مسلما مهندسین و تکنیسین های که در صنعت تهویه مطبوع فعالیت دارند در کارهای خود بارها با انواع وسایل اندازه گیری سر و کار  پیدا می کنند. می دانیم هدف از به کار گیری فرایند تهویه مطبوع در داخل ساختمان ها تامین شرایط راحتی افرادی است که بمنظور زندگی ، کار و ... در آن ساختمان حضور دارند . برای دست یابی به  بهترین شرایط ، مهندسین و تکنیسین محترم کیفیت هوا باید بطور منظم  و با دقت زیاد  عملکرد  فرایند  و متغیرها  تهویه را  بررسی  و اندازه گیری کند.به امید خداوند قصد دارم در  یک سری مقالات دنبال دار  دوستان تهویه کار را بیشتر با مباحث اندازه گیری آشنا کنم انشا ا.. . این قسمت را با اندازه گیری جریان هوا در کانال شروع می کنیم.

اندازه گیری جریان هوا در کانال

بی شک مهندسین و کمک مهندسین  تهویه مطبوع می بایست با فرآیند جابجایی هوا از یک ناحیه به ناحیه  دیگر و روش ها ی  اندازه گیرآشنا  باشید. می دانیم اگر سرعت هوا در کانال بیش از حد زیاد باشد این امر باعث ایجاد سر و صدا و محیطی نا مطلوب در محیط  تهویه خواهد کرد. از طرفی اگر مقدار هوا انتقالی به محیط خیلی زیاد یا کم باشد این امر باعث سرد و گرم شدن محیط  خواهد شد.این شرایط  محیط  نامطلوب  و نا مناسبی را تهویه  ایجاد خواهد کرد. لذا بهتر است  همه مهندسین تهویه   با روش ها محاسبات  سرعت حرکت  هوا  و مقدارآن آشنا باشند .

 

تعیین CFM در کانال اصلی و انشعابات آن یکی از قسمت های اصلی TAB (آزمون تنظیم و متعادل سازی) است. مهندسین تهویه می بایست به کیفیت هوای داخلی (IAQ) بسیاراهمیت دهند ، زیرا مشکلات IAQ اغلب در گردش هوا در محیط تهویه مطبوع قرار دارد، لذا  مهندسین تهویه باید با اندازه گیری جریان در کانال نسبت به رفع آنها اقدام کند.

 

2

چرا هوا جریان می یابد

سیستم آب در خانه ها معمولا تحت فشار حدود 4 بار ( psi  58  پوند بر اینچ مربع ) است ، وقتی که آب در قسمتی باز می شود ، فشار خط در شیر آب به صفر کاهش و همین امر باعث به جریان یافتن آب می شود. هوا نیز مثل آب یک سیال است و به همین خاطر در صورت وجود اختلاف فشار از یک قسمت به قسمت دیگر جریان می یابد. در یک کانال هوا فشار زیاد به فشار کم جاری می شود . افزایش فشار در فرایند تهویه مطبوع  توسط بادزن ایجاد می گردد. اختلاف فشار و مقاومت فرایند ، مقدار هوای جاری در کانال را تنظیم می کنند، هر چقدر اختلاف فشار بیشتر باشد ، سرعت و مقدار هوا جاری در کانال بیشتر می شود.

اما  قبل از ورود به بحث بهتر است برای درک بهتر به  مرور و بررسی  چند واژه اشاره داشته باشیم  .

فشار اتمسفر

Atmospheric Pressure

سیاره ما توسط گازهای مختلف اتمسفر تا ارتفاع 50 مایل(تقریبا80 کیلومتر) سطح کره را فرا گرفته است.

گاز های که اتمسفر را تشکیل  می دهند دارای مولکولهای هستند که در هرسوی در حالت حرکت هستند ولی این جنب و جوش و حرکت در محدوده 50 مایل ارتفاع ودر محدوده نیروی جاذبه زمین است.

وزن این مولکولها فشاری را به سطح زمین وارد می کند که به فشار اتمسفر معرف می باشد

 

 

 

3

این فشار در سطح دریا بیشتر است و معمولا psia7/14 در نظر گرفته می شود،

 

 

 

اما با افزایش  ارتفاع از سطح دریا این فشار کاهش می یابد.

 

 

 

 

4

فشار نسبی

فشار نسبی همان فشاری که با استفاده از یک فشار سنج اندازه گیری می شود. بر روی اکثر و سایل  اندازه گیری فشار  تنها عبارت PSI حک می شود ، ولی توجه داشته توجه داشته باشید که فشاری که توسط این فشار سنج ها اندازه گیری می شود ف همان فشار نسبی (PSIG) است.

فشار مطلق

به مجموع فشار جو و فشار نسبی فشار مطلق گفته می شود . همانطور که قبلا بدان اشاره داشتیم فشار در سطح  دریا  psi  7/14 است .  بنابر این در سیستمی که در سطح دریا نصب شده و در حال کار است  ، اگر فشار کار کرد توسط فشار سنج  psig 22   را نشان می دهد ، می توان گفت که فشار مطلق آن psiA 7/36

 

psiA 7/36= 7/14 + 22

 

 

واحد های اندازه گیری

 

اینچ آب نسبی ( " wg) : این واحد معمولا برای اندازه گیری فشار هوا در داخل کانال ها و یا اختلاف فشار های جزئی در داخل لوله ها مورد  استفاده قرار می گیرد.

فوت آب یا ft   H₂O : این واحد عمدتا برای اندازه گیری فشار آب در داخل لوله ها مورد استفاده قرار می گیرد و مبنای آن نیز فشار ایجاد شده توسط ستون آب است . این واحد گاهی به نام هد و یا فشار سر نیز عنوان و مورد استفاده قرار می گیرد.

پوند بر اینچ مربع(psi) : این واحد معمولا برای اندازه گیری فشار جو، فشارآب در لوله  و یا گاز در یک فرایند مورد استفاده قرار می گیرند .

این واحدها تبدیل را بخاطر بسپارید

H₂O  0.09  = psi    0.04  = "Wg

Psi  0.04 = ft water 1

ft water  2.31 = psi  1

 

 

 

 

 

 

 

5

برای اندازه گیری فشار مطلق می توان از بارومتر استفاده کرد

 

 

فشار نسبی

 

 

 

6     

اندازه  گیری  CFM

تعیین  CFM در کانال، انشعابات و خروجی یکی از قسمت های اصلی آزمون تنظیم و متعادل سازی ( TAB)  است. می دانیم مقدار جریان هوا در کانال مستقیما معمولا اندازه گیری  نمی شوند مگر با استفاده از هود های جریانی که متاسفانه در ایران ما چندان یافت  و مورد استفاده قرار نمی گیرد.لذا بهتر است با استفاده از سایر وسایل دیگر اندازه گیر  نسبت به محاسبه آن اقدام کرد، یعنی

• با اندازه گیری فشار سرعتی
• بدست آوردن میانگین فشار سرعتی
• استفاده از معادله          سرعت ×  مساحت =  CFM

اما قبل پرداختن به فشار سرعتی بهتر است با فشار استاتیک  آشنا شویم 

فشار استاتیک

همانطور که قبلا بدان اشاره داشتیم ، محیطی که ما در آن زندگی می کنیم فشار حدود psia  7/14  بر روی بدن ما و تمام اجسام محیط ما ایجاد می کند ، این فشار را می توان فشار استیک نامید ، استاتیک یعنی بدون وجود حرکت .در فرایند تهویه مطبوع هوای رانده شده توسط بادزن بر کناره های کانال باعث وارد کردن  فشار به آن می شود، این فشار را فشار استاتیک می نامند، این فشار را معمولا با P_s  مشخص می کند.

 

توجه به فشار استاتیک هنگام ساخت کانال مسئله مهمی است ، فشار استاتیک خیلی زیاد موجب شکم دادن دیواره کانال می شود.

 

 

 

7

فشار سرعتی

با وزیدن باد ، بدن ما  با یک فشار اضافه بنام فشار سرعتی روبرو می شود، اما در فرایند تهویه ومطبوع به فشار ناشی از حرکت هوا در کانال را فشار سرعتی می  نامند، این نیرو در جهت حرکت هوا ایجاد می شود و معمولا با P_v    مشخص می شود.

 

 

 

8

فشار کل

فشار کل در کانال، مجموع فشار استیک و فشار سرعتی است ، یعنی ما در کانال های تهویه با سه نوع فشار سر و کار داریم

 

1. فشار استیک P_s  فشار روی دیواره های کانال
2. فشار سرعتی P_v  فشاری که ناشی از حرکت هوا در کانال است
3. فشار کل P_T  فشار کلی هوا است که برابر با حاصل جمع  فشار استاتیک Ps  فشار سرعتی Pv  است.

Pv                                    + Ps   = PT 

 

 

 

9

تغییرات فشار در کانال

در مبحث اندازه گیری فشارهای  استاتیک، سرعتی و کل در کانال  ما  با پدیده ای به نام مقاومت روبرو هستیم ، که ضمن الزام به آشنای باید با روش های  اندازه گیری  و محاسبات آن نیز  آشنا باشیم . یک بادزن را در نظر بگیرید که در ابتدای یک کانال 5 متری مستقیم و غیر قابل نفوذ در برابر هوا  قرار گرفته است . در چنین شرایطی بی شک  مقدار هوا برحسب CFM (فوت مکعب در دقیقه) در ورودی و خروجی  این کانال با هم  برابرمی باشند.

 حال اگر طول این به 100 متر اضافه گردد ، در این شرایط  مقدار هوا CFM در انتهای و خروجی  کانال دیگر با قسمت ورودی به آن یکسان نخواهد بود ،حال  اگر به اضافه کردن طول کانال همینطور ادامه دهیم به نقطه ای خواهیم رسید که مقدارهوای CFM از کانال  بسیار کم خواهد شد ، اگرچه  فشار سرعتی در خروجی و ورودی همچنان ثابت  باقی خواهد ماند د ولی فشار کل  که مچموع  فشار سرعتی و فشار استاتیک  است کاهش می یابد.

 

 

 

 

 

 

کاهش CFM که به همراه کاهش فشار استاتیک است به علت وجود مقاومت کانال در برابر جریان هوا است. مقاومت در برابر حرکت هوا در کانال به علت افت های اصطکاکی و دینامیکی ناشی از آشفتگی جریان در کانال می باشد. منظور از آشفتگی جریان، هرگونه تغییر در جهت یا سرعت حرکت جریان هوا است.

 

10

افت های اصطکاکی

وقتی که آب در یک رود خانه جریان می یابد، با تماس پیدا کردن آب با کف رودخانه ایجاد اصطکاک می نماید، وجود همین اصطکاک باعث می شود آب کف و اطراف رودخانه آهسته تر از آب در مرکز رودخانه حرکت کند.در کانال هوا نیز جریان هوا در آن باعث می شود فشار استاتیک ،هوا را به کناره های کانال بفشارد. فشردن و یا مالش هوا به کناره های کانال موجب بروز اصطکاک می شود. این اصطکاک موجب افت در فشار استاتیک می شود ، به این افت ،افت اصطکاکی می گویند.همانطور که در نمودار ملاحظه می کنید فشار کل درابتدای خروجی بادزن ( نقطه َA) بیشترین مقدار را به خود اختصاص می دهد ،اما با خاطروجود افت   اصطکاک  فشار کل در انتهای کانال (نقطه B) کاهش و برابر با فشار سرعتی می گردد.

افت های دینامیکی

همیشه در جریان آب جاری در یک رودخانه مقداری آشفتگی وجود دارد. تکه های سنگ های بزرگ یا ریشه درختان موجب چرخش آب اطراف آن می شوند.

وجود خمیدگی های تند در سر راه جریان موجب وجود گردباد می شوند، همه این عوامل موجب آشفتگی جریان  آب آرام  می شوند. جریان  هوا در کانال دقیقا به همین شکل حرکت می کند ، وجود تیغه های و شبکه ها سر راه هوا موجب گردبادها و چرخانه ها  در هوا می شوند. یک زانویی موجب شکستگی مسیر حرکت هوا  می شود و همین امر باعث نوعی آشفتگی در جریان هوا می گردد. افت های دینامیکی همچنین می تواند به علت وجود کویل ها، دوخم ها و تبدیل های باشند که در فرایند کانال کشی مورد استفاده قرار می گیرند باشند که هر کدام از آنها  نوبه خود در تغییر  سرعت یا جهت حرکت هوا و ایجاد آشفتگی نقش مهمی ایفاء می کنند. معمولا طراحان کانال از جدولی خاص جهت محاسبه و تخمین افت دینامیکی در اتصالات استفاده می کنند.

 

 

11

افت های دینامیکی ناشی از تغییر ابعاد کانال

هر تغییری در ابعاد کانال باعث تغییر سرعت در کانال می گردد ، لذا می توان گفت که هر گونه تغییر در ابعاد کانال می تواند منجر به ایجاد افت دینامیکی در آن گردد.جریان هوا را را می توان با جریان حرکت آب در رودخانه مقیاس کرد، وقتی که محل آب باریک می شود آب سریعتر حرکت  می کند و وقتی که این مسیر عریض می گردد ، سرعت آب کاهش می یابد. به همین صورت اگر اندازه کانال کوچکتر شود سرعت FPM (فوت در دقیقه) و فشار فشار سرعتی Pv ناشی از آن افزایش می یابند. حال اگر دهانه کانال افزایش یابد ، سرعت و در نتیجه فشار سرعتی آن کاهش می یابد. بر اساس این معادله

 

سرعت × مساحت  = مقدار هوا (CFM )

 

 اگر مقدار هوا ثابت بماند، با افزایش مساحت کانال ، سرعت باید کاهش و با کاهش مساحت کانال سرعت افزایش می یابد. برای درک بهتر است  شکل زیررا مورد بررسی قرار دهیم .همانطور که نمودار نشان می دهد

 

 

•  در نقطه A  چون هیچ گونه افت اصطکاکی و یا دینامیکی در ابتدای کانال وجود ندارد پس فشار کل حداکثر مقدار را به خود اختصاص می دهد.
• از نقطه A  تا  B ، همانطور که ملاحظه می فرمائید کانال مستقیم است و تغییر در اندازه کانال وجود ندارد. از A تا B مقدار فشار سرعتی  Pv  چون تغییری در سرعت بوجود نیامده.اما از نقطه A تا B به علت افت اصطکاکی فشار استاتیکی به تردیج کاهش می یابد .همانطور که ملاحظه می کنید تنها افت فشار در این قسمت از کانال افت فشار استاتیک است.

 

12

• از نقطه B  تا C  همانطور که ملاحظه می کنید سطح مساحت کانال کاهش یافته، بنابر این فشار سرعتی Pv افزایش می یابد(به خاطر انتقال همان CFM قبلی). در این قسمت افت دینامیکی و اصطکاکی باعت کاهش سریع فشار استاتیکی  گردیده .در این شرایط همانطور که ملاحظه می کنید فشار کل نیزکاهش می یابد.
• ازنقطه C  تا D همانطور که شکل ملاحظه می کنیدکانال مستقیم است لذا فشار سرعتی    Pv  ثابت باقی می ماند ، اما بعلت اصطکاک بین هوا و دیوارکانال فشار استاتیک کاهش یافته ولی این افت نسبت به قسمت قبلی کمتر است و همانطورکه ملاحظه می کنید فشار کل نیز به مقدار کمی کاهش یافته است.  

واحد اندازه گیری فشار در کانال های تهویه مطبوع

 فشار مبردها  در یک فرایند تهویه و یا تایر ماشین معمولا برحسب psi  (پوند بر اینچ مربع) اندازه گیری می شود ، اما فشار هوا در کانال های انتقال هوا معمولا برحسب اینچ جیوه  و یا آب  wg ( Water gauge) اندازه گیری می شوند. هر سه  واحد  فشاررا نشان می دهند ، اما اینچ آب  wg برای اندازه گیری های فشار کم در کانال  مناسب تر می باشد. اندازه گیری های یک نجار را با یک تراشکار مقیاس کنید، یک نجار معمولا از یک متر 1الی 3 متری استفاده می کند، اما یک تراشکار از میکرومتر و یا ورنیر استفاده می کند. به عنوان مثال اگر فشار در یک کانال Wg "1  اندازه گیری کنیم ، حال اگر بخواهیم همین فشار را به psi  تبدیل کنیم عددی حدود psi  04 /0بدست خواهد آمد، می بینید psi  واحد مقیاس خوبی برای اندازه گیری تغییرات کوچک فشار در کانال نیست .

 

13

وسایل تعیین جریان هوا در کانال

وسایلی که جریان هوا را در کانال اندازه می گیرند از دو قس مت تشکیل می شوند

1. یک  ابزار حسگر ماننده لوله پیتو
2. یک ابزار آشکار ساز مانند مانومتر

لوله پیتو

لوله پیتو یکی از رایج ترین ابزار حسگر برای اندازه گیری فشار سرعتی است. این وسیله در واقع شامل دو لوله می شود که یکی در درون دیگری قرار دارد.

لوله می بایست طوری وارد کانال   شود که نوک آن به سمت جریان هوا باشد.

استفاده صحیح از لوله پیتو کار چندان ک ار ساده ای نیست . علت اصلی این دشواری این است که جریان هوایی که از داخل کانال عبور می کند عمدتا از الگوی جریان معشوش پیروی می کند.بدین معنی که هوا عبوری از داخل کانال در هنگام عبور بصورت گردابی و درهم می آید. بنابرین سرعت و الگوی جریان هوا در نقاط مختلف کانال تغییرات قابل ملاحظه ای خواهد داشت. علاوه برآن ، به دلیل اصطکاک میان هوا و جداره کانال است ، چرا که  هوایی که با سطح داخلی کانال در تماس است در مقایسه با هوایی که در قسمت های مرکزی کانال جریان دارد سرعت پائین تری دارد. بنابر این در هنگام  استفاده از لوله پیتو ، دهانه ورودی لوله پیتو باید به روشی خاص در مقاطع کانال حرکت داده شود تا اثرات ناشی از تمامی عومل یاد شده در هنگام  اندازه گیری لحاظ شود.

 

 

فشاراستاتیک توسط این سوراخ حس می شود

14

مانومترU

از مانومتر به عنوان ابزار نمایشگر استفاده می شود که به دو خروجی لوله پیتو متصل می شوند.

 

 

 

15

مانومترشیبدار

 

این نوع مانومتر برای کار های خیلی دقیق یا تنظیم سایر مانومترها استفاده می شود

 

 

 

16

مانومتر دستی (مگنه هلیک Magne helic)

مانومتردستی معمولا برای اندازه گیری فشارهای سرعتی به کار برده می شوند .

مگنه هلیک نامی تجاری است ، اما به علت استفاده وسیع این نام تجاری به یک واژه عمومی تبدیل شده است. این ابزار اغلب اختلاف فشار اندازه می گیرد .این وسیله حسگر هایی دارد که با نصب در جاهای مختلف یک فرایند وسیله در دو طرف  یک فیلتر و یا مجموعه ای از فیلتر ها قرار داده می شود سپس با مشخص شده اختلاف فشار بین دو نقطه معین می توان به نیاز و یا عدم تعویض فیلتر دست یافت.

معمولا برای اندازه گیری فشار سرعتی در کانال هایی مه سرعت هوا کمتر از FPM  4000 است از مگنه هلیک استفاده نمی شود.

تهیه و تنظیم: مهندس سید رحیم آشناخواه   

ادامه دارد...