اتاق دیزل ژنراتور هنگام کار به سرعت گرم می‌شود. موتور، رادیاتور و اگزوز همگی در این افزایش دما نقش دارند. اگر این گرما به درستی خارج نشود، دمای بالا می‌تواند عملکرد دستگاه را مختل کند. به همین دلیل، تهویه اتاق دیزل ژنراتور باید از همان مرحله طراحی جدی گرفته شود.

بارهای حرارتی و هوایی که تهویه اتاق دیزل ژنراتور باید پاسخ دهد

در طراحی تهویه اتاق دیزل ژنراتور نباید فقط رادیاتور را در نظر گرفت. موتور، آلترناتور، توربو، منیفولد و اگزوز نیز گرما تولید می‌کنند و مجموع این حرارت باید در محاسبات دیده شود.

در مدل‌هایی که رادیاتور روی خود ژنراتور قرار دارد، هوای عبوری از رادیاتور معمولا بخش مهمی از دفع گرمای اتاق را نیز بر عهده می‌گیرد؛ با این حال، باید دبی و افت فشار مجاز آن طبق اطلاعات سازنده بررسی شود. البته به شرطی که مسیر ورود و خروج هوا درست باشد.

هوای احتراق را نباید با هوای خنک‌کاری یکی دانست. موتور برای سوختن گازوئیل به هوای تازه نیاز دارد و این هوا ممکن است؛ از خود اتاق یا از یک مسیر جداگانه تامین شود. بنابراین دبی هوای رادیاتور را نمی توان به طور خودکار برابر با هوای مورد نیاز احتراق در نظر گرفت.

موضوع مهم دیگر، افزایش دمای داخل اتاق نسبت به بیرون است. یک عدد ثابت برای تمام ژنراتورها وجود ندارد؛ حداکثر دمای مجاز به مدل موتور، نوع رادیاتور، بار ژنراتور و شرایط طراحی بستگی دارد. برای همین، اطلاعات سازنده باید مبنای طراحی قرار بگیرد، نه یک عدد عمومی که برای همه دستگاه‌ها استفاده شود.

محاسبه دبی هوای تهویه و ابعاد دریچه‌ها

در تهویه هوای اتاق دیزل ژنراتور، دبی هوا باید متناسب با بار حرارتی انتخاب شود. دبی کم باعث بالا رفتن دمای اتاق می‌شود و دبی بیش از نیاز نیز می‌تواند دریچه و فن را بزرگ تر و پرهزینه تر کند. برای محاسبه دبی هوای مورد نیاز، می‌توان از رابطه زیر استفاده کرد:

V = Q ÷ (ρ × Cp × ΔT)

در این رابطه، V دبی حجمی هوای مورد نیاز، Q بار حرارتی که باید از اتاق خارج شود، ρ چگالی هوا، Cp ظرفیت حرارتی ویژه هوا و ΔT حداکثر افزایش دمای مجاز اتاق نسبت به هوای ورودی است.

در طراحی واقعی، مقدار Q باید بر اساس داده‌های حرارتی سازنده و شرایط کاری ژنراتور تعیین شود و نتیجه محاسبه نیز با دبی هوای مورد نیاز رادیاتور و محدودیت افت فشار سیستم مقایسه شود.

این رابطه نشان می‌دهد که هرچه بار حرارتی بیشتر باشد، هوای بیشتری برای خنک کردن اتاق لازم است. از طرف دیگر، اگر اجازه افزایش دمای بیشتری داده شود، دبی هوای مورد نیاز کاهش پیدا می‌کند.

برای طراحی دقیق، اطلاعات حرارتی همان مدل ژنراتور را از دیتاشیت سازنده بررسی کنید Cummins ،Caterpillar و Perkins معمولا داده‌هایی مانند Heat Rejection و Airflow را در مدارک فنی خود ارائه می‌کنند.

در راهنمای فنی Cummins، طراحی جریان هوای اتاق به عواملی مانند هوای مورد نیاز رادیاتور، مسیر ورود و خروج هوا و افت فشار مسیر وابسته دانسته شده است.

به همین دلیل، هنگام انتخاب فن یا دریچه نباید فقط دبی هوا را در نظر گرفت؛ افت فشار مسیر نیز باید با مشخصات سیستم خنک کاری ژنراتور هماهنگ باشد.

در طراحی دریچه نیز نباید فقط ابعاد ظاهری را در نظر گرفت. چیزی که اهمیت دارد سطح آزاد دریچه است؛ یعنی قسمتی از سطح که واقعا هوا می‌تواند از آن عبور کند. لوورها، توری‌ها و دمپرها بخشی از سطح ظاهری را می‌پوشانند و باعث افزایش افت فشار می‌شوند.

کاترپیلار نیز تاکید می‌کند که ظرفیت ژنراتور به محدودیت جریان هوا یا Pressure Drop وابسته است و طراحی لوور ورودی، مسیر هوا و لوور خروجی همگی روی این افت فشار اثر دارند.

در این قسمت استفاده از کانال چهارگوش یا کانال گرد به شرایط پروژه بستگی دارد. مهم تر از شکل کانال، سطح مقطع مناسب، طول مسیر، تعداد زانوها، افت فشار و توانایی آن در عبور دادن دبی مورد نیاز است.

ارتفاع محل نصب نیز نباید فراموش شود. در ارتفاع زیاد، چگالی هوا کاهش پیدا می‌کند و توان خنک کاری و عملکرد موتور تحت تاثیر قرار می‌گیرد. دمای بالای محیط نیز همین وضعیت را تشدید می‌کند. بنابراین انتخاب ژنراتور و سیستم تهویه باید با درنظر گرفتن Derating انجام شود.

روش‌های تهویه اتاق ژنراتور و انتخاب سیستم مناسب

یکی از روش‌های تهویه اتاق ژنراتور، تهویه طبیعی است. این روش برای اتاق‌های کوچک و ژنراتورهای با بار حرارتی پایین می‌تواند جواب بدهد، اما در پروژه‌های بزرگ معمولا کنترل جریان هوا دشوار می‌شود. در چنین شرایطی، تهویه مکانیکی انتخاب مطمئن تری است.

در تهویه مکانیکی می‌توان از فن دمنده، فن مکنده یا ترکیبی از آنها استفاده کرد. انتخاب بین این روش‌ها به مسیر هوا و تجهیزات موجود بستگی دارد. در ژنراتورهای دارای رادیاتور، یکی از راه حل‌های رایج این است که خروجی رادیاتور مستقیما به بیرون کانال کشی شود.

این کار کمک می‌کند هوای گرم رادیاتور دوباره وارد اتاق نشود. Cummins نیز برای این نوع نصب، اتصال انعطاف پذیر در محل رادیاتور را توصیه می‌کند تا حرکت و لرزش ژنراتور به کانال منتقل نشود.

در بعضی پروژه‌ها ایجاد فشار مثبت در اتاق مفید است؛ یعنی هوای تازه با فن وارد اتاق شود و مسیر مشخصی برای خروج هوای گرم وجود داشته باشد. در مقابل، فشار منفی با مکش هوا از اتاق ایجاد می‌شود. فشار منفی همیشه انتخاب مناسبی نیست.

اگر تجهیزات احتراقی دیگری مانند بویلر در همان فضا وجود داشته باشند، فشار منفی می‌تواند خطر Backdraft ایجاد کند. Cummins در چنین شرایطی افزایش سطح ورودی هوا یا استفاده از فن‌های فشاردهنده را مطرح می‌کند.

در پروژه‌های بزرگ، طراحی تهویه باید بر اساس شرایط واقعی ساختمان انجام شود. برای نمونه، اصول طراحی یک سیستم تهویه سوله صنعتی را نمی توان بدون بررسی به اتاق ژنراتور منتقل کرد، چون جریان هوا، بار حرارتی و محدودیت‌های فشار در این دو فضا متفاوت است.

جانمایی مسیر جریان هوا و تجهیزات جانبی

مسیر هوا باید طوری طراحی شود که هوای تازه به سمت ژنراتور حرکت کند و هوای گرم از مسیر مشخصی خارج شود. اگر هوای گرم دوباره به ورودی رادیاتور برگردد، پدیده Short Circuit رخ می‌دهد و خنک کاری افت می‌کند؛ حتی اگر فن همچنان دبی بالایی داشته باشد.

Cummins توصیه می‌کند هوای تهویه از بیرون ساختمان تامین و مستقیما نیز به بیرون تخلیه شود و محل ورودی و خروجی طوری انتخاب شود که احتمال برگشت هوای گرم یا گازهای اگزوز کاهش پیدا کند.

در انتخاب محل دریچه‌ها باید جهت باد غالب نیز بررسی شود. اگر خروجی هوای گرم دقیقا کنار ورودی هوای تازه باشد، باد می‌تواند هوای گرم را دوباره به سمت ورودی برگرداند. در چنین شرایطی حتی یک فن قدرتمند نیز ممکن است نتواند مشکل اصلی را حل کند.

این موضوع در طراحی فضاهای حساس اهمیت بیشتری دارد. برای مثال، اصول راهنمای تهویه بیمارستان و مراکز درمانی از نظر کنترل جریان هوا و جلوگیری از ورود آلاینده‌ها اهمیت زیادی دارد، اما اتاق ژنراتور نیازهای حرارتی و احتراقی خاص خودش را دارد و باید جداگانه طراحی شود.

تاثیر تهویه نامناسب بر عملکرد ژنراتور و خطاهای رایج اجرا

تاثیر تهویه هوای اتاق دیزل وقتی مشخص می‌شود که ژنراتور زیر بار کار می‌کند. اگر هوای ورودی رادیاتور بیش از حد گرم باشد، ظرفیت خنک کاری پایین می‌آید و دمای موتور افزایش پیدا می‌کند. در شرایط شدید، سیستم حفاظتی ممکن است ژنراتور را خاموش کند.

در شرایط شدید، سیستم حفاظتی ژنراتور می‌تواند به دلیل دمای بالای آب یا موتور، دستگاه را از مدار خارج کند. کاترپیلار نیز توضیح می‌دهد که افزایش دمای هوای ورودی و محدودیت جریان هوا می‌تواند Ambient Capability ژنراتور را کاهش دهد. در اجرای تهویه هوا اتاق دیزل ژنراتور، بعضی خطاها بیشتر از بقیه تکرار می‌شوند. مهم ترین آنها عبارتند از:

1. انتخاب فن فقط بر اساس CFM و بدون بررسی فشار استاتیک.
2. کوچک گرفتن سطح آزاد لوورها.
3. قرار دادن ورودی هوای تازه نزدیک خروجی هوای گرم.
4. استفاده از زانوهای متعدد و کانال طولانی بدون محاسبه افت فشار.
5. در نظر نگرفتن گرمای منیفولد، توربو و اگزوز در بار حرارتی.
6. فرض کردن اینکه هوای رادیاتور همان هوای احتراق است.
7. بی توجهی به دمای واقعی تابستان و شرایط محل نصب.
8. حذف یا تغییر لوورها و دمپرهای طراحی شده توسط سازنده.
9. تست نکردن ژنراتور در بار بالا یا Full Load
10. اندازه گیری نکردن دمای هوای ورودی رادیاتور و دمای داخل اتاق پس از اجرا.

در مورد الزامات ایمنی هم NFPA ۳۷ اهمیت زیادی دارد. این استاندارد برای موتورهای نصب شده در ساختمان، تهویه ای را لازم می‌داند که از تجمع خطرناک بخارات، گازها یا گرما در زمان کار و حتی خاموش بودن موتور جلوگیری کند. همچنین تامین هوای لازم برای احتراق، خنک کاری و تهویه باید در طراحی در نظر گرفته شود.

NFPA ۱۱۰ هم استاندارد مهمی برای سیستم‌های برق اضطراری و آماده به کار است و در پروژه‌های حساس باید در کنار الزامات محلی، مشخصات سازنده و الزامات مرجع ذی صلاح بررسی شود. نسخه‌های منتشرشده این استاندارد، الزامات سیستم‌های Emergency و Standby Power را پوشش می‌دهند.

بنابراین اجرای تهویه اتاق دیزل ژنراتور در یک پروژه واقعی فقط نصب چند فن و دریچه نیست. بعد از اجرا باید سیستم در شرایط کاری واقعی آزمایش شود. بهتر است دمای هوای بیرون، دمای داخل اتاق، دمای هوای ورودی رادیاتور، وضعیت فن و عملکرد ژنراتور در بار بالا ثبت شود.

حتی تغییرات کوچک بعد از راه اندازی، مانند بستن بخشی از یک لوور یا تغییر مسیر کانال، می‌تواند نتیجه طراحی اولیه را تغییر دهد. کاترپیلار در گزارشی جدید، نمونه ای از سایتی را بیان می‌کند، که افزایش حدود ۲۰ درجه سانتی گراد در دمای هوای ورودی باعث فعال شدن Derating ژنراتور پس از حدود یک ساعت کار در بار کامل شده است.

در پروژه‌های صنعتی، اگر طراحی یا اجرای سیستم نیاز به بررسی تخصصی داشته باشد، استفاده از تجربه مجموعه‌هایی مانند تهویه سازان صنعت کار می‌تواند در انتخاب تجهیزات و بررسی مسیرهای جریان هوا مفید باشد.

همچنین باید توجه داشت که هود صنعتی برای جمع آوری موضعی آلاینده یا حرارت طراحی می‌شود و نمی‌توان آن را بدون بررسی جایگزین سیستم اصلی تهویه اتاق ژنراتور دانست.

یک روش ساده برای بررسی عملکرد تهویه بعد از اجرا

بعد از نصب، چند دقیقه روشن کردن ژنراتور برای ارزیابی تهویه کافی نیست. سیستم باید در بار بالا بررسی شود، چون ممکن است مشکل دما فقط بعد از مدتی کار کردن خودش را نشان دهد.

در زمان تست، دمای هوای بیرون، دمای اتاق و دمای هوای ورودی رادیاتور را اندازه بگیرید. اگر با افزایش بار، دمای اتاق همچنان بالا می‌رود، باید دبی هوا، سطح دریچه‌ها و احتمال برگشت هوای گرم بررسی شود.

اگر با افزایش بار، دمای هوای ورودی رادیاتور نیز بیش از حد بالا برود، باید احتمال برگشت هوای گرم یا کمبود سطح ورودی بررسی شود. در بعضی پروژه‌ها مشکل از خود فن نیست، بلکه از مسیر هوایی است که برای فن ایجاد شده است.

جدول مقایسه روش‌های تهویه

در پروژه‌های بزرگ، متراژ اتاق به تنهایی معیار مناسبی برای انتخاب تجهیزات نیست. تهویه هوا اتاق دیزل ژنراتور باید بر اساس دبی مورد نیاز، افت فشار، اطلاعات سازنده و شرایط واقعی محل طراحی شود.

سخن پایانی درباره تاثیر تهویه هوای اتاق دیزل ژنراتور

در تهویه اتاق دیزل ژنراتور فقط مقدار هوای ورودی مهم نیست؛ مسیر جریان، گرمای تولیدشده، افت فشار و شرایط محیط هم باید در نظر گرفته شوند. طراحی درست و تست ژنراتور زیر بار، احتمال داغ شدن و خاموشی دستگاه را کمتر می‌کند.