کتاب سیستم های تهویه صنعتی اثر دکتر امیر حسین خوش اخلاق ناشر دانش بنیاد

پیش‌ گفتار

     این کتاب، اطلاعات فنی جامعی را در رابطه با طراحی و اجرای سیستم‌های تهویه صنعتی، برای طراحان، متخصصان، مهندسان، معماران، پیمانکاران فراهم می‌آورد. همچنین یک مرجع مفید برای دانشجویان کارشناسی و تحصیلات تکمیلی برای تسلط بر مبانی پیچیده طراحی سیستم‌های تهویه صنعتی می‌باشد. در هر فصل سعی شده است تا حد امکان با استفاده از تصاویر گرافیکی و جداول مباحث مربوط به مبانی، طراحی، نصب و راه‌اندازی سیستم‌های تهویه صنعتی به شکلی ساده ارائه گردند. در این کتاب، از استانداردهای روز دنیا در مباحث طراحی سیستم‌های تهویه صنعتی شامل استانداردهای ASHRAE، ACGIH و ... استفاده شده است. همچنین، مبانی کامل مکانیک سیالات و دینامیک گازها و آئروسل‌ها و مکانیک جامدات ارائه شده است. کتاب حاضر مشتمل بر 16 فصل می‌باشد که در چهار فصل اول آن به ترتیب به اصول جریان هوا و دینامیک سیالات، جریان‌ها و فازهای آلودگی هوا در محیط کار (دینامیک گازها و آئروسل‌ها)، روش‌های اندازه‌گیری جریان هوا و اندازه‌گیری تغییر هوا با استفاده از گازهای ردیاب پرداخته شده است. در چهار فصل دیگر تهویه صنعتی عمومی (تهویه ترقیقی)، تهویه مکشی موضعی، طراحی هودها برای فعالیت‌های ویژه و طراحی هودهای آزمایشگاهی ارائه شده‌اند. در چهار فصل بعد، طراحی سیستم‌های تک هود، طراحی سیستم‌های هود چندگانه، ارزیابی کمی عملکرد هود و محفظه‌های کامل دائمی (PTE) توضیح داده شده‌اند و در نهایت، در چهار فصل آخر، مروری بر روش‌های مختلف کنترل آلاینده‌های هوا، شبکه کانال‌‌کشی، دودکش‌ها و هواکش‌ها مورد بحث قرار گرفته‌اند، به‌طوری‌که خواننده بتواند در انتهای هر فصل طراحی مربوطه را به شکلی ساده درک و اجرا نماید. مطالعه این کتاب به دانشجویان کارشناسی و تحصیلات تکمیلی، اساتید و متخصصان رشته‌های بهداشت حرفه‌ای، بهداشت محیط، آلودگی هوا، محیط زیست، مکانیک، بهداشت، ایمنی و محیط زیست (HSE) و ... پیشنهاد می‌گردد. تمام تلاش برای جلوگیری از رخداد خطا در این کتاب از طرف اینجانب صورت پذیرفته است، اما در کاری با این گستردگی، نقص نگارشی اجتناب‌ناپذیر است، لذا از همه خوانندگان محترم تقاضا دارم که در صورت مشاهده، پیشنهادات خود را به دفتر انتشارات ارسال نمایند تا در تجدید چاپ‌های آتی، نقوص برطرف گردند.

امیرحسین خوش اخلاق

استادیار گروه مهندسی بهداشت حرفه‌ای و ایمنی کار

دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی کاشان

فهرست مطالب

 فصل 1  :   اصول جریان هوا و دینامیک سیالات    1

1.1           اصول جریان هوا و دینامیک سیالات    2

1.1.1           جریان هوا     2

1.1.2           چگالی    3

1.2              مبانی ترمودینامیک    4

1.2.1           بقای جرم     9

1.2.2           قانون دوم، فرایندهای محتمل و برگشت‌پذیر    10

1.3              تفاوت بین مراحل آدیاباتیک  و ایزنتروپیک     16

1.4              اصول جریان سیالات    17

1.4.1           عدد رینولدز    20

2.4.1           رابطه پیوستگی     24

3.4.1           فشار    25

4.4.1           واحدهای فشار     26

5.4.1           ارتفاع نظیر    28   

6.4.1           ارتفاع    30

1.5              روابط فشار    32

1.6              افت‌ها   35

1.6.1           افت‌های ناشی از اصطکاک    35

2.6.1           افت‌های ضربه‌ای     43

3.6.1           افت‌ها در اتصالات    45

4.6.1           انبساط‌ها    46

5.6.1           انقباض‌ها    48

6.6.1           زانویی‌ها    52

7.6.1           ورودی‌های انشعابی (اتصال‌ها)     53

1.7              سروصدا ناشی از جریان سیال    54

1.8              مبانی انتقال گرما    54

1.9              سایکرومتری    76

1.10            تفاوت بین سینماتیک و دینامیک    90

1.10.1         دینامیک اجسام صلب     91

2.10.1         اصطلاحات     91

3.10.1         جابه‌جایی    91

4.10.1         مسافت    92

5.10.1         انواع سرعت    93

6.10.1         شتاب    93

7.10.1         سینماتیک دورانی    94

8.10.1         دینامیک دورانی    95

9.10.1         تکانه زاویه‌ای    95

10.10.1       پایستگی تکانه زاویه‌ای    96

11.10.11     لختی دورانی    96

1.11            جمع‌بندی 

 فصل 2  :  جریان ها و فاز های آلودگی هوا در محیط کار    99

1.2              جریان‌ها و فازهای آلودگی هوا در محیط کار    100

1.1.2           آلاینده‌های فاز گازی    102

2.1.2           قوانین گاز    104

3.1.2           مشخصات گاز     106

4.1.2           شرایط استاندارد    109

5.1.2           گازها در مقابل بخارها     110

6.1.2           چگالی گاز     112

2.2              دینامیک سیالات     112

1.2.2           ابعاد جریان و پیوستگی جرم     115

2.2.2           اصل برنولی و انرژی    121

3.2.2           اندازه‌گیری    123

4.2.2           آئروسل‌ها    124

5.2.2           جرم و اندازه ذرات معلق    129

3.2              مکانیک سیالات و ذرات معلق    131

 فصل 3  :  روش های اندازه گیری جریان هوا  141

1.3           روش‌های اندازه‌گیری جریان هوا    142

1.1.3        اندازه‌گیری سرعت توسط لوله پیتو استاتیک    142

2.1.3        اندازه‌گیری فشار    145

3.1.3        پروفایل سرعت در یک کانال    148

2.3           پیمایش پیتو استاتیک    154

1.2.3        کانال مستطیلی شکل    155

3.3           کاربرد لوله پیتو استاتیک و خطاهای احتمالی    158

4.3           دستگاه‌های مکانیکی    159

1.4.3        بادسنج‌های پره‌ای چرخان    159

2.4.3        بادسنج‌های پره‌ای انحرافی (سرعت سنج هوا)    167

3.4.3        بادسنج‌های پره‌ای بنددار    170

4.4.3        بادسنج‌های حرارتی    170

5.4.3        سایر وسایل    173

6.4.3        بادسنج‌های انتشار گرداب    173

7.4.3        جریان‌سنج‌های اوریفیس    174

8.4.3        جریان‌سنج‌های ونتوری    174

5.3           روش فشار استاتیک هود    175

6.3           کالیبراسیون ابزارها    177

7.3           نظارت بر الگوهای جریان هوا با ردیاب‌های بصری    179

1.7.3        طراحی ردیاب    179

2.7.3        استفاده از ردیاب‌های قابل مشاهده    182

8.3           فهرست نمادها    184

 فصل 4  :    اندازه گیری تغییر هوا با استفاده از گازهای ردیاب  185

1.4           اندازه‌گیری تغییر هوا با استفاده از گازهای ردیاب    186 

1.1.4        مدل‌سازی تغییر هوا در فضاهای داخل   187

2.1.4        معادلات مدل    187

3.1.4        تعیین نرخ تغییر هوا (ACR) با استفاده از گازهای ردیاب    189

2.4           الزامات گازهای ردیاب متداول و ایده‌آل    190

1.2.4        دی نیتروژن مونوکسید     190

2.2.4        هگزا فلوراید گوگرد    190

3.2.4        ردیاب‌های‌ هگزافلروبنزن  ( ) و هیدروکربن- پرفلوئوروکربن  (PFT)    191

3.4           روش‌های‌ تعیین ACR    191

1.3.4        روش افت غلظت    192

2.3.4        روش تزریق ثابت    195

3.3.4        روش غلظت ثابت    197

4.4           استفاده از دی‌اکسیدکربن به‌عنوان گاز ردیاب    198

5.4           ارزیابی آماری منحنی‌های‌ افت   به همراه مثال    198

1.5.4        تعیین ACR توسط افزایش غلظت دی‌اکسیدکربن    202

6.4           مقایسه گازهای مختلف ردیاب برای تعیین نرخ‌های‌ تغییر هوا    203

1.6.4        تعیین نرخ‌های‌ تغییر هوا با استفاده از  و      203

2.6.4        نتایج اندازه‌گیری    204  

3.6.4        نتایج اندازه‌گیری هگزا فلرو بنزن    204

4.6.4        آزمایش موازی   و      206

7.4           اثرات باد و دما بر جریان طبیعی هوا در شرایط تهویه مشترک    207

1.7.4        تأثیرات باد    208

2.7.4        تأثیرات دما    212

8.4           نرخ تغییر هوا در زمان تهویه از پنجره    212

9.4           نرخ تغییر هوا    216

10.4         تهویه و غلظت آلاینده‌ها    219

11.4         روش تغییر هوا    226

12.4         نتیجه‌گیری    228

 فصل 5  :  تهویه صنعتی عمومی (ترقیقی)  229

1.5           تهویه صنعتی عمومی    230

1.1.5        اصول کلی تهویه    230

2.1.5        سیستم‌های تأمین    231

3.1.5        سیستم‌های مکش     231

4.1.5        تهویه مکشی عمومی‌(ترقیقی)    232

5.1.5        محدودیت‌های کاربرد    233

6.1.5        اصول تهویه ترقیقی    233

7.1.5        تهویه ترقیقی برای کنترل مخاطرات بهداشتی    234

8.1.5        محل‌های ورودی/خروجی    238

9.1.5        معادلات تهویه مکشی عمومی‌    243

10.1.5       محاسبه تهویه ترقیقی برای غلظت در حالت پایدار    244

11.1.5       تهویه ترقیقی برای کنترل مخاطرات بهداشتی مخلوطی از مواد    247

12.1.5       تهویه ترقیقی برای پیشگیری از آتش‌سوزی و انفجار    248

13.1.5       تهویه ترقیقی برای پیشگیری از آتش‌سوزی و انفجار مخلوط مواد    249

14.1.5       فعالیت‌های چرخه‌ای    249

15.1.5       تهویه فضای بسته    250

16.1.5       دستورالعمل‌های تهویه عمومی‌    254

17.1.5       دستورالعمل‌های فرآیند تهویه    255

18.1.5       سیستم‌های مکش مرکزی    255

19.1.5       ملاحظات طراحی سیستم تهویه عمومی    256

 فصل 6  :  تهویه مکشی موضعی    261

1.6           تهویه مکشی موضعی    262

2.6           مشخصات آلاینده    262

6.2.1        وزن مخصوص مؤثر    262

3.6           هودها    263

1.3.6        انواع هودها    264

4.6           انواع سرعت در سیستم تهویه    267

1.4.6        سرعت ربایش    267

2.4.6        سرعت در دهانه    267

3.4.6        سرعت در شکاف    267

4.4.6        سرعت در کانال    267

5.6           رویه‌‌های طراحی    271

6.6           اصول طراحی    272

1.6.6        معادله برنولی    272

2.6.6        فشار: استاتیک، سرعت و کل    275

3.6.6        تنظیمات دما و فشار    278

7.6           رویه طراحی هود   279

8.6           عوامل طراحی هود    279

1.8.6        رابطه سرعت ربایش() با سرعت در کانال()   280

2.8.6        اثرات فلنج‌ها و بافل‌ها    283

9.6           رویه‌‌های تعیین اندازه هود   289

1.9.6        توزیع هوا   295

2.9.6        اثر موقعیت کارگر    296

10.6         افت‌‌های هود    299

1.10.6       هودهای ساده    300

2.10.6       هودهای مرکب    300

3.10.6       حداقل سرعت در کانال    301

11.6         الزامات هود ویژه    304

1.11.6       تهویه فرایندهای بسیار سمی و رادیواکتیو     304

2.11.6       فعالیت‌‌های آزمایشگاهی    304

3.11.6       تهویه دمشی- مکشی    305

4.11.6       جت دمنده    305

5.11.6       هود مکنده    306

6.11.6       فرآیندهای داغ    308

7.11.6       هودهای سایبانی بلند دایره‌ای شکل    309

8.11.6       هودهای سایبانی بلند مستطیلی شکل    309

9.11.6       هودهای سایبانی کوتاه    310

 فصل 7  :  طراحی های هود برای فعالیت های ویژه    311

1.7           آبکاری    312

1.1.7        طراحی هود     312

2.1.7        جریان هوا    315

2.7           رنگ‌پاشی با اسپری     319

1.2.7        طراحی هود     320

2.2.7        جریان هوا    323

3.7           پردازش و انتقال مواد گرانولی    326

4.7           جوشکاری، لحیم‌کاری و جوش برنجی    331

5.7           صنایع فرایندی شیمیایی     339

1.5.7        فعالیت‌های صنایع فرایندی شیمیایی    339

6.7           اتاقک‌های گاز در صنایع نیمه‌هادی     348

1.6.7        افت ورودی    351

2.6.7        دبی مطلوب مکش    351

7.7           سیستم‌های حجم کم/ سرعت بالا برای ابزارهای قابل حمل    353

 فصل 8  :  طراحی هودهای آزمایشگاهی    361

1.8           طراحی هودهای آزمایشگاهی    362

2.8           طراحي هود آزمايشگاه شیمی‌    362

1.2.8        هودهای پنجره بازشو کشویی عمودی    362

2.2.8        هودهای پنجره بازشوی کشویی افقی    368

3.2.8        هودهای کمکی تأمین هوا    370

4.2.8        سرعت در دهانه هودهای آزمایشگاهی    372

3.8           هودهای ویژه آزمایشگاهی    374

4.8           ویژگی‌های سیستم مکش آزمایشگاهی    375

8.4.1        پیکربندی سیستم    375

8.4.2        عوامل تأثیرگذار بر عملکرد هود    379

8.4.3        چیدمان آزمایشگاه    379

8.5           شیوه‌های کاری    381

8.6           عملکرد هودهای آزمایشگاهی    384

 فصل 9   :  طراحی سیستم های تک هود   385

1.9           طراحی سیستم‌های تک هود    386

2.9           رویکرد طراحی    386

3.9           طراحی یک سیستم ساده تک هود (هود مخلوط‌کن پرتابه‌ای )    387

4.9           طراحی یک سیستم هود شکافدار برای یک مخزن چربی‌زدا    393

1.4.9        اجزای افت در یک هود پیچیده    394

2.4.9        طراحی هود چربی‌زدا با استفاده از صفحه محاسبه فشار سرعت    397

فصل 10   :   طراحی سیستم های هود چندگانه    399

1.10         طراحی سیستم‌های هود چندگانه    400

2.10         کاربرد‌‌های سیستم‌های هود چندگانه    400

3.10         رویکرد طراحی متعادل    402

1.3.10       روش تعادل فشار استاتیک    406

2.3.10       روش تعادل دریچه تنظیم هوا    408

 فصل 11  : ارزیابی کمی عملکرد هود    409

11.1         ارزیابی کمی عملکرد هود    410

11.2         اندازه‌گیری‌های جریان هوای هود    410

11.3         راندمان ربایش هود    411

11.3.1       تأثیر جریان‌های کششی متقاطع هوا بر عملکرد هود    412

11.3.2       رابطه بین الگوهای جریان هوا و راندمان ربایش    414

11.4         کمبودهای رویکرد سرعت در خط مرکزی    420

 فصل 12 :  محفظه های کامل دائمی (PTEs)12   423

12.1         محفظه‌های کامل دائمی (PTEs)      424

2.1.12       پارامترهای طراحی PTE    426

3.1.12       انطباق با روش 204 EPA    426

4.1.12       استانداردهای OSHA    428

12.1.5       ملاحظات بهداشتی    428

6.1.12       ملاحظات‌‌ایمنی    430

7.1.12       آسایش کارگر    432

12.2         پیکربندی فرآیند    433

1.2.12       دسترسی به PTE    433

2.2.12       اندازه PTE    434

3.2.12       سیستم تهویه مطبوع    434

4.2.12       سیستم هوای جبرانی    435

5.2.12       هواکش هوای جبرانی    436

3.12         مثال    437

1.3.12       اندازه PTE    439

2.3.12       مواد دیواره PTE    440

3.3.12       دسترسی به PTE (درب‌ها و پنجره‌ها)    440

4.3.12       بادگیرها    441

5.3.12       هوای جبرانی    441

6.3.12    کانال    442

7.3.12    سایر ملاحظات    442

فصل 13  : مروری بر روش های مختلف کنترل آلاینده های هوا  443

1.13         مروری بر روش‌های مختلف کنترل آلاینده‌های هوا    444

1.1.13       اندازه‌گیری جریان‌های گاز و آلاینده‌ها    444

2.1.13       فیلترهای هوا    446

3.1.13       مروری بر سازوکارهای به دام‌اندازی ذرات توسط فیلترها   447

2.13         آزمون و سنجش    450

3.13         انتخاب فیلتر    450

4.13         جمع‌آوری‌کننده‌های گردوغبار    450

5.13         جمع‌آوری‌کننده‌های مکانیکی    456

1.5.13       اتاقک‌های ته‌نشینی    456

6.13         جمع‌آوری‌کننده‌های‌‌اینرسی    459

1.6.13       طراحی‌های دو مرحله‌‌ای    465

7.13         جمع‌آوری‌کننده‌های پارچه‌‌ای    467

8.13         جمع‌آوری‌کننده‌های تر    472

1.8.13       جذب سطحی    474

9.13         بررسی خصوصیات جاذب‌های مورد مطالعه    475

10.13        تحلیل و بررسی طرح مرکب مرکزي    477

1.10.13     مدل‌سازی مربوط به کربن فعال عامل‌دار شده    478

2.10.13     مدل‌سازی مربوط به نانو کامپوزیت کربن فعال عامل‌دار شده- چارچوب فلز-آلی آهن    478

3.10.13     مدل‌سازی مربوط به نانو کامپوزیت کربن فعال عامل‌دار شده-چارچوب فلز-آلی مس    478

11.13        تعیین شرایط بهینه فرایند جذب    479

12.13        اثر میزان جرم جاذب در جذب تولوئن    479

1.12.13     اثر میزان غلظت تولوئن در جریان ورودی به بستر جاذب  479

2.12.13     اثر میزان دبی گاز عبوری از بستر جاذب    480

3.12.13     اثر دما بر پارامترهای جذب تولوئن توسط جاذب    480

4.12.13     اثر رطوبت نسبی بر پارامترهای جذب تولوئن توسط جاذب  480

5.12.13     بررسی قابلیت استفاده مجدد نانو کامپوزیت‌های سنتز شده  480

13.13        کیفیت هوای داخلی محیط کار    481

1.13.13     رویه تهویه    482

2.13.13     رویه دستیابی به کیفیت مناسب هوای فضای داخل    490

14.13        فناوری‌های فیلتراسیون هوا    392

1.14.13     فیلتر‌های    HEPA    493

2.14.13     فیلترهای بستر کربن    493

3.14.13     فیلترهای لیفی و فوم    493

4.14.13     ازن    493

5.14.13     نور ماوراء بنفش    494

 فصل 14 :   شبکه کانال کشی    497

14.1         شبکه کانال‌کشی    498

14.2         اجزای شبکه کانال‌کشی    500

14.3         رویه طراحی شبکه کانال‌کشی    504

14.3.1       دو رویکرد طراحی شبکه کانال کشی    504

14.3.2       پارامترهای طراحی شبکه کانال‌کشی    504

14.4         افت فشار در شبکه کانال‌کشی    507

14.5         تخمین افت فشار کانال در سیستم‌های HVAC براساس طراحی مهندسان مکانیک    512

6.14         نمونه طراحی شبکه کانال‌کشی    512

1.6.14       مثال برآورد افت کانال    512

14.7         افت‌های اتصالات    513

1.7.14       جداول افت اتصالات- طول معادل کانال مستقیم    514

14.8         کلاس‌های نشت و فشار در کانال    527

 فصل 15  :  دودکش ها    533

1.15         دودکش‌ها    534

2.15         روش‌های طراحی دودکش    535

1.2.15       محاسبه قطر دودکش    535

2.2.15       محاسبه ارتفاع دودکش    536

3.2.15       محاسبه مکش دودکش    537

4.2.15       تخلیه دودکش‌ها    538

 فصل 16  :  هواکش ها    409

1.16         هواکش‌ها    548

2.16         انواع هواکش    548

1.2.16       هواکش‌های گریز از مرکز    548

2.2.16       هواکش‌های پره شعاعی    548

3.2.16       هواکش‌های تیغه رو به عقب    548

4.2.16       هواکش‌های‌‌ایرفویل    549

5.2.16       هواکش‌های تیغه رو به جلو    549

6.2.16       هواکش‌های جریان محوری    550

7.2.16       هواکش‌های پروانه‌‌ای (ملخی)    551

8.2.16       هواکش‌های لوله محوری    551

9.2.16       هواکش‌های پره محوری    551

3.16         تخلیه‌کننده‌های هوا    552

4.16         منحنی‌های هواکش    553

1.4.16       منحنی فشار استاتیک    554

2.4.16       منحنی توان    556

3.4.16       منحنی راندمان مکانیکی    558

5.16         طبقه‌بندی هواکش‌ها بر اساس فشار    561

1.5.16       هواکش فشار کل  (TP)    561

2.5.16       هواکش فشار استاتیک  (SP)    562

3.5.16       هواکش فشار سرعت  (VP)    562

4.5.16       دامنه کاربرد      563

5.5.16       فشار استاتیک کاملا مسدود شده  (BTSP)    563

6.5.16       انتقال آزاد    564

7.5.16       توان حقیقی کاملا باز (WOBHP)    564

8.5.16       سرعت در نوک  (TS)    564

6.16         قوانین هواکش    565

1.6.16       اثر تغییر در RPM    565

2.6.16       تأثیر تغییر در اندازه هواکش    566

3.6.16       اثرات چگالی    568

7.16         رابطه بین منحنی‌های هواکش و جداول هواکش    570

8.16         استفاده از هواکش‌ها در سیستم‌های تهویه    573

1.8.16       سیستم‌های تهویه مکشی عمومی    573

2.8.16       سیستم‌های تهویه مکشی موضعی    575

3.8.16       منحنی مقاومت سیستم مکشی    576

4.8.16       تطبیق هواکش با سیستم    577

9.16         انتخاب هواکش    578

1.9.16       جداول سنجه هواکش    578

2.9.16       رویه انتخاب هواکش    580

منابع    583

واژه نامه    585

فهرست الفبایی   587