परिवर्तनशील वायु आयतन
परिवर्तनशील वायु आयतन (वेरिएबल एयर वॉल्यूम (वीएवी)) प्रकार की ऊष्मीय, वेंटिलेटिंग और/या एयर कंडीशनिंग (एचवीएसी) प्रणाली है। जो कि निरंतर वायु मात्रा (सीएवी) प्रणालियों के विपरीत होती है, जिसमे परिवर्तनीय तापमान पर निरंतर वायु प्रवाह की आपूर्ति करते हैं, और जहाँ वीएवी प्रणाली स्थिर या भिन्न-भिन्न तापमान पर वायु प्रवाह को परिवर्तित करते हैं।[1][2] स्थिर-आयतन प्रणालियों की तुलना में वीएवी प्रणालियों के लाभों में अधिक स्पष्ट तापमान नियंत्रण, कम कंप्रेसर वियर, प्रणाली प्रशंसकों द्वारा कम ऊर्जा व्यय, पंखे की कम ध्वनि और अतिरिक्त निष्क्रिय निरार्द्रीकरण आदि सम्मिलित हैं।[3]
वीएवी बॉक्स प्रौद्योगिकी
वीएवी बॉक्स का सबसे सरल रूप सिंगल डक्ट टर्मिनल कॉन्फ़िगरेशन है, जो सिंगल डक्ट (एचवीएसी) से जुड़ा होता है जो हवाई संचालन केंद्र या एयर-हैंडलिंग यूनिट (एएचयू) से उपचारित हवा को उस स्थान तक पहुंचाता है जहां बॉक्स कार्य कर रहा है।[2] यह कॉन्फ़िगरेशन ऊष्मीय और कूलिंग भार के साथ-साथ समिष्ट के लिए आवश्यक वेंटिलेशन दरों को पूरा करने के लिए परिवर्तनीय तापमान या वायु मात्रा पर हवा प्रदान कर सकता है।[2]
इस प्रकार सामान्यतः, वीएवी बॉक्स दबाव से स्वतंत्र होते हैं, जिसका अर्थ है कि वीएवी बॉक्स वीएवी इनलेट पर अनुभव किए गए प्रणाली दबाव में भिन्नता की परवाह किए बिना निरंतर प्रवाह दर प्रदान करने के लिए नियंत्रण का उपयोग करता है।[2] यह एयरफ्लो सेंसर द्वारा पूरा किया जाता है जिसे वीएवी इनलेट पर रखा जाता है जो एयरफ्लो को समायोजित करने के लिए वीएवी बॉक्स के अंदर डैम्पर को खोलता या बंद करता है।[2] तथा जहाँ सीएवी और वीएवी बॉक्स के मध्य अंतर यह है कि वीएवी बॉक्स को समिष्ट की स्थितियों के आधार पर विभिन्न प्रवाह दर सेटपॉइंट्स के मध्य मॉड्यूलेट करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है। वीएवी बॉक्स को न्यूनतम और अधिकतम एयरफ्लो सेटपॉइंट के मध्य संचालित करने के लिए प्रोग्राम किया गया है और यह अधिभोग, तापमान या अन्य नियंत्रण मापदंडों के आधार पर हवा के प्रवाह को नियंत्रित कर सकता है।[4] सीएवी बॉक्स केवल स्थिर, अधिकतम मान या "ऑफ" स्थिति के मध्य ही कार्य कर सकता है।[5] इस अंतर का अर्थ यह है कि वीएवी बॉक्स बहुत कम ऊर्जा का उपयोग करते हुए सख्त समिष्ट तापमान नियंत्रण प्रदान कर सकता है। वीएवी बक्से अधिक ऊर्जा बचाने का और एक कारण यह भी है कि वह पंखे (मशीन) पर एडजस्टेबल-स्पीड ड्राइव या वेरिएबल-स्पीड ड्राइव के साथ जुड़े हुए हैं, जिससे कि जब वीएवी बक्से आंशिक लोड की स्थिति का अनुभव कर रहे हों तो पंखे नीचे जा सकते है।[6]
वीएवी बक्सों में इलेक्ट्रिक या हाइड्रोनिक ऊष्मीय कॉइल्स, रीहीट का रूप सम्मिलित करना सामान्य है।[4] जबकि इलेक्ट्रिक कॉइल विद्युत प्रतिरोध ऊष्मीय के सिद्धांत पर कार्य करते हैं, जिसके अनुसार विद्युत ऊर्जा को विद्युत प्रतिरोध के माध्यम से गर्मी में परिवर्तित किया जाता है, हाइड्रोनिक ऊष्मीय कॉइल से हवा में गर्मी स्थानांतरित करने के लिए गर्म पानी का उपयोग करता है। रीहीट कॉइल्स के जुड़ने से बॉक्स को आवश्यक वेंटिलेशन दर प्रदान करते हुए समिष्ट में ऊष्मीय भार को पूरा करने के लिए आपूर्ति हवा के तापमान को समायोजित करने की अनुमति मिलती है।[2] तथा कुछ अनुप्रयोगों में यह संभव है कि स्थान को इतनी अधिक वायु-परिवर्तन दर की आवश्यकता हो, इससे अति-शीतलन का खतरा हो सकता है।[5] इस परिदृश्य में, रीहीट कॉइल्स समिष्ट में तापमान निर्धारित बिंदु को बनाए रखने के लिए हवा का तापमान बढ़ा सकती हैं।[2] यह परिदृश्य उन भवनों में ठंड के मौसम के समय घटित होता है जिनकी परिधि और आंतरिक क्षेत्र होते हैं। अधिक सूर्य के संपर्क वाले परिधि क्षेत्रों को आंतरिक क्षेत्रों की तुलना में एयर-हैंडलिंग इकाई से कम आपूर्ति हवा के तापमान की आवश्यकता होती है, जिसमें सूर्य की कठिन परिस्थिति कम होती है और बिना नियम छोड़े जाने पर परिधि क्षेत्रों की तुलना में ठंडा रहता है। और दोनों क्षेत्रों में समान आपूर्ति वायु तापमान प्रदान किए जाने के साथ, अत्यधिक शीतलन से बचने के लिए रीहीट कॉइल्स को आंतरिक क्षेत्र के लिए हवा को गर्म करना चाहिए।[7]
मल्टीपल-जोन वीएवी प्रणाली
एयर ब्लोअर की प्रवाह दर परिवर्तनशील है। एकल वीएवी हवा का संचालक के लिए जो अनेक थर्मल ज़ोन की सेवा करता है, तथा प्रत्येक ज़ोन में प्रवाह दर भी भिन्न होनी चाहिए।
एक वीएवी टर्मिनल इकाई,[8] जिसे अधिकांशतः वीएवी बॉक्स कहा जाता है, ज़ोन-स्तरीय प्रवाह नियंत्रण उपकरण है। यह मूल रूप से स्वचालित एक्चुएटर के साथ कैलिब्रेटेड एयर डम्पर (आर्किटेक्चर) है। वीएवी टर्मिनल इकाई या तो स्थानीय या केंद्रीय नियंत्रण प्रणाली से जुड़ी होती है। ऐतिहासिक रूप से, वायु-विद्या नियंत्रण सामान्य बात थी, किन्तु इलेक्ट्रॉनिक प्रत्यक्ष डिजिटल नियंत्रण प्रणालियाँ विशेष रूप से मध्यम से बड़े आकार के अनुप्रयोगों के लिए लोकप्रिय हैं। हाइब्रिड नियंत्रण, उदाहरण के लिए डिजिटल डेटा संग्रह के साथ वायवीय एक्चुएटर्स भी लोकप्रिय होती है।[9]
चित्र में सामान्य व्यावसायिक अनुप्रयोग दिखाया गया है। इस वीएवी प्रणाली में वीएवी बॉक्स, डक्टवर्क और चार एयर टर्मिनल सम्मिलित हैं।
पंखा नियंत्रण - दबाव-स्वतंत्र प्रणाली का मूल अवलोकन
वीएवी प्रणाली में प्रणाली की पंखे की क्षमता का नियंत्रण महत्वपूर्ण है। उचित और तीव्र प्रवाह दर नियंत्रण के बिना, प्रणाली का डक्टवर्क, या इसकी सीलिंग, अत्यधिक दबाव से आसानी से क्षतिग्रस्त हो सकती है। ऑपरेशन के कूलिंग मोड में, जैसे ही समिष्ट में तापमान संतुष्ट होता है, समिष्ट में ठंडी हवा के प्रवाह को सीमित करने के लिए वीएवी बॉक्स बंद हो जाता है। जैसे ही समिष्ट में तापमान बढ़ता है, तापमान को वापस नीचे लाने के लिए बॉक्स खुल जाता है। पंखा वीएवी बॉक्स की स्थिति की परवाह किए बिना डिस्चार्ज डक्ट में निरंतर स्थिर दबाव बनाए रखता है। इसलिए, जैसे ही बॉक्स बंद होता है, पंखा धीमा हो जाता है या आपूर्ति वाहिनी में जाने वाली हवा की मात्रा को प्रतिबंधित कर देता है। जैसे ही बॉक्स खुलता है, पंखे की गति बढ़ जाती है और डक्ट में अधिक वायु प्रवाह की अनुमति मिलती है, जिससे स्थिर दबाव बना रहता है।
वीएवी प्रणालियों के लिए चुनौतियों में से विभिन्न पर्यावरणीय परिस्थितियों वाले अनेक क्षेत्रों के लिए पर्याप्त तापमान नियंत्रण प्रदान करना है, जैसे कि भवन के कांच की परिधि पर कार्यालय बनाम हॉल के नीचे आंतरिक कार्यालय दोहरी डक्ट प्रणाली किसी भी क्षेत्र के लिए मिश्रित आपूर्ति हवा का उचित तापमान प्रदान करने के लिए डक्ट में ठंडी हवा और दूसरे डक्ट में गर्म हवा प्रदान करती है। चूँकि, अतिरिक्त डक्ट बोझिल और मूल्यवान है। इसलिए विद्युत् या गर्म पानी के ऊष्मीय का उपयोग करके, एकल वाहिनी से हवा को दोबारा गर्म करना, अधिकांशतः अधिक निवेश प्रभावी समाधान होता है।[10]
अनुप्रयोगों को पुनः गरम करें - नियंत्रण और ऊर्जा उद्देश्य
पारंपरिक वीएवी रीहीट प्रणाली डिजाइन एयरफ्लो के 30% से 50% की न्यूनतम एयरफ्लो दर का उपयोग करते हैं। अंडर-वेंटिलेशन और थर्मल आराम के उद्देश्यों के कठिन परिस्थिति से बचने के लिए इन वायु प्रवाह न्यूनतम का चयन किया जाता है। चूँकि, इस दृष्टिकोण की प्रभावकारिता का समर्थन करने वाले प्रकाशित शोध दुर्लभ हैं। कम न्यूनतम एयरफ्लो रेंज (डिजाइन एयरफ्लो का 10% से 20%) पर कार्य करने वाले प्रणाली पारंपरिक प्रणाली की तुलना में कम पंखे और रीहीट कॉइल ऊर्जा का उपयोग करते हैं, और वर्तमान के शोध से पता चला है कि इन निचले स्तर पर थर्मल आराम और पर्याप्त वेंटिलेशन न्यूनतम अभी भी प्राप्त किया जा सकता है।. [11]
उच्च न्यूनतम वायुप्रवाह का उपयोग करने वाले वीएवी रीहीट प्रणाली सामान्यतः पारंपरिक "एकल अधिकतम" नियंत्रण अनुक्रम का उपयोग करते हैं। इस नियंत्रण अनुक्रम के अनुसार, डिज़ाइन शीतलन स्थितियों के लिए एकल शीतलन अधिकतम वायु प्रवाह सेटपॉइंट का चयन किया जाता है। शीतलन वायुप्रवाह को धीरे-धीरे न्यूनतम वायुप्रवाह निर्धारित बिंदु तक कम किया जाता है, जहां यह तब भी बना रहता है जब समिष्ट का तापमान शीतलन तापमान निर्धारित बिंदु से अधिक कम हो जाता है। जब ऊष्मीय सेटपॉइंट पर पहुंच जाता है, तो इलेक्ट्रिक या हाइड्रोनिक ऊष्मीय कॉइल सक्रिय हो जाता है और धीरे-धीरे अधिक गर्मी प्रदान करता है जब तक कि डिज़ाइन ऊष्मीय तापमान पर अधिकतम ऊष्मीय क्षमता नहीं पहुंच जाती है।[12]
अनुसंधान से पता चला है कि भिन्न, "दोहरी अधिकतम" नियंत्रण अनुक्रम का उपयोग पारंपरिक "एकल अधिकतम" नियंत्रण अनुक्रम के सापेक्ष पर्याप्त मात्रा में ऊर्जा बचा सकता है। यह "दोहरी अधिकतम" अनुक्रम के कम न्यूनतम वायु प्रवाह दरों के उपयोग के कारण पूरा किया गया है।[12] इस नियंत्रण अनुक्रम के अनुसार, समान शीतलन अधिकतम वायुप्रवाह का चयन किया जाता है और जैसे-जैसे समिष्ट का तापमान घटता है, वैसे-वैसे इसे कम किया जाता है। जब तक समिष्ट का तापमान शीतलन तापमान निर्धारित बिंदु तक गिर जाता है, तब तक वायुप्रवाह "एकल अधिकतम" अनुक्रम में उपयोग किए जाने वाले न्यूनतम मान (10% - 20% बनाम 30% - अधिकतम शीतलन वायुप्रवाह का 50%) की तुलना में कम न्यूनतम मान तक पहुंच जाता है। जब समिष्ट का तापमान ऊष्मीय तापमान सेटपॉइंट तक पहुंच जाता है, तो ऊष्मीय कॉइल सक्रिय हो जाता है और इसकी विद्युत शक्ति (इलेक्ट्रिक कॉइल्स के लिए) या गर्म पानी वाल्व की स्थिति (हाइड्रॉनिक कॉइल्स के लिए) बढ़ जाती है, जबकि वायु प्रवाह न्यूनतम सेटपॉइंट पर रहता है। जब ऊष्मीय कॉइल अपनी अधिकतम ऊष्मीय क्षमता तक पहुंच जाती है, तो समिष्ट के तापमान में और गिरावट आने पर, एयरफ्लो तब तक बढ़ जाता है जब तक कि यह अधिकतम ऊष्मीय एयरफ्लो सेटपॉइंट (सामान्यतः अधिकतम कूलिंग एयरफ्लो का लगभग 50%) तक नहीं पहुंच जाता।[5]
संदर्भ
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