صداگیرهای کانالی و اثرات آیرودینامیکی سیستم تهویه

صداگیرهای کانالی

هنگامی که یک صداگیر کانالی در داخل یک سیستم کانال غیر ایده‌آل قرار داده می شود، افت فشار و مصرف انرژی سیستم کمی بیشتر از مقدار عملکرد آیرودینامیکی ایده آل صداگیر افزایش می یابد. مشابه اثر سیستم در بادزنها و سایر اجزای سیستم کانال، این افزایش می تواند مقدار قابل توجهی باشد. در بدترین حالتها این مقدار می تواند چند برابر مقدار افت فشار اسمی صداگیر باشد. اثر آیرودینامیکی سیستم بستگی به شکل هندسی داخل صداگیر و سیستم کانال و نحوه قرار گرفتن آن در داخل کانال دارد.

همچنین اثرات آکوستیکی سیستم نیز وجود دارند که کاملا متفاوت با اثرات آیرودینامیکی می باشند. بطور مثال اثرات آکوستیکی سیستم معولا افت آکوستیکی ناشی از نصب صداگیر در کانال را در فرکانسهای بالا جبران می نمایند. چون در اغلب کاربردهای تاسیسات در فرکانسهای بالا، صداگیرهای کانال جذب صدا را تا میزان بیش از حد به انجام می رسانند، این تاثیر نادیده گرفته می شود. در فرکانسهای کمتر که معمولاً عملکرد آکوستیکی از اهمیت کمتری برخوردار است، احتمالا اثرات آکوستیکی سیستم به حداقل می رسد.

افزایش دبی هوا باعث ایجاد سروصدای ناشی از تاثیرات می شود. پایین نگهداشتن اثر آیرودینامیکی سیستم در یک مقدار حداقل، باعث کاهش اثر آکوستیکی سیستم در اثر سروصدای منتشره خواهد شد. معمولا صرفه جویی در مصرف انرژی و ظرفیت دبی هوای سیستم عوامل موثر اولیه برای کنترل اثرات مضر سیستم می باشد. در نتیجه این مقاله تنها به بررسی اثرات آیرودینامیکی سیستم خواهد پرداخت.

ظرفیت صداگیرها

درک شرائط ایده‌آل آزمایش صداگیرها از اهیمت خاصی برخوردار است. استاندارد قابل کاربرد برای آزمایش، ASTM شماره E477-96  است که در این آزمایش فاصله از بالادست صداگیر ۵ برابر و فاصله از پایین دست صداگیر ۱۰ برابر قطر مستقیم کانال در نظر گرفته می شود. منظور کردن فاصله اول باعث بوجود آمدن یک جریان کاملا یکنواخت در داخل صداگیر می شود. فاصله دوم برای بازیافت فشار سرعتی تا حد ممکن در نظر گرفته می شود. در نتیجه افت فشار در سیستم کانال ایده‌آل کمتر از مقدار موجود در طرحهای عملی است. این آزمایش برای مقایسه مستقیم انواع صداگیرها و درج مشخصات آنها در مدارک قراردادها بکار می‌رود.

برای کاربرد صداگیرها در سیستمهای کانال واقعی، اثرات آیرودینامیکی سیستم باید در محاسبه افت کلی انرژی و فشار سیستم کانال منظور گردند. این اثرات سیستم ناشی از افزایش شدت اغتشاش و بی‌نظمی در جریان هوا می‌باشد. این شرائط به واسطه تاثیرات متقابل اثر سیستم کانال روی صداگیر و اثر صداگیر روی سایر اجزای سیستم بوجود می‌آید. برای روشن شدن قضیه به تشریح چند مثال خواهیم پرداخت.

تاثیر طراحی داخلی صداگیر روی اثر سیستم

اگر یک صداگیر با دو مجرای با ابعاد یکسان بلافاصله پس از یک زانویی قرار داده شود (شکل ۱)، سرعت جریان هوا در یکی از مجاری بیشتر از دیگری خواهد بود. این باعث بوجود آمدن افت فشار بیشتری نسبت به مقدار بدست آمده از آزمایش ASTM می‌شود. در نتیجه مجرای با سرعت بیشتر افت فشار واقعی صداگیر را نشان خواهد داد.

شکل ۱ : به دلیل استفاده از زانویی فاقد هادی، سرعت هوا هنگام عبور از مجاری بالایی صداگیر بیشتر از پایینی است.

اگر یک صداگیر، هوا را مستقیما بداخل یک زانویی تخلیه نماید، میزان افزایش اثر سیستم بستگی به طراحی زانویی، فاصله بین صداگیر و زانویی و سرعت هوای خروجی صداگیر دارد که سرعت خروجی صداگیر نیز بسرعت عبور هوا از مجاری در یک صداگیر با طرح تمام مستقیم بستگی دارد. اگر قسمتی برای بازیافت فشار سرعتی در قسمت خروجی صداگیر تعبیه شود، اثر سیستم کاهش خواهد یافت. برخی از طرحهای نمونه صداگیر در شکل ۲ نشان داده شده‌اند.

شکل ۲ : صداگیر D پایین ترین و صداگیر A بالاترین  سرعت خروجی را به ازای دبی هوا و افت فشار یکسان داراست. اتلافات آکوستیکی نصب برابر نمی‌باشند.

توضیحات فوق نمونه‌ای از اثر صداگیری روی زانویی‌ها در سیستم است.

نصب صداگیرها در سیستمهای کانال

نصب صداگیرها در فواصل نزدیک اتصالات کانال مانند زانویی و تبدیل و بسیار نزدیک به ورودی و خروجی بادزن از مشکلات مهم اثر سیستم است.

کتاب “راهنمای عملی کنترل سرو صدا و ارتعاشات در سیستمهای تاسیسات” که توسط ASHRAE منتشر شده است، شامل مطالبی درمورد به حداقل رساندن اثر سیستم در صداگیرها است که برخی از آنها در شکل ۳ نشان داده شده‌اند.

معمولا اجرای این روشها مشکل یا غیرممکن است. بطور مثال طراح سیستم به دلیل محدودیت فضا مجبور بوده از چند زانویی یا فاصله کم یا تبدیل و تغییرمسیرهای با شیب زیاد استفاده نماید. گرچه صداگیرهای یکپارچه که در اتصالات تعبیه شده‌اند اثر سیستم را کاهش می‌دهند، وقتی فضای کافی موجود نباشد، طبق مطالب منتشره در ASHRAE استفاده از زانویی های دارای صداگیر بهترین تدبیر است. زانوییهای دارای صداگیر بطور مؤثری سروصدا را کاهش داده و جداکننده‌های موجود در آنها بطور آیرودینامیکی باعث چرخش هوا شده و افت فشار سیستم را به حداقل می‌رسانند.

برای کاهش افت فشار، برخی مواقع مهندسان از صداگیرهایی که قطر اتصال کانال آنها بزرگتر از اندازه سیستم کانال است، استفاده می‌کنند. گرچه در چنین مورد خاصی که فضای کافی وجود ندارد، برای رعایت توصیه های  ASHRAE و حفظ شیب مناسب برای تبدیلها که در شکل ۳ نشان داده شده است ضای بیشتری نیاز خواهیم داشت اجرای صحیح روش امکان ندارد. در چنیم مواردی تبدیلها به دلیل تغییر ممنتوم در یک فاصله کم، باعث ایجاد اغتشاش زیادی خواهند شد. تازه این اغتشاش قبل از صداگیر بوجود می‌آید و پس از آن نیز انقباض جریان هوا در صداگیر و افزایش سطح مقطع پس از خروجی از صداگیر و سرانجام رسیدن به اندازه کانال اصلی را در پی خواهیم داشت.


شکل ۳ : روشهای نصب صداگیر در نزدیکی اتصالات کانال

یک طرح کاراتر برای دسترسی به افت فشار کمتر و حفظ همان عملکرد آکوستیکی، استفاده از صداگیرهای با طول بیشتر است که دارای شکافهای باز بیشتری برای هوا بوده و اندازه آنها برابر با اندازه کانال است که در این صورت از صداگیر با سطح مقطع بزرگتری استفاده خواهد شد.

مشاهده می‌شود که اثر سیستم در صداگیرهای نصب شده، در ورودی و انتهای کانال بیشتر از حالتهای دیگر باشد. اضافه کردن فلنج با انحناء دادن به ورودی استاندارد یک صداگیر و یا استفاده از اتصالات بازیافت فشار سرعتی در خروجی صداگیر، روشهایی برای کاهش انرژی ناشی از اثر سیستم است.

سیستمهای بادزن-‌ صداگیر

یک حالت پیچیده وقتی اتفاق می‌افتد که در صورت لزوم کاهش سروصدا، یک یا چند صداگیر به بادزن متصل شوند. این کار باعث ایجاد اثر مرکب سیستم برای بادزن و صداگیر شده که عملکرد بادزن و صداگیر را تغییر می‌دهد.

طرحهای خاصی برای صداگیرهای ورودی و خروجی بادزن وجود دارند که باعث کاهش اثرات آیرودینامیکی سیستم می‌شوند. این طرحها عباتند از: صداگیرهای مخروطی بادزنهای محوری و صداگیرهای جعبه ای ورودی برای بادزنهای سانتریفوژ. در برخی از حالات اگر یک صداگیر به دقت طراحی شده باشد، حتی در عمل  می‌تواند باعث بهبود شرائط جریان هوا شود.

برای گرفتن نتایج بهینه و یا مقادیر عملکردی دقیق، اغلب لازم است آزمایش مرکب بادزن- صداگیر انجام گیرد.

تعیین مقدار اثر سیستم

کتاب راهنمای ASHRAE جلد “کاربردهای تاسیساتی” توصیه می‌نماید که برای جلوگیری از بروز مشکل، فشار صداگیر و اثر سیستم نباید از ۸۷ پاسکال (۳۵% اینچ ستون آب) تجاوز نماید. در یک طرح خوب که صرفه جویی در مصرف انرژی نیز در آن رعایت شده، این مقدار حداکثر ۶۲ پاسکال (۲۵% اینچ ستون آب) یا کمتر است. در برخی از مواقع دسترسی به مقادیر کمتر از ۲۵ پاسکال (۱% اینچ ستون آب) غیر ممکن است.

تعداد بسیار محدودی از سازندگان صداگیر اطلاعات مربوط به اثر سیستم را منتشر نموده‌اند. این مقادیر شامل اثر سیستم کانال روی صداگیرهای نمونه، و نه همیشه اثر صداگیر روی سیستم کانال است. این اطلاعات برای میانگین انتخاب صداگیر تقریبی است. تعیین دقیق تر اثر سیستم بستگی به طرح واقعی صداگیر انتخاب شده و جزئیات کامل سیستم دارد. بنابراین در صورتی که دقت خیلی زیاد مورد نظر باشد، برای دسترسی به نتایج آزمایش واقعی با سازنده صداگیر مشورت نمایید. در حالاتی که شرائط بسیار بحرانی است دسترسی به نتایج این آزمایشات از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.

خلاصه اینکه بسیاری از سیستمهای کانال، مصرف انرژی زیاد و ظرفیت هوای کمتری نسبت به شرائط پیش بینی شده دارند. تعداد کمی از آنها مسائل جدی ایجاد سروصدا و مسائل آیرودینامیکی دارند. برای جلوگیری از بروز مشکل، لازم است همیشه از امکان بوجود آمدن بیش از حد اثرات آیرودینامیکی سیستم در کلیه قسمتهای سیستم کانال شامل بادزن، اتصالات کانال و صداگیر آگاه بوده و اطمینان حاصل نماییم.

با استفاده از ارزان‌قیمت‌ترین صداگیرها (که باعث افزایش غیرمنطقی اثر سیستم خواهد شد) به بهترین سیستم دست نخواهیم یافت. بجای این کار باید از صداگیرهایی استفاده کرد که هماهنگی بیشتری با سیستم کانال داشته و مصرف انرژی آن نیز در کمترین حد ممکن باشد. تعداد عملکرد آیرودینامیکی ایده‌آل نیز باید با استفاده از آزمایش ASTM شماره E477-96 بدست آید. سرانجام آن که افت فشار ناشی از اثر سیستم باید در محاسبات سیستم کانال منظور شود تا از دسترسی به ظرفیتهای طراحی شده برای جریان هوا اطمینان حاصل گردد.

نویسنده : دکتر سید علی اکبر طباطبایی
ژورنال بین المللی ASHRAE JOURNAL
مقاله صداگیرهای کانالی نوشته Frank Guenther

فهرست