مراحل طراحی سیستم تهویه موضعی

سیستم‌ تهویه موضعی یکی از عناصر اصلی سیستم تهویه صنعتی می باشد که به دو صورت تک‌شاخه و چند‌شاخه قابل طراحی می‌باشد. طراحی و محاسبات با لحاظ شرایط جوی و عملیاتی نقاط مکش (هودهای مکشی) شروع می‌‌شود و با پیشروی در طول مسیر کانال‌کشی تا دهانه ورودی هواکش ادامه می‌یابد.

مجموع افت فشار موضعی و سایشی بالادست و پایین‌دست هواکش به ترتیب به‌عنوان فشار استاتیک تجمعی سیستم در ناحیه مکش و رانش منظور می‌‌گردد، و نهایتا مشخصات اصلی سیستم، شامل هواگذر مکشی و فشار کل برای انتخاب هواکش مطلوب برآورد می‌شود. عموماً مراحل طراحی سیستم تهویه موضعی به شرح زیر است:

مرحله ۱: جمع‌آوری اطلاعات

• تهیه نقشه چیدمان منابع تولید و انتشار آلاینده هوابرد (شامل ایستگاه‌کاری، تجهیزات و ماشین‌آلات)
• جانمایی موقعیت هودها، تصفیه‌کننده و هواکش
• ترسیم مسیر کانال‌کشی و نامگذاری اجزای سیستم تهویه با به‌کارگیری اعداد طبیعی (مانند ۱، ۲، ۳ و…) برای مشخص‌کردن هودهای مکشی و حروف لاتین (مانند A، B، C و…) برای نامگذاری اجزای اصلی سیستم تهویه و نقاط تغییر قطر کانال (مانند اتصال ورودی، تبدیل قطر، تصفیه‌کننده، هواکش، دودکش و…)
• تعیین پارامترهای سایکرومتری (دمای خشک، دمای تر، ارتفاع از سطح دریا) منابع تولید و انتشار آلاینده
• مشخصات فیزیکی و شیمیایی آلاینده به همراه حدود مجاز مواجهه شغلی/ زیست محیطی
• بررسی روال‌کاری فعالیت اپراتور / فرآیند عملیاتی

مرحله ۲: تعیین شکل هندسی هودهای مکشی

مشخصات فیزیکی و جانمایی هودهای مکشی بر‌اساس شرح فعالیت اپراتور/ فرآیند عملیاتی تعیین می‌شود، تا کمترین تداخل را در فعالیت/ عملیاتی تولیدی ایجاد کند. همچنین ضروری است ملاحظات بهره‌برداری و تعمیرات هودهای مکشی سیستم تهویه موضعی مورد توجه قرار گیرد.

لازم به ذکر است که اطلاعات طراحی و محاسبه انواع هودهای استاندارد پیشنهادی سازمان ACGIH برای فعالیتها، دستگاه‌ها، عملیات‌ها، و فرایندهای متداول در مراکز صنعتی، تحقیقاتی و پزشکی در فصل چهارم و پیوست هفتم کتاب تهویه موضعی بیان گردیده است.

مرحله ۳: محاسبه هواگذر مکشی

مهم‌ترین بخش فرایند طراحی و محاسبات هود، تعیین جریان هواگذر عبوری می‌باشد. که عموماً برای هودهای محصورکننده بر‌اساس سطح مقطع باز و سرعت دهانه هود محاسبه می‌‌شود. و برای هودهای ربایش‌کننده نیز براساس سطح مقطع باز، فاصله نقطه انتشار تا دهانه هود و سرعت ربایش آلاینده برآورد می‌گردد.

انتخاب مقادیر سرعت دهانه و ربایش هود مطابق الزامات مراجع معتبر از جمله سازمان ACGIH،OSHA  و NIOSH با توجه به سرعت اولیه و دمای منبع انتشار آلاینده، حدود مجاز مواجهه شغلی و شرایط پیرامونی همچون حضور عوامل مداخله‌گر تعیین می‌شود.

مرحله ۴: تعیین حداقل سرعت کانال

هدف از تعیین حداقل سرعت انتقال جریان هوا در کانال، پیشگیری از ته‌نشینی و رسوب آلاینده است. لازم به ذکر است که انتخاب سرعت بالاتر برای کانال، سبب تولید سر‌و‌صدا، فرسایش زودهنگام جداره داخلی و اتلاف انرژی الکتریکی می‌‌شود.

تعیین سرعت کانال مناسب بر اساس مشخصات آلاینده، شرایط محیطی و ملاحظات تعمیرات و نگهداری انجام می‌گیرد.

مرحله ۵: تعیین ابعاد کانال

مناسب‌ترین شکل کانال برای سیستم تهویه موضعی، کانال گرد می‌باشد. قطر کانال گرد براساس جریان هواگذر عبوری و حداقل سرعت کانال محاسبه می‌‌شود. به عبارت دیگر، حداکثر سطح مقطع کانال، از تقسیم جریان هواگذر عبوری بر حداقل سرعت کانال برآورد می‌شود.

انتخاب کانال استاندارد با سطح مقطع کوچکتر از مقدار محاسباتی، این اطمینان را به طراح می‌دهد که حداقل سرعت کانال تأمین خواهد شد. در نهایت سرعت واقعی کانال، از تقسیم جریان هواگذر بر سطح مقطع کانال استاندارد انتخابی محاسبه می‌‌شود.

مرحله ۶: جانمایی مسیر کانال‌کشی

بر‌اساس محدودیت‌های فضای موجود از نظر معماری و چیدمان تجهیزات، مسیر کانال‌کشی باید به‌گونه‌ای انتخاب شود که افت فشار ناشی از کانال مستقیم و اتصالات (زانویی، ورودی و تبدیل قطر) به کمترین سطح ممکن کاهش یابد. همچنین برای تسهیل تعمیرات و نگهداری نیز امکان دسترسی آسان فراهم باشد.

عموماً چندین طرح جانمایی برای مسیر کانال‌کشی از سوی طراح سیستم پیشنهاد می‌شود، و طرح نهایی با مشورت اپراتورها، کارشناسان و مهندسان مجموعه انتخاب می‌شود. ازجمله ملاحظات مهم، تعیین موقعیت هواکش و دودکش خروجی، برای پیشگیری از بازگشت آلاینده به محیط کار و ساختمان‌های اطراف است.

مرحله ۷: محاسبه فشار استاتیک تجمعی

با تعیین مسیر کانال‌کشی و موقعیت سایر اجزای سیستم تهویه موضعی، می‌توان افت‌های سایشی و موضعی ناشی از عبور جریان هوا را مطابق جداول، فرمول‌ها و معادلات موجود محاسبه نمود. از حاصل‌جمع کلیه افت‌های سایشی و موضعی در هر شاخه، فشار استاتیک تجمعی به دست می‌آید که این فشار، در سیستم تهویه تک‌شاخه معادل افت فشار تجمعی بالادست هواکش است.

در سیستم تهویه چندشاخه، ابتدا باید فشار استاتیک تجمعی در کلیه شاخه‌ها محاسبه شده و سپس شاخه‌های موازی از نظر فشار تجمعی موازنه شوند. بدیهی است که محاسبات از هود با بیشترین میزان مقاومت و هواگذر شروع می‌شود.