جریان هوا در کانال سازی و افت های دینامیک

در این قسمت به بررسی جنبه های مختلف طراحی و اتصالات در کانال سازی می پردازیم.منظور از اتصالات هر قسمتی از کانال است که مستقیم نیست. اتصالات معمولا شامل زانویی ها ، تبدیل ها و انشعابات می شوند.

هر تکنسین تهویه مطبوع باید مطالب این فصل ها را بلد باشد.این اطلاعات در حل مشکلات شما در صنعت مفید واقع می شوند. همچنین به شما کمک می کند که مشکلات احتمالی را شناسایی کنید. اغلب اشتباهاتی در مورد جریان هوا در کانال روی می دهد. اگر اصول ساده ی کانال سازی را یاد بگیرید اطلاعات شما بیشتر از تکنسین های شاغل در این صنعت بیشتر خواهد بود.

البته اطلاعات این فصل ها پایه ای و ابتدایی می باشند. این اطلاعات به شما کمک می کنند که اتصالات کانال را طوری بسازید که افت فشار حداقل باشد، بتوانید تغییرات جزیی در تجهیزات کانال وسیستم آن بدهید و مسایل مربوط به ساخت کانال ، نصب آن ، متعادل سازی هوا، سرویس و کیفیت هوای داخل را چاره کنید. البته کانال سازی و مشخصات تجهیزات برای یک ساختمان بسیار پیچیده تراز مطالب عرضه شده در این سایت است.

طراحی یک سیستم کانال و کانال سازی باید توسط یک مهندس مکانیک انجام شود که در طراحی تجهیزات تهویه مطبوع تجربه دارد.

الگوهای جریان هوا در کانال سازی

دوحالت جریان هوا در یک کانال حالت لایه ای و حال آشفته می باشند:

منظور از جریان لایه ای حرکت هوا در لایه هایی هم راستا با خطوط مستقیم است . به خاطر اصطکاک ، لایه هوا روی جداره های کانال آهسته تر از هوا در مرکز کانال حرکت می کند.

در جریان آشفته هوا حین حرکت در کانال چرخش و حرکت نامنظم دارد. جریان اآشفته مانند آبی است که بسرعت جریان دارد.

جریان هوای لایه ای طبقه طبقه است. یعنی لایه های هوا با دمای مشخص تمایلی به ترکیب شدن باهم را ندارند. از آنجا که هوا وسیله ای برای انتقال گرما است، این جالت منجر به انتقال ضعیف گرما می گردد. البته جریان هوای کاملا لایه ای به ندرت در کانال اتفاق می افتد.

جریان هوای آشفته رایج ترین حالت جریان هوا در کانال است. آشفتگی موجب پخش بهتر دمای هوا می گردد. البته این حالت موجب افت اصطکاک بیشتری می گردد. آشفتگی زیاد موجب بروز سر و صدای هوا در کانال می گردد.

مقدار آشفتگی در جریان هوا به یک عدد بستگی دارد که تابعی از عوامل مختلف مانند چسبندگی (ویسکوزیته)اصطکاک و سرعت هوا است. محاسباتی پیچیده برای به دست آوردن عدد رینولدز لازم است. اگر عدد رینولدز بیشتر از مقدار معینی باشد، جریان هوا آشفته می شود. برای کارهای علمی ، تقریبا همیشه جریان هوا در کانال آشفته است. جریان لایه ای در کانال هایی اتفاق می افتد که سرعت هوا بسیار پایین است.

جریان هوا و اتصالات کانال در کانال سازی

این یک قانون فیزیکی است که جسم متحرک تمایل دارد در راستای مستقیم حرکت کند و در مقابل هرگونه تغییر جهت مقاومت می کند. هر قدر سرعت بیشتر باشد مقاومت در برابر تغییر جهت بیشتر است.همه این حالت را هنگام تغییر جهت اتومبیلی که با سرعت زیاد در حرکت است تجربه کرده اید.

هوای جاری هم تمایل دارد در راستای مستقیم حرکت کند.هر قدر سرعت آن بیشتر باشد، مقاومت آن در برابر تغییر جهت بیشتر است.یک زانویی قائم بدون تیغه های گردان را در نظر بگیرید. جریان هوا تا قبل از انکه مجبور شود تغییر جهت دهد تمایل دارد که مستقیم حرکت کند. وقتی که هوا به کنج زانویی برخورد می کند ، جهت حرکتش عوض می شود.

نتیجه این اتفاقات آشفتگی شدید جریان هوا و به وجود آمدن منطقه ای کم فشار در محدوده گلویی زانویی است. این آشفتگی موجب افت دینامیکی در کانال سازی می گردد. یک اتصال با طراحی اشتباه در کانال سازی می تواند منجر به افت دینامیکی برابر با افت ناشی از 50 فوت کانال مستقیم گردد. یک زانویی گرد با شعاع گلویی خیلی کم تقریبا افتی برابر با زانویی قائم دارد.هوا در پاشنه این زانویی به تدریج تغییر جهت می دهد ، اما هوا در قسمت گلویی تمایل به حرکت در امتداد مستقیم دارد.

نتیجه این عوامل تولید فشار و آشفتگی در پاشنه و در محدوده تغییر جهت است.وقتی که اتصال موجب آشفتگی می گردد، این آشفتگی تا چندین فوت بعد از اتصال در کانال مستقیم ادامه می یابد.

اتصالات در کانال سازی یا جهت جریان را تغییر می دهند یا ابعاد کانال را تغییر می دهند. اجزای کانال در جریان هوا ایجاد اخلال می کنند. بنابر این همه اتصالات و اجزای کانال ایجاد افت دینامیکی می کنند.طراح تلاش می کند که این افت ها حتی الامکان کوچک باشند. قانون کلی در مورد اتصالات این است که حتی الامکان تعییر جهت هوا تدریجا انجام شود و تبدیل ها حتی الامکان طولانی تر باشند.کاری کنید هوا تدریجا تغییر جهت دهد. حتی اگر کانال را با زاویه قائم بسازید نمی توانید هوا را مجبور کنید مطابق آن تغییر جهت دهد.

زانویی های گرد در کانال سازی

برای این که هوا حرکت ملایمی داشته باشد یک زانویی گرد باید شعاع گلویی به اندازه کافی بزرگ داشته باشد . کتاب های طراحی توصیه می کنند که شعاع متوسط زانویی حداقل 1.5 برابر پهنای زانویی باشد. این مثل آن است که بگوییم:

شعاع گلویی در کانال سازی باید برابر پهنای کانال باشد.

مثلا ، کانالی با پهنای 12 باید شعاع متوسط 18 داشته باشد.شعاع گلویی باید 12 باشد. به جز روی نقشه ها ، وقتی که یک زانویی مشخص می شود ، اندازه اول ، پهنای کانال است.

زانویی های قائم برای کانال سازی

برای داشتن کارایی زانویی های قاعم باید تیغه های تغییر جهت داشته باشند در نتیجه حرکت هوا روان تر می شود . تحقیقات نشان داده که تیغه های تک جداره کمترین افت دینامیک را دارند.

لبه های دوجداره در گذشته رایج بودند اما تحقیقات نشان داده که این تیغه ها کارایی خیلی کمتری از تیغه های تک جداره دارند. در کانال سازی لیه های ممتد روی تیغه ها اگر درست نصب شوند افت دینامیکی را بیشتر کاهش خواهند داد. با این وجود محققان استفاده از لبه های ممتد را توصیه نمی کنند.زیرا اغلب این لبه ها درست نصب نمی شوند. در نتیجه به جای کمتر کردن افت آن را افزایش می دهند.فقط در صورت موازی بودن لبه های ممتد با جداره کانال افت کاهش می یابد در غیر این صورت افت در کانال سازی افزایش پیدا می کند.

تبدیل ها در کانال سازی

تبدیل ها برای تغییر اندازه کانال طراحی می شوند. برای اینکه تغییر تدریجا انجام شود ، کناره های تبدیل باید نسبت به راستای مستقیم زاویه 30 یا کمتر داشته باشند.

انشعابات در کانال سازی

انشعابات به صورت زاویه دار یا با منحنی های ملایم ساخته می شوند. بهترین حالت طراحی آن ، مدل S شکل است. وقتی که طراحی توسط الگویی مناسب صورت گیرد، مسیر حرکت هوا انحنای ملایمی دارد و مساحت سطح مقطع مقئار مطلوب خود را دارا می باشد. این به معنای حداقل افت ممکن می باشد.

مهم است انشعابات S شکل حتی الامکان طولانی باشند. این منجر به تغییر تدریجی مسیر می گردد. راه معمول استفاده از ورق 36 اینچی است. بعضی اوقات این اندازه را طولانی تر هم در نظر می گیرند. توجه کنید که هرچه انشعاب کوتاه تر باشد، افت دینامیکی بیشتر خواهد بود.

انشعابات خیلی بزرگ اغلب با زانویی های 45 درجه یا 30 درجه که کانال مستقیمی بین آنها وجود دارد ساخته می شوند. زانویی های گرد باید از این شرایط تبعیت کنند: شعاع گلویی باید برابر پهنای کانال باشد.

استفاده از کانال های انعطاف پذیر در کانال سازی

در برخی از مناطق به دلیل الزامات آیین نامه ها و کدهای ساختمانی امکان استفاده از کانال های انعطاف پذیر در شبکه کانال سازی  ساختمان وجود ندارد. در برخی مناطق نیز طول کانال های انعاطاف پذیر بر مبنای الزامات یاد شده با محدودیت هایی برای کانال سازی همراه است. در هر صورت الزامات کدهای محلی معیار اصلی مجاز یا غیر مجاز بودن استفاده از این کانال ها به شمار می رود.

به طور کلی دلیل آن که در بسیاری از کدها و استانداردها استفاده از کانال های انعطاف پذیر در شبکه کانال سازی  ساختمان محدوده شده است ایجاد اغتشاش در جریان هوای عبوری از کانال به دلیل شیارهای داخلی این دسته از کانال هاست که موجب می شود تا مقاومت نسبتا بالایی در مقابل جریان هوای عبوری ایجاد شود. بنابر این حتا در مواقعی که استفاده از این کانال ها در کدها نیز محدود نشده است، سعی کنید تا حد امکان از این کانال ها استفاده نکنید.

به طور کلی کانال های انعطاف پذیر برای انشعاب های کوتاه و به حداقل رساندن طول خم ها مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال در مواقعی که فضای محدودی را در اختیار داریم و یا به دلیل تعداد استفاده از اتصالات صلب و خم های موجود در مسیر کانال افت فشار ایجاد شده بسیار بالا ست، استفاده از کانال های انعطاف پذیر انتخاب مناسبی به شمار می رود. در صورت استفاده از کانال های انعطاف پذیر دفت داشته باشید که حتما کانال را تا مقدار طولی که توسط سازنده تعیین شده است بکشید، زیرا فشرده شدن این کانال ها موجب می شود تا در سطح داخلی آن ها شیارهای بیشتری ایجاد شده و در نتیجه مقاومت بیشتری در مسیر جریان هوا ایجاد گردد. در هر صورت توصیه می کنیم جز در مواردی که هیچ راه حل دیگری وجود ندارد از کانال های انعطاف پذیر استفاده نکنید.

به عنوان مثال در برخی مواقع در مراحل ابتدایی احداث ساختمان ، تمامی دهانه های هوای رفت و برگشت در محل تعیین شده ایجاد می شوند. در این مرحله تمامی شبکه های کانال توکار ساختمان و تمامی شبکه کانال زیر شیروانی و لوله کشی تهویه گاز نوع B انجام می گیرد. در مراحل بعدی شبکه کانال زیر زمین محاسبه شده و کانال هوای رفت و دریچه های توزیع هوای مورد نیاز در طبقه اول مشخص می شود. این بدان معنی است که شبکه کانال باید با سوراخ های و دهانه هایی که از قبل ساخته شده است منطبق شود.

در چنین شرایطی به جز کور کردن دهانه های موجود و ایجاد دهانه های جدید در داخل ساختمان هیچ راه دیگری برای تغییر محل دریچه های هوا وجود نخواهد داشت. از این رو گاهی دریچه هوا در فاصله بسیار کمی از انشعاب کانال قرار می گیرد و بدین ترتیب برای گرفتن انشعاب از آن ، نصب اتصال زانویی و یا وصاله های دو خم فضای بسیار ناچیزی باقی می ماند. در چنین مواردی به منظور حل محدودیت های موجود می توان از یک مقطع کوتا کانال انعطاف پذیر استفاده کرد.

همچنین در مواقعی که در دهانه تیر های عرضی ساختمان مسیر کانال عبور هوا با سیستم لوله کشی تداخل پیدا می کند نیز می توان از کانال های انعطاف پذیر استفاده کرد. به عنوان مثال همان طور که در شکل نشان داده شده است، در صورتی که استفاده از یک انشعاب 6 اینچی در فضای بین تیرچه ها ضروری باشد و مسیر لوله کشی اب نیز از آن عبور کرده باشد، لازم است تا پس از مشورت با ناظر ساختمان از دو کلاهک مستقیم هوا که به یکدیگر متصل شده اند استفاده شود.

هرچند که در صورتی که حداقل فاصله 4 اینچ بین قسمت فوقانی لوله کشی آب و کف وجود داشته باشد استفاده از دو کلاهک به هم چسبیده مستقیم چندان توصیه نمی شود.بلکه در چنین شرایطی بهتر است از یک کانال انعطاف پذیر به طول 6 اینچ استفاده شود. بدین ترتیب با استفاده از یک مقطع کانال 6 اینچی میتوان این کانال را از مقطع 4 اینچی لوله عبور داده و پس از آن سطح مقطع کانال را به همان مقدار 6 اینچ باز گرداند. در این مورد خاص استفاده از کانال انعطاف پذیر نسبت به استفاده از دو کلاهک مستقیم متصل به یکدیگر افت فشار کمتری را در مسیر جریان هوا ایجاد می کند، ضمن آن که نصب کانال انعطاف پذیر بسیار ساده تر و سریع تر انجام خواد گرفت.

صاف کردن کانال های چارگوش تاب خورده در کانال سازی

گاهی اوقات کانال های چهار گوش خریداری شده به خوبی ساخته نشده اند و هنگامی که بخش انتهایی آن ها را در کانال سازی بر روی یکدیگر قرار می دهید و با چکش لبه های آن ها را می خوابانید یکی از دو انتهای کانال تاب بر می دارد. این تاب خوردگی را می توان پس از نصب کانال و اتصال بست های آن برطرف نمود، به شرط آن که اتصلات روکار مورد استفاده در کانال به اندازه کافی جای بازی داشته باشند و یا حداقل شیار مورد نیاز برای قرار گرفتن ابزارهای تاشو را تامین کنند.

در بسیاری از مواقع اندازه لبه پیچ خورده کانال که برای قرار گرفتن نبشی های اتصال در نظر گرفته شده تنها در حدود 3/8 اینچ است. در حقیقت حداقل شیاری که میتوان با استفاده از ابزارهای خم کاری در لبه ورق ها ایجاد نمود تنها 3/8 اینچ عمق دارد. شیاری به این عمق در اتصلات روکار معمولا برای صاف کردن پیچ خوردگی کانال کافی است.

هر چند که اگر لبه های کانالی که تاب برداشته است فاصله آزادی به اندازه ½ اینچ یا بیشتر برای اتصال نبشی های اتصال در نظر گرفته شده باشد، پیش از نصب کانال در محل مورد نظر ابتدا باید لبه های آن را برش زده و سپس ان را خم کنید. بدین منظور با استفاده از یک آچار پیچ گوشتی یا ابزاری مشابه با آن بخشی از شیار کانال را باز نمایید به طوری که تیغه قیچی گرد بر به آن وارد شود و سپس لبه کانال را به اندازه تقریبی 3/8 اینچ ببرید. پس از پایان کار نیز دوباره شکاف ایجاد شده را ببندید.

پس از قرار گرفتن مقطع کانال در محل مورد نظر و نصب آویزها و بست های مربوط به آن ، انتهای کانال را در جهتی که تاب خوردگی کانال برطرف شود بپیچانید. بدین ترتیب شیب اتصالات نبشی موجب خواهد شد تا شیار قفل شونده در راستای طول کانال تا محل گوشه ها بلغزد.

نکات کلیدی ایمنی در کانال سازی

در هنگام استفاده از نردبان برای کانال سازی نکات ایمنی زیر را رعایت کنید

تنبلی نکنید!

مسلما برای شما هم بارها و بارها پیش آماده است که تنها به دلیل آن که نردبان در دسترس شمانبوده است از یک بشکه ، سطل آب، جعبه و یا صندلی به عنوان نردبان استفاده کرده اید. با وجود آن که همگی ما می دانیم این کار تا چه حد خطرناک و اشتباه است ولی همگی حداقل یک بار دست به چنین کاری زده ایم. ممکن است ده ها بار اشتباه و آسیب دیدن تحت این شرایط می تواند منجر به آسیب دیدگی شدید شما شود.

آگر شما از جمله افرادی هستید که دایما از همین روش برای پیشبرد کار خود استفاده می کنید و هنوز هیچ اتفاقی برای شما نیفتاده است باید خوشحال باشید چرا که این معامله تا به حال به سود شما تمام شده است! کمی عاقلانه فکر کنید. ببینید با این کار خود چه چیزی را برای معامله در معرض خطر قرار می دهید. حتا اگر صرفا از دید مادری نیز به قضیه نگاه کنید شما تنها چند دقیقه وقت صرف می کنید تا نردبان خود را از محل مورد نظر بردارید. ولی در صورتی که حادثه ای برای شما پیش بیاید، دست،  پا یا کمر شما آسیب ببیند، حتا ممکن است مجبور باشید صدها هزار دلار را برای معالجه خود خرج کنید. ضمن آن که در این مدت دیگر قادر به کار کردن هم نخواهید بود. دردسرهای جانبی ، ناراحتی و به زحمت افتادن افراد خانواده و درآمدهای از دست رفته خود در این مدت را نیز در نظر بگیرید و ببینید آیا واقعا این معامله عاقلانه است؟!

در کانال سازی به محیط اطراف خود توجه کنید

در هنگام حمل نردبان همواره به محیط پیرامون خود توجه کافی داشته باشید. یکی از بزرگ ترین خطراتی که در هنگام حمل نردبان متوجه شما و اطرافیانتان است برخورد کردن نردبان با افراد و اشیای پیرامون شماست. در مواقعی که امکان آن وجود دارد نردبان را به صورت عمودی و در پشت خود حمل کنید. در هنگام حمل نردبان به سیم های برق و سایر موانعی که ممکن است در سر راه شما باشد توجه داشته باشید. بهترین روش برای حمل نردبان های بلند آن است که آن ها را به صورت افقی و با کمک یک فردی دیگر حمل کنید. در چنین وضعیتی هر یک از افراد باید یک سر نردبان را در دست بگیرند تا هر دو سر آن به دقت تحت کنترل باشد. در صورتی که به هر دلیلی مجبور هستید به تنهایی یک نردبان را به صورت افقی حمل کنید. در تمامی طول مسیر به دقت هر دو سر نردبان را تحت کنترل داشته باشید.

نردبان های معیوب در کانال سازی

تحت هیچ شرایطی از نردبان های معیوب استفاده نکنید! این جمله ای است که بارها و بارها شنیده ایم و همه از خطرات آن آگاهی داریم ولی باز هم بدون توجه به آن به کار خود ادامه می دهیم. در صورتی که پله های نردبان شکسته و یا فرسوده شده است بلافاصله آن را تعویض کنید. نردبان های چوبی را هرگز رنگ نکنید چرا که این کار تنها شکاف ها و ترک های احتمالی ایجاد شده در نردبان را از دید شما پنهان می کند و در عمل تاثیر دیگری ندارد.

معادلات مورد استفاده برای ابعاد در کانال سازی

یافتن مساحت کانال مستطیلی بر حسب اینچ مربع:

ارتفاع (بر حسب اینچ) * پهنا (برحسب اینچ) = مساحت

یافتن مساحت کانال مستطیلی برحسب فوت مربع:

(144/ ارتفاع (برحسب اینچ) * پهنا ( برحسب اینچ) ) = مساحت

تبدیل اینچ مربع به فوت مربع :

144/ sq.in = sq.ft

تبدیل فوت مربع به اینچ مربع:

144 * sq.ft = sq.in

یافتن یک بعد از کانال وقتی که مساحت و بعد دیگر معلوم هستند:

(ارتفاع / مساحت ) = پهنا

یافتن مساحت کانال گرد:

2**(شعاع) * PI = مساحت

یافتن شعاع کانال گرد اگر مساحت معلوم باشد:

½ ** (PI / مساحت ) = شعاع

یافتن نسبت شعاع :

](ارتفاع(طرف کوچک تر)/ پهنا (طرف بزرگ تر)[ = نسبت تناسب