مهندسی گرمایش 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.
تاریخچه مبانی مهندسی گرمایش
از لحاظ تاریخی نخستین وسیله گرمایش، كوره باز بوده است. در سال های آغازین تقویم میلادی رومی ها یك سیستم گرمایش مرکزی بسیار كم هزینه را طراحی كردند.
آنها در كف ساختمان، كانال هایی ایجاد می كردند تا گازهای خروجی حاصل از احتراق یك یا چند كوره، از میان آن ها بگذرند. این سیستم ها به سیستم گرمایش هیپو كاستیك معروف است.
با فروپاشی تمدن رومی ها این سیستم گرمایش گرمایش نیز به فراموشی سپرده شد. پس از گذشت چندین قرن از آن دوران، بحث سیستم گرمایش، یكبار دیگر مطرح شد. نخستین اصلاح در سیستم های گرمایش به كوره ها مربوط می شود كه با نصب یك كلاهك برای انتقال دود، به كوره بسته تبدیل شدند.
پس از آن كوره لعابی، كه كاربرد مواد سرامیكی در آن سبب افزایش چشمگیر بازده گرمایی می شد، اختراع شد.
در سال 1763 فردریش در پروسه در پی نخستین قحطی سوخت ( كه در آن زمان عمدتا چوب بود ) اولین اقدام رابرای اصلاح مصرف انرژی كوره ها به انجام رساند.
نتیجه تلاش وی ساخت اولین نمونه از كوره های برلینی بود كه به دودكش های بیشتری مجهز بود. كشف زغال سنگ سیاه و ذغال سنگ قهوه ای (به عنوان سوخت) سبب اصلاح هر چه بیشتر بازده گرمایی شد.با پیدایش صنعت ذوب آهن در اواخر سده هجدهم زمان ساخت كوره های آهنی نیز فرا رسید.
همزمان با اختراع كوره های آهنی مجزا، بررسی برای دستیابی به گرمایش مركزی آغاز شد.مارتن تریوالد سوئدی به عنوان نخستین مخترع سیستم گرمایش (با آب گرم ) مركزی شناخته می شود.
سیر مبانی مهندسی گرمایش با دیگ بخار و دیگ آبگرم
در اواخر سده هجدهم میلادی، با اختراع ماشین بخار (دیگ بخار)، تحقیق برای استفاده از بخار در گرمایش آغاز شد.
در سال 1770جمیزوات از بخار آب برای گرمایش كار گاه خود استفاده كرد وی در این سیستم از نوعی رادیاتور چند تكه به عنوان سطح گرم كننده استفاده كرد. همزمان در انگلستان نخستین دیگ چدنی ساخته شد.
اولین دیگ بخار
نخستین پروانه ثبت برای گرمایش با استفاده از بخار آب، در سال های 1791، 1793 ، اعطا شد و در همان زمان سیستم گرمایش با استفاده از هوای گرم نیز ابداع شد.
با وجود همه این ابداعات، تا آن زمان هنوز استفاده از بخاری، به علت هزینه كم، رایج تر بود و در ده نوزدهم میلادی با اصلاح این سیستم، سیستم گرمایش با بخار كم فشار ابداع گردید و به عنوان پر كاربرد ترین سیتم گرمایش مركزی، مطرح شد.
گرمایش با آبگرم
در سال 1831 سیستم گرمایش با آب گرم به نام پركینس به ثبت رسید. وی نخستین مخازن انبساط (برای تغییرات حجم آب در اثر گرما ) را آزمایش كرد.
سیستم گرمایش مركزی با دیگ آب گرم در سال 1833 توسط پالكو انگلیسی، كه وی را به عنوان ابداع كننده این سیستم می شناسند، ساخته شد.
در سیستم ابداعی وی، دیگ آب گرم از یك پیچه لوله ای طویل محتوی آب تشكیل شده بود. رادیاتور آن نیز یك پیچه لوله ای بود. این سیستم به صورت كاملا بسته، كار می كرد.
گرمایش با بخار
نخستین سیستم گرمایش كه اجزای آن به صورت انبوه تولید وعرضه شد در سال 1860در ایالات متحده آمریكا ساخته شد. همزمان تولید رادیاتورها و دیگ های چدنی آغاز شد.
در سال 1870 این صنعت به كشور آلمان نیز وارد شد. سال 1871 نخستین قانون دیگ بخار تصویب شد كه برای مثال درآن نصب لوله های قائم ایمنی دیگ الزامی شده بود.
سال 1875، شركت كورتینگ نخستین دیگ چدنی آلمانی را به بازار عرضه كرد. سال 1898، شركت بودروس، تولید انبوه دیگ های چدنی مطابق طرح های انحصاری خصوصی را آغاز كرد.
با شروع ده بیستم، توسعه این صنعت – از یك سو به علت تقاضای روز افزون برای هوای مطبوع و از سوی دیگر به علت كشف اصول مبتنی بر دانش روز افزون موجود، برای طراحی سیستم های گرمایش با آب گرم یا بخار كم فشار – شتاب گرفت.
در این زمینه استاد هرمان ریچل به دلیل نگارش (كتاب راهنمای طراحی سیستم های تهویه و گرمایش ) از دیگران معروفتر است. نخستین مقررات طراحی، در سال 1926با برگه استاندارد DIN 4701 مقررات محاسبه بار گرمایی ساختمانها تدوین شد.
سال 1901 نخستین تاسیسات راه دور گرمایش بابخار اروپا در شهر سدن آلمان ساخته شد.
سال 1906 تیشلمان نخستین تاسیسات راه دور گرمایش با آب گرم ،كه به صورت ثقلی كار می كرد ، را در پلاوئن ساخت . با ساخت پمپ ، در سال 1930به وسیله و اپلندر، عصر گرمایش به كمك پمپ نیز آغاز شد .
سال 1950نخستین پمپ آبگردان بی نیاز از مراقبت، برای سیستم های گرمایش به بازار آمد. با عرضه این پمپ، قابلیت اجرایی سیستم های گرمایش با آب گرم به حدی بهبود یافت كه از سال 1955به بعداین سیستم در ساختمان های مسكونی، به طور كامل جایگزین سیستم گرمایش با بخار كم فشار شد.
با این همه میزان استفاده از سیستم گرمایش مركزی باز هم رشد كمی داشت. پركاربرد ترین وسیله گرم كننده سیستم های گرمایش با آب گرم، رادیاتورهای چدنی و فولادی بودند. نخستین استاندارد رادیاتورها در 1936یا1938 تدوین شد.
از اواسط دهه 50 میلادی ساخت رادیاتورهای ورقه ای فولادی نیز آغاز شد. همزمان با افزایش وسایل گرم كننده فولادی، ساخت دیگ های آب گرم از فولاد نیز روز به روز افزایش می یافت.
تا زمانی كه نفت منبع اصلی انرژی بود، استفاده از دیگ های فولادی آبگرم مناسب تر بود. با افزایش استفاده از گاز طبیعی ، استفاده از دیگ های چدنی، بار دیگر رونق گرفت.
نخستین بحران انرژی در سال 1973سبب شد تا برای جایگزینی سوخت های فسیلی و روش های ذخیره گرما، چاره اندیشی شود.
از یك سو استفاده از انرژی های نو (مانند انرژی خورشیدی و گرمای محیط ) آغاز شد و از سوی دیگر برای كاهش اتلافات گرمایی، مقرراتی وضع گردید.
به همین دلیل محاسبه بار گرمایی و طراحی سیستم گرمایش اهمیت فوق العاده ای پیدا كرد. به واسطه آگاهی روز افزون از خطر آلودگی هوا و نقش خطرناك سوخت های فسیلی در این آلودگی، در مهندسی گرمایش با دیگ بخار روش های احتراق نیز بهبود داده شدند.
( برای مثال با افزایش بهسوزی سوخت، احتراق فاقد NO xا وبه حداقل رساندن میزان گوگرد سوخت).
كمبود روز افزون ذخایر سوخت خام، پژوهشگران را به تلاش برای یافتن راه حل های تازه تری وا داشته است.
مطالب مرتبط :
