پخش نیرو سپهر مهار | تولید کننده انواع دریچه و دمپر ساختمانی و صنعتی
در سیستم‌های تهویه مطبوع، مقاومت هوا به عنوان یک عامل تعیین‌کننده در عملکرد بهینه سیستم مطرح می‌گردد. این مقاومت، که عمدتاً ناشی از سرعت هوا در داخل اجزای سیستم می‌باشد، رابطه‌ای مستقیم با میزان جریان هوا دارد؛ به این معنا که با افزایش جریان هوا، میزان مقاومت نیز به طور متناسب افزایش می‌یابد. این پدیده در مهندسی تهویه مطبوع تحت عنوان افت فشار شناخته می‌شود.
فشار استاتیک در تهویه مطبوع تولید شده توسط یک فن، نیروی محرکه‌ای است که سبب به حرکت درآوردن هوا در داخل سیستم تهویه با وجود مقاومت هوا می‌گردد. لازم به ذکر است که هرچه میزان مقاومت تهویه در سیستم بیشتر باشد، میزان جریان هوای تولید شده توسط فن کاهش خواهد یافت. بنابراین، طراحی دقیق و محاسبه مقاومت سیستم از اهمیت بسزایی برخوردار است.
افت فشار در سیستم تهویه به چه معناست؟
تصور کنید یک دوچرخه‌سوار هستید که در یک مسابقه در یک روز زیبای تابستانی شرکت کرده‌اید. با انرژی جلو می‌روید، نسیم ملایمی از پشت می‌وزد و صدای تشویق جمعیت به شما انگیزه می‌دهد. اما ناگهان وارد یک کوچه باریک و ناهموار می‌شوید. در دو سوی این کوچه ساختمان‌های بلندی قرار دارند و هوا راکد و سنگین شده است. پاهایتان سنگین‌تر می‌شوند و احساس خستگی می‌کنید، زیرا بدنتان باید انرژی بیشتری صرف کند تا حرکت کند.
اگرچه این دو وضعیت یکسان نیستند، اما می‌توان گفت شرایطی مشابه آنچه در یک سیستم تهویه در هنگام بروز افت فشار اتفاق می‌افتد، به وجود می‌آید.
همان‌طور که دوچرخه‌سوار هنگام حرکت در کوچه باریک با مقاومت بیشتری مواجه می‌شود، جریان هوا نیز هنگام عبور از کانال‌های تنگ یا مسدود شده در یک سیستم تهویه بخشی از توان خود را از دست می‌دهد.
«افت فشار در یک سیستم تهویه به کاهش توان هوای در حال حرکت اشاره دارد که در اثر عبور از کانال‌ها و سایر اجزای سیستم اتفاق می‌افتد. با حرکت هوا، بخشی از فشار آن به دلیل اصطکاک با دیواره‌های کانال‌ها از بین می‌رود. هرگونه تغییر در جهت جریان، تقسیم یا ادغام جریان‌ها و نیز هرگونه تغییر در ابعاد کانال موجب ایجاد مقاومت می‌شود. میزان این مقاومت به سرعت و شکل جریان بستگی دارد. هرچه مقاومت در سیستم بیشتر باشد، فن باید توان بیشتری برای به حرکت درآوردن هوا صرف کند».
اهمیت افت فشار پایین در یک سیستم تهویه انرژی کارآمد
افت فشار اصطلاحی است که به‌طور مکرر در مستندات فنی و توضیحات محصولات تهویه مطبوع دیده می‌شود. ممکن است بپرسید چرا؟ زیرا افت فشار می‌تواند منبعی برای اتلاف انرژی باشد و یکی از پارامترهای کلیدی در تعیین هزینه‌های جاری سیستم تهویه مطبوع یک ساختمان به شمار می‌رود. در این مقاله تلاش می‌کنیم افت فشار را به صورت ساده توضیح دهیم، چگونگی استفاده از داده‌های مربوط به افت فشار در طراحی سیستم تهویه را بررسی کنیم و بیان کنیم چرا افت فشار پایین به کارآمدتر شدن سیستم تهویه از نظر مصرف انرژی کمک می‌کند.
استفاده از داده‌های افت فشار در طراحی سیستم تهویه
معمولاً اجزای سیستم تهویه با جدولی از افت فشار مستند می‌شوند که نشان دهنده میزان افت فشار هر جزء خاص در یک سیستم، در دبی‌های مختلف جریان هوا است. همان‌طور که یک دوچرخه‌سوار پیش از مسابقه، تجهیزات آیرودینامیک خود را با دقت انتخاب می‌کند، طراح سیستم تهویه نیز باید افت فشار سیستم را با بیشترین دقت ممکن محاسبه کرده و اجزایی را انتخاب کند که افت فشار را به حداقل رسانده و با استفاده بهینه از فن، عملکرد مؤثری را تضمین کنند.
داده‌های افت فشار سیستم، امکان انجام محاسبات بیشتر و انتخاب فن یا واحد تهویه مطبوع مناسب را فراهم می‌کند. داده‌های افت فشار، بخش مهمی از کل انرژی مورد نیاز فن برای حرکت دادن هوا در سیستم را تشکیل می‌دهند. هرچه افت فشار سیستم بیشتر باشد، انرژی بیشتری برای حرکت دادن هوا توسط فن نیاز است.
افت فشار پایین برای سیستم‌های بهینه و محیط داخلی بهتر
در نظر گرفتن افت فشار در سیستم‌های تهویه جدید و همچنین سیستم‌های قدیمی، روشی مؤثر برای مدیریت جریان هوا و مصرف انرژی فن است تا عملکرد سیستم بهینه‌تر شود. طراحی سیستم‌های تهویه با افت فشار پایین، تأثیر مثبتی بر سطح صدای سیستم نیز دارد. این موضوع علاوه بر بهبود محیط داخلی، هزینه‌های مربوط به استفاده از صداگیرها را نیز کاهش می‌دهد.
در نتیجه، همان‌طور که دوچرخه‌سوار باید با شناخت مسیر و تنظیم سرعت خود، برای مسابقه آماده شود تا با کمترین فشار و بیشترین کارایی به مسیر ادامه دهد، طراحان سیستم‌های تهویه و مدیران تأسیسات نیز باید نسبت به افت فشار در سیستم‌های تهویه آگاه و آماده باشند تا از مقاومت بیش از حد، عملکرد نامطلوب و هزینه‌های جاری بالا جلوگیری کنند.
سرعت هوای توصیه شده در داخل کانال‌های هوا
تلفات اصطکاک هوا در طول کانال هوا و همچنین مقاومت ایجاد شده توسط تجهیزات شبکه (از قبیل فیلترها، صدا خفه کن‌ها، بخاری‌ها، شیرها، دمپرها و سایر اجزا) قابل محاسبه می‌باشد. این محاسبات معمولاً با استفاده از جداول و نمودارهای ارائه شده در کاتالوگ تولیدکنندگان تجهیزات صورت می‌گیرد. در نهایت، افت فشار کل در یک سیستم تهویه برابر با مجموع تمامی مقادیر افت فشار در نقاط مختلف سیستم خواهد بود.
به منظور طراحی بهینه سیستم‌های تهویه مطبوع و جلوگیری از افت فشار نامطلوب، رعایت سرعت هوای توصیه شده در داخل مجاری هوا ضروری است. جدول زیر مقادیر پیشنهادی برای انواع مختلف کانال‌ها را نشان می‌دهد:
- کانال اصلی: 6,0 – 8,0 متر بر ثانیه
- شاخه های فرعی: 4,0 – 5,0 متر بر ثانیه
- کانال های توزیع هوا: 1,5 – 2 متر بر ثانیه
- دریچه های سقفی تامین هوا: 1,0 – 3,0 متر بر ثانیه
- دریچه های خروج هوا: 1,5 – 3,0 متر بر ثانیه
فرمول محاسبه سرعت هوا
رابطه بین سرعت هوا، ظرفیت هوا و سطح مقطع کانال به شرح زیر است:
V = L / (3600 * F) (متر بر ثانیه)
در این فرمول:
- L: ظرفیت هوا بر حسب متر مکعب بر ساعت [m³/hour]
- F: سطح مقطع کانال بر حسب متر مربع [m²]
اهمیت یکنواختی سرعت هوا در کاهش افت فشار
به منظور دستیابی به عملکرد مطلوب و کاهش افت فشار در سیستم کانال کشی، ایجاد سرعت هوای نسبتاً یکنواخت در سراسر سیستم حائز اهمیت است. استفاده از سطح مقطع کانال بزرگ‌تر می‌تواند به توزیع یکنواخت هوا و در نتیجه کاهش افت فشار کمک کند.
در سیستم‌های طولانی که دارای تعداد زیادی دریچه تهویه هوا و دمپر هوا هستند، نصب یک فن در میانه شبکه می‌تواند راهکار موثری باشد. این روش دارای مزایای متعددی است:
- کاهش افت فشار: قرارگیری فن در وسط شبکه سبب کاهش طول مسیر هوا در هر طرف فن شده و در نتیجه افت فشار کلی سیستم کاهش می‌یابد.
- استفاده از مجاری کوچک‌تر: با کاهش افت فشار، امکان استفاده از مجاری با ابعاد کوچک‌تر فراهم می‌گردد که می‌تواند در کاهش هزینه‌ها و فضای مورد نیاز موثر باشد.
به منظور محاسبه دقیق و اصولی سیستم تهویه مطبوع، فرآیند را با ترسیم شماتیک سیستم بر روی کاغذ آغاز نمایید. در این شماتیک، محل دقیق اجزای اصلی سیستم از جمله کانال‌های هوا، شبکه‌های توزیع هوا، فن‌های مکنده و دمنده، و همچنین طول و ابعاد مقاطع مختلف مجاری هوا را به وضوح مشخص نمایید. پس از ترسیم، نسبت به محاسبه ظرفیت هوای مورد نیاز در هر بخش از سیستم اقدام کنید.
مثال جامع محاسبه افت فشار در بخش‌های مختلف کانال هوا
فرآیند محاسبات مربوط به سیستم تهویه مطبوع را با ترسیم شماتیک اجزای آن بر روی کاغذ آغاز نمایید. در این شماتیک، محل دقیق کانال‌های هوا، شبکه‌های توزیع هوا، فن‌های مورد استفاده و همچنین طول هر یک از مقاطع مجرای هوا را به طور واضح مشخص کنید. پس از ترسیم، نسبت به محاسبه ظرفیت هوای مورد نیاز در هر قسمت از سیستم اقدام نمایید.
به منظور محاسبه افت فشار در بازه‌های مشخص شده (بخش‌های 1 تا 6)، از نمودارهای استاندارد افت فشار برای کانال‌های گرد استفاده کنید. برای انجام این محاسبات، تعیین دقیق قطرهای کانال هوا و میزان افت فشار مورد نیاز، با در نظر گرفتن شرایط سرعت مجاز جریان هوا در داخل کانال، امری ضروری است.
گام اول
در این قسمت، میزان جریان هوا معادل 200 مترمکعب در ساعت می‌باشد. با فرض اینکه قطر مجرای هوا برابر با 200 میلی‌متر و سرعت جریان هوا 1.95 متر بر ثانیه باشد، میزان افت فشار به صورت زیر محاسبه می‌گردد: 0.21 پاسکال بر متر ضربدر 15 متر، که حاصل آن 3 پاسکال خواهد بود. (برای اطلاعات بیشتر به نمودارهای افت فشار کانال‌های هوا مراجعه نمایید).
گام دوم
با توجه به اینکه جریان هوای عبوری از این قسمت برابر با مجموع جریان هوای دو بخش دیگر (220 + 350 = 570 مترمکعب در ساعت) است، محاسبات مشابه بخش اول انجام می‌گیرد. با فرض قطر 250 میلی‌متر برای مجرای هوا و سرعت 3.23 متر بر ثانیه برای جریان هوا، میزان افت فشار به این صورت محاسبه می‌شود: 0.9 پاسکال بر متر ضربدر 20 متر، که نتیجه آن 18 پاسکال است.
گام سوم
در این بخش، میزان جریان هوای مورد نیاز 1070 مترمکعب در ساعت است. با فرض قطر 315 میلی‌متر برای کانال هوا و سرعت 3.82 متر بر ثانیه برای جریان هوا، افت فشار به این صورت محاسبه می‌گردد: 1.1 پاسکال بر متر ضربدر 20 متر، که معادل 22 پاسکال خواهد بود.
گام چهارم
جریان هوای عبوری از این قسمت برابر با 1570 مترمکعب در ساعت است. با فرض قطر 315 میلی‌متر برای مجرای هوا و سرعت 5.6 متر بر ثانیه برای جریان هوا، میزان افت فشار به این صورت محاسبه می‌شود: 2.3 پاسکال بر متر ضربدر 20 متر، که حاصل آن 46 پاسکال است.
گام پنجم
میزان جریان هوای عبوری از این قسمت نیز 1570 مترمکعب در ساعت است. با فرض قطر 315 میلی‌متر برای مجرای هوا و سرعت 5.6 متر بر ثانیه برای جریان هوا، میزان افت فشار به این صورت محاسبه می‌گردد: 2.3 پاسکال بر متر ضربدر 1 متر، که معادل 2.3 پاسکال خواهد بود.
گام ششم
جریان هوای عبوری از این بخش نیز 1570 مترمکعب در ساعت است. با فرض قطر 315 میلی‌متر برای مجرای هوا و سرعت 5.6 متر بر ثانیه برای جریان هوا، میزان افت فشار به این صورت محاسبه می‌شود: 2.3 پاسکال بر متر ضربدر 10 متر، که حاصل آن 23 پاسکال است. در نهایت، مجموع کل فشار هوای مورد نیاز در سیستم کانال‌کشی برابر با 114.3 پاسکال محاسبه می‌گردد.
پس از اتمام محاسبات مربوط به افت فشار در کانال‌های مستقیم هوا، نوبت به محاسبه افت فشار در سایر اجزای سیستم می‌رسد. به عنوان مثال، افت فشار در صداگیر کانال هوا برابر با 16 پاسکال و افت فشار در دمپر برابر با 22 پاسکال است. همچنین، افت فشار در دریچه‌های توزیع هوا نیز باید محاسبه گردد. در این مثال، مقاومت کل هوا در 4 شاخه انشعابی، 8 پاسکال ایجاد می‌کند.
محاسبه افت فشار در اتصالات سه‌راهی (T-joints) کانال هوا
نمودارهای تخصصی امکان محاسبه افت فشار در اتصالات سه‌راهی را بر اساس عواملی نظیر زاویه انشعاب، قطر مجرای هوا و ظرفیت جریان هوا فراهم می‌آورند.
مثال: افت فشار ناشی از یک زانویی 90 درجه با قطر 250 میلی‌متر و جریان هوای 500 مترمکعب در ساعت را محاسبه نمایید. برای این منظور، نقطه تلاقی خط عمودی نشان‌دهنده ظرفیت هوا را با خط افقی مربوط به قطر کانال پیدا کنید. سپس، میزان افت فشار را بر روی خط عمودی سمت چپ نمودار، برای زانویی 90 درجه، بیابید که در این مثال برابر با 2 پاسکال است.
در ادامه، فرض می‌کنیم که دریچه سقفی با مقاومت هوای 26 پاسکال در سیستم نصب شده‌اند. حال، تمامی مقادیر افت فشار محاسبه شده برای بخش‌های مستقیم کانال هوا، اجزای شبکه توزیع هوا، زانویی‌ها و دریچه‌های هوا را با یکدیگر جمع می‌کنیم. مقدار هدف برای مجموع افت فشار در این سیستم، 186.3 پاسکال به دست می‌آید.
پس از انجام تمامی محاسبات دقیق، به این نتیجه می‌رسیم که به یک فن خروجی با ظرفیت هوای 1570 مترمکعب در ساعت و توانایی غلبه بر مقاومت هوای 186.3 پاسکال نیاز داریم.
چهار عامل مهم که می‌توانند بر افت فشار سیستم تهویه شما تأثیر بگذارند
افت فشار بالا یا نامتعادل می‌تواند منجر به افزایش هزینه‌های بهره‌برداری و کاهش بازده عملکرد سیستم تهویه شما شود. در این مطلب، به چهار عامل مهمی که می‌توانند بر افت فشار سیستم تهویه در ساختمان شما اثر بگذارند، می‌پردازیم.
1. طراحی و ابعاد دهی
یافتن تعادل بهینه بین حجم هوای مورد نیاز، فضای در دسترس و محاسبه کانال‌های هوا در مرحله طراحی، برای ایجاد جریان هوای متعادل و عملکرد کلی مناسب سیستم بسیار حائز اهمیت است. استفاده از دمپرها یا کانال‌هایی با قطر کمتر، روش‌هایی برای ایجاد تعادل در جریان هوا هستند. وظیفه طراح این است که نسبت بهینه بین اندازه کانال‌ها و افت فشار کلی را پیدا کند تا فشار مورد نیاز فن برای غلبه بر مقاومت و جابجایی حجم هوای لازم در شبکه تهویه به حداقل برسد. اهمیت تعیین ابعاد صحیح زمانی بیشتر نمایان می‌شود که نیاز به افزایش حجم هوای سیستم در آینده پیش آید. برای مثال، افزایش ۱۰ درصدی در حجم هوا می‌تواند موجب افزایش ۲۲ درصدی در افت فشار شود که در نتیجه، توان مورد نیاز برای جابجایی هوا تا ۳۴ درصد افزایش خواهد یافت.
2. انتخاب اجزا
کیفیت و طراحی اجزای سیستم تهویه می‌تواند موجب کاهش یا افزایش افت فشار شود. برای طراحی صحیح سیستم و استفاده مؤثر از فن‌ها یا دستگاه‌های تهویه، داشتن اطلاعات دقیق از میزان افت فشار هر یک از اجزا ضروری است. طراحان سیستم معمولاً از نرم‌افزارهای طراحی و ابزارهای محاسباتی بهره می‌گیرند تا بتوانند مجموع تلفات فشار در سیستم را برآورد کرده و محصولات مناسب را برای بهره‌وری بهتر فن‌ها و واحدهای هوارسان انتخاب کنند.
3. نصب و راه‌اندازی
حتی بهترین طراحی سیستم تهویه در صورتی که به درستی نصب و راه‌اندازی نشود، نمی‌تواند عملکرد مطلوبی داشته باشد. راه‌اندازی دقیق برای اطمینان از نصب صحیح و عملکرد مطابق با طراحی سیستم بسیار مهم است. اندازه‌گیری جریان هوا و بررسی فشارهای بالا یا نامتعادل و همچنین سطح صدا، برای حفظ کیفیت هوای داخل و کارایی انرژی سیستم ضروری است. نصب یا تنظیم دمپرها ممکن است برای ایجاد تعادل جریان هوا و کاهش افت فشار لازم باشد.
4. سرویس و نگهداری
نگهداری منظم و تمیز نگه داشتن سیستم از عوامل کلیدی برای حفظ بازدهی انرژی و کیفیت هوای داخلی است. فیلترهای کثیف به سرعت باعث افزایش افت فشار می‌شوند، بنابراین تعویض فیلترها معمولاً یک یا دو بار در سال توصیه می‌شود. همچنین، کنترل دوره‌ای سیستم توسط تکنسین‌های خدمات فنی باید انجام شود تا عملکرد سیستم، وضعیت محیط داخلی و بهره‌وری انرژی بررسی شود. این بررسی‌ها می‌توانند عدم تعادل در جریان هوا، افت فشار بیش از حد و استفاده غیر بهینه از فن را مشخص کنند. انجام تنظیمات لازم می‌تواند منجر به کاهش مصرف برق فن و افت فشار سیستم شود.
استفاده از اجزای تهویه با افت فشار پایین، نقش بسزایی در افزایش بهره‌وری انرژی و عملکرد کلی سیستم تهویه دارد. بنابراین انتخاب محصولات باکیفیت، با طراحی بهینه جریان و داده‌های دقیق، سرمایه‌گذاری هوشمندانه‌ای در راستای سلامت و صرفه‌جویی اقتصادی محسوب می‌شود.
