مباني مهندسي گرمايش با دیگ بخار و دیگ آبگرم

مهندسي گرمايش با دیگ بخار مسیر تاریخی نسبتا طولانی را برای رسیدن به تکنولوژی امروز طی کرده است. برای درک بهتر مبانی این مهندسی ابتدا باید تاریخچه آن مورد بررسی قرار گیرد.

تاريخچه مباني مهندسي گرمايش

از لحاظ تاريخي نخستين وسيله گرمايش، كوره باز بوده است. در سالهاي آغازين تقويم ميلادي روميها يك سيستم گرمايش مرکزی بسيار كم هزينه را طراحي كردند. آنها در كف ساختمان، كانالهايي ايجاد ميكردند تا گازهاي خروجي حاصل از احتراق يك يا چند كوره، ازميان آنها بگذرند. اين سيستم ها به سيستم گرمايش هيپو كاستيك معروف است.

با فروپاشي تمدن روميها اين سيستم گرمايش گرمايش نيز به فراموشي سپرده شد. پس از گذشت چندين قرن از آن دوران ، بحث سيستم گرمايش ، يكبار ديگر مطرح شد. نخستين اصلاح در سيستمهاي گرمايش به كوره ها مربوط مي شود كه با نصب يك كلاهك براي انتقال دود ، به كوره بسته تبديل شدند. پس از آن كوره لعابي ، كه كاربرد مواد سراميكي در آن سبب افزايش چشمگير بازده گرمايي مي شد، اختراع شد.

در سال ۱۷۶۳ فرد ريش در پروسه در پي نخستين قحطي سوخت ( كه در آن زمان عمدتا چوب بود ) اولين اقدام رابراي اصلاح مصرف انرژي كورهها به انجام رساند . نتيجه تلاش وي ساخت اولين نمونه از كورهاي برليني بود كه به دودكشهاي بيشتري مجهز بود .

كشف زغال سنگ سياه و ذغال سنگ قهوه اي (به عنوان سوخت ) سبب اصلاح هر چه بيشتر بازده گرمايي شد.با پيدايش صنعت ذوب آهن در اواخر سده هجدهم زمان ساخت كوره هاي آهني نيز فرا رسيد.

همزمان با اختراع كوره هاي آهني مجزا ، بررسي براي دستيابي به گرمايش مركزي آغاز شد.مارتن تريوالد سوئدي به عنوان نخستين مخترع سيستم گرمايش (با آب گرم ) مركزي شناخته مي شود (۱۷۱۶) .

سیر مباني مهندسي گرمايش با دیگ بخار و دیگ آبگرم

در اواخر سده هجدهم ميلادي ، با اختراع ماشين بخار (دیگ بخار)، تحقيق براي استفاده از بخار در گرمايش آغاز شد. در سال ۱۷۷۰جميزوات از بخار آب براي گرمايش كار گاه خود استفاده كرد وي در اين سيستم از نوعي رادياتور چند تكه به عنوان سطح گرم كننده استفاده كرد . همزمان در انگلستان نخستين ديگ چدني ساخته شد.

نخستين پروانه ثبت براي گرمايش با استفاده از بخار آب ، در سالهاي ۱۷۹۱، ۱۷۹۳ ، اعطا شد ، در همان زمان سيستم گرمايش با استفاده از هواي گرم نيز ابداع شد.

با وجودهمه اين ابداعات ، تا آن زمان هنوز استفاده از بخاري ، به علت هزينه كم ، رايج تر بود و در سده نوزدهم ميلادي با اصلاح اين سيستم ، سيستم گرمايش با بخار كم فشار ابداع گرديد و به عنوان پر كاربرد ترين سيتم گرمايش مركزي ، مطرح شد .

در سال ۱۸۳۱ سيستم گرمايش با آب گرم به نام پركينس به ثبت رسيد . وي نخستين مخازن انبساط (براي تغييرات حجم آب در اثر گرما ) را آزمايش كرد .

سيستم گرمايش مركزي با دیگ آب گرم (آبگرم) در سال ۱۸۳۳توسط پالكو انگليسي ، كه وي را به عنوان ابداع كننده اين سيستم مي شناسند ، ساخته شد. در سيستم ابداعي وي ، ديگ آب گرم از يك پيچه لوله اي طويل محتوي آب تشكيل شده بود . رادياتور آن نيز يك پيچه لوله اي بود. اين سيستم به صورت كاملا بسته ، كار مي كرد .

نخستين سيستم گرمايش كه اجزاي آن به صورت انبوه توليد وعرضه شد در سال ۱۸۶۰در ايالات متحده آمريكا ساخته شد . همزمان توليد رادياتورها و ديگهاي چدني آغاز شد .

در سال ۱۸۷۰ اين صنعت به كشور آلمان نيز وارد شد . سال ۱۸۷۱ نخستين قانون ديگ بخار تصويب شد كه براي مثال درآن نصب لوله هاي قائم ايمني ديگ الزامي شده بود .

سال ۱۸۷۵ ، شركت كورتينگ نخستين ديگ چدني آلماني را به بازار عرضه كرد .سال ۱۸۹۸، شركت بودروس ، توليد انبوه ديگهاي چدني مطابق طرحهاي انحصاري خصوصي را آغاز كرد .

با شروع سده بيستم ، توسعه اين صنعت – از يك سو به علت تقاضاي روز افزون براي هواي مطبوع ، و از سوي ديگر به علت كشف اصول مبتني بر دانش روز افزون موجود ، براي طراحي سيستمهاي گرمايش با آب گرم يا بخار كم فشار – شتاب گرفت .

در اين زمينه استاد هرمان ريچل به دليل نگارش (كتاب راهنماي طراحي سيستمهاي تهويه و گرمايش ) از ديگران معروفتر است. نخستين مقررات طراحي، در سال ۱۹۲۶با برگه استاندارد DIN 4701 مقررات محاسبه بار گرمايي ساختمانها تدوين شد .

سال ۱۹۰۱ نخستين تاسيسات راه دور گرمايش بابخار اروپا در شهر سدن آلمان ساخته شد.

سال ۱۹۰۶ تيشلمان نخستين تاسيسات راه دور گرمايش با آب گرم ،كه به صورت ثقلي كار مي كرد ، را در پلاوئن ساخت . با ساخت پمپ ، در سال ۱۹۳۰به وسيله و.اپلندر ، عصر گرمايش به كمك پمپ نيز آغاز شد .

سال ۱۹۵۰نخستين پمپ آبگردان بي نياز از مراقبت ، براي سيستمهاي گرمايش به بازار آمد . با عرضه اين پمپ ، قابليت اجرايي سيستمهاي گرمايش با آب گرم به حدي بهبود يافت كه از سال ۱۹۵۵به بعداين سيستم در ساختمانهاي مسكوني ، به طور كامل جايگزين سيستم گرمايش با بخار كم فشار شد . با اين همه ميزان استفاده از سيستم گرمايش مركزي بازهم رشد كمي داشت .

پر كاربرد ترين وسيله گرم كننده سيستمهاي گرمايش با آب گرم ، رادياتورهاي چدني و فولادي بودند . نخستين استاندارد رادياتورها در ۱۹۳۶يا۱۹۳۸ تدوين شد .

از اواسط دهه۵۰ ميلادي ساخت رادياتورهاي ورقه اي فولادي نيز آغاز شد .همزمان با افزايش وسايل گرم كننده فولادي ، ساخت ديگهاي آب گرم از فولاد نيز روز به روز افزايش مي يافت .

تا زماني كه نفت منبع اصلي انرژي بود ، استفاده از ديگهاي فولادي آبگرم مناسب تر بود . با افزايش استفاده از گاز طبيعي ، استفاده از ديگهاي چدني ، بار ديگر رونق گرفت .

نخستين بحران انرژي در سال ۱۹۷۳سبب شد تا براي جايگزيني سوختهاي فسيلي و روشهاي ذخيره گرما ، چاره انديشي شود .

از يك سو استفاده از انرژي هاي نو (مانند انرژي خورشيدي و گرماي محيط ) آغاز شد و از سوي ديگر براي كاهش اتلافات گرمايي ، مقرراتي وضع گرديد . به همين دليل محاسبه بار گرمايي و طراحي سيتم گرمايش اهميت فوق العاده اي پيدا كرد .

به واسطه آگاهي روز افزون از خطر آلودگي هوا و نقش خطرناك سوختهاي فسيلي در اين آلودگي، در مهندسي گرمايش با دیگ بخار روش هاي احتراق نيز بهبود داده شدند ( براي مثال با افزايش بهسوزي سوخت ، احتراق فاقد NO xا وبه حداقل رساندن ميزان گوگرد سوخت ) . كمبود روز افزون ذخاير سوخت خام ، پژوهشگران را به تلاش براي يافتن راه حلهاي تازه تري وا داشته است .