■ سيستم‌های توليد آب داغ آنی

از آنجا که بخار يک منبع انرژی موثر و کارآمد برای گرم کردن آب جهت کاربردهای تجاری و صنعتی است، می‌توان به جای مخازن ذخيره که محل مناسبی برای رشد باکتری‌ها هستند، از روش ديگری برای توليد آب داغ استفاده نمود.
اين روش، توليد آب داغ آنی بدون مخزن نام دارد. دو نوع اصلی از اينگونه سيستم‌ها طراحی شده‌اند که در هر دو نوع، مخازن که آمپلی فاير و جايگاه تکثير باکتری‌ها می‌باشند حذف گرديده‌اند.
اين دو نوع سيستم اختلافات قابل ملاحظه‌ای با يکديگر داشته و بر اساس نحوه پاسخ و عملکردشان از يکديگر متمايز می‌شوند. يکی از آنها بر پايه‌ی اصل بخوراند (feedback) و ديگری بر مبنای اصل پيشخوراند (feed-forward) عمل می‌کند.
سيستم‌های توليد آب داغ آنی از نوع feedback، زمانی از خود عکس العمل نشان می‌دهند که به آب داغ نياز باشد و بين زمانی که سيستم احساس می‌کند که به آب داغ بيشتری نياز است و زمانی که بوسيله بخار، آب را گرم می‌کند.
تاخير و ديرکرد اندکی وجود دارد. در اين نوع سيستم يک احساسگر (sensor) داخل لوله آب خروجی تعبيه شده است. اين احساسگر، سيگنال حرارتی را از طريق يک لوله مولينه به شير تنظيم‌کننده دما منتقل می‌کند.
اين شير فشار، بخاری را که به قسمت مبادله‌کننده حرارتی وارد می‌شود تنظيم کرده و بدينوسيله دمای آب خروجی را کنترل می‌کند. دمای آب در اين سيستم به اندازه کافی بالا نمی‌رود تا بتواند باکتری‌ها را سريعا از بين ببرد. نابودی باکتری‌ها در دمای ۱۵۸F (۷۰C) يا بالاتر رخ می‌دهد، در حالی که دمای آب خروجی معمولا در محدوده‌ای است که باکتری‌ها می‌توانند در آن زنده بمانند.
سيستم‌های توليد آب داغ آنی از نوع feed-forward به گونه‌ای ديگر عمل می‌کنند. آنها آب بسيار داغ را با آب سرد مخلوط می‌کنند تا دماي آب به محدوده 110F (43C) تا 120F (49C) برسد. همانطور که قبلا ذکر شد در اين نوع سيستم نیز همانند سیستم feedback، مخازن ذخيره حذف شده‌اند.

شکل2 :طرحی از یک سیستم تولید آب داغ لحظه‌ای پیشخوراند. به حلقه گرمایی دقت کنید.

در سيستم‌های از نوع feed-forward (شکل2) زمان عکس‌العمل وابسته به تقاضا و نياز به آب گرم است و سيستم بر اثر فشار اختلاف ايجاد شده توسط اين تقاضا بين آب ورودی و آب خروجی، شروع به عمل می‌کند. در اين نوع سيستم، يک شير ديافراگمی فشار ديفرانسيل تعبيه شده است که جهت آب را در سيستم کنترل می‌کند.
علاوه بر اين شير کنترل‌کننده جريان آب، يک محفظه حاوی بخار با فشار ثابت و نيز لوله مبادله‌کننده حرارتی سيستم را تکميل می‌کنند. در سيستم feed-forward آب بسيار داغ شده و در دمای 158 فارنهايت (70درجه سانتيگراد) استريل می‌شود.
در اين دما، باکتری‌های لژيونلا نيز کشته می‌شوند. سپس آب داغ بسته به ميزان تقاضا به مقدار متناسب با آب سرد مخلوط می‌شود تا به دمای تنظيم شده قسمت خروجی برسد. دمای آب سرد ورودی معمولا به کمتر از 68 درجه فارنهايت (20درجه سانتيگراد) می‌رسد که اين دما پايين‌تر از محدوده دمايی مناسب برای رشد و تکثير باکتری است.
سيستم feed-forward توصيه‌های ASHRAE در خصوص جلوگيری از تکثير باکتری‌ها را به خوبی برآورده می‌کند. در اين سيستم مخزن ذخيره و همچنين هيچگونه تجمعی از آب راکد وجود ندارد زيرا آب داغ تنها هنگام نياز تهيه می‌شود. به اين ترتيب منابع تقويت‌کننده رشد ميکروب حذف شده‌اند.
زمانی که به آب داغ نياز نباشد آن مقدار آبی که در هيتر باقی مانده نيز به خاطر وجود فشار بخار ثابتی بر روی مبادله کننده حرارتی، تا بيش از 200درجه فارنهايت (93درجه سانتيگراد) داغ خواهد شد. همانطور که قبلا ذکر شد در سيستم feed-forward، شير ديافراگمی فشار ديفرانسيل جريان آب را به داخل مبادله‌کننده حرارتی تنظيم می‌کند.
هنگاميکه نياز به آب داغ افزايش می‌يابد، يک افت فشار متناسب با حجم آب مورد نياز بين آب ورودی و آب خروجی ايجاد می‌شود. اين افت فشار توسط شير ديافراگی فشار ديفرانسیل تشخيص داده شده و اين باعث می‌شود تا شيرهای سه‌گانه آن به گونه‌ای تغيير وضعيت دهند که در نهايت آب به سمت مبادله‌کننده حرارتی جريان يابد و در همان زمان مقدار متناسبی از آب ورودی به يک محفظه مخلوط کننده وارد شده و پس از اختلاط آب داغ و آب سرد و رسيدن به دمای مورد نظر، از سيستم خارج می‌شود.
غير از مسئله لژيونلا، ايمنی ديگری را نيز بايد در خصوص سوختگی‌های تصادفی مد نظر قرار دارد؛ در سيستم feed-forward عدم توانايی تنظيم‌کننده در پايين آوردن فشار بخار قبل از اينکه آب بيش از حد داغ شود، می‌تواند شرايط ايجاد سوختگی را فراهم کند.
همچنين در اين سيستم، کنترل‌کننده‌ها می‌توانند باعث نوسانات دما به صورت نادرست و حتی خطرناک شوند که اين ممکن است باعث بروز خطر سوختگی گردد. موقعيت احساسگر در لوله آب خروجی و عکس‌العمل کُند تنظيم‌کننده‌های دما منجر به کنترل دما با دقت کمتری می‌شود.
برای مثال هنگاميکه بايد تغييرات درجه حرارت از دماي پايين به دمای بالا صورت گيرد، تاخيرات زمانی که در عکس‌العمل تنظيم‌کننده دما رخ می‌دهد باعث افت قابل توجهی در دمای آب خروجی می‌شود. بر عکس وقتی که به تغييرات دمايی از حرارت بالا به حرارت پايين نياز باشد، اين تاخير در عکس‌العمل نشان دادن تنظيم‌کننده‌ها باعث داغ شدن بيش از حد آب خروجی و در نتيجه احتمال ايجاد سوختگی می‌شود.
خاموش و روشن شدن دائم در سيستم تنظيم‌کننده‌ها بخار می‌تواند باعث مستهلک شدن زودرس المنت ترموستاتيک شود. بعلاوه هنگامی که ترموستاتيک در وضعيت داغ خراب شود منجر به خروج مقدار زيادی آب داغ سوزاننده می‌گردد.
اما در سيستم‌های feed-forward فشار ثابت بخار در دمای آب خروجی قابل پيش‌بينی است که اين امر، امکان نوسانات دمايی خطرناک را از بين می‌برد. در اين سيستم همانطور که ذکر شد بجای شير تنظيم‌کننده دما، يک شيار ديافراگی حساس به فشار آب تعبيه شده است که از طريق عملکرد هماهنگ سه شير داخلی آن، دمای آب خروجی را فقط بسته به نياز کنترل می‌کند. در صورت خرابی شير نظير پارگی ديافراگم، فقط آب سرد توضيع می‌شود بنا براين خطر سوختگی تصادفی وجود نخواهد داشت.

■نتيجه‌گيری

سيستم‌های توليد آنی آب داغ لحظه‌ای از نوع feed-forward قادرند نياز به توليد آب داغ را تامين نمايند بدون اينکه شرايطی را برای رشد و تکثير لژيونلا مهيا کنند.
بعلاوه اين سيستم‌ها با گرم کردن آب و رساندن آن به دمای استريليزاسيون باعث کنترل و نابودی باکتری‌ها شده و همچنين اين موجب صرفه‌جويی در انرژی می‌شوند زيرا آب تنها زمانی که نياز باشد گرم می‌شود. ايمنی کار و جمع و جور و کم حجم بودن نيز از ديگر مزايای اين سيستم‌ها می‌باشند. (شکل 3)

شکل3 :سیستم پیشخوراند موازی. در این سیستم، ظرفیت افزایش یافته و در عین حال حداقل مساحت (هفت فوت مربع) اشغال می‌شود.

دانلود قسمت دوم مقاله گرم کردن آب برای کنترل لژیونلا