संवातन क्यों ज़रूरी है और प्रणाली का डिज़ाइन कैसे होता है
लोग साँस में कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂), गर्मी और भाप छोड़ते हैं। खाना बनाने और नहाने से धुआँ, गंध और भाप बढ़ती है। यह हवा कमरे में रुकी रहे तो भारीपन लगता है और नींद आती है। संवातन पुरानी हवा को बाहर निकालता है और नई हवा अंदर लाता है।
प्राकृतिक और यांत्रिक संवातन
- प्राकृतिक: हवा और गर्म हवा के ऊपर उठने से खिड़कियों, छिद्रों और शाफ़्ट से हवा चलती है। इसमें खर्च नहीं होता पर यह स्थिर नहीं रहता।
- यांत्रिक: पंखे नलिकाओं (डक्ट) में हवा चलाते हैं। हर मौसम में काम करता है और नियंत्रित किया जा सकता है।
पंखे की तीन व्यवस्थाएँ
- केवल निकास: पंखा हवा बाहर खींचता है; ताज़ी हवा रिसकर आती है। शौचालय और रसोई के लिए ठीक।
- केवल आपूर्ति: पंखा ताज़ी हवा अंदर धकेलता है; कमरे में हल्का दाब रहता है।
- संतुलित: एक आपूर्ति पंखा और एक निकास पंखा। ऊष्मा पुनर्प्राप्ति के साथ ज़रूरी।
कितनी हवा? प्रति घंटे हवा बदलाव
डिज़ाइनर हर कमरे के लिए प्रति घंटे हवा बदलाव (ACH) चुनते हैं। फिर प्रवाह Q = ACH × कमरे का आयतन। जैसे 72 m³ के कमरे को 3 ACH पर 216 m³/h चाहिए। फिर नलिका का आकार ऐसा रखते हैं कि हवा की गति बहुत ज़्यादा न हो (मुख्य नलिका में लगभग 3 से 5 m/s), क्योंकि तेज़ हवा शोर करती है।
ऊर्जा बचाने वाला संवातन
बाहर की ताज़ी हवा सर्दी में ठंडी और गर्मी में गर्म होती है। उसे गर्म या ठंडा करने में ऊर्जा लगती है। अच्छे डिज़ाइन में कम ऊर्जा बर्बाद होती है।
- ऊष्मा पुनर्प्राप्ति संवातक (HRV): बाहर जाती और अंदर आती हवा एक ऊष्मा-विनिमयक से गुज़रती हैं (आपस में मिलती नहीं)। अंदर आती हवा बाहर जाती हवा की 60 से 90 प्रतिशत गर्मी ले लेती है।
- माँग-आधारित नियंत्रण: CO₂ सेंसर तभी पंखा तेज़ करता है जब कमरे में बहुत लोग हों।
- कुशल पंखे: पंखे की शक्ति गति के साथ बहुत तेज़ी (लगभग घन) से बढ़ती है, इसलिए थोड़ा धीमा पंखा बहुत बचत करता है।
- सही आकार, रिसाव नहीं: कसी हुई नलिकाएँ और अच्छे फ़िल्टर कम शक्ति में काम चलाते हैं।
ऊष्मा पुनर्प्राप्ति का सूत्र: आपूर्ति हवा का तापमान = बाहरी + दक्षता × (अंदर का − बाहरी)।
धुआँ-निकास प्रणाली
आग में ज़्यादातर लोग लपटों से नहीं, धुएँ से घायल होते हैं। गर्म धुआँ हवा से हल्का होता है, इसलिए छत तक उठता है और फिर मोटी परत बनकर नीचे फैलता है। धुआँ-निकास प्रणाली यह धुआँ निकाल देती है ताकि फ़र्श के पास की हवा साफ़ रहे, लोग बाहर निकल सकें और दमकलकर्मी अंदर आ सकें।
मुख्य भाग
- धुआँ-निकास छिद्र या डैम्पर छत में या दीवार के ऊँचे भाग में। फ़ायर अलार्म बजते ही अपने आप खुलता है।
- प्राकृतिक धुआँ-निकास: खुला छिद्र गर्म धुएँ को ऊपर से बाहर जाने देता है। सरल है, पर बाहर की ओर खुला रास्ता चाहिए (अक्सर फ़र्श के क्षेत्रफल का लगभग 1/50; स्थानीय नियम तय करते हैं)।
- यांत्रिक धुआँ-निकास: उच्च तापमान सहने वाला मज़बूत पंखा नलिकाओं से धुआँ खींचता है।
- प्रतिस्थापन हवा (make-up air): ताज़ी हवा नीचे से आनी चाहिए, वरना धुआँ बाहर नहीं जा पाता।
- धुआँ अवरोधक बड़े हॉल को धुआँ-क्षेत्रों में बाँटते हैं।
योजना: लोगों को निकलने में जितना समय लगे, उतनी देर तक फ़र्श से कम से कम लगभग 2 m ऊँचाई तक साफ़ परत रखें। नियम हर देश में अलग हैं, इसलिए स्थानीय अग्नि-संहिता मानिए।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- Q = ACH × V (प्रवाह m³/h में = प्रति घंटे हवा बदलाव × कमरे का आयतन m³ में)
- ACH = Q ÷ V
- Q = A × v (नलिका में प्रवाह = क्षेत्रफल × गति)
- T आपूर्ति = T बाहर + η × (T अंदर − T बाहर) (ऊष्मा पुनर्प्राप्ति)
- पंखे की शक्ति ∝ गति³ (लगभग)
हल किए गए उदाहरण
1. एक बाथरूम 2 m × 2 m × 2.5 m का है। उसे प्रति घंटे 8 हवा बदलाव चाहिए। पंखे का प्रवाह निकालिए।
आयतन V = 2 × 2 × 2.5 = 10 m³। Q = ACH × V = 8 × 10 = 80 m³/h। यानी लगभग 22 L/s।
2. 30 विद्यार्थियों की कक्षा को प्रति व्यक्ति 8 L/s चाहिए। कमरे का आयतन 200 m³ है। Q (m³/h में) और ACH निकालिए।
Q = 30 × 8 = 240 L/s। m³/h में: 240 × 3.6 = 864 m³/h। ACH = 864 ÷ 200 = 4.3 प्रति घंटा।
3. बाहर की हवा 5 °C और अंदर की 21 °C है। ऊष्मा पुनर्प्राप्ति इकाई की दक्षता 70 प्रतिशत है। इकाई के बाद ताज़ी हवा का तापमान क्या होगा?
T = 5 + 0.7 × (21 − 5) = 5 + 11.2 = 16.2 °C। कमरे को बहुत कम गर्म करना पड़ेगा।
4. एक नलिका 0.4 m × 0.4 m की है और 0.48 m³/s हवा ले जाती है। हवा की गति निकालिए। क्या शांत कमरे के लिए यह ज़्यादा है?
क्षेत्रफल = 0.16 m²। v = Q ÷ A = 0.48 ÷ 0.16 = 3 m/s। मुख्य नलिका के लिए ठीक है, बहुत शांत कमरे के लिए थोड़ी ज़्यादा।
आम गलतियाँ
- आपूर्ति और निकास को पास-पास लगाना। ताज़ी हवा सीधी बाहर चली जाती है और बाकी कमरा बासी रहता है।
- धुआँ-निकास दीवार में नीचे लगाना। धुआँ ऊपर उठता है, इसलिए निकास ऊँचा होना चाहिए।
- प्रतिस्थापन हवा भूल जाना। अंदर आने का रास्ता न हो तो पंखा ठीक से हवा नहीं खींच पाता।
- मात्रकों की गड़बड़: 1 m³/s = 3600 m³/h = 1000 L/s।