ارائه راهکار کاهش آلودگی و معیار سنجش جریان تهویه در پارکینگ های بسته چند طبقه
نویسندگان : جواد امنیان، مهدی معرفت ، قاسم حیدری نژاد
چکیده
مدیریت کیفیت هوا در پارکینگ های چند طبقه زیر زمینی دارای چالش های مهمی است که از جمله آنها می توان به افزایش غلظت آلودگی در طبقات مختلف و جابجایی آن بین طبقات اشاره کرد. در مقاله حاضر محاسبات سیستم تهویه در پارکینگ های چند طبقه انجام شده و اثر ارتفاع دریچه های ورودی هوا و خروجی آلاينده بر میزان آلودگی در طبقات و جابجایی آن بین طبقات با استفاده از شبیه سازی عددی بررسی شده است، همچنین معیار جدیدی برای شناخت الگوی جریان در پارکینگ های بسته بیان شده است. جهت حل عددی، معادلات بقا با استفاده از نرم افزار اپن فوم حل شده اند. به منظور اعتبارسنجی حل عددی، جریان آلودگی در یک پارکینگ شبیه سازی شده و نتایج حاصل از آن با نتایج اندازه گیری تجربی مقایسه شده است.
مقایسه نتایج بیانگر دقت خوب روش حل عددی است. پس از صحت سنجی، انواع متداول پارکینگ های چند طبقه معرفی شده و اثر ارتفاع دریچه های ورودی هوا و خروجی آلودگی و الگوی جریان بر میزان آلودگی پارکینگ ها بررسی شده است. نتایج بیانگر ایجاد بهترین الگوی جریان تهویه در پارکینگ های چند طبقه با قرار گیری دریچه های ورودی هوا در ارتفاع بی بعد 055 و دریچه های خروجی آلودگی در ارتقاع يبعد 0.55 تا 0.7 بوده و از طرفی تغییر الگوی جریان باعث کاهش جابجایی آلودگی بین طبقات شده است. همچنین با استفاده از معیار جدید بیان شده در این مقاله، می توان سرعت تودهای جریان هوای ایده آل برای تولید جریان پیستونی در پارکینگ را بدست آورده و با استفاده از بهینه سازی موقعیت در یچه های ورودی هوای تمیز و خروجی هوای آلوده جریان هوا در پارکینگ را به جریان پیستونی نزدیک نمود.
1- مقدمه
در سال های اخیر تعداد ماشین ها به شدت افزایش یافته و متناسب با آن تقاضا برای استفاده از پارکینگ های زیرزمینی هم افزایش یافته است. امروزه پارکینگ های چندطبقه زیرزمینی در ساختمان های بزرگ همانند فروشگاه های زنجیره ای و مجتمع های تجاری ساخته شده است. با توجه به حضور افراد در پارکینگ های زیرزمینی، مدیریت آلودگی و بررسی کیفیت هوا در این مکان ها بسیار با اهمیت است. از طرفی آلودگی ایجاد شده در طبقات مختلف پارکینگ از طریق راهروها و راه پله ها به بخش های دیگر ساختمان راه یافته و مشکلات اساسی را ایجاد خواهد کرد.
مطابق با استانداردهای ملی و بین المللی [1-4]، با توجه به اینکه پارکینگ های زیرزمینی در دسته پارکینگ های بسته طبقه بندی می شوند، نیاز به تهویه مکانیکی دارند. مهمترین آلودگی موجود در پارکینگ های زیرزمینی منوکسید کربن بوده و میزان تهویه لازم برای کاهش آن برای رقیق سازی دیگر آلاینده ها همچون اکسیدهای نیتروژن کافی است .[2]
افراد حاضر در پارکینگ در بازه های زمانی متفاوتی در معرض منوکسید کربن منتشره از ماشین ها هستند [6,5]. به عنوان مثال کارمندان و نیروهای خدماتی پارکینگ در دوره های زمانی تا 12 ساعت در پارکینگ حضور داشته و در بازه ی زمانی طولانی ای در معرض منوکسید کربن قرار دارند. همچنین افرادی که به ساختمان مراجعه می کنند، در بازه های زمانی کم (معمولا کمتر از 10 دقیقه) در پارکینگ حضور داشته و در بازه ی زمانی کوتاهی در معرض منوکسید کربن قرار دارند.
بنابراین قرار گیری فرد در معرض منوکسید کربن در هر بازه ی زمانی با اهمیت بوده و نیاز به طراحی سیستم تهویه مناسب بسیار ضروری است. از طرفی استانداردهای مختلف از میانگین وزنی زمانی (‘TWA) برای بیان میزان منوکسید کربن و میزان هوای تهویه استفاده کرده اند. این پارامتر بیانگر حداکثر میزان منوکسید کربنی است که در مدت زمان معلوم اثر نامطلوب بر فرد نمی گذارد. در جدول 1 مقدار مجاز الودگی و مقدار هوای لازم جهت تهویه در استانداردهای مختلف بیان شده است. بررسی مستقیم سیستم تهویه در پارکینگ های چند طبقه زیرزمینی در پژوهش های موجود انجام نگرفته است. تحقیقات در این زمینه تنها در زمینه شبیه سازی پخش آلاینده در پارکینگ های بسته و یک طبقه و به صورت محدودو موجود است .
هو و همکاران [7] یک آزمایش تجربی را برای بدست آوردن رابطه بین الگوی ترافیک و منوکسید کربن تولیدی در یک پارکینگ بسته انجام داده و میزان منوکسید کربن را برای اساس حجم ترافیک و زمان حرکت ماشین ها در پارکینگ بیان کرده اند. رابطه آنها برای تخمین میزان هوای تهویه مناسب است. پاپا کوتستانتینو و همکاران [8] پیشنهاد داده اند که برای پارکینگ های زیرزمینی بسته از تهویه مکانیکی استفاده شود. آسیماکو پولو و همکاران [9] میزان آلودگی را در چندین نقطه از یک پارکینگ بسته اندازه گیری کرده و ارائه داده اند.
دومینگو و همکاران [10] با استفاده از شبیه سازی عددی به این نتیجه رسیدند که تغییر شکل دریچه های ورودی به مستطیلی با نسبت عرض به ارتفاع زیاد باعث هدایت بهتر جریان آلودگی به سمت دلخواه خواهد شد. السافتی و ابوالعظم (11) شبیه سازی عددی پخش آلودگی در یک پارکینگ بسته نمونه را انجام داده و اثر موقعیت دریچه های خروجی را بررسی کرده اند. کرارتی و همکاران [12] با استفاده از اندازه گیری تجربی میزان منوکسید کربن در هفت پارکینگ نمونه، رابطه ای جهت بدست آوردن میزان هوای تهویه پیشنهاد داده اند. لوپز و همکاران [13] با استفاده از اندازه گیری تجربی میزان آلودگی در چندین پارکینگ رابطه فوق را بهبود بخشیده و اثر پارامترهایی همچون سرعت ماشین ها در پارکینگ، نوع مصرف پارکینگ، تعداد ماشین های روشن و شیب مسیر را هم به رابطه کرارتی و همکاران اضافه نموده اند.
با توجه به پژوهش های فوق، بررسی کاهش آلودگی در پارکینگ های چند طبقه پسته تا به حال انجام نشده است. پارکینگ های چندطبقه بسته قابلیت زیادی در تجمیع آلودگی داشته و با توجه به اتصال طبقات مختلف به هم، آلودگی قابلیت جابجایی بین طبقات را دارد. در این مقاله پخش آلودگی در پارکینگ های چندطبقه و راهکار دقیق کاهش آلودگی در آنها مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا روش حل با استفاده از نتایج تجربی مرجع [9] صحت سنجی شده است. در ادامه دو نوع متداول پارکینگ های چندطبقه زیر زمینی معرفی شده و مورد بررسی قرار گرفته و راهکار مناسب برای کاهش آلودگی در آنها بیان شده است.
مؤلفان مقاله در کار قبلی خود (14) با استفاده از حل عددی، بازه ارتفاع بی بعد 0.5 تا 0.7 را جهت نصب دریچه های خروجی آلاینده برای یک پارکینگ یک طبقه پیشنهاد داده اند. با توجه به پژوهش فوق، در صورتی که دریچه های خروجی آلاینده در این بازه ارتفاعی قرار گیرند، بهترین شرایط کیفیت هوا در پارکینگ ایجاد خواهد شد.
در ادامه تحقیقات قبلی در مقاله حاضر، پخش آلودگی در پارکینگ های چند طبقه بررسی شده و بازه ارتفاع بی بعد مناسب دریچه های ورودی هوای تمیز و دریچه های خروجی آلودگی جهت ایجاد کیفیت هوای مناسب در آنها پیشنهاد شده است، علاوه بر این، بهترین رژیم جریان (جریان پیستونی) برای برقراری کیفیت هوای مناسب در پارکینگ بیان شده و معیار جدیدی جهت ایجاد جریان فوق ارائه شده است. همچنین اثر جریان پیستونی بر جابجایی آلودگی بین طبقات و میزان آلودگی در طبقات مختلف پارکینگ مورد بررسی قرار گرفته است، معیار بیان شده در این مقاله جهت تولید جریان پیستونی در پارکینگ برای اولین بار بیان شده و نتایج بیانگر صحت و دقت مناسب این معیار است.
2- معادلات حاکم
معادلات حاکم شامل معادلات بقای جرم، مومنتم ، انرژی و گونه آلودگی با استفاده از حلگر ری اکتینگ فوم در نرم افزار این فوم” حل شده اند. جریان هوا و آلودگی از نوع جریان های آشفته هستند و بدین منظور برای شبیه سازی آشفتگی از مدل k-ꜫ استفاده شده که مطابق با پژوهش های پیشین است [ 16,15,9 ) دلیل استفاده از این مدل دقت کافی برای حل جریان تهویه است.
همچنین با توجه به عدد اشمیت، مقدار نفوذپذیری جرمی کمتر از نفوذ مومنٹم بوده و در نتیجه بین ذرات منوکسید کربن و ذرات هوا تعادل برقرار است، مدل انتخابی آشفتگی تنها باعث تغییراتی در دقت محاسبات شده و بر روی پخش جریان آلودگی در پارکینگ با توجه به دقت مورد انتظار تأثیر عمده ندارد، معادلات بقا با اعمال متوسط گیری زمانی به صورت روابط زیر بیان می شوند.
معادله بقای جرم :
در رابطه (2) پارامتر Smبیانگر جمله منبع بوده و تانسور نرخ کرنش متوسط.Sij از رابطه (3) بدست می آید :
3- صحت سنجی
برای صحت سنجی حل عددی از هندسه شکل 1استفاده شده است [9] دلیل استفاده از این هندسه، وجود نتایج تجربی حاصل از اندازه گیری منوکسید کربن در چندین نقطه از پارکینگ است [9 ظرفیت پارکینگ فوق 25 ماشین بوده و دارای سه درب A1
(2.85*3 متر مربع)، A2 (2*3 متر مربع) و A3 (2*2 متر مربع) است. علاوه بر این می توان کانال های S2 S1 و E1 تا E3 را هم مشاهده نمود. دریچه های ورودی هوا و خروجی آلودگی (یا ابعاد 0.2 در0.4 متر مربع) به ترتیب بر روی کانال های 5 و E قرار داشته و در دو سمت کانال های فوق مطابق با مرجع [9] پخش شده اند.
1-3- شرایط مرزی و شبکه بندی
در این مقاله، درب های A1 و A2 به صورت ورودی سرعت و درب A3 به صورت فشار خروجی در نظر گرفته شده است. میزان سرعت هوا در درب های A1 و A2 مطابق با جدول 2 است [9] جهت ایجاد سرعت مورد نظر در هر کدام از درب های فوق، دامنه ی حل به اندازه 10 برابر قطر هیدرولیکی درب ها به سمت خارج هندسه امتداد یافته و جریان در ورودی آنها با روش سعی و خطا به گونه ای تنظیم شده است که میزان سرعت مطابق با جدول 2 بدست آید.
همچنین دریچهای ورودی موجود بر کانال های 51 و 52 و دریچه های خروجی موجود بر کانال های E1 تا E3 به صورت ورودی سرعت در نظر گرفته شده اند میزان سرعت در هر کدام از دریچه های فوق در جدول های 3 و 4 بیان شده است. مقدار سرعت های منفی در جدول 4 بیانگر خروج جریان از دریچه مورد نظر است. موقعیت دریچه های فوق از شمالی۔ ترین نقطه هر کدام از کانال های 5 و E اندازه گیری شده است. دمای هوای ورودی از دریچه های ورودی کانال دو درب A1 برابر با 20 درجه سانتی گراد است. در حل عددی میزان پارامترهای او در هر کدام از ورودی ها و خروجی ها با توجه به روابط (12,11) بدست آمده است [18-20).
در روابط( 12,11)، پارامترهای او به ترتیب بیانگر شدت توربولانس (نسبت جزء اغتشاشی سرعت به سرعت متوسط) و طول اختلاطی هستند. برای محاسبه مقدار شرایط مرزی ꜫ و k در ورودی ها، شدت توربولانس برابر با %5 و طول اختلاطی برابر با %7 قطر هیدرولیکی هر مرز در نظر گرفته شده است) (l=0.07dh همچنین جهت دیواره ها از شرط مرزی تابع دیواره برای هر دو پارامتر ꜫ و k استفاده شده و در خروجی ها هم از شرط مرزی گرادیان صفراستفاده شده است.
در رابطه (12)، مقدار cµ با توجه به داده های تجربی برابر با 0.09 است [19]. دیواره های پارکینگ به صورت شرط مرزی عدم لغزش با دمای محیط (20 درجه سانتی گراد) در نظر گرفته شده اند. در زمان صفر، میزان آلودگی موجود در پارکینگ صفر بوده و فقط هوا با دمای 20 درجه سانتی گراد در آن موجود است به منظور شبکه بندی هندسه شکل1، شبکه محاسباتی در نزدیکی محدوده ورودی ها و خروجی ها و محدوده نزدیک به محل منابع آلودگی ریزتر در نظر گرفته شده و در نزدیکی دیواره ها هم از شبکه لابه مرزی استفاده شده است. بدین ترتیب پس از بررسی استقلال حل از اندازه شبکه، در حدود 1200000 سلول نامنظم برای شبکه بندی انتخاب شده است.
2-3 – مدل سازی منابع آلودگی
برای مدل سازی منابع آلودگی متحرک (ماشین های متحرک) در پارکینگ می توان از روش های متفاوتی استفاده نمود. روش شبكه متحرک، روش دیواره متحرک و روش شبکه لغزنده از نمونه روش هایی هستند که برای مدل سازی جسم متحرک مورد استفاده قرار می گیرند [21] هدف پژوهش حاضر حرکت ماشین نبوده و برآورد پخش آلودگی ناشی از ماشین ها است. بنابراین در این مقاله برای کاهش حجم محاسبات ناشی از مدل سازی حرکت ماشین، اثر آن در نظر گرفته شده است.
بدین منظور با توجه به این که ماشین تنها در راهروی اصلی پارکینگ (راهروی مقابل درب A1) حرکت می کند، منابع نشر آلودگی هم در این راهرو قرار گرفته اند. بدین منظور از یک منبع ثابت جهت مدل سازی منبع آلودگی استفاده شده است. منبع فوق استوانه ای به قطر 10 سانتی متر و طول 20 متر است که در ارتفاع 25 سانتی متر (محلی که اگزوز ماشین قرار دارد) در راستای حرکت ماشین در نظر گرفته شده و میزان دبی منوکسید کربن تولیدی ماشین به عنوان شرط مرزی این منبع آلودگی به این فوم داده شده است. به عبارتی دیگر به جای در نظر گرفتن حرکت ماشین و وجود منبع متحرک در دامنه حل، یک منبع حجمی ثابت در راهروی اصلی پارکینگ در نظر گرفته شده است.
3-3- اعتبار سنجی
حل عددی توزیع هوا و آلودگی در پارکینگ
شکل 1 با شرایط مرزی بیان شده در قسمت قبل و با استفاده از حلگر ری اکتینگ فوم انجام شده است در مقاله حاضر نتایج حاصل از حل عددی به صورت غلظت منوکسید کربن در دو موقعیت M1 و M2 در پارکینگ بدست آمده و با نتایج اندازه گیری مقایسه شده است. تغییرات غلظت منوکسید کربن با زمان در دو نقطه MI و M2 در یک بازه زمانی 5 ساعته در مرجع [9] ارائه شده و جهت صحت سنجی انتخاب شده است. مقدار دبی جرمی متوسط منوکسید کربن خروجی از منبع آلودگی در بازه زمانی فوق در شکل 2 نمایش داده شده است (22,9) همان گونه که در شکل فوق مشاهده می شود، برای صحت سنجی در این مقاله از مقدار بیان شده در مقاله مرجع در بازه های زمانی 15 دقیقه ای متوسط گیری شده و مقدار دبی جرمی ثابت در هر بازه زمانی به این فرم داده شده است همچنین میزان دمای گازهای خارج شده از اگزوز در حالت آماده به کار ماشین 70 درجه سانتی گراد است (23) نتایج حاصل از حل عددی در شکل های 3 و 4 نمایش داده شده است.
در هر دو نمودار، غلظت منوکسید کربن بدست آمده از حل عددی از نظر کمی و کیفی مطابق با نتایج حاصل از اندازه گیری تجربی [9] است. در مقاله حاضر دقت قابل قبول بوده و در حد انتظار برای مسائل طراحی و تهویه است، دلیل تفاوت را می توان به موارد زیر نسبت داد 1- در حل عددی فرض شده که منوکسید کربن از یک منبع ثابت وارد فضای پارکینگ شده و مدل سازی حرکت ماشین بدین وسیله انجام شده است در حالی که در عمل، ماشین در طی حرکت در راهرو اصلی پارکینگ شبیه به یک منبع متحرک عمل کرده و در هر لحظه از زمان منبع آلودگی در یک نقطه از راستای یاد شده قرار دارد. 2- موتور ماشین در ابتدای روشن شدن سرد بوده و در نتیجه منوکسید کربن تولیدی آن بیش از حالت کارکرد عادی بوده و این پدیده هيم عاملی برای ایجاد تفاوت بین نتایج اندازه گیری تجربی و شبیه سازی عددی است، بنابراین وجود اندکی تفاوت بین نتایج حاصل از حل عددی و نتایج تجربی قابل قبول است [24] لازم به ذکر است که نتایج بدست آمده از این فوم به صورت کسر جرمی بوده و با ضرب آن در 106 به ppm تبدیل شده اند.
4- نتایج
پارکینگ های چند طبقه دارای پیکربندی های مختلفی هستند و عامل متمایز کننده آنها نحوه استفاده از رمپ جهت جابجایی ماشین ها بین طبقات است در حالت کلی یا طبقات پارکینگ به طور کامل از یکدیگر جدا بوده و تنها با رمپ به یکدیگر مرتبط هستند و با تمام طبقات از راهی به جز رمپ ها هم به یکدیگر راه دارند، دو هندسه متداول پارکینگ های بسته چند طبقه در شکل 4 نمایش داده شده است [25-27] با توجه به شکل 5 پارکینگ ا دارای طبقاتی جدا از هم است و آلودگی بین طبقات تنها از طریق رمپ ها قابل انتقال است. در پارکینگ 2 علاوه بر رمپ ها، اتصال بین نیم طبقهها هم عامل انتقال آلودگی بین بخش های مختلف پارکینگ است. در ادامه ابتدا محاسبات مربوط به تهویه در پارکینگ های بیان شده در شکل 5 انجام شده و سپس راهکار مناسب افزایش کیفیت هوا در آنها بیان شده است.
1-
1-4- محاسبات تهویه و پخش آلودگی
برای بدست آوردن میزان هوای تهویه در پارکینگ های چندطبقه شکل 5 باید از روش کرارتی و همکاران [12] استفاده شود. بر اساس این روش برای بدست آوردن میزان هوای تهویه باید تعداد ماشین های روشن (N)، نرخ انتشار آلاینده از ماشین ها (E)، سطح پارکینگ (4)، زمان متوسط حرکت ماشین در پارکینگ (7) و میزان آلودگی مجاز در پارکینگ (پارامتر تعیین کننده برای C[2]) را در رابطه (13) قرار داده و میزان دبی هوای تهویه را بر حسب لیتر بر ثانیه به ازای واحد سطح پارکینگ بدست آورد.
در رابطه (13) E0بیانگر نرخ انتشار آلاينده نرمالیزه شده از ماشین ها است همچنین میزان هوای ورودی به پارکینگ باید بین 35 تا 90 هوای تهویه اگزاست) باشد [3] در جدول 5 مقادیر لازم جهت محاسبه هوای تهویه و مقدار بدست آمده از رابطه (13) در هر کدام از دو پارکینگ شکل 5 بیان شده است. در محاسبات هوای تهویه، میزان آلودگی خروجی از هر کدام از ماشین های روشن با توجه به مرجع [12] محاسبه شده است. جهت شبیه – سازی عددی بدترین حالت از نظر تولید آلودگی برای پارکینگ در نظر گرفته است. در این حالت فرض شده است که در راهروهای هر کدام از طبقات 20 ماشین روشن قرار داشته و دبی خروجی آلودگی از هر ماشین با توجه به کارکرد عادی ماشین ها (18.97گرم بر دقیقه [9]) است. بنابراین میزان آلودگی ورودی به هر طبقه از منابع آلودگی برابر با 379.4 گرم بر دقیقه است (18.97 *20 ) منابع آلودگی در شکل 5 با خطوط مشکی نمایش داده شده اند و دارای 20 متر طول و قطر 10 سانتی متری بوده و در ارتفاع 25 سانتی متری از سطح زمین قرار دارند. همچنین فاصله منابع آلودگی از دو انتهای هر طبقه برابر بوده و در وسط راهروها قرار گرفته اند.
از هر کدام از منابع نمایش داده شده در شکل و آلودگی ای معادل با 10 ماشین خارج می شود، بنابراین با توجه به اینکه در هر طبقه دو خط مشکی نمایش داده شده، میزان آلودگی ورودی به هر طبقه یا نیم طبقه معادل با آلودگی خارج شده از 20 ماشين است. هر کدام از طبقات و نیم طبقات پارکینگ شکل 5 دارای 60 متر طول، 30 متر عرض و 2.85 متر ارتفاع هستند. همچنین هر طبقه دارای سه دریچه ورودی هوای تمیز به ابعاد 1 متر در ا متر (1 متر مربع) و سه دریچه خروجی آلودگی به اندازه 1 متر در ۱ متر (1 متر مربع) است. هر دریچه خروجی آلودگی دارای یک فن اگزاست است که آلودگی را به سمت دودکش خروجی هدایت می کند. همچنین با توجه به اینکه طول پارکینگ در هر طبقه بیش از 54 متر است از فن القایی (نوعی جت فن) جهت جابجایی هوا در پارکینگ استفاده شده است .
جهت انتخاب فن القایی و فن اگزاست برای هر کدام از طبقات، از فن های شرکت فن تک استفاده شده است. با توجه به مقادیر اگزاست بدست آمده در جدول که برای پارکینگ 1 از فن اگزاستی استفاده شده که حداکثر دبی عبوری از آن 2.2 متر مکعب بر ثانیه است. همچنین برای پارکینگ 2 از فن اگزاستی استفاده شده است که حداکثر دبی عبوری از آن 3 متر مکعب بر ثانیه است. کاربرد هر دو مدل فن اگزاست بیان شده، تهویه هوا در فضاهای بزرگ است.
با توجه به هندبوکهای طراحی تهویه پارکینگ ها (25) در صورتیکه طول پارکینگ بیش از 54 متر باشد باید از جت فن جهت به جریان انداختن هوا استفاده شود. جهت انتخاب فن القایی باید به روش استاندارد استراليا عمل نمود. بر اساس این روش هر 100 متر مربع از سطح پارکینگ نیاز به 5 نیوتن نیروی پیشران دارد [3]. بنابراین هر طبقه از پارکینگ های شکل 5 نیاز به 90 نيوتن نیروی پیشران دارند. برای تامین این میزان نیروی پیشران در هر طبقه از دو فن القایی شرکت فن تک استفاده شده است. مدل انتخاب شده مدل مناسبی جهت تهویه در پارکینگ های شکل 5 است زیرا دارای حداکثر نیروی پیشران 47 نیوتن و حداکثر دبی 1.5 مترمکعب بر ثانیه است. همچنین، عرض و ارتفاع دریچه ی خروجی هوای فن القایی به ترتیب برابر با 90 و 70 سانتی متر است.
با توجه به اینکه طبقات در هر دو پارکینگ یکسان هستند، تعداد سلول۔ های محاسباتی پس از بررسی استقلال حل از اندازه شبکه برای هر کدام از طبقات حدود 1200000 سلول است سلول ها در نزدیکی دیواره ها از نوع شبکه لایه مرزی انتخاب شده و در نزدیکی منابع آلودگی، فن های القایی و دریچه های ورودی و خروجی به حد کافی ریز شده است. بنابراین پارکینگ های 1و 2 به ترتیب دارای 3600000 و 8400000 سلول محاسباتی هستند .
با توجه به محاسبات انجام شده، شرایط مرزی مرتبط با حل عددی جهت هر کدام از پارکینگ های 1 و 2 قابل بیان است. بدین منظور تمام دیواره های پارکینگ دارای شرط مرزی عدم لغزش و دمای محیط (20 درجه سانتی گراد) هستند. همچنین مقادیر پارامترهای توربولانسی هم از نوع تابع دیواره بیان شده در بخش 3-1 است. شرط مرزی دریچه های ورودی از نوع ورودی سرعت با مقدار 1.64 و2 متر بر ثانیه به ترتیب برای پارکینگ های 1 بعد از 50 دقیقه در پارکینگ 2 بعد از 40 دقیقه میزان میانگین آلودگی ثابت شده است. نتایج شکل 6 بیانگر این است که میزان آلودگی در دو طبقه زیرین تقریبا یکسان بوده و میزان آلودگی در طبقه سوم که از طریق درب پارکینگ به بیرون راه دارد، با دو طبقه زیرین تفاوت دارد. میزان میانگین آلودگی در 60 دقیقه در طبقات اول تا سوم به ترتیب برابر با 44.3 41.3 و ppm 35 است. بنابراین میزان آلودگی در هر سه طبقه بیش از مقدار مجاز اشری (مطابق با جدول 1) است. نتایج شكل 7 هم بیانگر کاهش میزان آلودگی از طبقات پایینتر به سمت طبقات بالاتر است. البته تغییرات میزان آلودگی در طبقات مختلف نسبت به حالت قبلی کمتر بوده و دلیل آن هم اتصال طبقات مختلف به یکدیگر است. میانگین غلظت آلودگی یک ساعته در طبقات مختلف پارکینگ 2 از طبقه اول تا هفتم به ترتیب برابر با 49 46,7 14.3 41.3 39.5 37 و ppm 33.2 است، بنابراین به جز طبقه هفتم بقیه طبقات دارای آلودگی بیش از حد مجاز اشری هستند.
علاوه بر میزان غلظت منوکسید کربن که معیاری مستقیم در بیان کیفیت هوا در فضاهای بسته است، کارآیی خروج منوکسید کربن هم بیانگر کیفیت سیستم تهویه است. با استفاده از این پارامتر می توان میزان خروجی آلاینده و نوع جریان موجود در پارکینگ را شناسایی نمود. چان و چو [28] از رابطه (14) جهت بیان کارآیی خروجی منوکسید کربن در پارکینگ های بسته استفاده نموده اند .
در رابطه (14) Caverageو Cexit به ترتیب بیانگر غلظت آلاینده در دریچه های خروجی و غلظت متوسط آلاینده در کل فضای پارکینگ هستند. جریان تهویه با توجه به کارایی خروجی منوکسید کربن به چهار دسته مطابق با جدول 6 تقسیم بندی می شوند، در حالت کلی بهترین حالت برای تهویه ، ایجاد جریان پیستونی است، هر چه جریان از حالت اتصال کوتاه فاصله گرفته و به جریان پیستونی نزدیک شود، آلودگی ها با کارایی بهتری به سمت دریچه های خروجی آلاینده هدایت شده اند، بنابراین با استفاده از تولید جریان پیستونی در پارکینگ، میزان آلودگی در فضای داخلی پارکینگ کمتر و کیفیت هوای داخلی پارکینگ بیشتر خواهد بود.
البته قرار گیری جریان در دسته جریان اختلاطی و جابجایی هم بیانگر ترکیب مناسب آلودگی ها با هوای ورودی است. در پارکینگ های 1و 2 میزان میانگین کارایی خروجی منوکسید کربن به ترتیب برابر با 094 و 1.03 بوده و تقریبا از نوع جریان اختلاطی هستند. برای مقابله با حجم زیاد آلودگی موجود در پارکینگ می۔ توان حجم هوای تهویه و اگزاست را افزایش داد. افزایش حجم هوای تهویه یااگزاست به معنی افزایش مصرف انرژی است، زیرا توان مصرفی انرژی با دبی تهویه به توان 3 رابطه مستقیم داشته و در نتیجه با افزایش میزان هوای تهویه یا اگزاست، میزان مصرف انرژی هم افزایش می یابد. بنابراین افزایش هوای تهویه با اگزاست، روش مناسبی برای افزایش کیفیت هوای داخلی پارکینگ چند طبقه نیست و باید از راهکاری استفاده کرد که هم مصرف انرژی را افزایش ندهد و هم باعث افزایش کیفیت هوای داخلی پارکینگ شده و جریان تهویه در پارکینگ را به جریان پیستونی نزدیک کند. معیار جدید جهت بررسی جریان پیستونی در پارکینگ و دو راهکار مناسب جهت ایجاد آن در پارکینگ بدون تغییر در مصرف انرژی در ادامه بیان شده است .
2-4- بیان معیار تولید جریان پیستونی در پارکینگ
رویکرد استانداردها، قرارگیری دریچه های ورودی هوای تمیز و دریچه های خروجی هوای آلوده در دورترین دیواره های پارکینگ های بسته است ,2 ,25] (1، با استفاده از این رویکرد می توان اطمینان داشت که جریان هوای ورودی در همه ی فضای پارکینگ پخش شده و غلظت آلاینده ها را در همه ی نقاط تحت تأثیر قرار می دهد. جریان پیستونی به جریانی گفته می شود که در آن هوا تنها در یک جهت جریان داشته و همه ی حرارت و آلودگی تولید شده را با خود به آن سمت هدایت می کند (5 ,28 با استفاده از ایجاد این الگوی جریان در پارکینگ بسته می توان انتظار داشت آلودگی ها به سمت دلخواه دریچه های خروجی آلاینده حرکت کنند. رفتار این الگوی جریان همانند جریان تهویه بحرانی است. در جریان تهویه بحرانی آلاینده ها و حرارت تنها به سمت یک جهت خاص حرکت داده می شوند و در خلاف جهت جریان تهویه حرکتی ندارند (2)
در این مقاله برای ایجاد جریان پیستونی در پارکینگ از رابطه بهبود یافته ی جریان تهویه بحرانی جهت تهویه نرمال استفاده شده است، جریان تهویه بحرانی در پارکینگ ها مطابق با پژوهش هورواث و همکاران [30] برای یک پارکینگ مکعب مستطیل شکل به صورت رابطه بی بعد (15) است:
در رابطه (15) پارامتر U*crبا بیانگر سرعت بحرانی تهویه بی بعد و HRR* بیانگر نرخ رهایش حرارت بی بعد است، رابطه فوق جهت بدست آوردن سرعت بحرانی تهویه در پارکینگ های دارای آتش سوزی است که در این مقاله برای حالت بدون آتش سوزی تغییر و توسعه یافته و مورد استفاده قرار گرفته است با توجه به اینکه انجام آزمایش در پارکینگ ها هزینه بر و زمان بر است این روش و معادله بدست آمده از آن برای تخمین میزان آلاینده ها در انواع پارکینگ ها قابل قبول است [31]. همچنین نتایج بیانگر این است که استفاده از رابطه فوق در تعیین الگوی جریان در پارکینگ دارای دقت مناسبی است سرعت تهویه و نرخ رهایش حرارت پی بعد به صورت رابطه (16) تعریف شده اند [30]
در رابطه فوق Dh بیانگر قطر هیدرولیکی پارکینگ، Ubulkبیانگر سرعت توده- ای هوا HRRنرخ رهاسازی حرارت از منبع آلودگی و T دمای هوا است. جهت استفاده از معادله 15 در تهویه عادی پارکینگ نیاز است که تغییراتی در آن اعمال شود بدین منظور ابتدا نرخ رهاسازی حرارت از منبع آلودگی با استفاده از رابطه (17) به دبی جرمی خروجی آلودگی از منبع تبديل شده است .
در رابطه ( 17) T Δبیانگر اختلاف دمای سیال خروجی از اگزوز و هوای محیط است (50 درجه سانتی گراد) [23]. پس از بدست آوردن نرخ رهاسازی حرارت به صورت تابعی از دبی جرمی خروجی از منبع آتش، مقدار قطر هیدرولیکی تونل (مقطع عمود بر جریان تهویه) با توجه به سطح مقطع تونل بدست آمده و در صورتی که مقادیر موجود در رابطه (16) در رابطه (15) قرار گیرنده سرعت تودهای سیال بدست خواهد آمد که مناسب برای تهویه عادی پارکینگ ها بوده و برای اولین بار در این مقاله ارائه شده است .
در رابطه فوق W، H و coṁبه ترتیب بیانگر عرض و ارتفاع پارکینگ و دبی خروجی منوکسید کربن از منابع آلودگی هستند. مقادير W و H با توجه به تعریف قطر هیدرولیکی پارکینگ در رابطه (17) ظاهر شده اند. مقدار سرعت بدست آمده از رابطه (17) بیانگر سرعت تودهای هوا بوده و منظور از آن سرعت هوای ورودی از دریچه های ورودی هوا نیست. به عبارتی سرعت هوای ورودی از دریچه های ورودی هوای تمیز باید به گونه ای در نظر گرفته شوند که باعث ایجاد سرعتی معادل با سرعت تودهای هوای بدست آمده از رابطه (17) در مقاطع مختلف پارکینگ شوند.
در صورتی که جریان هوای ورودی از دریچه های هوا باعث ایجاد سرعت تودهای هوا به اندازه سرعت بدست آمده از رابطه (17) شود، انتظار می رود که آلودگی ها کاملا به سمت دریچه های خروجی آلودگی هدایت شده و الگوی جریان در پارکینگ مطابق با تعریف به جریان پیستونی نزدیک شود. در این مقاله رابطه (17) مورد بررسی قرار گرفته و جهت پیش بینی الگوی جریان پیستونی در پارکینگ های بسته اعتبار سنجی شده است. جهت اعتبارسنجی، در اببگونه ای تغییر می کنند که سرعت تودهای هوا در پارکینگ به سرعت جریان تودهای تهویه (بدست آمده از رابطه (17)) نزدیک شود. پس از این مرحله میزان آلودگی در پارکینگ و میزان کارایی خروجی منوکسید کربن در پارکینگ محاسبه شده و الگوی جریان بدست آمده است. پس از این مرحله در صورتی که الگوی جریان بدست آمده به جریان پیستونی نزدیک باشد می توان نتیجه گرفت که رابطه (17) جهت محاسبه تقریبی شرایط ایجاد جریان پیستونی در پارکینگ مناسب است .
با توجه به رابطه (17) و ابعاد هر طبقه از پارکینگ های او 2 (شکل 5) و منوکسید کربن تولیدی در آن، سرعت جریان بحرانی تهویه برابر با 0.165 متر بر ثانیه بدست آمده است. به عبارتی جریان هوای دریچه های ورودی هوای تميز باید به گونه ای تنظیم شود که باعث ایجاد سرعت جریان هوای تودهای نزدیک به 0.165 متر بر ثانیه شود. از طرفی بر اساس استاندارد، حداکثر سرعت هوا از دریچه های ورودی هوا محدود به 2 متر بر ثانیه است [1} در حالت پایه بیان شده در بخش قبلی، سرعت هوای ورودی از دریچه های هوا در پارکینگ او 2 به ترتیب برابر با1.64و 2 متر بر ثانیه و سرعت جریان تودهای هوا به ترتیب برابر با0.05 و0.062 است .
جهت محاسبه سرعت توده ای هوا، مقدار سرعت هوا در چندین مقطع عمود بر جریان تهویه (در بازه ارتفاع 1 تا 2.5 متر) بدست آمده و متوسط گیری شده است. سرعت جریان تودهای هوا در حالت پایه کمتر از مقدار0.165 بوده و در نتیجه مطابق با نتایج بخش قبلی می توان انتظار داشت که جریان پیستونی در پارکینگ برقرار نشده باشد. مقادیر سرعت هوای ورودی از دریچه ها (1.64 و 2 متر پر ثانیه به ترتیب در پارکینگ 1و 2) بیانگر این است که جهت ایجاد شرایط جریان پیستونی در پارکینگ نمی توان به صورت نامحدود سرعت هوای ورودی را افزایش داد. جهت ایجاد جریان پیستونی در پارکینگ، ارتفاع دریچه های ورودی هوای تمیز و دریچه های خروجی آلودگی باید تغییر کند این تغییرات برای اولین بار در این مقاله بیان شده است .
بدین منظور ابتدا ارتقاع بهینه دریچه های ورودی در حالت پایه پارکینگ بدست آمده، سپس دریچه های ورودی در ارتفاع بهینه خود قرار گرفته و ارتفاع دریچه های خروجی تغییر یافته تا ارتفاع بهینه دریچه های خروجی آلودگی هم بدست آیدتدا با استفاده از رابطه (17) سرعت جریان تودهای هوا بدست آمده و سپس پارامترهای عملکردی تهویه در پارکینگ بگونه ای تغییر می کنند که سرعت تودهای هوا در پارکینگ به سرعت جریان تودهای تهویه (بدست آمده از رابطه (17)) نزدیک شود. پس از این مرحله میزان آلودگی در پارکینگ و میزان کارایی خروجی منوکسید کربن در پارکینگ محاسبه شده و الگوی جریان بدست آمده است. پس از این مرحله در صورتی که الگوی جریان بدست آمده به جریان پیستونی نزدیک باشد می توان نتیجه گرفت که رابطه (17) جهت محاسبه تقریبی شرایط ایجاد جریان پیستونی در پارکینگ مناسب است .
با توجه به رابطه (17) و ابعاد هر طبقه از پارکینگ های او 2 (شکل 5) و منوکسید کربن تولیدی در آن، سرعت جریان بحرانی تهویه برابر با 0.165 متر بر ثانیه بدست آمده است. به عبارتی جریان هوای دریچه های ورودی هوای تميز باید به گونه ای تنظیم شود که باعث ایجاد سرعت جریان هوای تودهای نزدیک به 0.165 متر بر ثانیه شود. از طرفی بر اساس استاندارد، حداکثر سرعت هوا از دریچه های ورودی هوا محدود به 2 متر بر ثانیه است [1}
در حالت پایه بیان شده در بخش قبلی، سرعت هوای ورودی از دریچه های هوا در پارکینگ او 2 به ترتیب برابر با1.64و 2 متر بر ثانیه و سرعت جریان تودهای هوا به ترتیب برابر با0.05 و0.062 است جهت محاسبه سرعت توده ای هوا، مقدار سرعت هوا در چندین مقطع عمود بر جریان تهویه (در بازه ارتفاع 1 تا 2.5 متر) بدست آمده و متوسط گیری شده است. سرعت جریان تودهای هوا در حالت پایه کمتر از مقدار0.165 بوده و در نتیجه مطابق با نتایج بخش قبلی می توان انتظار داشت که جریان پیستونی در پارکینگ برقرار نشده باشد. مقادیر سرعت هوای ورودی از دریچه ها (1.64 و 2 متر پر ثانیه به ترتیب در پارکینگ 1و 2) بیانگر این است که جهت ایجاد شرایط جریان پیستونی در پارکینگ نمی توان به صورت نامحدود سرعت هوای ورودی را افزایش داد. جهت ایجاد جریان پیستونی در پارکینگ، ارتفاع دریچه های ورودی هوای تمیز و دریچه های خروجی آلودگی باید تغییر کند این تغییرات برای اولین بار در این مقاله بیان شده است .
بدین منظور ابتدا ارتقاع بهینه دریچه های ورودی در حالت پایه پارکینگ بدست آمده، سپس دریچه های ورودی در ارتفاع بهینه خود قرار گرفته و ارتفاع دریچه های خروجی تغییر یافته تا ارتفاع بهینه دریچه های خروجی آلودگی هم بدست آید .
1-2-4 – پیشنهاد ارتفاع بهینه دریچه های ورودی هوا
موقعیت دریچه های ورودی هوا به دلیل اینکه نقش محرک اولیه آلودگی ها را دارند، با اهمیت است. برای جلوگیری از محدود شدن نتایج، ارتفاع دریچه های ورودی به صورت بی بعد تعریف شده اند. بدین منظور، ارتفاع دریچه ها از زمین بر ارتفاع سقف پارکینگ تقسیم شده و ارتفاع بی بعد دریچه های ورودی بدست آمده است، تغییرات غلظت میانگین منوکسید کربن، کارآیی خروجی آلودگی و سرعت جریان تهویه با ارتفاع بی بعد دریچه های ورودی هوا در هر دو پارکینگ او 2 (مطابق با شکل 5) در جدول های 7 و 8 بیان شده است. لازم به ذکر است که همه ی شرایط مرزی، شرایط محاسباتی و تعداد سلول محاسباتی در این حالت همانند شرایط بیان شده در بخش 4-1 بوده و در آن تنها ارتفاع دریچه های ورودی هوای تمیز تغییر کرده است. جهت بدست آوردن غلظت متوسط، غلظت منوکسید کربن در هر طبقه در همه ی ارتفاع – های بی بعد0.2 تا 0.8 بدست آمده و متوسط گیری شده و سپس از مقادیر بدست آمده برای طبقات مختلف متوسط گیری شده تا مقادیر موجود در جدول های 7 و 8 حاصل شود. کارآیی خروجی منوکسید کربن هم در حقیقت متوسطی از کارآیی خروجی منوکسید کربن در همه ی طبقات است، همچنین جهت بدست آوردن سرعت تودهای هوا، سرعت در هر طبقه در چندین مقطع عمود بر جریان محاسبه شده و بین این مقادیر متوسط گیری شده، سپس از مقدار سرعت بدست آمده برای طبقات مختلف متوسط گیری شده است تا مقادیر موجود در جدول ها بدست آید.
همان گونه که در جدول های 7 و 8 مشاهده می شود، با افزایش ارتفاع دریچه های ورودی هوا به تا ارتفاع بی بعد 0.55 غلظت C0 کاهش یافته و کارایی خروجی آلاينده و سرعت تودهای افزایش یافته است. این روند بیانگر اثر مثبت افزایش ارتفاع دریچه های ورودی هوا تا ارتفاع بی بعد 0.55 است، با افزایش ارتفاع بی بعد فوق به مقادیر بیش از 0.55، کارایی خروجی آلاینده و سرعت تودهای هوا کاهش یافته و این کاهش منجر به افزایش غلظت co شده است. به عبارتی قرار گیری دریچه های خروجی آلاینده در ارتفاع های پیش از 0.55 مناسب نبوده و منجر به بهبود شرایط هوا در پارکینگ نشده است.
در نتیجه قرار گیری دریچه های ورودی هوای تمیز در ارتفاع بی بعد0.5 و 1.55 باعث ایجاد شرایط مناسب تری نسبت به بقیه ارتفاع های بی بعد شده است. در دو ارتفاع بی بعد 0.5 و 4.55 میزان غلظت آلاینده ها در هر دو پارکینگ در کمترین حالت خود بوده و کارآیی خروج منوکسید کربن هم در بیشترین حالت خود است. همچنین، در این ارتفاع، سرعت جریان تهویه هم در نزدیک ترین حالت خود به عدد 0.165 متر بر ثانیه (محاسبه شده بر اساس رابطه (17) قرار داشته و بنابراین بهترین ارتفاع بی بعد جهت نصب دریچه – های ورودی هوای تمیز، در محدوده 0.5 تا 0.55 است، همان گونه که در جدول های فوق قابل مشاهده است، قرارگیری دریچه های ورودی هوای تمیز در ارتفاع بی بعد بهینه باعث کاهش غلظت منوکسید کربن شده است ولی مقدار آن هنوز بیش از مقادیر بیان شده در استانداردها برای بازه زمانی یک ساعته است.
همچنین مقدار کارآیی خروجی منوکسید کربن در ارتفاع بهینه افزایش یافته است (درصد افزایش کارآیی خروجی آلاینده 17% در پارکینگ 1 | و 9 در پارکینگ 2 است)، ولی هنوز در محدوده جریان اختلاطی قرار داشته و فاصله زیادی با مقادیر جریان پیستونی دارد. دلیل این امر این است که قرار گیری دریچه های ورودی هوای تمیز در ارتفاع بهینه یک عمل لازم ولی ناکافی برای کاهش آلاینده و افزایش کارآیی خروجی آلودگی و افزایش سرعت جریان تهویه است. جهت کاهش آلاينده، افزایش کارآیی خروجی آلودگی و افزایش سرعت جریان تهویه لازم است که علاوه بر تغییر ارتفاع دریچه های ورودی هوای تمیز، ارتفاع خروجی های آلودگی هم تغییر نماید این پارامتر در بخش 2-2-4 بررسی شده است .
2-2-4 – پیشنهاد ارتفاع بهینه دریچه های خروجی آلودگی
با توجه به بخش قبلی، قرارگیری دریچه های ورودی هوای تازه در ارتفاع | بهینه باعث افزایش کارآیی خروجی آلاینده به اندازه 17% و 9% به ترتیب در پارکینگ های 1 و 2 شده است. از طرفی افزایش کارآیی خروجي آلاينده به میزان فوق باعث بهبود نسبی کیفیت هوا در پارکینگ شده ولی هنوز مقدار آلاینده ها در پارکینگ بیش از مقدار آلاینده بیان شده در استانداردها است. بنابراین، قرارگیری دریچه های ورودی هوای تمیز در ارتفاع بهینه امری لازم و ناکافی برای ایجاد شرایط مناسب در پارکینگ های چندطبقه است. یکی از مشکلات اساسی پارکینگ های چند طبقه، خروج آلآينده ها با کارایی مناسب است، جهت تولید جریان پیستونی در پارکینگ علاوه بر تولید جریان تهویه طولی و تصحیح ارتفاع دریچه های ورودی هوای تمیز، ارتفاع دریچه های خروجی آلودگی هم باید بهینه شود.
دلیل این امر این است که جریان تهویه طولی و تصحیح ارتقاع دریچه های ورودی هوای تمیز باعث حرکت آلاینده ها به سمت دریچه های خروجی آلاينده میشود ولی در صورتی که ارتفاع دریچه ها بهینه نباشد، آلاينده ها از پارکینگ خارج نشده و با انباشتگی درقسمت های مختلف پارکینگ باعث کاهش کیفیت هوای داخلی میشوند. جهت بررسی اثر ارتفاع دریچه های خروجی آلاینده بر کیفیت هوای داخلی و انتخاب بازه بهینه ارتفاع دریچه های خروجی، از دو پارکینگ شکل و استفاده شده است، در این حالت شرایط مرزی و محاسباتی همانند بخش 14 بوده با این تفاوت که دریچه های ورودی هوای تمیز در هر طبقه در ارتفاع بهینه بی۔ بعد 0.55 قرار گرفته و ارتفاع دریچه های خروجی آلاینده هم در حال تغییر است.
جهت کلی سازی نتایج، ارتفاع دریچه های خروجی آلاینده با استفاده از ارتفاع سقف پارکینگ بی بعد شده است. نتایج حاصل از حل عددی در جدول های 9 و 10 بیان شده است. نتایج جدول و بیانگر این است که حداقل غلظت منوکسید کربن در پارکینگ 1 در ارتفاع بی بعد دریچه های خروجی بین 0.6 تا 0.7 اتفاق افتاده است. همچنین در این بازه ی ارتفاعی حداکثر میزان کارآیی خروجی منوکسید کربن و سرعت جریان تودهای سیال هم برقرار است به عبارتی در صورتی که ارتفاع دریچه های ورودی هوای تمیز بهینه بوده ارتفاع بی بعد 0.55) و ارتفاع بی بعد دریچه های خروجی آلودگی بین0.6 تا 0.7 باشد، جریان نزدیک ترین حالت را به جریان پیستونی دارد. نتایج جدول 10 بیانگر وقوع حداقل غلظت منوکسید کربن و حداکثر کارایی خروجی منوکسید و حداکثر سرعت تودهای سیال در پارکینگ شماره 2 در ارتفاع بی۔ بعد بین 0.55 تا0.65) است.
تفاوت اندک موجود در بازه ی بهینه دو پارکینگ به دلیل تفاوت در نحوه اتصال طبقات مختلف آنها به یکدیگر است. با توجه به پژوهش های پیشین [14]. حداکثر میزان آلاینده های موجود در پارکینگ های بسته یک طبقه در ارتقاع بی بعد 0.55 تا 0.7 قرار داشته و در نتیجه قرار گیری دریچه های خروجی آلاینده در موقعیت بیان شده در مقاله حاضر بهترین شرایط کیفیت هوای داخلی در پارکینگ را ایجاد خواهد نمود. نتایج شکل های 6 و 7 بیانگر این است که در حالت پایه، زمانی در حدود 45 دقيقه لازم است تا میزان غلظت آلاینده در پارکینگ مقداری ثابت شده و با افزایش زمان افزایش نیابد.
از طرفی نتایج شکل 8 بیانگر این است که استفاده از الگوی جریان نزدیک به جریان پیستونی در پارکینگ، علاوه بر کاهش غلظت آلاینده ها باعث کاهش زمان تعادل بین غلظت آلاینده ها و هوای تهویه شده است، بنابراین، علاوه بر این که میزان غلظت میانگین آلاینده در همه ی طبقات به مقادیر کمتر از معیار استانداردها کاهش پیدا کرده است، زمان رسیدن به حداکثر غلظت آلاینده هم کاهش یافته است .
نمایی از نتایج حاصل از حل عددی و مقایسه حالت پایه و حالت بهبود یافته در سه طبقه پارکینگ 1 در شکل های 9 و 10 نمایش داده شده است همان گونه که در شکل و مشاهده می شود، قرار گیری دریچه های خروجی آلاینده در ارتفاع بهینه باعث پخش مناسب هوا در ارتفاع های پایینتر از نصف ارتفاع سقف شده است همچنین شکل فوق بیانگر این است که در حالت پایه قسمت b)، هوای ناشی از فن های القایی تنها ارتفاع های بالایی پارکینگ را پوشش داده است، مکمل نتایج توزیع هوا، نتایج حاصل از پخش آلودگی در پارکینگ است .
همان گونه که در شکل 10 مشاهده می شود، میزان آلودگی در حالت بهینه شده (a) در ارتفاع های میانی پارکینگ که در حدود ارتفاع تنفسی انسان است، در حد مجاز بوده و در نتیجه کیفیت هوای داخلی پارکینگ نسبت به حالت پایه افزایش یافته است. این نتیجه در قسمت (6) از شکل فوق قابل مشاهده نیست و دلیل آن هم همان گونه که بیان شد، عدم قرار گیری دریچه های ورودی هوا و خروجی آلاینده در ارتفاع بهینه است.
همچنین در شکل 10، غلظت منوکسید کربن در قسمت a کمتر از قسمت b بوده و در نتیجه بهینه سازی دریچه های ورودی و خروجی آلاینده در شرایط یکسان هوای تهویه مشهود است .
3-2-4 – مقایسه معیار سرعت جریان تهویه و کارآیی خروجی آلودگی
بر اساس یافته ی چان و چو [28]، در صورتی که جریان تهویه در پارکینگ از جریان اختلاطی فاصله گرفته و به جریان پیستونی نزدیک شود، آلاینده ها در پارکینگ کاهش یافته و کیفیت هوای داخلی افزایش می یابد. معیاری که آنها جهت بیان الگوی جریان استفاده نمودند، کارایی خروجی منوکسید کربن بود.
با استفاده از این معیار و اندازه گیری میزان آلودگی در محل دریچه های خروجی و کل فضای پارکینگ، الگوی جریان قابل حصول است. در این مقاله همان گونه که مشاهده شد. نتایج جدول 7 به بعد بیانگر این است که تغییرات سرعت جریان توده ای به خوبی بیانگر نزدیک با دور شدن جریان هوای درون پارکینگ به جریان پیستونی است و معیار بررسی الگوی جریان ارائه شده در این مقاله به خوبی با نتایج حاصل از اندازه گیری و محاسبه کارایی خروجی منوکسید کربن همخوانی دارد.
به عبارتی علاوه بر کارآیی خروجی منوکسید کربن، با استفاده از اندازه گیری سرعت در مقاطع مختلف پارکینگ و مقایسه آن با سرعت جریان بدست آمده از رابطه (17) می توان الگوی جریان را تعیین کرد. ویژگی روش فوق این است که هیچگونه نیازی به دستگاه اندازه گیری منوکسید کربن و دیگر آلاینده ها) ندارد. همچنین این روش تنها نیاز به شبیه سازی جریان هوا در پارکینگ داشته و نیازی به افزایش حجم محاسبات با حل معادله اضافی گونه با گونه های آلودگی و معادله انرژی نخواهد بود، در این روش ابتدا تنها نیاز است که ابعاد پارکینگ و میزان آلودگی تولیدی در آن معلوم باشد تا سرعت جریان تودهای بدست آید و سپس با استفاده از حل معادله بقای جرم، مومنتم و معادلات آشفتگی، توزیع سرعت در فضای حل بدست آمده و سپس با استفاده از توزیع سرعت، مقدار سرعت توده ای جریان بدست آید.
در نهایت هر چه سرعت تودهای بدست آمده از شبیه سازی عددی به مقدار سرعت جریان تودهای رابطه (17)) نزدیکتر باشد، میزان آلودگی در پارکینگ کمتر خواهد بود. جهت مقایسه سرعت محاسبات و دفت حل، معادلات بقای جرم و مومنثم به همراه معادلات آشفتگی (بدون معادلات بقای گونه و انرژی محسوس) در هر دو پارکینگ شکل 4 حل شده و مقدار سرعت تودهای جریان تهویه بدست آمده در این حالت با حالت پایه پارکینگ (بخش 4-1) در جدول 11 مقایسه شده است حالتی که در آن تنها معادلات بقای جرم و مومنتم حل شده اند به نام حل سریع نامگذاری شده است.
نتایج حاصل از حل بیانگر حداکثر تفاوت 16 درصد بین دو حالت است. از طرفی مدت زمان لازم جهت حل جریان در حالت جدید در حدود 45 درصد زمان حال جریان در حالت پایه است. بنابراین نتایج حاصل از حل سریع دارای دقت نسبتا خوبی بوده و از طرفی مدت زمان حل هي كاهش يافته است. بنابراین با استفاده از حل سریع می توان میزان انحراف الگوی جریان از الگوی جریان پیستونی را در مدت زمان کمتری نسبت به دیگر روش شبیه سازی بیان شده در این مقاله محاسبه نمود.
به طور خلاصه روش استفاده از معیار جدید اندازه گیری سرعت جریان توده ای هم باعث ساده تر شدن اندازه گیری شده و هم حجم محاسبات عددی را کاهش داده است. علاوه بر این، نتایج حاصل از جدول های 7 تا 10 هم بیانگر همخوانی مناسب این معیار با دیگر معیارهای کیفیت هوا در پارکینگ های بسته است. بنابراین می توان گفت که استفاده از معیار بیان شده در این مقاله معادل با استفاده از معیار کارآیی خروجی آلایندگی با سادگی و کاهش حجم محاسبات و اندازه گیری است .
4-2-4 – اثر تغییر الگوی جریان بر جابجایی آلودگی بین طبقات
مهمترین مشکل پارکینگ های چند طبقه حرکت آلودگی بین طبقات مختلف پارکینگ است. در پارکینگ های با طبقات کاملا جدا ( پارکینگ ا در شكل 4) آلودگی تنها از طریق رمپ ها قادر به حرکت بین طبقات است. در پارکینگ – هایی که به صورت نیم طبقه به هم متصل هستند (پارکینگ 2 در شكل 4) آلودگی به راحتی بین نیم طبقه ها قادر به جابجایی است. از طرفی میل کردن الگوی جریان تودهای هوا در پارکینگ به جریان پیستونی باعث کاهش آلودگی ها و افزایش کیفیت هوای پارکینگ شده است. جهت مقایسه، میزان متوسط الودگی جابجا شده بین طبقات مختلف پارکینگ در حالت پایه و حالت بهینه با یکدیگر مقایسه شده است. لازم به ذکر است که حالت بهینه حالتی است که در آن دریچه های ورود هوا و دریچه های خروجی آلودگی در ارتفاع بهینه خود قرار دارند و الگوی جریان در نزدیک ترین حالت خود به جریان پیستونی است. نتایج حاصل از مقایسه در جدول 12 بیان شده و بیانگر این است که با استفاده از حل در حالت بهینه، میزان آلودگی جابجایی بین طبقات به میزان 54 و 59 درصد در دو پارکینگ او 2 کاهش یافته است. بنابراین قرار گیری دریچه های ورودی هوا و خروجی آلودگی در ارتفاع بهینه علاوه بر افزایش کیفیت هوای داخلی پارکینگ، باعث کاهش میزان جابجایی آلودگی بین طبقات شده است.
5- نتیجه گیری و جمع بندی
در این مقاله اثر پارامترهای با اهمیتی همچون ارتفاع دریچه های ورودی هوا و خروجی آلودگی بر کیفیت هوای داخلی پارکینگ های طبقاتی بررسی شده است. از طرفي معيار جدیدی برای بررسی الگوی جریان هوای تهویه در پارکینگ معرفی شده و با الگوهای دیگر مقایسه شده است. نتایج حاصل از این مقاله بیانگر دقت خوب معیار معرفی شده در بیان الگوی جریان در پارکینگ است. نتایج کاربردی حاصل از این مقاله به صورت زیر است :
- پیشنهاد ارتفاع بهینه دریچه های ورودی هوا و خروجی آلودگی با استفاده از قرار گیری دریچه های ورودی هوا در ارتفاع بي بعد0.5 تا 0.55 و دریچه های خروجی آلودگی در ارتفاع بی بعد 035 تا 7-0، بهترین شرایط کیفیت هوا در پارکینگ ایجاد شده است.
- طراحی سیستم تهویه، با استفاده از معیار سرعت تودهای تهویه می توان سرعت تودهای ایده آل در پارکینگ را بدست آورده و سپس با استفاده از تصحيح موقعیت دریچه های ورودی هوا و خروجی آلودگی، سرعت توده ای جریان در پارکینگ را به این مقدار نزدیک نمود تا بهترین کیفیت هوای داخلی ممکن در پارکینگ ایجاد شود.
اثر تغییر الگوی جریان در پارکینگ بر میزان جابجایی آلودگی بین طبقات، با استفاده از تغییر الگوی جریان در پارکینگ از حالت پایه به حالت متمایل به جریان پیستونی، میزان آلودگی جابجا شده بین طبقات در مدت زمان یک ساعت به اندازه 55 تا 60 درصد کاهش یافته است.
اثر تغییر الگوی جریان در پارکینگ بر میزان جابجایی آلودگی بین طبقات، با استفاده از تغییر الگوی جریان در پارکینگ از حالت پایه به حالت متمایل به جریان پیستونی، میزان آلودگی جابجا شده بین طبقات در مدت زمان یک ساعت به اندازه 55 تا 60 درصد کاهش یافته است.
6- منابع
BRITISH Standard, Components for smoke and heat control systems, Part ?: Code of practice on functional recommendations and calculation methods for smoke and heat control systems for covered car parks, BSI, 2006. ASHRAE Handbook, HVAC Applications (SI), chapter 15: enclosed vehicular facilities, 2011. Australian Standard. The use of ventilation and airconditioning in buildings, Part 2: Mechanical ventilation in buildings, 2012. Ministry of Housing and Urban Development of Iran, National building regulations of Iran, XIV issue, thermal installations, air exchange and air conditioning, 2009 in Persian ;). J. Burnett, M. Chan. Criteria for air quality in enclosed car parks, Proceedings of the ICE-Transport, Vol. 123, No. 2, pp. 102-110, 1997. A Chaloulakou, A Duci, N. Spyrellis, Exposure to carbon monoxide in enclosed multi-level parking garages in the central Athens urban area, Indoor and Buth Environment, Vol. 11, No. 4, pp. 191-201, 2002. J. C. Ho, H. Xue, K. L. Tay, A field study on determination of carbon monoxide level and thermal environment in an underground car park, Building and Environment, Vol. 39, No. 1, pp. 67-75, 2004. K. Papakonstantinou, A. Chaloulakou, A. Duci, N. Vlachakis, N. Markatos, Air quality in an underground garage: Computational and experimental investigation of ventilation effectiveness, Energy and Buildings, Vol. 35, No. 9, pp. 933-940, 2003. E. Asimakopoulou, D. I Kolaitis, M. A. Founti, Experimental and computational investigation of CO production and dispersion in an automotive repair shop, Indoor and Built Environment, Vol. 22, No. 5, pp. 750-765, 2013 J. Domingo, R. Barbero, A. Iranzo, D. Cuadra, J. Servert, M. A. Marcos, Analysis and optimization of ventilation systems for an underground transport interchange building under regular and emergency scenarios, Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 26, No. 1, pp. 179-188. 2011. A F. Elsafty, M. M. Abo Elazm. Improving air quality in enclosed parking facilities using ventilation system design with the aid of CFD simulation, International Review of Mechanical Engineering. Vol. 3, No. 6, pp. 796-807, 2009.
[12] M. Krarti, A. Ayari, Ventilation for enclosed parking garages,
ASHR.4E Journal, Vol. 43, No. 2, pp. 52-57, 2001. [13] T. Gil-Lopez, A. Sanchez-Sanchez, C. Gimenez-Molina, Energy,
environmental and economic analysis of the ventilation system of enclosed parking garages: Discrepancies with the current
regulations, Applied Energy. Vol. 113, No. 0, pp. 622-630, 2014. [14] J. Amnian, M. Maerefat. Gh. Heidarinejad, Investigation on
effect of exhaust vents location on reduction of pollution in enclosed car parks, Modares Mechanical Engineering. Vol. 16,
No. 5, pp. 70-80, 2016, (in Persian ) [15] A. Faghri, Y. Zhang. Transport phenomena in multiphase
systems, First Edition, pp. 238-330, California, Academic Press,
- 2006. [16] B. Blocken, Y. Tominaga, T. Stathopoulos, CFD simulation of
micro-scale pollutant dispersion in the built environment, Building and Environment, Vol. 64, No. 0, pp. 225-230. 2013. W. Minkowycz, Advances in m erical hear transfer, First
Edition, London, CRC Press, 1996. [18] W. Reynolds, Fundamentals of turbulence for turbulence
modeling and simulation, Proceeding of Modern Theoretical and Experimental Approaches to Turbulent Flow Structure and its
Modelling. Stanford university, pp. 1-65, 1987. [19] D. C. Wilcox, Turbulence modeling for CFD, Third Edition, pp.
240-290, California, DC W industries, 1998. I. B. Celik, Introductory turbulence modeling. First Edition, pp.
33-40, Virginia, Western Virginia University, 1999. [21] K. Watanabe, K. Matsuno, Moving computational domain
method and its application to flow around a high-speed car passing through a hairpin curve, Journal of computational
Science and Technology, Vol. 3, No. 2, pp. 449-459, 2009. [22] E. Asimakopoulou, D. I Kolaitis, M. A. Founti, CO Dispersion
in a Car-Repair Shop: An Experimental and CFD Modelling Study in Seventh International Conference on CFD in the
Minerals and Process Industries, Melbourne, Australia. 2009. [23] M. Ehsan, M. Shah, M. Hasan, S. Hasan, Study of Temperature
Profile in automotive exhaust systems for retrofitting catalytic converters, Proceedings of the International Conference on Mechanical Engineering (ICME2005), Dhaka, Bangeladesh,
December 28-30, 2005. [24] Y. Tominaga, T. Stathopoulos, Numerical simulation of
dispersion around an isolated cubic building: Model evaluation of RANS and LES, Building and Environment, Vol. 45, No. 10,
- 2231-2239, 2010. [25] L. R. J. Wissink, T. V. d. Wielen, M. Jansen, R. V. Bcek, Car
Park Ventilation Manual, First Edition, pp. 27. 35, Norway,
NOVENCO press, 2003. [26] J. Hill, Car park designers’ handbook, First Edition, pp. 8-20,
London, Thomas Telford Ltd, 2005. [27] D. Pike, C. Jolly, M. Pundsack, J. Stewart, W. Whapples, Design
recommendations for multi-storey and underground car parks, Fourth Edition, pp. 58-60, London, Published by the Institution of Structural Engineers, 2011.
[28] M. Y. Chan, W. K. Chow, Car park ventilation system:
performance evaluation, Building and Environment. Vol. 39, No.
6,
- 635-643, 2004
[29] O. Seppänen, Ventilation strategies for good indoor air quality
and energy efficiency, International Journal of Ventilation, Vol.
6, No. 4, pp. 297-306, 2008.
[30] 1. Horváth, J. van Beeck, B. Merci, Full-scale and reduced-scale
tests on smoke movement in case of car park fire, Fire safety journal, Vol. 57, No. 1, pp. 35-43, 2013
دیدگاهتان را بنویسید