تميز كردن كانالهاي هوا

امر مهمي كه در ايران توجهي به آن نمي شود .
 اهميت كيفيت هواي داخل ساختمان
مطالعه آلودگي محيطهاي بسته غير حرفه اي (Non – Occupational Indoor Environment) تقريباً علم جديدي است و از عمر آن حدود ۲۵ سال مي گذرد به طوري كه اولين سمينار بين المللي آن در سال ۱۹۷۸ ميلادي ودر دفتر منطقه اي اروپايي سازمان بهداشت جهاني در دانمارك برگزار گرديد .

مطالعاتي كه توسط سازمان محيط آمريكا انجام شده نشان مي دهد كه ميزان آلودگي داخل ساختمان حدود ۲ تا ۵ برابر آلودگي خارج از ساختمان است و گاهي اين مقدار تا ۱۰۰ برابر افزايش مي يابد . با توجه به اين كه مردم حدود ۹۰ درصد اوقات خود را در داخل ساختمان مي گذرانند ، اهميت آلودگي داخل ساختمان و كنترل كيفيت آن مشهود مي گردد.
آلودگي هواي داخل ساختمان در دراز مدت و كوتاه مدت اثرات سوء بر سلامتي ساكنان دارد . آلودگي هوا در دراز مدت باعث امراض تنفسي و سرطان مي شود كه فرد را به شدت از كار مي اندازد و درنهايت باعث مرگ او مي شود . عوامل اين آلودگي را مي توان گاز رادن (Radon) ، آزبست و مصرف دخانيات ذكر كرد. از عوارض كوتاه مدت يا فوري آلودگي هواي داخل ساختمان مي توان خارش چشم و گوش و حلق و بيني ، سردرد ، سرگيجه و خستگي مفرط را نام برد و نشانه هاي سوءسلامتي به صورت آسم ،سينه پهلو (ذات الريه ) و تب ظاهر مي گردد. عوامل اين آلودگي عبارتند از كمبود تهويه ، آلودگي شيميايي و بيولوژيكي از منابع داخل و خارج ساختمان و ساير عوامل غير آلاينده مانند دما ، رطوبت ، ميزان روشنايي و ارگونوميك محل كار .
در خصوص اثرات كوتاه مدت آلودگي هوا بر سلامتي انسانها ،نتايج بررسي سازمان ايمني و بهداشت محيط كار كشور آمريكا از ۵۳۹ ساختمان در سال ۱۹۷۱ ميلادي جالب توجه است (جدول ۱ ).
تعداد ساختمان درصد از كل
كمبود تهويه ۲۸۰ ۵۳
آلودگي داخل ساختمان ۸۰ ۱۵
آلودگي بيرون ساختمان ۵۳ ۱۰
پيرامون ساختمان ۲۱ ۴
آلودگي بيولوژيكي ۳۷ ۵

شناخته نشده ۶۸ ۱۳
جمع ۵۳۹ ۱۰۰

همانطوريكه ملاحظه مي شود ، ۵۰ درصد از مشكلات آلودگي داخل ساختمان مربوط به تأسيسات گرمايي ، تعويض هوا و تهويه مطبوع مي باشد كه منظور از طراحي ،نصب و را

ه اندازي آنها ايجاد شرايط آسايش براي ساكنان است ! به عبارت ديگر اگر ما بتوانيم عوامل مؤثر در آلودگي تأسيسات تهويه ساختمان را شناسايي كنيم ،۵۰ درصد راه براي رفع آلودگي ساختمان ساختمان را طي كرده ايم.
يكي از نقاطي كه گرد و خاك (Dust) و گرده گياهي (Pollen) و موي حيوانات و حشرات ساختمان است . اين عوامل در مجاورت رطوبت ، بستر مناسبي را براي رشد باكتري و قارچ گياهي (Mold) فراهم مي كنند كه در نهايت باعث كپك زدن (Mildew) مي شوند. هوايي كه به منظور كنترل شرايط آسايش و رساندن هواي تازه از اين كانالها عبور مي كند در واقع با عوامل ياد شده تماس داشته و آنها را با خود به داخل ساختمان حمل مي نمايد و باعث به خطر افتادن سلامتي افراد مي گردد.
 روش پيشنهادي تميز كردن كانالها
بهترين روش تميز كردن كانالها ، روش رفع منشأ (Source Removal) است كه بوسيله تجهيزات مكانيكي انجام مي شود . طرح واره اين روش در شكل ۱ نشان داده شده است .

همانطور كه ملاحظه مي شود ، برس دوار (Rotating Brushes) گرد و خاك را از جداره كانال مي كند و دستگاه مكنده صنعتي آنها را از طرف ديگر مي مكد و از كانال خارج مي كند.
تجهيزات الكترونيكي نيز براي پايش قبل و بعد ا زعمليات مورد نياز است تا بتوان نتايج عمليات تميز كردن را مشاهده نمود.
 كارهاي انجام شده د رخارج كشور
كار تميز كردن داخل كانالهاي هوا در خارج از كشور حدود ۱۵ سال قدمت دارد . سازمانهاي مختلفي در كشورها متولي كيفيت هواي داخل ساختمان مي باشند.
در كشور ايالات متحده آمريكا سازمان حفاظت محيط زيست (با آدرس اينترنتي WWW.EPA.IAQ ) و انجمن تميز كردن كانالها (به آدرس اينترنتي WWW.NADCA.COM) براي كساني كه علاقه مند به اطلاعات بيشتر هستند معرفي مي گردند.
 كارهاي انجام شده در داخل كشور
تميز كردن كانالهاي هوا در داخل كشور متداول نيست و اين كار تا كنون انجام نشده است . علل فراواني براي اين موضوع مي توان مطرح نمودكه از جمله نبود بودجه كافي ، عدم شناخت موضوع از طرف مهندسين و مسئولين ، عدم توجه به سلامتي افراد و نبود مسئول مستقيم هواي داخل ساختمان را مي توان نام برد.
لوله هاي حرارتي
لوله هاي حرارتي تجهيزات ساده بازيافت حرارت هستند كه عمل انتقال حرارت يك نقطه به نقطه ديگر كه با فاصله كمي از همديگر قرار داشته باشند.را بدون احتياج به هيچگونه ابراز سير كولاسيون به سرعت انجام مي دهند در پاره اي ا زموارد به اين ابزار لقب فوق رساناي حرا

رتي را نيز داده اند كه اين امر مويد ظرفيت بالاي انتقال حرارت و همچنين اتلاف اندك حرارتي آن مي باشد همچنين به واسطه نحوه انتقال حرارت توسط سيال عامل اين ابزار را ترموسيفون نيز نام نهاده اند .
پيشينه تاريخي
ايده لوله هاي حرارتي براي اولين بار در سال ۱۹۴۲ توسط R.S Gauler ارائه ش

د .اما با اين وجود اولين لوله حرارتي در سال ۱۹۶۲ توسط G.M.GROVER طراحي و ساخته شد و از آن زمان بود كه اين تكنولوژي به طور جدي مورد توجه قرار گرفت و توسعه يافت .
كاربردهاي مختلف
لوله هاي حرارتي داراي كاربردهاي مختلفي هستند كه مي توانند با راندمان بالاي (۷۰%) فرآيند بازيافت حرارت را انجام دهند از كاربرد آنها مي توان به سيستمهاي تهويه مطبوع اشاره داشت. كه درادامه آن را توضيح مي دهيم در كنار آن مي توان به استفاده در كنترل كننده هاي رطوبت پيش گرم كن ديگهاي بخار خشك كن هاي هوا بازيابنده حرارت از بخار خروجي كامپيوترهاي لبتاب و غيره اشاره كرد.
ساختار و نحوه كاركرد
لوله هاي حرارتي از سه قسمت عمده تشكيل يافته كه مشتمل به مخزن فيتيله متخلخل و سيال عامل مي باشند.

طول لوله هاي حرارتي را مي توان به سه قسمت عمده تقسيم كرد كه شامل اوپراتور (قسمت پايين) دسته آدياپاتيك (قسمت مركزي) و كندانسور (قسمت بالايي ) مي باشد.حرارت دريافت شده از گاز گرم عبوري از روي لوله هاي حرارتي در قسمت پايين آن سبب تبخير سيال عامل داخل فيتيله شده و سيال عامل تبخير شده از داخل فيتيله به سمت مركز لوله حركت كرده و سپس به دليل اختلاف فشار موجود درداخل لوله به سمت بالاي آن كه سردتر مي باشد حركت مي كن و در ادامه حرارت خود را به سيال سرد عبوري از روي لوله مي دهد كه سبب گرم شدن و يا سيال عبوري و نتيجتاً چگاليده شدن خودش مي شود .چگاليده در قسمت بالايي توسط فيتيله جذب شده و به واسطه نيروي جاذبه و خاصيت موئينگي فيتيله به قسمت پايين لوله حرارتي منتقل مي گردد و سيكل تازه داده شده مجدداً تكرار مي شود.
با توجه به موارد ذكر شده لوله هاي حرارتي را هميشه با شيبي بين ۵ تا ۹۰ درصد نسبت به افق نصب مي كنند .
مهمترين پارامتر لوله هاي حرارتي جنس سيال عامل مي باشد كه به شدت به محدوده كاري لوله حرارتي وابسته است .
درلوله هاي حرارتي پارامترهاي طراحي شامل دبي سيال بيروني درجه حرارت آن خواص شيميايي … مي باشد.
 معايب لوله هاي حرارتي
• بالا بودن هزينه اوليه
• حتماً بايد دو جريان سرد و گرم عبوري از روي لوله هاي حرارتي در نزديكي همديگر باشند .
• جريانهاي سرد و گرم عبوري از روي لوله هاي حرارتي حتماً بايد از نظر شيمياي داراي خوا قابل قبول باشند تا از خوردگي سطح خارجي لوله جلوگيري به عمل آيد .

 

 مزاياي لوله هاي حرارتي
• سرفه جويي در مصرف انرژي به واسطه حرارت ۲۰ تا ۴۰ درصدي لوله هاي حرارتي .
• عدم وجود قسمتهاي متحرك
• عدم احتياج به سيركولاسيون اجباري سيال عامل .
• هزينه تعمير و نگهداري پايين.
• به نسبت كوچك و پربازده بودن .
• محدوده كاري گسترده نقطه نظر درجه حرارت
• افت فشار بسيار كم در داخل محفظه(۱۵ تا mmWG20 )؛
• با تغيير شيب لوله هاي حرارتي مي توان يك لوله در موارد مختلف به كار برد
• ضريب اطمينان بالا به دليل اينكه لوله هاي حرارت مستقل از همديگر كار مي كنند خرابي يك يا چند لوله بر كل سيستم تأثير نمي گذار .
• انعطاف پذيري طرحها امكان نسب در فضاهاي محدود و بايشگاه مختلف وجود دارد .
 ارائه يك مثال واقعه اي ا زكاربرد لوله هاي حرارتي در تهويه مطبوع
همان طور كه قبلاً ذكر شد يكي از كاربدهاي لوله هاي حرارتي به سيستم هاي تهويه مطبوع بر مي گردد در اكتبرسال ۱۹۹۶ در سيستم هوا ساز كتابخانه Gulf Breez پنسلوانياي فلوريدا لوله هاي حرارتي جهت رطوبت زدايي كار گذاشته شده اند هدف اصلي از نسب لوله هاي حرارتي اين بود كه ميزان ظرفيت رطوبت زدايي دستگاه هوا ساز را افزايش دهند بدون اينكه هيچگونه انرژي اضافي مصرف كند در اين بخش هدف ما اين است كه تأثير رطوبت زدايي لوله هاي حرارتي از نقطه نظر صرفه جويي مالي و انرژي تبين شود اين بررسي با درنظر گرفتن سطوح درجه حرارت و رطوبت هواي بيرون و هواي ورودي به كتابخانه بار سرمايي كويل هاي سرمايشي و بار لوله حرارتي در طي دو هفته ا ي از فصل تابستان كه حداكثر بار سرمايي وجود دارد انجام گرفته است سيستم رطوبت زدايي لوله هاي حرارتي در واقع يك سيستم غير فعال (Passive) است كه از يك سري لوله سربسته پر شده و از مبرد تشكيل يافته كه هدف آن انتقال حرارت از هواي بيروني وارد شده به قسمت مادون سرد كننده كويل سرمايشي بست و هدف از مادون سرد كردن رطوبت زدايي از هواي مرطوب ورودي است از آنجا كه كويل لوله هاي حرارتي هواي ورودي در ابتدا پيش سرد مي كند لذا ميزان ظرفيت رطوبت زدايي سيستم بورودتي در طول شرايطي

كه سيستم درحداكثر بار باشد افزايش مي يابد در طول مدت حداقل بار كويل پيش سردكن لوله هاي حرارتي قسمتي از بار كويل سرمايشي را تأمين مي كند تا به يك سطح معيني از رطوبت زدايي برسيم و كويل باز گرمكن (Reheat ) نيز قسمتي از بار حرارتي لازم براي تأمين درجه حرارت مطلوب هواي ورودي به كتابخانه را تأمين مي كند به عنوان يك نتيجه كلي مرف انرژي مي شود لوله هاي حرارتي اين توانايي را دارد كه ميزان رطوبت هوا را در حدود ده درصد كاهش داده و ميزان رطوبت هوا كه قبلاً در حدود ۷۵ درصد بوده را بدون اينكه بر روي درجه حرارت هوا ي ورودي بر كتابخانه تأثير منفي بگذارد به ۶۵% تقليل دهد در صورتي كه بخواهيم اين ميزان رطوبت زدايي را با سيستم هاي معمولي انجام بدهيم به ۲۰ تن تبريد انرژي احتياج خواهيم داش

ت .
اگر بخواهيم اين ميزان رطوبت زايي (۱۰ % ) را با اضافه كردن سيستم هاي مكانيكي به دستگاه هواساز خود تأمين كنيم احتياج به سرمايه گذاري ۳۰ هزار دولاري داريم درصورتي كه لوله هاي حرارتي نصب شده ۴۲ هزار هزينه داشته است به بيان ديگر به ميزان ۱۲ هزار دولار سرمايه گذاري اوليه بيشتري انجام داده ايم .
با ثبت اطلاعات بارهاي كويل برودتي و همچنين بار لوله حرارتي در فاصله زماني ۱۵ دقيقه اي در طي دو هفته كار به حداكثر بار سرمايي احتياج داريم به اين نتيجه رسيديم كه بار پيش سرمايش و بار حرارتي باز گرمكن هواي ورودي با ميزان درجه حرارت هواي بيروني به صورت خطي افزايش پيدا مي كند با استفاده از آناليز به روش Weather bin مشخص شد كه لوله حرارتي قابليت تأمين حداكثر ۲۰ تن تبريد( KBTU/Hr 240) بار گرمايش مجدد بدون اينكه به هيچگونه انرژي اضافي احتياج داشته باشد را دارا است.
با اين اطلاعات درحدود ۶۵wh صرفه جويي انرژي درحداكثر تقاضاي تابستان را خواهيم داشت كه سالانه به ميزان ۱۵۳۷۷۵ kwh خواهد بود (درحدود ۱۰ درصد كل ) و همچنين صرفه جويي مالي انرژي سالانه آن ۷۷۰۰ دلار مي باشد.
ميزان برگشت سرمايه گذاري لوله هاي حرارتي توضيح داده شده در حدود ۱۵ ماه

مي باشد كه اگر چنين كاري را درجاهاي ديگر انجام بدهيم با توجه به شرايط آب و هوايي مكان نصب ،راندمان سيستم مكانيكي ،قيمت انرژي و شرايطي كه براي هواي داخل متصور است اين مدت زمان متفاوت خواهد بود .با مقايسه هزينه ۱۲ ماه قبل و ۱۲ماه بعد از نصب لوله هاي حرارتي مشاهده شد كه ميزان انرژي مصرفي واقعي كاهش يافته kwh230750 وهزينه كاهش يافته۹۹۸۰دلار بوده است .
اصول اوليه طراحي كانالها
طراحي مناسب واصولي كانالها درموفقيت طراحي سيستمهاي مركزي نقش عمده اي ايفا مي كند.اكثر قريب به اتفاق طراحي هاي تأسيسات وتهويه مطبوع مدارس بر اساس سيستم هاي فشار پايين تا متوسط صورت مي گيرد ودر بسياري از موارد،كانالهاي در فضاي زير سقفي راهرو ها در كنار ساير تجهيزات قرار داده مي شوند.تهيه طرح نيازمند دقت فراوان است .طراحان بايد براي اگاهي از اصول صحيح طراحي كانالها متن جزوات فني ASHRAE و SMACMA را مطالعه نمايند . اكثر مدارس بيشتر از سه طبقه ارتقاع ندارند و به همين دليل مطول شدن كانالها حائز اهميت مي باشد . هرچه كانالها طولاني تر باشند توان مورد نياز دمنده براي توزيع هوا نيز افزايش مي يابد ، بنابراين بهتر آن است كه كل فضاي مدرسه به چندين بخش كوچكتر تقسيم و با هواسازهاي محلي كه د رهمان بخش مستقر مي شوند سرويس داده شوند. استاندارد ASHRAE 90.1 شرايط و مقتضياتي را درباره نشتي كانالها (بخش۶٫۲٫۴٫۳٫) و عايق كاري مطرح مي نمايد كه بايد رعايت گردند. توزيع مناسب هوا در فضاها براي تأمين شرايط دلخواه آسايشي و به حداقل رساندن اصوات ضروري است سيستم هاي VAV كار تداعي كانالها را مشكل مي سازد چون تجهيزات ترمينالي بايد بدون اينكه هوا را به اصطلاح (( ريزش )) نمايند در گستره وسيعي از جريانهاي هوا كار كنند هيچگاه تجهيزات ترمينالي سيستم هاي VAVرا بزرگتر از حد نياز انتخاب ننمايد . قدم اول در محاسبه هواي تغذيه مورد نياز در يك فضا ،به دست آوردن بهره گرماي داخلي آن است . فرايند سايكرومتريك معمول براي كلاسهاي درس درشكل ۶ نشان داده شده است .اگر چه دماي هوا در كويل تا ۵۵ درجه بار نهايت كاهش داده مي شود ولي كار انجام شده توسط دمنده (فرض بر استفاده از واحده هاي مكنده است ) دماي هوايي را كه به كلاسهاي درس تحويل داده مي شود تا ۷۵ درجه فرانهايت افزايش مي دهد و اختلاف دماي ۱۸ درجه فارنهايتي براي جذب گرماي محسوس كلاس درس باقي مي ماند . سرمايش نهان نيز بايد مورد بررسي قرار گيرد . بارهاي نهان در ساختمانهاي اداري حداقل مي باشند و بيشترين تلاش براي مقابله با بهره هاي گرمايي محسوس صرف مي گردد.اما مدارس با توجه به تعداد دانش آموزان دركلاسهاي درس داراي بهره هاي گرمايي نهان بزرگتري هستند . سي دانش آموز معادل Btu/hr 600 گرماي نها

ن توليد مي كنند كه رطوبت نسبي كلاس درس را به اندازه ۵ % افزايش خواهد داد . اگر بايد رطوبت نسبي ۵۰% حفظ و تثبيت گردد انگاه هواي تغذيه بايد ۶gr/lb خشك تر بوده و يا نقطه شبنمي معادل ۲/۵۲ درجه فار نهايت داشته باشد .بسياري از مهندسان براي انج

اهي عميق از فرايندهاي سايكرومتريك وچگونگي وارد كردن اطلاعات بر نتايج حاصله تأثير گذارند .

طراحي براي دماي بهينه هوا
دماي هواي خروجي از كويلهاي سرمايشي در سيستمهاي مركزي معمول ۵۵ در جه فارنهايت مي باشد . اين رقم با توجه به دماي طراحي نقطه شبنم محيط ( ۷۵ درجه فارنهايت ) و رطوبت نسبي ۵۰%به دست آمده است . هوايي كه تا به اين حد سرد مي گردد ، نسبت رطوبت مناسب براي شرايط معمول طراحي را خواهد داشت . گرماي حاصله از بادزنهاي واحد هاي مكنده باعث گرم شدن هواي خروجي تا ۵۷ درجه فارنهايت مي شود و در نتيجه ۱۸ درجه اختلاف دما يا ΔT براي جذب بهره هاي گرمايي محسوس فضا باقي مي ماند. كاستن از دماي خواي تغذيه و رساندن آن به ۵۰ درجه فارينايت (از كويل)و ۵۲ درجه فارينهايت ΔT را به ۲۳ درجه فارينهايت مي رساند و در اين حالت براي حصول نتيجه يكسان با وضعيت فوق به حجم هوايي ۲۰% كمتر احتياج خواهد بود كه هزينه هاي اوليه كانال كشي را كاهش خواهد داد . صرفه جويي حاصله از اسب بخار بادزنها معمولاً افزايش مقدار سرمايش لازم را تحت الشاع قرار مكي دهد . طراحي براي دماي بهينه هوا طراحان را از برخورد با مشكلات و پيچيدگيهاي طراحيهاي هواي سرد دور ساخته و در ضمن كانال كشي كوچك تري را در سقف دارد علاوه بر كنترل بهتر رطوبت زني ، هزينه كمتري نيز در بر خواهد داشت .
تجهيزات سيستمهاي مركزي

هوا ساز
هوا سازها معمولاً شامل باكسهاي مخلوط كن ، فيلترها، كويل گرم كننده و كويل سرمايشي و بخش بادزنها مي باشند . هوا سازها در دو نوع داخل ساختماني و يا برون ساختماني توليد مي شوند . همان طور كه عنوان شد هوا سازها عموماً داراي كويل هاي آب گرم و آبي سرد هستند و براي تغذيه آنها نياز به چيلر و ديگ مي باشد .