مرزهاي طراحي براي سيستم‌هاي جابجايي هوا استفاده مي‌شود.

تعيين نرخ RAS براي يك صنعت خانگي به چند روش انجام مي‌شود. در تعدادي از اين روشها براي تاسيسات كوچك ممكن است عدم كارايي زيادي بوجود آيد. در يك روز با باد كم در ساختمان مي‌تواند باز باشد، در صورتيكه محل ساختمان و سيستم خروجي و RAS موجود اپراتوري شوند.
اگر ساختمان به طور مناسب كيپ باشد و يك كمبود هوا وجود داشته باشد، باعث بوجود آمدن جريان هوا از ميان درهاي باز مي‌شود. اگر متوسط سرعت ورودي از ميان درها اندازه‌گيري شده باشد، توليد سرعت و سطح باز در كمبود هوا را نشان مي‌دهد. حتي در زير موقعيت‌ ايده‌ال اين رويه شايد فقط ۳۰% از مقداري كه بوسيله‌ي روشهاي صحيح كه دمش را توصيف مي‌كند نشان مي‌دهد.

در مورد كارخانه‌ي ذوب فولاد اين داده‌ها در دفتر مهندسي براي همه‌ي سيستم‌ها قابل دسترس بودند. انتظار مي‌رفت كه يك تفاوتي را با چيزي كه در جدول ۱۲-۱ چاپ شده است را نشان مي‌دهد. اپراتوري شيفتها و زمان براي همه‌ي خروجي‌هاي اصلي براي اينكه يك سيستم جابجايي مناسب بوجود آيد، در نظر گرفته شدند. هيچ سيستم جابجايي هوايي در زمان بازديد نصب نشده بود. ما خوش‌شانس بوديم كه در اين حالت داده‌هاي مهندسي قابل دسترس بودند. به هرحال در يك كارخانه‌ي كوچك بدون سيستم مهندسي جزييات به ندرت قابل دسترس هستند.

اگر داده‌هاي مهندسي قابل دسترس نبودند، يك استانداردهاي توافق شده خروجي براي طراحي سيستم تهويه صنايع قابل كاربرد است. به هرحال اگر اين داده‌ها قابل دسترس نبودند از جدول مرجع ۱۲-۲ مي‌توانيد استفاده كنيد. بهترين راه براي تعيين چگونگي جابجايي هوا به محاسبه‌ي مقدار هوايي كه به طورمعمول از كارخانه خارج مي‌شود دارد كه بوسيله‌ي اندازه‌گيري‌هاي مستقيم سيستم خروجي مورد استفاده در فصل ۳ توصيف شده است. هنگامي ساختمانها ممكن است كمبود هوا پيدا كنند كه نرخ خروجي مشاهده شده كمتر از نرخ طراحي باشد اگر فن‌هاي خروجي فشار پايين به طور وسيع استفاده شوند. براي كمينه كردن اين محصول مصنوعي، اگر هوا نفوذ كرد، درها و پنجره‌ها بايد قبلاز اندازه‌گيري بازشده باشند. اندازه‌گيري از سيستم اصلي و خروجي‌ها با استفاده از لوله پيتوت استاتيكي صورت گرفته كه نتايج عالي را دربر دارد.

اگرچه Face velocity و فشار استاتيكي هود اندازه‌گيري شده معمولاً براي ارزيابي كافي هستند. يك مشكل كه مكرراً در تاسيس وسايل خروجي بوجود مي‌آيد، مشكل در اندازه‌گيري هواي خروجي از فن‌هاي استاتيكي موازي كه به طور معمول به عنوان خروجي‌هاي سقفي استفاده مي‌شود كه منجر به عدم دسترسي آنها مي‌شود، مي‌باشد. مكرراً ضروري است كه سازنده‌ها داده‌هاي اجرايي را براي تخمين خروجي فن‌ها استفاده كنند.

در مثال كارخانه ذوب فلز، اندازه‌گيري جريان واقعي بوسيله‌ي مولفهايي كه براي توليد يك وسيله‌ي خروجي جريان در ستون (As measured) در جدول ۱-۱۲ كامل شد. اگر يك مقايسه داده‌ها در جدول۱-۱۲ بين داده‌هايي كه مهندسان ارايه كرده‌اند و داده‌هايي كه به طور مستقيم اندازه‌گيري شده‌اند، انجام شود،‌ اهميت تاسيس ظرفيت مورد نياز واحدهاي جابجايي هوا بوسيله‌ي اندازه‌گيري مستقيم مورد توجه قرار مي‌گيرد.

۴-۱۲ خروج جريان از جابجايي هوا
قوانين عمومي نفوذ هوا به داخل محيط كار: ۱- هوا بايد به محل فعاليت كارگران در كمتر از ۸-۱۰ ft از بالاي سقف وارد شود. ۲- سرعت آن در حدود كمتر از ۲۰۰ fpm باشد ۳- جابجايي هوا بايد در يك راهي خارج شود كه چرخه‌گرما را كه در شكل ۴-۱۲ نشان داده شده است را نشان دهد. ۴- سيستم جابجايي هوا بايد هواي تميز را به بيشترين سطح كارخانه برساند. در عمل اغلب مشكل است كه خروجي ژئومتري مورد نظر براي جابجايي هوا بدست آوريم. در يك روش ساده‌ي جديد موقعيت لوله توزيع و شبكه‌ي خروجي براي بدست آوردن الگوي خوب خروجي بوسيله‌ي همكاري بين مهندس و معمار به سادگي امكان‌پذير شده است.

در همه‌ي حالتها مهندس تهويه بايد نرخ كلي خروجي‌،‌ موقعيت هودهاي خروجي‌اي كه به عنوان يك سيستم عمل مي‌كنند و همچنين زمان استفاده‌ي هركدام را پيش‌بيني كند.
به طور مكرر امكان آن هست كه يك RAS را به يك سيستم‌هاي خروجي خاص،‌ ارتباط واحد جابجايي هوا با فن‌هاي خروجي در آن سيستم و همچنين بكاربردن به عنوان سيستم‌هاي كامل خروجي نسبت دهيم. كه باعث به حداقل رساندن پوشش اوليه براي اتصالات و هزينه‌هاي اپراتوري بعدي مي‌شود. در يك سيستم جديد طراح مي‌تواند يك RAS را شناسايي كند كه در‌آن سير جريان هواي ورودي و شبكه‌ خروجي كاملاً معين است و جريان هوا بوسيله‌ي مانع فيزيكي يا الگوهاي سمي حركتهاي هوا و درها بازداشته نمي‌شود. همانطور كه در بالا گفته شد هواي جابجا شده بايد از سطح اشغال‌شده‌ي فعال خارج شود نه از سطح بالاي ساختمان.

اين امكان وجود دارد كه انتخاب و موقعيت شبكه خروجي طوري صورت بگيرد كه حداقل نفوذ بر روي كارگران در زمستان را بوجود آورد و همچنين باعث نفوذ هواي سرد در تابستان شود.
واحدهاي جابجايي هوا به طور مكرر لوله‌هاي بزرگي را از بخشهاي خاص عبور مي‌دهند كه براي تعيين فضاي مورد نياز براي لوله احتياج به همكاري با معمار مي‌باشد،‌ مخصوصاً زماني كه معمار براي استفاده فضاي با ارزش ورودي براي اين هدف بي‌ميل است. لوله‌هاي RAS معمولاً‌ محل آنها در خارج از واحد با انشعابهاي خروجي نفوذكننده مي‌باشد. (در شكل ۱-۱۲ نشان داده شده است.)

استقرار ۵۰۰۰۰-۱۰۰۰۰۰cfm جابجايي واحدهاي هوا به علت اندازه‌ي بزرگ و احتياجات پايه‌اي كه دارند مشكل است اگر امكان دارد بالابردن موقعيت واحدها از سطح زمين يا يك ديوار خارجي ساختمان با براكت عمل خوبي است. اين عمل اجازه مي‌دهد كه از يك سيستم توزيع چند برابر با افت فشار پايين استفاده كند. در اين حالت هزينه‌ها نسبتاً پايين هستند و مطلوبيت اين واحدها نگهداري آنها را تشويق مي‌كند.

در آب هواي سرد شمالي اين لوله‌ها بايد ايزوله شود. درحالتي كه دسترسي فضا در يك خروجي ديوار محدود است، موقعيت سقفي از واحد جابجايي هوا ممكن است ضروري باشد. تاسيسات سقفي به حمل كردن به سمت‌بالا، نافذهاي سقفي براي خدمات الكتريكي و سوختي و همچنين منفذهايي براي لوله‌هاي خروجي هوا احتياج دارد.
شكل ۴-۱۲ وقتي كه هواي جابجا شده گرم مي‌شود توسط عبور هوا از بالاي پروسه‌هاي گرما‌زا شروع مي‌شود. به علت تفاوت دانسيته، جريانهاي هواي جابجا شده از بالاي ساختمان مكرراً به طور مستقيم يك چرخه‌ي كوتاه به سمت خروجي‌هاي سقفي ايجاد مي‌كند.