مبانی مهندسی گرمایش با دیگ بخار و دیگ آبگرم

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، کوره باز بوده است. در سال های آغازین تقویم میلادی رومی ها یک سیستم گرمایش مرکزی بسیار کم هزینه را طراحی کردند.

آنها در کف ساختمان، کانال هایی ایجاد می کردند تا گازهای خروجی حاصل از احتراق یک یا چند کوره، از میان آن ها بگذرند. این سیستم ها به سیستم گرمایش هیپو کاستیک 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، یکبار دیگر مطرح شد. نخستین اصلاح در سیستم های گرمایش به کوره ها مربوط می شود که با نصب یک کلاهک برای انتقال دود، به کوره بسته تبدیل شدند.

پس از آن کوره لعابی، که کاربرد مواد سرامیکی در آن سبب افزایش چشمگیر بازده گرمایی می شد، اختراع شد.

در سال ۱۷۶۳ فردریش در پروسه در پی نخستین قحطی سوخت ( که در آن زمان عمدتا چوب بود ) اولین اقدام رابرای اصلاح مصرف انرژی کوره ها به انجام رساند.

نتیجه تلاش وی ساخت اولین نمونه از کوره های برلینی بود که به دودکش های بیشتری مجهز بود. کشف 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 کوره های آهنی نیز فرا رسید.

همزمان با اختراع کوره های آهنی مجزا، بررسی برای دستیابی به گرمایش مرکزی آغاز شد.مارتن تریوالد سوئدی به عنوان نخستین مخترع سیستم گرمایش (با آب گرم ) مرکزی 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 ۱۷۷۰جمیزوات از بخار آب برای گرمایش کار گاه خود استفاده کرد وی در این سیستم از نوعی رادیاتور چند تکه به عنوان سطح گرم کننده استفاده کرد. همزمان در انگلستان نخستین دیگ چدنی ساخته شد.

اولین دیگ بخار

نخستین پروانه ثبت برای گرمایش با استفاده از بخار آب، در سال های ۱۷۹۱، ۱۷۹۳ ، 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 کم، رایج تر بود و در ده نوزدهم میلادی با اصلاح این سیستم، سیستم گرمایش با بخار کم فشار ابداع گردید و به عنوان پر کاربرد ترین سیتم گرمایش مرکزی، مطرح شد.

گرمایش با آبگرم

در سال ۱۸۳۱ سیستم گرمایش با آب گرم به نام پرکینس به ثبت رسید. وی نخستین مخازن انبساط (برای تغییرات حجم آب در اثر گرما ) را آزمایش کرد.

سیستم گرمایش مرکزی با دیگ آب گرم در سال ۱۸۳۳ توسط پالکو انگلیسی، که وی را به عنوان ابداع کننده این سیستم می شناسند، ساخته شد.

در سیستم ابداعی وی، دیگ آب گرم از یک پیچه لوله ای طویل محتوی آب تشکیل شده بود. رادیاتور آن نیز یک پیچه لوله ای بود. این سیستم به صورت کاملا بسته، کار می کرد.

گرمایش با بخار

نخستین سیستم گرمایش که اجزای آن به صورت انبوه تولید وعرضه شد در سال ۱۸۶۰در ایالات متحده آمریکا ساخته شد. همزمان تولید رادیاتورها و دیگ های چدنی آغاز شد.

در سال ۱۸۷۰ این صنعت به کشور آلمان نیز وارد شد. سال ۱۸۷۱ نخستین قانون دیگ بخار تصویب شد که برای مثال درآن نصب لوله های قائم ایمنی دیگ الزامی شده بود.

سال ۱۸۷۵، شرکت کورتینگ نخستین دیگ چدنی آلمانی را به بازار عرضه کرد. سال ۱۸۹۸، شرکت بودروس، تولید انبوه دیگ های چدنی مطابق طرح های انحصاری خصوصی را آغاز کرد.

با شروع ده بیستم، توسعه این صنعت – از یک سو به علت تقاضای روز افزون برای هوای مطبوع و از سوی دیگر به علت کشف اصول مبتنی بر دانش روز افزون موجود، برای طراحی سیستم های گرمایش با آب گرم یا بخار کم فشار – شتاب گرفت.

در این زمینه استاد هرمان ریچل به دلیل نگارش (کتاب راهنمای طراحی سیستم های تهویه و گرمایش ) از دیگران معروفتر است. نخستین مقررات طراحی، در سال ۱۹۲۶با برگه استاندارد DIN 4701 مقررات محاسبه بار گرمایی ساختمانها تدوین شد.

سال ۱۹۰۱ نخستین تاسیسات راه دور گرمایش بابخار اروپا در شهر سدن آلمان ساخته شد.

سال ۱۹۰۶ تیشلمان نخستین تاسیسات راه دور گرمایش با آب گرم ،که به صورت ثقلی کار می کرد ، را در پلاوئن ساخت . با ساخت پمپ ، در سال ۱۹۳۰به وسیله و اپلندر، عصر گرمایش به کمک پمپ نیز آغاز شد .

سال ۱۹۵۰نخستین 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 که از سال ۱۹۵۵به بعداین سیستم در ساختمان های مسکونی، به طور کامل جایگزین سیستم گرمایش با بخار کم فشار شد.

با این همه میزان استفاده از سیستم گرمایش مرکزی باز هم رشد کمی داشت. پرکاربرد ترین وسیله گرم کننده سیستم های گرمایش با آب گرم، رادیاتورهای چدنی و فولادی بودند. نخستین استاندارد رادیاتورها در ۱۹۳۶یا۱۹۳۸ تدوین شد.

از اواسط دهه ۵۰ میلادی ساخت رادیاتورهای ورقه ای فولادی نیز آغاز شد. همزمان با افزایش وسایل گرم کننده فولادی، ساخت دیگ های آب گرم از فولاد نیز روز به روز افزایش می یافت.

تا زمانی که 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 ۱۹۷۳سبب شد تا برای جایگزینی سوخت های فسیلی و روش های ذخیره گرما، چاره اندیشی شود.

از یک سو استفاده از انرژی های نو (مانند انرژی خورشیدی و گرمای محیط ) آغاز شد و از سوی دیگر برای کاهش اتلافات گرمایی، مقرراتی وضع گردید.

به همین دلیل محاسبه بار گرمایی و طراحی سیستم گرمایش اهمیت فوق العاده ای پیدا کرد. به واسطه آگاهی روز افزون از خطر آلودگی هوا و نقش خطرناک 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).

کمبود روز افزون ذخایر سوخت خام، پژوهشگران را به تلاش برای یافتن راه حل های تازه تری وا داشته است.

مطالب مرتبط :

استفاده از بخار در سیر تاریخ

سیستم های آب گرم پر دما