سامانهای بدون برق برای مدیریت هوشمند دمای آب
پژوهشگران ایرانی طرح یک سامانه تماممکانیکی را برای جلوگیری از هدررفت آب هنگام رسیدن آن به دمای مطلوب ارائه کردهاند که بدون برق و تجهیزات الکترونیکی کار میکند. برآوردهای این پژوهش نشان میدهد این سامانه در برخی شرایط میتواند هدررفت آب را تا ۶۵ درصد و مصرف انرژی برای گرمایش آب را نزدیک به ۴۰ درصد کاهش دهد.
به گزارش سیناپرس، پژوهشگران ایرانی در یک مطالعه جالب، دستگاهی تماممکانیکی را برای مدیریت جریان و دمای آب پیشنهاد کردهاند؛ سامانهای که با ساختاری ساده، کمهزینه و قابلاعتماد برای استفاده در خانهها، هتلها و مراکز عمومی طراحی شده است.
بحران کمآبی و افزایش مصرف انرژی، مدیریت منابع در ساختمانها را به یکی از ضرورتهای مهم زندگی امروز تبدیل کرده است. بخشی از آب مصرفی خانهها نه برای آشامیدن، شستوشو یا استحمام، بلکه در فاصله زمانی میان باز کردن شیر و رسیدن آب به دمای مطلوب از دست میرود. هنگام استفاده از آب گرم، کاربران معمولاً اجازه میدهند آب برای مدتی جریان داشته باشد تا سردی اولیه آن برطرف شود. وضعیت مشابهی نیز برای آب سرد رخ میدهد؛ برای مثال، ممکن است فرد برای نوشیدن آب، شستن میوه و سبزی یا آبیاری گیاهان منتظر بماند تا آب گرم باقیمانده در لوله خارج شود. چنین رفتاری در مناطق شهری میتواند سهم قابلتوجهی از هدررفت آب خانگی را به خود اختصاص دهد.
این اتلاف فقط به آب محدود نمیشود، زیرا آمادهسازی آب گرم به مصرف انرژی نیز نیاز دارد. سامانههای معمول تأمین آب گرم در ساختمانها ممکن است سالانه میلیونها لیتر آب و مقدار زیادی انرژی را هدر دهند. بنابراین، هر راهکاری که بتواند جریان آب را در زمان انتظار مدیریت کند، ممکن است همزمان به کاهش مصرف آب، کاهش انرژی مورد نیاز برای گرمایش و پایین آمدن هزینههای خانوارها و مراکز خدماتی کمک کند.
اهمیت چنین راهکاری زمانی بیشتر میشود که امکان استفاده از آن در ساختمانهای موجود، بدون تغییر گسترده لولهکشی و بدون وابستگی به برق یا تجهیزات الکترونیکی گرانقیمت وجود داشته باشد. یک طراحی ساده و قابلاعتماد همچنین میتواند برای هتلها، مراکز عمومی و مناطق محروم که دسترسی محدودتری به تجهیزات و خدمات فنی دارند، کاربردی باشد.
صالح کریمی دونا، محقق طراحی صنعتی از دانشگاه غیرانتفاعی کمالالملک در مازندران، با همکاری دانشگاه تهران و دانشگاه آزاد اسلامی واحد چالوس، تحقیقی را در این زمینه انجام داده است. این پژوهش به طراحی مفهومی دستگاهی برای صرفهجویی در مصرف آب و تنظیم بهتر دمای شیرهای آب اختصاص دارد. هدف اصلی آن، ارائه راهکاری مکانیکی، ساده و مقرونبهصرفه است که بتواند جریان آب را تا هنگام رسیدن دما به محدوده مورد نظر کنترل کند.
به این ترتیب، کاربر مجبور نیست در مدت گرم یا سرد شدن آب، شیر را باز نگه دارد و خروج آب را بدون استفاده تماشا کند. پژوهشگران این طرح را بهعنوان گزینهای برای مدیریت همزمان آب و انرژی در ساختمانهای مسکونی، تجاری و عمومی مطرح کردهاند.
این تحقیق ماهیتی نظری دارد و در آن یک سامانه مکانیکی بهصورت مفهومی معرفی و طراحی شده است. بخش اصلی سامانه، یک شیر ترموستاتیک تماممکانیکی است. ترموستات در اینجا به قطعهای گفته میشود که تغییر دما را تشخیص میدهد و بر اساس آن، مسیر جریان آب را باز یا بسته میکند.
برای حساس شدن شیر به دما میتوان از عناصری مانند «بیمتال» یا «موم گرمایی» استفاده کرد. بیمتال از دو فلز با رفتار متفاوت در برابر گرما ساخته میشود و با تغییر دما خم میشود. موم گرمایی نیز در اثر گرم شدن منبسط میشود و میتواند یک سازوکار مکانیکی را حرکت دهد. این تغییرات فیزیکی، بدون نیاز به برق، برای کنترل جریان آب به کار گرفته میشوند. در طرح پیشنهادی، جریان تا رسیدن آب به دمای تنظیمشده متوقف میماند و سپس امکان استفاده از آب فراهم میشود.
برآوردهای مطرحشده در پژوهش نشان میدهند که این سامانه میتواند حدود ۶۵ درصد از آب مصرفی هدررفته و نزدیک به ۴۰ درصد از انرژی مورد نیاز برای گرمایش آب را کاهش دهد. در بخش دیگری از اطلاعات طرح نیز کاهش ۳۰ درصدی هدررفت آب و ۲۵ درصدی مصرف انرژی برای برخی شرایط عملکردی عنوان شده است. این تفاوت اعداد نشان میدهد میزان صرفهجویی میتواند به نوع مصرف، ساختمان و شرایط بهرهبرداری وابسته باشد. البته از آنجا که مطالعه نظری و طراحی مفهومی است، این ارقام باید بهعنوان برآوردهای ارائهشده برای سامانه در نظر گرفته شوند، نه نتیجه یک آزمایش میدانی گسترده.
یافتهها که در فصلنامه «اقتصاد محیطزیست و منابع طبیعی» متعلق به دانشگاه علامه طباطبائی منتشر شدهاند، همچنین بر سادگی ساختار و بینیازی دستگاه از برق و اجزای الکترونیکی پیچیده تأکید دارند. این ویژگی میتواند هزینه ساخت، نصب و نگهداری را کاهش دهد و امکان استفاده از دستگاه را در خانهها، هتلها، مراکز عمومی و مناطق محروم افزایش دهد.
طبق مشخصات پیشنهادی، سامانه میتواند دمای آب را با دقت حدود مثبت یا منفی ۰٫۳ درجه سانتیگراد تنظیم کند و زمان رسیدن به دمای مطلوب را به کمتر از ۱۵ ثانیه برساند. هزینه تولید آن نیز حدود ۴۰ درصد کمتر از مدلهای الکترونیکی برآورد شده و بازگشت سرمایه برای آن کمتر از دو سال عنوان شده است.
اطلاعات تکمیلی پژوهش نشان میدهند که دستگاه برای مقاومت در برابر رسوب و دمای آب تا ۸۰ درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده و قرار است بدون تغییر اساسی در لولهکشی موجود نصب شود. عمر مفید پیشنهادی آن بیش از ۱۰ سال با حداقل نگهداری است و حالت صرفهجویی خودکار هنگام استفادهنشدن نیز برای آن پیشبینی شده است.
با این حال، عملکرد واقعی چنین سامانهای میتواند با چالشهایی مانند تغییر ناگهانی فشار آب، رسوبگرفتن قطعات، خوردگی، سایش اجزای متحرک و یخزدگی روبهرو شود. استفاده از شیر تنظیم فشار، مواد ضد رسوب، پوششهای محافظ، آلیاژهای مقاوم و فنرهای فولادی باکیفیت، از راهکارهای پیشنهادی برای کاهش این مشکلات است.
به نقل از ایسنا، در طراحی دستگاه، مسائل اجرایی و بهداشتی نیز مورد توجه قرار گرفتهاند. برای نمونه، آب راکد در لوله میتواند کیفیت آب را کاهش دهد یا زمینه رشد باکتریها را فراهم کند. هدایت آب اولیه به یک مخزن ثانویه، استفاده از پوششهای ضدمیکروبی و جاری کردن آب پس از دورههای طولانی عدم استفاده، از پیشنهادهای مطرحشده برای مدیریت این مسئله است.
همچنین برای آسانتر شدن استفاده در مناطق دورافتاده، ساختار ماژولار و قطعاتی با قابلیت جداسازی و تعویض ساده پیشنهاد شدهاند. طراحی ظاهری مشابه شیرهای معمولی، راهنمای فارسی و آموزش تصویری نیز میتواند مقاومت کاربران در برابر تغییر عادتهای مصرفی را کمتر کند. در مجموع، طرح مورد اشاره، به عنوان راهکاری امیدوارکننده برای مدیریت منابع معرفی میشود، اما سنجش کارایی، دوام و میزان واقعی صرفهجویی آن در شرایط گوناگون، به ساخت نمونه و ارزیابی عملی نیاز خواهد داشت.
