تاسیسات نوین | دوره آموزش و طراحی تاسیسات مکانیکی ساختمان شامل نرم افزار تاسیسات، کتابهای تاسیسات و مقالات آموزشی
کتاب توزیع هوا در ساختمانها اثر دکتر عصام خلیل، یک راهنمای جامع و مرجع برای مهندسان و متخصصان حوزه سیستمهای گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) است. این اثر با هدف ارائه مشاوره و رهنمودهایی در زمینه طراحی، محاسبات دقیق و بهرهبرداری کارآمد از سامانههای توزیع هوا در انواع مختلف ساختمانها تدوین شده است. از یک اتاق ساده تا ساختارهای پیچیده مانند ابنیه تاریخی، اماکن مذهبی (مسجد و کلیسا) و تأسیسات حساس مراقبتهای بهداشتی و بیمارستانها، نویسنده بر ویژگیهای خاص جریان هوا در هر محیط تأکید میکند.
محور اصلی این کتاب، تأمین محیطهای ساخته شده با بهرهوری انرژی بالا است. نویسنده با تکیه بر چهار دهه تجربه در طراحی سیستمهای تهویه، نه تنها به جنبههای فنی و آیرودینامیکی توزیع هوا میپردازد، بلکه همواره بر لزوم رعایت استانداردهای بینالمللی و کدها برای اطمینان از عملکرد ایمن و کارآمد در طول چرخه حیات ساختمان تأکید میورزد. این کتاب با تشریح مبانی و مفاهیم بنیادین توزیع هوا، از الگوهای جریان گرفته تا مدلسازی ریاضی و معیارهای راحتی حرارتی، یک مرجع ساختاریافته برای مهندسی محیطهای ساخته شده ارائه میدهد.
اصول بنیادین سیستمهای توزیع هوا و الگوهای جریان
سیستمهای توزیع هوا معمولاً شامل یک واحد هواساز (AHU) یا فنکویل هستند که هوای مطبوع (تیمارشده) را از طریق شبکهای از کانالهای صلب فلزی به ترمینالهای خروجی مانند گریلها و دیفیوزرها میرسانند. طراحی مناسب این کانالها حیاتی است تا دما در سرتاسر ساختمان به طور یکنواخت، کارآمد و بیصدا حفظ شود.
الگوهای جریان هوا در داخل اتاق توسط تعادل میان نیروی اینرسی، نیروی شناوری و عمل ویسکوز تعیین میشوند. این کتاب چهار نوع اصلی جریان را معرفی میکند:
- جریان جابجایی (Displacement Flow): هوا از یک طرف اتاق (دیوار بلند) تأمین شده و به سمت خروجی در دیوار مقابل در سطح پایینتر هدایت میشود تا هوا را جارو کند.
- جریان حفرهای (Cavity Flow): هوا از یک طرف (دیوار بلند) تأمین شده و به سمت خروجی در همان سطح بالا در دیوار مقابل میرود و اجازه میدهد هوا در یک حفره ایجاد شده به گردش درآید.
- جریان اختلاطی (Mixing Flow): هوا از یک طرف تأمین و به دیوار مقابل برخورد میکند و هوا در کل فضا به شدت با هم مخلوط میشود.
- جریان پیستونی (Piston Flow): جریان هوا از یک طرف تأمین و به صورت یک توده پیوسته به سمت خروجی در همان طرف هدایت میشود.
این اثر همچنین به جزئیات آییننامههای عملی و انواع مختلف خروجیهای هوا میپردازد؛ از جمله دیفیوزرهای سقفی مربع با اتصال دایرهای، گریلهای دیواری، دیفیوزرهای معماری سقفی، و دیفیوزرهای چرخان ثابت که هر یک برای دستیابی به راندمان جریان و الگوهای پرتابی متفاوت طراحی شدهاند. راندمان جریان هوا در اتاق و معیارهای نویز (Noise Criteria) نیز بخشهای مهمی را تشکیل میدهند که بر اساس عوامل مختلف محیطی و ساختاری مانند غلظت آلایندهها و سطح صدا در فضا مورد ارزیابی قرار میگیرند.
مدلسازی ریاضی و راحتی حرارتی
فصلهای دوم و سوم کتاب بر جنبههای مدلسازی ریاضی و کاربرد آن در دستیابی به راحتی حرارتی مطلوب تمرکز دارند. برای تحلیل دقیق رفتار جریان هوا و انتقال حرارت، از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) استفاده میشود که به حل معادلات حاکم میپردازد. این معادلات شامل بقای جرم (معادله پیوستگی)، قانون دوم نیوتن (معادله ممنتوم خطی) و قانون اول ترمودینامیک (معادله انرژی) هستند.
نویسنده به تشریح رویههای عددی، از جمله مدلهای آشفتگی (Turbulence Models) مانند مدل $k-\epsilon$ و توابع دیوار (Wall Functions) میپردازد که برای حل سیستم معادلات دیفرانسیل غیرخطی به کار میروند. این روشهای مدلسازی، ابزاری قدرتمند برای پیشبینی و بهینهسازی جریان هوا و رفتار حرارتی در فضاها قبل از اجرای فیزیکی فراهم میکنند.
با استفاده از مدل CFD، تحقیقاتی بر روی رژیمهای جریان هوا و آسایش حرارتی در یک اتاق با بارهای حرارتی ناشی از چراغها، بدن انسان، و دستگاههای الکترونیکی انجام شده است. تغییرات در مکان و تعداد دریچههای تأمین و استخراج هوا، نوع دیفیوزر و زاویه پرتاب هوا مورد بررسی قرار گرفته تا تأثیر آن بر پارامترهای راحتی حرارتی ارزیابی شود. نتایج نشان میدهند که طراحیهایی نظیر جریان چرخان (Swirl Flow) میتوانند در دستیابی به اختلاط موثر و توزیع دمایی یکنواخت نقش داشته باشند.
کاربردهای ویژه در اماکن حساس و تاریخی
بخش قابل توجهی از کتاب به بررسی توزیع هوا در ساختمانهای با کاربری خاص اختصاص دارد که در آن ملاحظات فراتر از صرفاً راحتی انسان است و به حفظ داراییها یا کنترل عفونت مربوط میشود.
- اماکن مذهبی
در مکانهای مذهبی مانند مساجد و کلیساها که تجمع بالایی از افراد وجود دارد، توزیع هوا و معیارهای راحتی (شامل دما، رطوبت نسبی و سرعت هوا) به دلیل نوسانات بار حرارتی و ابعاد بزرگ فضا، چالشبرانگیز است. طرحهای مختلف سقف و استفاده از واحدهای مستقل (Free-Stand Units) برای توزیع هوا مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتهاند تا الگوی سرعت و دمایی در نزدیکی سطح اشغال، بهینهسازی شود.
- ابنیه تاریخی (آرامگاههای باستانشناسی)
در بناهای تاریخی، مانند مقبرههای دره پادشاهان در اقصر مصر، هدف اصلی تهویه، حفاظت و نگهداری بنا در برابر مکانیسمهای تخریب است. عوامل خارجی (اقلیم) و داخلی (تنفس بازدیدکنندگان، رطوبت) بر محیط داخلی تأثیر میگذارند. در اینجا، کنترل رطوبت بیش از حد ناشی از حضور بازدیدکنندگان که باعث رشد میکروبی و آسیب به ساختار میشود، حیاتی است. نویسنده یک روششناسی طراحی محاسباتی را برای توسعه یک سیستم تهویه مؤثر معرفی میکند که میتواند رطوبت و دمای مقبرهها را در سطوح ایمن نگه دارد.
- تأسیسات مراقبتهای بهداشتی
در مراکز درمانی و بیمارستانها، به ویژه اتاقهای عمل، الگوی جریان هوا مستقیماً با کنترل عفونت و جلوگیری از انتقال آلودگیهای هوابرد مرتبط است. هدف، ایجاد یک رژیم جریان هوا است که کمترین آلودگی را به اطراف میز عمل منتقل کند. این کتاب الگوهای جریان هوا در این محیطها را بر اساس مدلهای ریاضی و شبیهسازی عددی تحلیل میکند. در طراحی سیستمهای تهویه هوشمند برای این محیطهای متغیر، مفاهیم شبکههای عصبی فازی (Neuro-Fuzzy Computing Neural Networks) برای شناسایی الگوها و تطبیق با شرایط در حال تغییر معرفی میشوند.
ملاحظات اجرایی و کارایی انرژی
فصلهای پایانی کتاب، سیستمهای تهویه مطبوع را از منظر مدیریت پروژه، کیفیت محیط داخلی (IEQ) و بهرهوری انرژی بررسی میکنند.
- کنترل محیط زیست و انتخاب سیستم
در پروژههای نمونه، عناصر کنترل محیطی شامل دما، رطوبت نسبی، سرعت جریان هوا، تهویه و فیلتراسیون هوا مورد توجه قرار میگیرند. مدیریت فشار هوا در فضاها (مانند فشار مثبت برای اتاقهای تمیز و فشار منفی برای اتاقهای ایزوله) برای حفظ شرایط محیطی خاص، به تفصیل تشریح شده است.
معیارهای انتخاب سیستم شامل عوامل طراحی عمومی، ویژگیهای بار حرارتی و ملاحظات طراحی مانند سطح راحتی مورد نیاز، هزینهها، شرایط محلی، و کنترل آتش، دود و بو هستند. برای تصمیمگیری اقتصادی، تحلیل هزینه چرخه عمر HVAC (Life Cycle Cost Analysis) معرفی میشود که هزینههای مالکیت، عملیاتی و نگهداری در طول عمر سیستم را در نظر میگیرد.
کیفیت محیط داخلی (IEQ) و آسایش
کیفیت محیط داخلی (IEQ) شامل مقررات اجباری برای کیفیت هوای داخلی، حداقل نرخ تهویه و نظارت بر تأمین هوای بیرون است. این امر با الزامات فیلتراسیون ذرات معلق و کنترل دود تنباکو در ارتباط است.
شرایط حرارتی محیطی برای آسایش انسان یک عامل کلیدی است که با پارامترهای دیگر نظیر کنترل صوتی (Acoustical Control) برای کاهش صدای بیرونی و داخلی، و همچنین استفاده از نور روز (Daylighting) از طریق سقف و پنجرههای جانبی برای بهینهسازی روشنایی بصری ترکیب میشود. این ترکیب جامع عوامل IEQ، محیطی سالم، راحت و کارآمد را تضمین میکند.
- بهرهوری انرژی
بهرهوری انرژی یک موضوع محوری است. این کتاب چالشهای مرتبط با مصرف انرژی در ساختمانهای تهویه مطبوع، بهویژه در رابطه با سطوح راحتی و کیفیت هوا را شناسایی میکند. معرفی استانداردهای بینالمللی انرژی، از جمله تلاشهای کمیتههای فنی ISO (مانند ISO TC 163 و ISO TC 205) برای طراحی محیطهای ساخته شده با بهرهوری انرژی، اهمیت جهانی این موضوع را نشان میدهد.
پیشنهادهایی برای دستیابی به ساختمانهای کممصرف شامل توسعه ابزارهای استاندارد شده برای محاسبه عملکرد انرژی، تعریف مرزهای سیستم برای دستهبندیهای مختلف ساختمان و تهیه مدلهایی برای بیان الزامات مربوط به کیفیت هوای داخلی، آسایش حرارتی و بصری است. توصیههای مهندسی برای ساختمانهای کممصرف بر لزوم همکاری تیمهای مختلف (انرژی، بهرهبرداری، کاربران) و اجرای اقدامات مستمر برای صرفهجویی در انرژی تأکید دارد.
نتیجهگیری
کتاب توزیع هوا در ساختمانها یک منبع حیاتی برای هر حرفهای است که درگیر طراحی، ساخت و بهرهبرداری از سیستمهای تهویه در محیطهای ساخته شده است. این اثر با ارائه توصیهها و راهنماییهای جامع، شکاف میان مبانی تئوری توزیع هوا و کاربردهای پیچیده مهندسی در پروژههای واقعی را پر میکند.
نقطه قوت اصلی کتاب، رویکرد چندوجهی آن است؛ از تشریح مکانیسمهای فیزیکی و مدلسازیهای عددی (CFD) که زیربنای طراحی کارآمد هستند، تا پرداختن به ملاحظات عملی و خاص در محیطهایی مانند اتاقهای عمل با تمرکز بر ایمنی و ابنیه تاریخی با تمرکز بر حفظ آثار. تأکید ویژه بر کیفیت محیط داخلی (IEQ) و بهرهوری انرژی، این کتاب را به یک مرجع ضروری در عصر چالشهای زیستمحیطی و لزوم حفظ منابع تبدیل کرده است.
این اثر به مهندسان میآموزد که طراحی سیستمهای تهویه مطبوع یک عمل مهندسی کلنگر است که نه تنها به معنای کنترل دما و رطوبت، بلکه شامل مدیریت الگوهای جریان هوا، سطوح نویز، و یکپارچهسازی با نور روز برای دستیابی به بالاترین سطح راحتی و کارایی انرژی است. در نهایت، با معرفی چارچوبهای بینالمللی و تحلیلهای هزینه چرخه عمر، این کتاب متخصصان را قادر میسازد تا سیستمهایی را طراحی کنند که هم از نظر زیستمحیطی پایدار و هم از نظر اقتصادی مقرونبهصرفه باشند و به طور مستمر در جهت کاهش مصرف سوختهای فسیلی گام بردارند.
ممنون. خیلی کامل و جامع ♥️