فئات تسرب الهواء في مجاري HVAC واختبارها: شرح مبسّط

كلفة تسرب الهواء من المجاري

تسرب الهواء هو الهواء الذي يهرب من وصلات المجرى ودرزاته واختراقاته بدلًا من أن يصل إلى الفتحة الطرفية التي صُمّم المجرى لها. ولا يكون صفرًا أبدًا. فالنظام التغذوي المتسرب يجعل المروحة تحرك هواءً أكثر مما نص عليه التصميم، وهذا يظهر في ارتفاع طاقة المروحة في كل ساعة يعمل فيها النظام، وفي غرف لا تبلغ درجة الضبط في نهايات المسارات الطويلة، وفي تقارير موازنة لا تقفل. أما في خط الإرجاع السالب الضغط أو في منظومات الأبخرة فيسحب التسرب هواءً غير معالج أو ملوثًا إلى الداخل بدل أن يدفعه إلى الخارج، وهذه مسألة سلامة لا مسألة طاقة.

يتحدد التسرب في الورشة لا في الموقع. فبعد تعليق المجرى يصبح إحكام وصلة لا تستطيع الوصول إليها بطيئًا وغير موثوق. ولهذا تثبّت المواصفات التسرب المسموح به قبل التصنيع، ولهذا أيضًا يستحق الرقم الذي تعتمده، أي فئة التسرب، أن تفهمه قبل أن تقص الصاج.

فئة التسرب في SMACNA

تعبّر SMACNA، أي الرابطة الوطنية لمقاولي الصاج وتكييف الهواء (Sheet Metal and Air Conditioning Contractors' National Association)، عن التسرب المسموح به بفئة تسرب يُرمز لها بـ CL. والفئة هي معدل التسرب بوحدة قدم مكعب في الدقيقة لكل 100 قدم مربع من مساحة سطح المجرى، مقيسًا عند ضغط استاتيكي مرجعي قدره 1 in. w.g. وكلما قلّ رقم CL كان المجرى أكثر إحكامًا.

ولأن المجرى نادرًا ما يعمل عند 1 in. w.g. بالضبط، تُحوَّل الفئة إلى الضغط الفعلي بقانون أُسّي:

F = CL × P^0.65

هنا F هو التسرب بوحدة cfm لكل 100 قدم مربع من سطح المجرى، وCL هي فئة التسرب، وP هو الضغط الاستاتيكي بوحدة بوصة عمود ماء. والأس 0.65 هو القيمة التي تعتمدها SMACNA في تصنيف المجاري. أما الأس الفعلي لمسار تسرب معيّن فقد يقع في أي موضع بين نحو 0.5 و0.9، لكن 0.65 هو الرقم الذي بُني عليه نظام الفئات. والفئات التي ستصادفها مجموعة منفصلة من القيم:

فئة التسرب (CL)	درجة الإحكام النسبية	موضع انطباقها المعتاد
CL 3	الأشد إحكامًا بين الفئات المنشورة عادةً	مجرى دائري وبيضاوي مسطح محكم عند ضغط عالٍ، فئة الإحكام A
CL 6	محكم	مجرى مستطيل محكم عند ضغط عالٍ، فئة الإحكام A
CL 12	متوسط	مجرى دائري محكم عند ضغط منخفض، أو مستطيل عند فئة الإحكام B
CL 24	متراخٍ	مجرى مستطيل محكم عند ضغط منخفض، فئة الإحكام C
CL 48	الأكثر تراخيًا	مجرى معدني مستطيل غير محكم

أشيع الأخطاء على الإطلاق هو ذكر فئة تسرب واحدة لنوع مجرى دون تسمية الضغط وفئة الإحكام اللذين تنتمي إليهما. فالمجرى المستطيل المحكم ليس رقمًا واحدًا، بل هو CL 24 أو 12 أو 6 بحسب شدة إحكامه، وهذا موضوع القسم التالي.

فئة الإحكام تحدد فئة التسرب

فئة التسرب نتيجة. أما ما تتحكم فيه الورشة فعلًا فهو فئة الإحكام، التي تحدد أجزاء المجرى التي تُحكَم: فئة الإحكام C تُحكم الوصلات العرضية، وفئة الإحكام B تضيف إليها الدرزات الطولية، وفئة الإحكام A تضيف كل اختراقات جدار المجرى أيضًا. وكلما كان الإحكام أشد انخفضت فئة التسرب المتوقعة. وتربط SMACNA بينهما على النحو التالي:

نوع الإنشاء	فئة الإحكام C	فئة الإحكام B	فئة الإحكام Seal Class A
مجرى معدني مستطيل	CL 24	CL 12	CL 6
مجرى معدني دائري وبيضاوي مسطح	CL 12	CL 6	CL 3

يتبين من هذا الجدول أمران. الأول أن المجرى الدائري والبيضاوي المسطح يقع أشد إحكامًا بنحو فئة تسرب واحدة من المستطيل عند فئة الإحكام نفسها، لأن الدرز الحلزوني المشكَّل بالدرفلة أقصر بكثير في طول الوصلات التي قد يتسرب منها الهواء من مقطع مستطيل بأربع زوايا. والثاني أن فئة الإحكام نفسها مرتبطة بفئة الضغط. فمعايير SMACNA لإنشاء مجاري HVAC (طبعة 2005) تنسب فئة الإحكام C إلى 1/2 و1 و2 in. w.g.، وفئة الإحكام B إلى 3 in. w.g.، وفئة الإحكام A إلى 4 و6 و10 in. w.g.، مع أن حد 2 in. w.g. يقع عند فئة الإحكام B في بعض العروض، وأن ASHRAE 90.1 يطلب الآن فئة الإحكام A أيًّا كانت فئة الضغط. وفي الحالتين تقودك المواصفات عالية الضغط إلى أشد فئات التسرب إحكامًا عبر فئة الإحكام، دون أن يُكتب ذلك صراحةً.

ملاحظة بشأن الطبعات. القيم أعلاه هي أرقام SMACNA المعتمدة منذ زمن طويل والواردة في معايير إنشاء مجاري HVAC. وقد شدّدت مراجعة لاحقة من دليل اختبار التسرب لدى SMACNA الفئات المتوقعة، فإذا كانت مواصفاتك تشير إلى طبعة محددة من الدليل فاقرأ جدول الفئات في تلك الطبعة ولا تفترض هذه الأرقام.

كيف يُختبر تسرب المجاري

اختبار التسرب بسيط من حيث المبدأ. يُعزل مقطع من المنظومة المنجزة ويُسَدّ طرفاه. وتضغطه مروحة نفخ حتى ضغط الاختبار، ثم يُقاس عبر فتحة معايَرة تدفق الهواء الذي يتعين على المروحة مواصلة تزويده للحفاظ على ذلك الضغط. وهذا التدفق التعويضي هو التسرب الخارج من المقطع. وإذا قسمته على مساحة السطح المختبَرة حصلت على التسرب بوحدات cfm لكل 100 قدم مربع نفسها التي تقاس بها الفئة.

نادرًا ما تطلب المواصفات اختبار المنظومة كلها. بل تحدد نسبة تمثيلية منها، وضغط اختبار يساوي ضغط التصميم للمقطع، ومعيارًا للنجاح. وكثيرًا ما يُكتب هذا المعيار بصيغتين معًا: فئة تسرب يجب أن يتفوق عليها المقطع، وسقف للتسرب الكلي بنسبة مئوية من تدفق هواء النظام. ويضع دليل ASHRAE Handbook التسرب المقبول للنظام كاملًا في نطاق يقارب 1 إلى 5 بالمئة من التدفق التصميمي عند ضغط التشغيل، وتقع مواصفات المشاريع عادةً ضمن هذا النطاق. ويحدد المصمم المسؤول عن المشروع الرقم الدقيق.

ما الذي يفرضه ذلك في أرضية الورشة

تُكسب فئة التسرب المحكمة أو تُخسر عند ثلاث نقاط في التصنيع. الوصلة العرضية هي أكبر مسار تسرب منفرد، فالفلنجة TDF المشكَّلة بالدرفلة بشكل قائم الزاوية على طرف المجرى، والمغلقة بحشوة مركبة في المصنع والمشدودة بمشابك، تؤدي معظم العمل في مشروع مستطيل بفئة الإحكام A. والدرز الطولي هو الثاني: فقفل بيتسبرغ يجب أن يُدرفل كاملًا، وفوق فئات الإحكام الدنيا يجب إحكامه على طوله. أما الثالث فهو التعامد ببساطة. فطرف المجرى الخارج عن التعامد لن يشد الفلنجة ذات الحشوة بانتظام مهما وُضع عليه من مادة إحكام، ولذلك فإن خطًا يلتزم بأبعاد الطول والعرض ضمن تفاوتات ضيقة يشتري أداء التسرب بصمت.

وهنا أيضًا يأخذ شكل المجرى مكانه في القرار. فبما أن المجرى الدائري والحلزوني يتسرب نحو نصف ما يتسرب منه المستطيل عند فئة الإحكام نفسها، فإن نقل مسار شديد الحساسية للتسرب إلى المجرى الحلزوني قد يبلغ فئة محكمة بعمالة إحكام أقل من إجبار المجرى المستطيل على بلوغ الرقم نفسه. واختيار الماكينات المناسبة للفئات التي تنتجها، أي أعمال الفلنجات والدرزات للمستطيل، أو الدرز الحلزوني، أو كليهما، قرار يُتخذ عند إعداد المواصفات عن قصد بدلًا من اكتشافه يوم الاختبار.

اسأل Taokron عن الخط المناسب لفئات التسرب لديك →

ما يقابلها في EN وDW/144 وAS 4254.2

خارج أمريكا الشمالية تظهر الفيزياء نفسها تحت مسميات مختلفة.

• EN 1507 (للمستطيل) وEN 12237 (للدائري) يحددان فئات إحكام الهواء A وB وC وD، والفئة A هي الأكثر تسربًا والفئة D هي الأشد إحكامًا. وعامل التسرب الأقصى هو f_max = C × p^0.65، وتتدرج الثوابت 0.027 و0.009 و0.003 و0.001 للفئات A وB وC وD. وكل فئة أشد إحكامًا بثلاثة أضعاف بالضبط من التي قبلها.
• DW/144، وهي مواصفة أعمال مجاري الصاج البريطانية الصادرة عن BESA، تستخدم حدود التسرب الأربعة نفسها المعتمدة في EN، مرتبطة بفئات الضغط المنخفض والمتوسط والعالي، ولا تجعل اختبار التسرب إلزاميًا إلا لفئتي الضغط العالي C وD.
• AS 4254.2 في أستراليا لا يستخدم فئة قائمة على مساحة السطح أصلًا. فهو يضع سقفًا للتسرب قدره 5 بالمئة من كمية الهواء التصميمية، ويشترط أن تُختبر الأنظمة التي تبلغ 3000 L/s فأكثر عند ضغط لا يقل عن 1.25 ضعف ضغط التشغيل، ويطلب اختبار 10 بالمئة على الأقل من النظام، ويحيل إلى طريقة الاختبار البريطانية في الإجراء.
• دول الخليج والشرق الأوسط: تشير المواصفات الميكانيكية فيها عمومًا إلى فئات التسرب في SMACNA أو إلى DW/144 مباشرة، لا إلى حروف الفئات في EN.

ولمقارنة أوسع جنبًا إلى جنب لمعايير الإنشاء التي تندرج فئات التسرب هذه ضمنها، راجع مقارنة معايير المجاري الدولية.

صياغة المواصفات التي ستصادفها

تحدد المواصفات الميكانيكية التسرب عادةً بإحدى طريقتين. فالمواصفة المبنية على SMACNA تُقرأ هكذا: «تُحكَم مجاري التغذية وفق فئة الإحكام A ويجب ألا تتجاوز فئة التسرب 6. ويُختبر ما لا يقل عن 25 بالمئة من النظام للكشف عن التسرب عند 2 in. w.g.» أما المواصفة الأوروبية أو الأسترالية فتُقرأ بالنسب المئوية: «يجب أن تحقق المجاري فئة إحكام الهواء C وفق EN 1507»، أو «يجب ألا يتجاوز التسرب 5 بالمئة من كمية الهواء التصميمية عند الاختبار وفق AS 4254.2». وكلتاهما تقول الشيء نفسه بوحدات مختلفة: ما مدى الإحكام، وعند أي ضغط، وبأي اختبار يُثبَت.

الأسئلة الشائعة

ما هي فئة تسرب المجرى؟

فئة تسرب المجرى، CL، هي التسرب المسموح به بوحدة cfm لكل 100 قدم مربع من سطح المجرى عند ضغط مرجعي قدره 1 in. w.g. وكلما قلّت CL كان المجرى أشد إحكامًا. والفئات الشائعة هي CL 3 و6 و12 و24 و48، ويتبع التسرب عند ضغوط أخرى المعادلة F = CL x P مرفوعًا إلى القوة 0.65.

ما هي معادلة تسرب المجرى؟

F = CL x P^0.65، حيث F هو التسرب بوحدة cfm لكل 100 قدم مربع من سطح المجرى، وCL هي فئة التسرب، وP هو الضغط الاستاتيكي بوحدة in. w.g. وتعتمد SMACNA الأس 0.65 في التصنيف، أما مسارات التسرب الفعلية فقد يتراوح أسّها بين نحو 0.5 و0.9.

كيف تؤثر فئة الإحكام في فئة التسرب؟

كلما كان الإحكام أشد انخفضت فئة التسرب. ففي المجاري المعدنية المستطيلة تقابل فئات الإحكام C وB وA نحو CL 24 و12 و6. أما المجاري الدائرية والبيضاوية المسطحة فهي أشد إحكامًا بنحو فئة واحدة، أي قرابة CL 12 و6 و3. والمجرى المستطيل غير المحكم نحو CL 48.

كيف يُختبر تسرب المجرى؟

يُعزل مقطع من المجرى ويُسَدّ، وتضغطه مروحة نفخ حتى ضغط الاختبار، ويُقاس عبر فتحة معايَرة تدفق الهواء التعويضي اللازم للحفاظ على ذلك الضغط. وهذا التدفق هو التسرب، ثم يُقارن بالفئة المحددة أو بحد النسبة المئوية.

ما فئات إحكام الهواء في EN وDW/144؟

يحدد EN 1507 وEN 12237 الفئات من A إلى D، والفئة A هي الأكثر تسربًا والفئة D هي الأشد إحكامًا، بالمعادلة f_max = C x p^0.65 وبثوابت متدرجة 0.027 و0.009 و0.003 و0.001. وكل فئة أشد إحكامًا بثلاثة أضعاف من التي قبلها. ويستخدم DW/144 الحدود الأربعة نفسها.

ما النسبة المئوية المقبولة لتسرب المجاري؟

يحدد دليل ASHRAE Handbook الحد الأقصى لتسرب الهواء في النظام بنحو 1 إلى 5 بالمئة من تدفق الهواء التصميمي الكلي للنظام عند ضغط التشغيل، وتقع الأنظمة الأشد إحكامًا عند الطرف الأدنى. وكثيرًا ما تضع مواصفات المشاريع سقفًا للتسرب المسموح به عند بضعة بالمئة من تدفق الهواء التصميمي، يُختبر عند ضغط التصميم للمجرى. أما الرقم الدقيق فيحدده المصمم المسؤول عن المشروع.

ما فئات إحكام الهواء في EN وDW/144 لمجاري الهواء؟

يحدد EN 1507 (للمجاري المستطيلة) وEN 12237 (للمجاري الدائرية) فئات إحكام الهواء A وB وC وD، والفئة A هي الأكثر تسربًا والفئة D هي الأشد إحكامًا. وعامل التسرب الأقصى هو f_max = C x p^0.65، وتتدرج الثوابت 0.027 و0.009 و0.003 و0.001 للفئات A وB وC وD، فتكون كل فئة أشد إحكامًا بثلاثة أضعاف من التي قبلها. ويستخدم DW/144 البريطاني الحدود الأربعة نفسها.