آسایش با یک قالب یخ – بخش دوم

آسایش با یک قالب یخ – بخش اول
تیر ۶, ۱۳۹۷
آسایش با یک قالب یخ – بخش سوم
تیر ۱۷, ۱۳۹۷

آسایش با یک قالب یخ – بخش دوم

ماخذ: نشریه تهویه و تبرید – خرداد ۱۳۸۳

…………

در ابتدا این نتایج به‌طور وسیعی تعریف می‌شد. این مسئله به‌ویژه درباره چند سیستم خنک‌کننده رفاهی که بین سال‌های ۱۸۸۰ و اوایل ۱۸۹۰ طراحی شد درست است و این چند سیستم معدود، از نوع یخی بودند. احتمالاً مشهورترین آن‌ها همان بود که از یخ برای تسکین ناراحتی رئیس‌جمهور جیمز گارفیلد استفاده می‌کرد که در اثر سوءقصد ناشی از گلوله در سال ۱۸۸۱ در بستر مرگ بسر می‌برد. این سیستم در جزوه “گزارش‌های افسران نیروی دریایی درباره سیستم تهویه و خنک‌سازی کاخ ریاست در زمان بیماری پرزیدنت گارفیلد ” که در سال ۱۸۸۲ منتشر شد شرح داده‌شده است. به نظر می‌رسد که مهندسین نیروی دریایی او را از میان چندین پرده نازک کتانی که مخلوط یخ – نمک از یک منبع در بالا روی آن‌ها چکانده می‌شد می‌گذراندند. هوای خنک از طریق کانال به اتاق رئیس‌جمهور منتقل می‌شد که در نتیجه دمای هوای عبوری ۲۰ درجه فارانهایت (۱۱ درجه سانتی‌گراد) پایین می‌آمد. نتیجه مطلوب یعنی خنک کردن اتاق رئیس‌جمهور یک نتیجه تعریف‌شده وسیع بود. هرگونه کاهش دما قابل‌قبول بود.

سیستم خنک‌کننده دیگری در سال ۱۸۸۹ برای سالن موسیقی کارنگی توسط مهندس مشاور آلفرد وولف طراحی شد. وولف احتمالاً نخستین مهندس موفق گرمایش و تهویه بوده و برخی از مهم‌ترین سیستم‌های خنک‌کننده در پایان قرن نوزدهم را طراحی کرده است. در نخستین تلاش، وی از یخ استفاده کرد. اسناد ساختمانی سیستم وی را چنین شرح می‌دهد:

هوای تازه در هر دمای دلخواه به مقدار زیاد ولی با سرعت کم‌عرضه می‌شود و هوای استفاده شده تخلیه می‌گردد. به‌طورکلی، هوای تازه (گرم یا سرد شده) از طریق سوراخ‌هایی در سقف یا نزدیکی آن وارد می‌گردد و تخلیه از طریق دهانه‌ها یا رایزرهایی در نزدیکی کف صورت می‌گیرد و با عبور از یک سیستم پیچیده کانال‌ها که از درون ساختمان ایجاد شده در بالای سقف خارج می‌گردد.

هوا از طریق سطح گرم‌کننده یا از میان طبقات یخ توسط چهار دمنده قدرتمند هر یک به ارتفاع ۱۲ فوت (۳.۷ متر) و از درون سیستم کانال‌های هوای تازه به بخش‌های مختلف ساختمان منتقل می‌شود.

سطح گرم‌کننده و دیگر وسایل طوری تقسیم شده‌اند که تغییرات جوی را می‌توان بلافاصله جبران کرد و دمای هوا را برای گرمای تابستان یا سرمای زمستان تنظیم نمود.

بخش خنک‌کننده این سیستم برای حفظ یک دما و رطوبت مشخص طراحی نشده بود. وولف از این نتیجه که دمای اتاق پایین بیاید راضی بود. کارآمدی سیستم سالن کارنگی نامعلوم است و تأییدی بر استفاده آن در دسترس نیست.

بیشتر سیستم‌های خنک‌کننده یخی در دهه بعدی به دست آمدند. تئاتر برادوی در نیویورک از ابتدای سال‌های ۱۸۹۰ یک سیستم تهویه یخی به مدت ۱۰ سال استفاده می‌کرد.

در این سیستم، هوای بیرون را از روی قالب‌های یخ که بر روی تشت‌های چوبی قرار داشت عبور داده و از طریق دریچه‌ها وارد سالن می‌کرد. تئاتر کیت در فیلادلفیا در سال ۱۹۰۳ برای هر اجرای نمایش از یک تن یخ استفاده می‌کرد. این سیستم با القای طبیعی و خروج هوای گرم از پنجره‌هایی در بالای تالار در نظر گرفته شده بود. یک مهندس بنام سی.م.استوکز در این مورد این‌گونه توضیح داده است: من در هوای گرم در تالار بوده‌ام. در واقع در روزهای گرم به آنجا می‌روم تا خنک شوم. می‌توانید به دریچه روی کف نگاه کنید تا یخ را ببینید.

این سیستم‌ها در یک نشست فنی در ژانویه ۱۹۰۳ جامعه آمریکایی مهندسین گرمایش و تهویه مطرح‌شده است. این اولین باری است که موضوع خنک‌سازی رفاهی با استفاده از یخ به این جامعه ارائه می‌شد. موضوع ظاهراً توجه مهندسین گرمایش و تهویه را جلب نمود زیرا بحث‌های پس از ارائه مقاله سه برابر خود مقاله در صورت‌جلسه منتشرشده ASHVE جا گرفته است.

سیستمی که چنین توجهی را جلب کرد یک سیستم خنک‌کننده یخی است که در دبیرستان محلی در اسکرانتن به کار رفته بود. از سال ۱۹۰۱ تا حداقل سه سال بعد از آن تالار در زمان برگزاری مراسم فارغ‌التحصیلی در ماه ژوئن به این طریق خنک می‌شده است. آسایش ۱۴۰۰ نفر با گردش ۳ میلیون فوت مکعب (۸۵ میلیون لیتر) هوا در ساعت فراهم می‌شد که از روی قالب‌های یخ می‌گذشت. (شکل ۲) هوا در بالای دیوارها تخلیه می‌شد و از دریچه‌های روی کف در میان ردیف‌های صندلی پخش می‌گردید. در حدود ۶.۵ تن (۵۹۰۰ کیلو) یخ برای خنک کردن در یک شب معمولی برای حفظ اختلاف دمای حدود ۱۵ درجه فارانهایت بین بیرون و داخل مصرف می‌شد. لگن‌های کلرید کلسیم برای کاهش رطوبت در صورت لزوم در مسیر هوا قرار داده می‌شد. مقدار کلرید کلسیم برای کاهش رطوبت در صورت لزوم در مسیر هوا قرار داده می‌شد. مقدار کلرید کلسیم به کار رفته با تصمیم‌گیری درباره سطح رطوبت تعیین می‌شد سپس افزودن تشک‌های خشک‌کن و کنترل هوا توسط رطوبت‌سنج نتیجه مطلوب به دست آید.

چهار سال بعد تئودور وینشنک، عضو ASHVE سیستم خنک‌کننده تئاتر ایندیانا پولیس که پیش از سال ۱۹۰۷ از یخ استفاده می‌کرد را شرح داد:

در زمان افتتاح یکی از تئاترها، یک مهندس، خنک کردن ساختمان را بر عهده گرفت. دمای بیرون ۸۵ درجه فارانهایت (۲۹ درجه سانتی‌گراد) بود. هوای بیرون از طریق یک کانال تعدادی سبدهای سیمی قرار داده بودند که پر از یخ خرد شده بودند. سبدها طوری قرار گرفته بود که هوای ورودی به فن باید از رو یا از میان سبدها می‌گذشت. مهندس توانست دمای تالار را به ۷۰ درجه فارانهایت (۲۱ سانتی‌گراد) برساند.

یخ حداقل در بعضی از سیستم‌های خنک‌کننده رفاهی به کار می‌رفت. ولی آیا می‌توانست با سردسازهای مکانیکی مقابله کند؟

کارایی یخ زیر سؤال می‌رود

برخی سیستم‌های خنک‌کننده یخی نتایج خوب و یکسانی به همراه نداشتند.

لیچستر آلن که در سال ۱۸۹۳ در نشریه گرمایش و تهویه می‌نوشت این‌طور توضیح می‌دهد:

با این حال یک نقطه‌ضعف در این سیستم خنک‌کننده وجود دارد. وقتی هوای گرم که قبلاً با وسایلی خشک نشده است از سطح سرد عبور داده می‌شود، رطوبت آن پس از خنک شد به نقطه اشباع نزدیک می‌شود و اگر تا پایین‌تر از نقطه اشباع خنک نشود تا مقداری از رطوبت با فرآیند خنک شدن کم می‌شود. هوا تشنه رطوبت با فرآیند خنک شدن کم می‌شود. هوا تشنه رطوبت نیست تا زمانی که دوباره با گرمای اتاقی که به آن وارد می‌شود گرم شود. خشکی همزمان هرگز با این روش به دست نمی‌آید.

ده سال بعد پروفسور ویلیام کنت این‌گونه گزارش می‌دهد:

می‌دانم تلاش‌هایی برای خنک کردن با یخ انجام شده که به دلیل رطوبت بیش از حد شکست‌خورده است. به نظر می‌رسد اگر هوای نزدیک به حالت اشباع را به داخل اتاقی پر از یخ هدایت کنید، هوای خروجی کاملاً اشباع می‌شود. سپس اگر همان هوای سرد را به سالنی وارد کنید که هوای گرم نزدیک به نقطه اشباع دارد، مه ساخته می‌شود و همین‌طور رطوبت بر روی دیوارها باقی می‌ماند.

آلن و کنت هر دو سیستم‌های یخی را به دلیل بی‌کفایتی سرزنش می‌کنند، با این حال این سرزنش‌های موجه شناخته نشده است.

مهندسین امروزی که سیستم‌های خنک‌کننده قدیمی را بررسی می‌کنند متوجه می‌شوند که این سیستم‌ها هوا را به‌خوبی مخلوط و پخش نمی‌کرده‌اند و طراحی آن‌ها نیز به‌خوبی رابطه نهفته و حساس خنک کردن را در نظر نگرفته است. این علم و عمل در دوره بین ۱۸۹۰ تا ۱۹۱۰ دوران نوزادی خود را می‌گذرانده است.

در اوایل سال‌های ۱۹۰۰ دانش تبرید متحول شده بود. تأثیر رطوبت بر راحتی انسان درک شده بود زیرا می‌توان آن را به‌طور شخصی تجربه کرد. ارتباط بین رطوبت با دما، وسایل اندازه‌گیری آن و کنترل آن موضوع مطالعه و بحث بود.

پیدایش رویکرد علمی به تهویه مطبوع به انتشار کتاب پروفسور آلمانی هرمان رایچل در ۱۸۹۴ برمی‌گردد: راهنمای محاسبه و طراحی تاسیسات تهویه و گرمایش (شکل ۳). این کتاب دارای بخشی به نام “خنک کردن اتاق‌ها ” بود که مسائلی از قبیل کنترل رطوبت و غیره را بررسی می‌کند.

این اولین بار بود که مهندسین کتاب مرجعی درباره روش خنک‌کنندگی داشتند. گرشون مکلر در سال ۱۹۹۴ دستاورد رایچل را شرح می‌دهد: کاری که رایچل انجام داد در واقع استفاده از درک علمی خود برای تبیین یک مشکل به زبان مهندسی بود یعنی تعیین متغیرها و ارائه یک قالب مهندسی قرار می‌دهد آن را برای مهندسین بیشتر قابل‌دسترسی می‌کند، رایچل پیشگام علم مهندسی تهویه مطبوع می‌باشد.

عضو مؤسس ASHVE آقای هرمان ایزرت علم تهویه مطبوع رایچل را به حرفه مهندسی ایالات‌متحده در سال ۱۸۹۶ ارائه نمود. کمی بعد کنترل رطوبت به هدف اصلی تبدیل شد. این هدف آلفرد وولف که سیستم HVAC را برای بورس نیویورک در سال ۱۹۰۱ طراحی نمود و همچنین ویلیز کریر بود که در طراحی سیستم خود برای شرکت سکتن ویلهلم لیتوگرافیک در سال ۱۹۰۲ به دنبال آن بود. هر دو از سردسازی مکانیکی برای تحقق اهدافشان استفاده کردند. چرا وولف روش یخ را که سال‌ها پیش در تالار کارنگی به کار گرفته بود کنار گذاشت؟ چرا کریر تصمیم گرفت از یخ برای سیستم خود استفاده نکند؟

ظاهراً نه وولف و نه کریر توضیحی برای ترجیح سردسازی مکانیکی در سیستم‌های خنک‌کننده ارائه نداده‌اند. می‌توانیم فکر کنیم که دلایل زیادی وجود داشته است.

این واقعیت که کنترل رطوبت با سیستم مکانیکی ممکن می‌شود بی‌شک یکی از دلایل بوده است. دلیل دیگر راحتی است. سردسازی مکانیکی بنا بر نیاز عمل می‌کند. استفاده از یخ به‌عنوان خنک‌کننده احتیاطی در مواقعی در نظر گرفته شده است که تمایلی به انبار کردن آن در محل باشد یا ترتیب تحویل فوری آن در زمانی که نیاز به خنک کردن هوا هست داده‌شده باشد. با این حال دلیل دیگر می‌تواند تردید عمومی نسبت به تمیزی یخ باشد. سیستم وولف برای سالن بورس نیویورک از نوع هم زایشی و خنک‌کنندگی در واقع رایگان بود. بورس نیویورک نیازی به پرداخت هزینه یخ نداشت.

در دوره منتهی به جنگ جهانی اول تاسیسات بیشتری با سیستم‌های خنک‌کننده رفاهی دیده شد. این‌ها سیستم‌های بزرگی بودند که در هتل‌ها، ادارات، رستوران‌ها، فروشگاه‌ها، بیمارستان‌ها و تئاترها به کار می‌رفت. در مقایسه با سیستم‌های گرمایش، تعداد این‌ها بسیار اندک است. با این حال بیشتر این سیستم‌ها که در نوشته‌های معاصر شرح داده‌شده است از سردسازی مکانیکی بهره می‌گرفته‌اند. به نظر می‌رسد که سیستم‌های خنک‌کننده نوع یخی جای خود را به سیستم‌های سردساز مکانیکی می‌داد.

یخ دوباره ظهور می‌کند

تا سال‌های ۱۹۲۰ در بسیاری از خانه‌های آمریکا یخچال‌هایی وجود داشت که از یخ استفاده می‌کرد. با این حال این “جعبه یخدان‌ها ” به‌تدریج ناپدید می‌شد و جای آن‌ها را یخچال‌های برقی یا گازی می‌گرفت. در ابتدا، صنعت یخ تهدیدی از کاربرد سردسازهای مکانیکی در خانه‌ها حس نمی‌کرد.

پیش از سال‌های ۱۹۲۰ این یخچال‌ها گران و غیرقابل اعتماد بود. این وضعیت پس از سال ۱۹۲۵ با بهبود کیفیت و قیمت یخچال‌های مکانیکی خانگی تغییر کرد. در اواخر سال‌های ۱۹۲۰ واحدهای مکانیکی تهدیدی جدی برای صنعت یخ محسوب می‌شد که به دنبال وسیله‌ای برای جایگزینی تجارت از دست رفته‌اش بود. یک راه ممکن، استفاده دوباره از یخ برای خنک‌کنندگی رفاهی بود. صنعت یخ به این فکر می‌کرد که آیا می‌تواند فروش یخ به خانه‌ها و مشاغل که تحت تأثیر یخچال‌های مکانیکی قرار گرفته بود را با فروش یخ برای خنک کردن هوای این مکان‌ها جایگزین کند؟

دانلود فایل PDF

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

اشتراک رایگان تاسیسات نیوز
هفته نامه تاسیسات نیوز تنها نشریه الکترونیکی تاسیسات ایران است. با عضویت در سایت کاشانه این نشریه را هرهفته در میل باکس خود رایگان دریافت کنید.البته عضویت مزایای دیگری نیز دارد...