اطلاعات مهندسی

در این بخش به بررسی شرایط و عوامل موثر در طراحی دریچه هوا برای خانه و یا واحدهای صنعتی می پردازیم. طراحی و محاسبه کانال کولر و دریچه کولر، بررسی انواع دریچه های توزیع، و محل نصب دریچه هوا از دیگر موارد مورد بررسی مهندسی در این بخش می باشد.

شرایط محیط زیست انسان تاثیر مستقیمی بر چگونگی حالات روانی، وضعیت فیزیکی و نحوه انجام کاردارد. هنگامی كه دستیابی به شرایط مناسب در داخل ساختمان اهمیت پیدا می‌كند، معمولا نظر یك فرد متفاوت از نظر دیگران می‌باشد. دما و شرایط آسایشی مناسب وابستگی به عواملی كه در ارتباط  با شرایط جسمی و روحی انسان از قبیل متابولیزم، لباس و پوشش سطح بدن، جثه، نرخ تبخیر از بدن، شلوغی و صدا می‌باشد.

در تهویه مطبوع چهار شرط برای راحتی انسان وجود دارد که عبارتند از:

1. دما
2. رطوبت
3. تشعشع
4. حرکت یا وزش باد

دراینجا بحث بیشتر پیرامون حرکت هوا وچگونگی توزیع هوا و شرایط حاکم برآن که از ارکان طراحی یک سیستم  و تهویه کارآمد و مدرن می باشد صورت می پذیرد، زیرا اثرمستقیم  بر ارضا شرایط راحتی انسان برجای می گذارد.
ازطرفی، باروشهای بروز وعلمی تهویه میتوان عملیات را با حداکثر راندمان و با کمترین میزان انرژی به انجام رسانید.
تصور نمایید برای یک کارخانه که فضای آن براثر غبار تولید آلوده گردیده میخواهیم سیستم تهویه طراحی نمائیم.
سوالات زیر به ذهنمان خواهد رسید:

• چه میزان هوا مورد نیاز می باشد؟(دبی)

• محل نصب دریچه ها وابعاد کانال مورد نظر چه میزان خواهد بود (افت فشار)

• آیا هوا را با هر سرعتی می توان از محل آلوده انتقال داد (حدود سرعت هوا)

• جنس کانالهای انتقال هوا چه نوع خواهد بود وسیستم تهویه درچه ارتفاع و چه دمایی کار خواهد کرد.

• ابعاد دریچه هوا چقدر است؟

1.میزان دبی مورد نیاز هوا بر اساس شرایط محیط مورد تهویه :
برای یافتن دبی مورد نیاز ابتدا با توجه به شرایط محیط می بایست ازجدول شماره 1 دفعات تعویض هوا (Air Change) را استخراج نمود، سپس با لحاظ کردن حجم فضای مورد نظر می توان دبی هوا را از رابطه زیر به دست آورد:
Q=V×ACH
V=L×W×H
L طول و W عرض و H ارتفاع وACH از جدول شماره  1(دفعات تعویض هوابرساعت – ACH برای اماکن مختلف) قابل محاسبه می باشند.

همان طور که ازجدول فوق دیده می شود اماکنی که دارای دود و آلودگی بیشتر می باشند دارای ضریب تخلیه افزون تر نیز می باشند و ضریب تخلیه در حقیقت با توجه به شرایط  و نوع فعالیت افراد و ابزار متفاوت خواهد بود به عنوان مثال این ضریب برای بیمارستان بین  4تا6  در نظرگرفته شده است و این برای حالتی است که افراد دارای حرکت های آرام باشند، درصورتی که این ضریب برای بخش عفونی افزایش پیدا خواهد کرد.

جدول شماره  1دفعات تعویض هوا برساعت (ACH) برای اماکن مختلف

2.محدوده سرعت هوا
صدا سرعت انتشاری تقریبا برابر با 340 m/s درهوای 15 درجه سانتی گراد دارد، به ازای هر یک درجه سانتی گراد افزایش دمای هوا 0.6 m/s به این سرعت اضافه می شود. سرعت نشر صدا درمحیط های مختلف متفاوت است.
سرعت صوت درجامدات بیش از مایعات و در مایعات بیش از گازهاست و این امر وابسته به چگالی میباشد.
صدا در خلا منتشر نمی شود و بسته به ترکیب آن اثرات ناخوشایند و خوشایندی برانسان می گذارد. ازطرفی انرژی صوتی نوعی از تبدیل انرژی است، که معمولا به طور ناخواسته درسیستم به وجود می آید و باعث تلفات انرژی می گردد و در صورت عدم کنترل آن  و ایجاد پدیده تشدید می تواند خسارات جبران ناپذیری به سیستم وارد کند.
لذا شناخت اصول فیزیک حاکم  بر ارتعاش وامواج صوتی حاصل  از آن  و روش های کنترل آن برای مهندسین  و طراحان حائز اهمیت است.
باتوجه به اینکه سرعت انتقال هوا یکی از ارکان اصلی تولید اصوات در سیستم تهویه می باشد، لذا برای هر یک از اماکن یک سرعت خاص  و استاندارد موجود است که شر ایط  راحتی را ارضا می نماید.

سیستم های انتقال هوا را می توان براساس سرعت ابتدایی در کانال رفت به ترتیب زیر تقسیم بندی نمود:
در تهویه مطبوع ساختمان های معمولی :
1.سرعت کم : حداکثر تا 2500 fpm معمولا بین 1200¬ – 2200 fpm
2.سرعت زیاد : بیش از 2500 fpm
در تهویه مطبوع ساختمان های صنعتی :
1.سرعت کم : حداکثر تا 2500 fpm))معمولا بین 2200¬ – 2500 fpm
2.سرعت زیاد : بیش از 2500 – 5000 fpm

برای کانال برگشت، درساختمانهای معمولی و صنعتی، سرعت کم در نظر گرفته میشود که به قرار زیر است:

در تهویه مطبوع ساختمان های معمولی :
سرعت کم : حداکثر تا 2000 fpm معمولا بین 1500¬ – 1800 fpm

در تهویه مطبوع ساختمان های صنعتی :
سرعت کم : حداکثر تا 2500 fpmمعمولا بین 1800¬ – 2200 fpm

در جدول شماره 2 محدوده سرعت برای برخی ازاماکن نشان داده شده است .

جدول شماره 2 محدوده سرعت برای برخی از اماکن

اما با توجه به اینکه سرعت های ذکر شده در جدول شماره 2 می بایست توسط دریچه هایی به اماکن مذکور وارد شوند لذا سرعت خروج ازدریچه ها نیز دارای اهمیت زیادی می باشد.
محدوده سرعت خروج از دریچه ها درجدول شماره 3 آورده شده است.

جدول شماره 3 سرعت خروج هوا از دریچه هوا برای برخی از اماکن

3.محاسبه افت فشار در سیستم انتقال هوا
همان طورکه برای سیال دونوع فشار استاتیکی ps وفشار دینامیکی pD وجود دارد به طورمشابه برای عبور جریان سیال از داخل مجاری افت فشار استاتیکی hLS وافت فشار دینامیکی hLD وجود خواهد داشت که مجموع این فشارها می بایست توسط فن جبران گردد.
افت فشار استاتیکی شامل دوگروه عمده است:
افت فشار استاتیکی ناشی ازاصطکاک ذرات سیال با جدارکانال – hLS ناشی از اصطکاک ذرات سیال با جدار کانال در طول مسیر که از رابطه زیر به دست می آید:

f = ضریب اصطکاک( بدون بعد)
L= طول کانال m
D=قطر کانال m
V=سرعت سیال m/s
g= شتاب جاذبه m/s2

افت فشار استاتیکی ناشی ازتولید جریان های گردابی مجاری – hLS2 ناشی از اصطکاک ذرات سیال وتولید جریان های گردابی مجاری همانند زانو ، سه را وتبدیل ها که از رابطه زیر قابل محاسبه می باشد:

K= ضریبی که وابسته به پارامترهای هندسی می باشد.
V=سرعت سیال m/s))
g= شتاب جاذبه m/s2))

K رامی توان از جداول مربوط به هرنوع از اتصالات درپیوست کتاب های مهندسی به دست آورد، برای محاسبه این افت فشار روش دیگری موسوم به طول معادل نیز وجود داردکه در این روش یک طول معادل برای انواع اتصالات در نظر گرفته می شود وبه طول کانال (با همان قطر) اضافه می گردد، با این عمل در حقیقت افت استاتیکی کانال راافزایش وبنابراین نیازی به محاسبه افت فشار به روش بالا نیست.
بسیاری از مهندسین برای آسان شدن طراحی بعد ازمحاسبه طول کلی، برای به دست آوردن طول معادل ناشی از اتصالات، عدد به دست آمده را در1.5 ضرب می کنند.
افت فشار دینامیکی HLD
این عامل در حقیقت افت نمی باشد، بلکه از آنجا که هوا درکانال می بایست با سرعتی خاص منتقل شود،می بایست به آن مقداری انرژی داد تا به سرعت لازم دست یابد این میزان انرژی از رابطه زیر محاسبه می گردد.

P= جرم مخصوص هوا که وابسته به دما می باشد kg/m3))
V=سرعت سیال در کانال m/s))

طراحی و محاسبه کانال ها

تمام اتلاف ها در سیستم، وابسته به ابعاد کانال و سرعت عبور هوا از درون آن می باشد .
برخی از روش ها ی طراحی کانال ها عبارتند از:

1.روش سرعت مساوی
در یک طرح ساده بدون تقسیمات متعدد، با انتخاب سرعت مناسب هوا سطح مقطع های مختلف کانال برای مقدار جریان مورد نیاز سیال، با استفاده ازمعادله پیوستگی (Q=A.V) به دست می آید.

2.روش کاهش سرعت
برای طراحی کانال، طراحی سیستم کانال برمبنای انتخاب یک سرعت مناسب در ابتدای کانال اصلی و کاهش تدریجی آن همزمان با پیشرفت کانال می باشد. این سرعت نباید از سرعت های مندرج در جدول محدوده سرعت تجاوز کند. فشار استاتیک بادزن هواساز از طریق محاسبه افت فشار اصطکاکی در طولانیترین مسیر با احتساب طول معادل وصاله ها تعیین می شود. طولانیترین مسیر لزوما دارای بیشترین افت فشار نیست، زیرا ممکن است درمسیر کوتاهترتعداد بیشتری وصاله به کار رفته باشد. این روش از آنجاییکه نیاز به پیش زمینه تجربی وسیع در طراحی کانال دارد، زیاد معمول نبوده به ندرت در طرح شبکه های ساده وکوچک مورداستفاده قرارمی گیرد.

3.روش اصطکاک یکسان
در این روش طراحی کانال که برای کانال های تغذیه، برگشتی و تخلیه به کار می رود افت فشار در هر متر درتمام طول کانال یکسان لحاظ می گردد. این روش بهتر از روش کاهش سرعت می باشد. زیرا توازن سیستم در این روش کمتر مورد احتیاج می باشد. اگر سیستم شامل مسیرهای بلند وکوتاه باشد مسیرهای کوتاه حتما باید به وسیله دمپرهایی بالانس گردد. زیراهیچ وسیله ای جهت یکسان کردن افت فشار در قسمت های مختلف کانال وجود ندارد.

از انجائیکه در این روش هیچ گونه پیش بینی برای متعادل کردن افت فشار در شاخه ها و یا تامین فشار استاتیک یکسان در پشت هر یک از دریچه ها ی خروج هوانشده است، متعادل کردن سیستم دشوار می باشد، لذا جهت کسب مقدار دبی صحیح درشاخه ها و تنظیم جریان هوا لازم است درابتدای هر شاخه یک دمپر جداکننده تعبیه گردد وهمچنین مقتضی است برای تنظیم و متعادل کردن جریان هوا برای هر دریچه خروج هوا، وسایل کنترل کننده از قبیل پره ها، دمپرهای حجمی ودمپرهای قابل تنظیم روی دریچه هوا کار گذاشته شوند تا افت فشار استاتیک از بادزن تا تمام دریچه ها یکسان گردد. حسن این روش طراحی دراینست که خود به خود سرعت را درطول مسیر کاهش داده مشکل سر وصدا را تخفیف می دهد. متعادل کردن سیستم دراین روش به وقت بیشتری نیازدارد.

4.افت فشار در دریچه هوا
باتوجه به آنکه دریچه هوا دارای انواع مختلفی می باشند، نمیتوان محاسبات افت فشار برای کلیه آنها را ذکر کرد.
در اینجا تعدادی از دریچه ها که بسیار کاربرد دارند معرفی وافت فشار آنها ارائه می گردد.
با مراجعه به کاتالوگ می توانید افت فشار هرنوع دریچه هوا را به دست آورید.

انواع دریچه های توزیع هوا

جهت توزیع بهتر هوا در اتاق یا فضای مورد تهویه، از دریچه توزیع استفاده می شود. همانطورکه سرعت مجاز در دریچه ورودی هوا به اتاق درجدول شماره 3 ارائه شد. چون سرعت در دریچه ورود هوا به اتاق کمتر از سرعت هوا در کانال است، سطح دریچه از سطح مقطع کانال بزرگتر می باشد. اتصال دریچه به کانال باید به تدریج و با زاویه 15 درجه گسترش پیداکند، چراکه درغیر اینصورت سرعت در وسط دریچه از حد مجاز فراتر رفته برای ساکنین ایجاد ناراحتی می کند. انواع دریچه های توزیع هوا عبارتند از:

1.دریچه های دیواری – که خود سه نوعند:
• دریچه با تیغه های ثابت: این دریچه عمدتا برای تخلیه یا برگشت هوای اتاق به کار می رود. محل نصب آن روی در یا دیوارمشرف به راهرو و نزدیک کف اتاق می باشد.

• دریچه با تیغه های متحرک: این دریچه ممکن است دارای یک سری تیغه های افقی یا عمودی و یا دو سری تیغه های افقی وعمودی باشد که درجهات مختلف قابل تنظیمند. این تیغه ها مانند دمپرعمل می نمایند و می توان توسط آنها دبی، جهت جریان وفشار استاتیک هوای خروجی از دریچه را تنظیم نمود.
تنظیم دریچه ها به وسیله دست یا آچار مخصوص انجام می گیرد.

شکل1: نحوه توزیع هوا ازدریچه های دیواری

• ایجکتور: نوعی دریچه است که هوا را با فشار زیاد بیرون می دهد وعمدتا برای امورصنعتی و مواردیکه عمل سرمایش متوجه نقطه بخصوصی باشد، به کارمی رود.

درزیر چگونگی توزیع هوا برحسب زوایای مختلف تیغه ها نشان داده شده است:

توزیع هوا وقتی تیغه ها مستقیم و بدون زاویه تنظیم می شوند

توزیع هوا وقتی تیغه ها به طور واگرا تنظیم می شوند

توزیع هوا وقتی تیغه ها به طور همگرا تنظیم می شوند

توزیع هوا وقتی تیغه ها به طور اریب تنظیم می شوند

شکل2: چگونگی توزیع هوا برحسب زوایای مختلف تیغه ها

شکل4: نحوه توزیع هوا از دریچه های سقفی گرد

• نوع دیفیوزری:
این نوع دریچه سقفی که برنوع بشقابی برتری دارد، دارای ساختمان پیچیده تری است و به هوا اجازه می دهد تحت زاویه مناسبی در تمام فضای اتاق پخش شود، شکل زیر یک نمونه ازاین نوع دریچه را نشان می دهد. پره های این نوع دریچه را می توان مانند دمپر توسط یک کلید یا آچار مخصوص باز و بسته نموده ازاین طریق دبی و فشار استاتیک هوا را تنظیم کرد، ضمنا چراغ روشنایی را نیزمی توان داخل آن جاسازی نمود. این دریچه ها به صورت گرد یا چهارگوش ساخته می شوند.

2.دریچه های سقفی:
این دریچه ها که گاهی چراغ اتاق را هم  در آنها جاسازی می کنند بر چند نوعند:
• نوع بشقابی ( گرد ):
که ساختمان بسیار ساده ای دارد و تشکیل شده است از یک صفحه شبیه بشقاب که در زیر دهانه ورودی هوا نصب می شود. قطراین صفحه باید به اندازه ای باشد که دهانه ورودی هوا را ازنظر پنهان کند وهمچنین فاصله آن ازسقف باید قابل تنظیم باشد. شکل زیر چگونگی توزیع هوا توسط این نوع دریچه را نشان می دهد. گاهی ممکن است سوراخ هایی دراین صفحه تعبیه شوند تا هوا قادر باشد به طور عمودی نیز به سمت پایین جریان یابد. مزیت این نوع دریچه ها، ارزانی قیمت آنها و پنهان کردن دهانه ورودی هواست، ولی نحوه توزیع هوا توسط آنها چندان مطلوب نیست.

شکل5: نحوه توزیع هوا ازدریچه سقفی نوع دیفیوزری

محل نصب دریچه های هوا

محل نصب دریچه های ورودی هوا:
• دریچه های دیواری :درصورتیکه سقف دارای مانع مزاحم نباشد،نصب دریچه های ورودی دیواری درارتفاع هرچه بالاتر ونزدیکتر به سقف است.دراین حالت بهتر است فاصله ضلع بالایی دریچه تاسقف کمتر از دو برابر ضلع کوچکتر دریچه نباشد.اگر سقف دارای مانع مزاحم باشد، باید دریچه را آنقدر پایین آورد تا هوای خروجی از آن بدون برخورد بامانع، جریان یابد. نصب دریچه ورودی نزدیک کف برای گرمایش مناسب است ولی برای سرمایش چنین نیست، مگر اینکه زاویه تیغه ها طوری تنظیم شود که هوا به سمت بالا وزش کند تا باعث ناراحتی ساکنین نگردد، ولی به هرحال بهتر است ازنصب دریچه ورودی نزدیک کف خودداری شود.

• دریچه های سقفی : برای نصب دریچه های سقفی، سقف را به تعدادی مربع تقسیم کرده و در مرکز هر مربع یک دریچه سقفی قرار می دهیم.

محل نصب دریچه های برگشت:
• برای برگشت هوا، ممکن است از سیستم کانال برگشت و یا راهرو ساختمان استفاده شود. درمواردیکه برای برگشت هوا به اتاق هواساز از راهروها به جای سیستم کانال برگشت استفاده می گردد، دریچه های برگشت روی در یا دیوار مشرف به راهرو(4تا 12 اینچ بالای کف) نصب می شوند. درآپارتمانها وهتلها، استفاده از راهرو برای برگشت هوا به اتاق هواساز، طرح چندان خوبی نیست. برای برگشت هوا از طریق سیستم کانال نیز بهترین محل نصب دریچه های برگشت، روی دیوار و نزدیک کف اتاق(4تا 12 اینچ بالای کف) می باشد، نصب دریچه های برگشت روی سقف یا کف اتاق توصیه نمی شود.