منبع: ماهنامه تهویه مطبوع، شماره اول خرداد 82

نوشته‌ی J.paulauskis، C.Vanderburg

برگردان: مهندس مزدک صدری افشار

نادیده انگاشتن اثر آیرودینامیکی سیستم

نادیده انگاشتن اثر آیرودینامیکی سیستم از سوی مهندس یا طراحی می‌تواند ناشی از فقدان اطلاعات، یا به آن سبب باشد که مسئله یا مشکل قابل درک و تجسم نبوده است.

در حین میزان کم کردن و متعادل ساختن هوا و کار اندازی دستگاه‌ها، انرژی بازیابی نشده‌ی گم شده در سیستم به صورت افت فشار زیادی ظاهر می‌شود. این افت فشار زیادی توسط بادزن احساس شده، باعث افزایش افت فشار طراحی و در نتیجه کاهش متناظر در دبی هوا (cfm) نسبت به cfm مطرح می‌گردد (شکل 4).

در برخی موارد، اگر بادزن نصب نشده باشد، اغلب rpm بادزن را زیاد می‌کنند تا دبی هوا درست شود که این امر سبب می‌شود به ناچار توان موتور و درنتیجه سر و صدای بادزن بیشتر گردد. در مواردی دیگر، ممکن است حقیقتا بادزن وامانده (stalled) شود. این امر سبب می‌شود سیستم بی‌فایده گردد و حتی سر و صدای بیشتری تولید کند و منجر به تعویض بادزن یا طراحی مجدد عمده‌ای در سیستم شود.

در هر دو حال، کنترل‌های اصلی برای کنترل سر و صدا ناکافی بوده و یک سیستم پر سر و صدا حاصل می‌گردد. همچنین نیاز به انرژی برقی بادزن بیشتر از حالت طراحی بود و می‌تواند منجر به تعویض و سیم‌کشی مجدد موتور شود.

اگر مهندس یا طراح در طراحی کانال سعی بر در نظر گرفتن اثر سیستم در طرح اولیه‌ی خود داشته باشد، غالباً معمار برای اختصاص دادن فضای بیشتری که مورد نیاز مهندس یا طراح است، مقاومت می‌کند. همچنین جفت و جور کردن تجهیزات مورد نیاز (مثل کویل‌ها، فیلترها و دمپرها) که ساخت تولید‌کننده‌های مختلف هستند، هم‌زمان با کوشش برای رعایت اصول آیرودینامیک بین آن، بسیار مشکل است.

اگر فضای کافی برای تصحیح اثر سیستم (که اغلب مورد اصلی است) در طراحی کانال موجود نباشد، می‌توان بادزنی انتخاب کرد که اثرات سیستم زیادی برایش پیش‌بینی شده باشد. باز هم انرژی بازیابی نشده تلف می‌شود؛ اما با داشتن مقداری مجاز برای اثر سیستم، حداقل می‌توان به دبی هوا و سر و صدای طراحی شده، دست یافت. همچنین باید موتور بتواند درصورتی که بادزن برای rpm بالاتری تنظیم شود، با سطح انرژی بالاتر سازگار باشد و اضافه بار نشود.

طراحی کانال

گرچه ممکن است هزینه‌ی تجهیزات طرح شده‌ی اولیه بالاتر باشد، اما احتمالاً هزینه‌های کاراندازی‌های آتی، بیشتر از آن است. بنابراین، صرفه‌جویی‌های نهایی، هزینه‌ی اضافی تجهیزات را در هنگام گزینش آن‌ها می‌پوشاند.

به‌دلیل آن که به نظر می‌آید اکثر سیستم‌های واقعی در اثر عواملی نظیر فضا، فناوری موجود و قیمت در محدودیت قرار گرفته‌اند، سیستم بادزن-کانالی که برای حداکثر بازیافت انرژی طرح شده ممکن است در ابتدا گران به نظر آید. ولی وقتی هزینه‌های تعویض بادزن‌ها، سیم‌کشی و کاراندازی آن‌ها (متعادل و متوازن ساختن هوا، تنظیم بادزن و غیره) و همچنین هزینه‌های عملکردی در نظر گرفته شوند، نتایج می‌توانند قانع‌کننده باشند.

طراحی کانال

چقدر می‌توان بر آن اندازه گذارد؟

افت فشار  اضافی: اثرات افت فشار سیستم برای کل اجزا در تمامی سیستم کانال می‌تواند کمابیش 1 تا 2 in.Wg (250 تا 500 Pa ) باشد. مقدار واقعی بستگی به محدودیت‌های فضا، گزینش و ترتیب قرارگیری اجزای کانال، و هیئت یا شکل و ترکیب ورودی و خروجی بادزن و سایر عوامل آیرودینامیکی دارد.

مثلا افت فشار یک صداگیر یا اجزای دیگری از کانال بین دو زانویی می‌تواند دو یا چند برابر افت فشار مورد انتظار باشد. بنابراین یک صداگیر یا عنصر دیگری از کانال که در 0.5 in.Wg (125 Pa) افت فشار جدول‌بندی شده است، می‌تواند 1 تا 1.2 in.Wg (250 تا 300 Pa) افت فشار، بر بادزن و کل سیستم اعمال کند.

سر و صدای اضافی: در حالتی که بادزن وامانده نشده باشد، rpm بادزن را می‌توان برای تصحیح اثر سیستم افزایش داد. سطح سر و صدای نهایی می‌تواند تا 5dB افزایش یابد. البته با این فرض که توان موتور و سرعت بادزن به نحو مطمئنی افزوده شده تا عملکرد سیستم ابقا شود و برجا ماند.

اگر پیچانه‌ها و گردبادها مستقیما بر ورودی یک بادزن تولید کننده‌ی سر و صدا برخورد کنند، می‌تواند 10 تا 15dB افزایش سر و صدا را انتظار داشت. از 15 تا 20dB بیشتر می‌تواند در بدترین وضعیت یعنی حالت واماندگی‌های بادزن یا عبور چرخ پروانه از میان گردبادها و پیچانه‌های موضعی شدید رخ می‌دهد.

شکل (5) مثالی را نشان می‌دهد که در آن اثر سیستم الزام می‌کند که اجزای ورودی و خروجی بادزن بازسازی کاملی گردد تا سطح سر و صدا کاهش یابد و به شرایط طرح نزدیک گردد.

سر و صدای کم فرکانس اضافی: با داشتن اثر سیتم، سر و صدای کم فرکانس می‌تواند به این طریق تولید گردد که شارش هوای تخلیه‌ی بادزن و تعامل آشفتگی و ارتعاش مکانیکی با بدنه قابل انعطاف بادزن (یعنی حلزونی)، مقر موتور، سطوح کانال متصل به دستگاه، و حتی سطوح قابل انعطاف کانال در سرتاسر سیستم بادزن-کانال. مشکلات این‌چنینی نظیر سر و صدای کم فرکانس و رُمبیدن کانال ممکن است از منابع پایدار یا ناپایداری در فرکانس‌های 63 Hz و کمتر، با سطح تا 90dB یا بیشتر رخ دهد. این مقادیر سطح باید خیلی قابل توجه باشند زیرا توجه انسان نسبت به این نوع سر و صدای کم فرکانس از آستانه‌ی 65 تا 75dB شروع می‌شود. موردنگاری‌های معمول نشان داده‌اند که سطح سر و صدای کم فرکانس می‌تواند 10 تا 20dB بالاتر از حد قابل قبول باشد.

اسب بخار اضافی وارد بر سیستم برقی: به عبارت ساده‌تر، هر چه اثر سیستم بیشتر باشد، نیاز به اسب بخار بیشتری برای بادزن می‌باشد و بنابراین مصرف برق بیشتر می‌گردد. وقتی برای اثر سیستم، کار تصحیح انجام می‌گیرد، سیستم‌های برقی را نیز باید طراحی مجدد یا تعدیل نمود تا با بارهای بیشتر مورد نیاز بادزن هم‌خوانی داشته باشد.

حتی وقتی که طرح اولیه‌ی بادزن-موتور، جبران اثر سیستم را می‌کند، مالک تاسیسات برای تمام عمر سیستم، هزینه‌ی اضافی انرژی را باید پرداخت کند.

آزمون استاندارد کمکی نمی‌کند. تقریبا همه‌ی آزمون‌های استاندارد برای بادزن‌ها، اجزای کانال و صداگیرها که مربوط به عملکرد شارش هوا و سطح سر و صدا هستند، باعث می‌شوند اثر سیستم در حین عملیات واقعی آزمون آزمایشگاهی به حداقل برسد.

به دلیل این که برای آزمون از طول‌های بلند و مستقیم کانال و بزرگ و کوچک‌شدگی تدریجی برای رسیدن به شارش خوب هوا و اطمینان از بازیابی شارش و به دست آوردن نتایج قابل تکرار استفاده می‌کنند. بنابراین، خیلی طبیعی است که داده‌های استخراج شده از آزمون استاندارد، اثر سیستم را نادیده گرفته باشد.

این مسئله سبب می‌شود که برای مهندس یا مشاور، به حساب آوردن اثر سیستم، بسیار دشوار است و ناممکن گردد. برخی جداول رهنمود گونه وجود دارد که سازمان‌های صنعتی و تولید‌کنندگان بادزن، صداگیر و سایر اجزای کانال تهیه کرده‌اند.

اما حتی با وجود این جدول‌ها نیز به حساب آوردن اثر سیستم به دلایل زیر بسیار مشکل است؛ فقدان اطلاعاتی که تولیدکننده باید بدهد، نبود کمکی در این مورد، یا عدم درک این مسئله که چقدر اثر سیستم می‌تواند روی سیستم بادزن-کانال اثر بدی بگذارد.

نتیجه‌گیری

تأثیر مهم و فزاینده‌ی اثر آیرودینامیکی سیستم بر شارش هوا و سر و صدای هر سیستم بادزن-کانال می‌تواند منجر به عملکرد نامطلوب سیستم و تولید سر و صدای زیاد گردد، مگر آنکه این اثرات به هنگام گزینش بادزن و کانال به حساب آمده باشند.

اینکه یک یا همه‌ی منابع اثر سیستم را بتوان به نحو موفقیت‌آمیزی به حساب آورد یا با طراحی سیستم، آن را تعدیل کرد، بستگی به فضای موجود، اطلاعات و زمان در دسترس دارد.

اما تصحیح و به حساب آوردن اثر سیستم در همان مراحل اولیه‌ی طراحی پروژه، بیشتر امکان‌پذیر است و موجب می‌گردد ارزان‌ترین راه برای کاستن از اندازه‌ی بادزن گردد، سیستم آرامتری به جود آید و مصرف انرژی، هزینه‌های عملیاتی و هزینه‌های نصب کمتر شود.

انتظار برای آنکه یک سیستم بادزن-کانال نصب گردد و کار انداخته شود و تازه بعد از آن معلوم شود اثر آیرودینامیکی سیستم چگونه است، می‌تواند بسیار هزینه بردارد و سر و صدای تولیدی آن بیش از حد انتظار یا طراحی گردد.

برای مشاهده متن کامل، اینجا را کلیک کنید.