تحتوي المولدات الصامتة على أغطية فولاذية تقلل بشكل كبير من مستويات الضوضاء. ولكن هناك معضلة هنا أيها الحضور - هذه الأغطية نفسها تميل إلى عرقلة تدفق الهواء بشكل سيئ جدًا. يتمثل التحدي الذي يواجهه المهندسون في إيجاد التوازن المثالي بين تقليل الضوضاء وإدارة تراكم الحرارة. فإذا أفرطوا في العزل، فما الذي يحدث حسب رأيكم؟ تتجمع الحرارة بالقرب من المناطق الحساسة مثل المحركات ونُظم العادم وأجهزة التيار المتردد. واسمحوا لي أن أوضح لكم، أنه عندما ينسى شخص ما ضرورة التهوية السليمة في هذه الأنظمة، وبعد تشغيلها لفترة زمنية طويلة، تتحول هذه الكابينة إلى أفران صغيرة بحد ذاتها. فقط اسأل أي شخص اضطر للتعامل مع مشكلات ارتفاع درجة الحرارة في وحدات الطاقة الصامتة.
يؤدي التصميم المدمج للسقف الهادئ إلى احتجاز الحرارة حول الأجزاء شديدة السخونة مثل الأسطوانات ومواسير العادم، حيث لا يحدث تدفق طبيعي للهواء بشكل كافٍ. فبينما تحتوي الأنظمة ذات الإطار المفتوح على مناطق تتسرب منها الحرارة بشكل طبيعي، فإن هذه التصاميم المغلقة لا توفر نوع التبريد السلبي هذا. ما النتيجة؟ تصبح بعض المناطق داخل حجرة المحرك شديدة السخونة أحيانًا حتى تتجاوز 150 درجة مئوية. ويؤثر هذا الفائض من الحرارة تأثيرًا حقيقيًا على المكونات الإلكترونية الحساسة ومولدات الكهرباء أيضًا. فمعظم المولدات تبدأ في التصرف بشكل غير طبيعي عندما تظل درجات الحرارة أعلى من 85 درجة مئوية لفترات طويلة، وبالتالي لا يُستغرب أن تزداد حالات الأعطال في مثل هذه الظروف.
إن تحليل أحدث البيانات من تقرير EPRI للعام 2023 حول الموثوقية يرسم صورة واضحة جدًا: إن التهوية السيئة هي السبب وراء نحو ثلثي حالات فشل وحدات التوليد الخفية التي لا يلاحظها أحد حتى يفوت الأوان. فما الذي توصلوا إليه؟ ارتفعت درجات حرارة السوائل المبردة بمتوسط 42 درجة مئوية عن المستويات التي توصي بها الشركات المصنعة في الأماكن التي لا يسري فيها الهواء بشكل مناسب. وتخمين ما يحدث بعد ذلك؟ تتوقف هذه المولدات تلقائيًا عن العمل بالضبط في ذروة الطلب على الطاقة. وهذا منطقي تمامًا. ولكن عندما تقوم الشركات بالتخطيط الفعلي لتدفق الهواء بشكل صحيح، يحدث شيء مذهل. وفقًا للسجلات المستمدة من أكثر من ألف موقع تركيب تم دراستها في جميع أنحاء القطاع، تنخفض المشكلات الحرارية بنحو ثلاثة أرباع.
كمية التهوية المطلوبة تعتمد في الواقع على ثلاثة عوامل رئيسية: كمية الطاقة التي يولدها المولد بالكيلوواط، وموقع تركيبه بالنسبة لمستوى سطح البحر، ودرجة الحرارة المحيطة. عندما ترتفع درجات الحرارة فوق المستوى الأساسي البالغ 25 درجة مئوية، نلاحظ عمومًا أن احتياجات تدفق الهواء تزداد بنسبة تتراوح بين 3 إلى 5 بالمئة لكل 10 درجات إضافية. يحدث هذا لأن الهواء الساخن لا يُخلّص من الحرارة بكفاءة مثل الهواء البارد. وينطبق المبدأ نفسه عندما يتم تركيب المولدات على ارتفاعات أعلى. فمع كل 300 متر فوق مستوى سطح البحر، تزداد عادةً كمية تدفق الهواء المطلوبة بنسبة نحو 3 بالمئة، وذلك لأن الغلاف الجوي يصبح أرق مع زيادة الارتفاع. خذ على سبيل المثال مولدًا نموذجيًا بقدرة 500 كيلوواط. عند أقصى إنتاج له، يحتاج هذا النوع من الوحدات عادةً إلى ما بين 2500 و3000 قدم مكعب في الدقيقة من تدفق الهواء. ومن المهم جدًا تحقيق هذه المواصفات بدقة، لأنه بدون تهوية مناسبة، قد تتراكم الحرارة بشكل خطير داخل الأغلفة العازلة للصوت التي تُستخدم للحد من الضوضاء الناتجة عن التشغيل.
تحدد المعيار ISO 8528-1 قواعد محددة للمسافات اللازمة لتهوية مناسبة. بالنسبة لمناطق تدفق الهواء الجانبية، يجب أن تكون أوسع بـ 1.5 مرة على الأقل من وحدة المولد نفسها. أما بالنسبة لمخارج الهواء العلوية، فيجب توفير حوالي 20٪ من ارتفاع الغطاء لتتيح حركة كافية للهواء. وفي الوقت نفسه، ينظر NFPA 110 إلى تدفق الهواء من زاوية مختلفة، حيث يضع متطلبات أساسية بناءً على نوع الوقود. تتطلب المولدات العاملة بالديزل عادةً حوالي 165 قدمًا مكعبًا في الدقيقة لكل كيلوواط، في حين تحتاج النماذج العاملة بالغاز الطبيعي إلى نحو 245 قدمًا مكعبًا في الدقيقة لكل كيلوواط بسبب ارتفاع درجة حرارة عادمها. تم تصميم هذه المعايير مع أخذ أسوأ السيناريوهات الممكنة في الاعتبار، وتشمل حالات تشغيل المعدات بكامل طاقتها مع وصول درجات الحرارة المحيطة إلى 50 درجة مئوية. يساعد هذا النهج في ضمان أن تعمل أنظمة الطاقة الاحتياطية فعليًا عند الحاجة إليها بشدة خلال حالات الطوارئ.
للحصول على أفضل النتائج، ضع فتحات السحب بالقرب من الأرض في الجزء الأبرد من المكان، بينما توضع فتحات العادم في أعلى الجدار المقابل. يستفيد هذا الترتيب من الطريقة التي يصعد بها الهواء الدافئ بشكل طبيعي. حافظ على مسافة لا تقل عن 1.5 متر تقريبًا بين مكان دخول الهواء وخروجه حتى لا نعيد شفط الهواء الساخن مباشرة. كان هناك حالة قام فيها شخص ما بتركيب الفتحات قريبة جدًا من بعضها البعض. ماذا حدث؟ بدأ النظام في شفط غازات العادم الخاصة به تقريبًا فور تشغيله. ارتفعت درجات حرارة المبرد بحوالي 40 درجة مئوية أكثر أو أقل، مما أدى إلى توقفات متعددة حتى تم إصلاح مشكلة التباعد.
عندما يكون التهوية الطبيعية غير ممكنة، تصبح القنوات المصممة ضرورية. وتشمل عناصر التصميم الحرجة ما يلي:
تشير التطبيقات المُعدَّة مسبقًا باستخدام هذه الأنظمة إلى انخفاض بنسبة 30٪ في حالات الإيقاف الحراري مع الحفاظ على الامتثال التام لمتطلبات المسافات الآمنة وفق NFPA 110
عندما تعطلت شبكة الكهرباء، واجه مستشفى كبير في هيوستن مشاكل جسيمة مع نظام المولدات الهادئة الخاصة به. ارتفعت درجة حرارة سائل التبريد أكثر من 42 درجة مئوية فوق المستوى المسموح به، وذلك خلال بضع دقائق فقط. وبعد التحقيق في أسباب الحدوث، تبين أن الهواء العادم كان يتم سحبه مباشرة إلى منطقة السحب بسبب عدم توفر مساحة كافية بين المكونات وأن نظام القنوات مرّ بشكل مباشر خلالها. مما تسبب في إيقاف الوحدة بالكامل بعد 18 دقيقة فقط من التشغيل، تاركاً أنظمة دعم الحياة الحرجة بدون طاقة احتياطية حتى عودة التيار الكهربائي العادي. والأمر الذي زاد الوضع سوءاً هو أن الهواء الداخل إلى النظام достиг درجات حرارة تجاوزت 60 درجة مئوية، وهو ما يخالف المعايير المحددة من قبل NFPA 110 للأنظمة الطارئة. وقد بيّن هذا الحادث بوضوح أن تلك الأغلفة الخاصة المصممة لتقليل الضجيج يمكن أن تحبس الحرارة فعلياً إذا لم يُولَ الاهتمام اللازم لتدفق الهواء حولها أثناء التركيب.
تمكنت إحدى منشآت المستوى الثالث من خفض التوقفات المرتبطة بالحرارة بنسبة تقارب 30٪ فقط من خلال إصلاح نظام تهوية المولد الصامت. كانت الفتحات القديمة صغيرة جدًا، وكانت العادم تخرج مباشرة دون تخطيط دقيق. مما تسبب في ارتفاع درجة الحرارة داخل غرفة المولد لتصل إلى 50 درجة مئوية، وهي درجة خطيرة نسبيًا. وأُعيد تصميم النظام باستخدام قنوات هواء بزاوية تتضمن عواكس رياح، بالإضافة إلى زيادة حجم فتحات السحب بنسبة 40٪ تقريبًا ووضعها بزاوية قائمة بالنسبة لاتجاه الرياح السائدة. وبعد هذه التغييرات، زاد إجمالي تدفق الهواء بمقدار 2800 قدم مكعب في الدقيقة. وعند إجراء اختبارات الأحمال الطويلة التي استمرت 72 ساعة، ظل سائل التبريد ضمن نطاق 5 درجات فقط من درجات الحرارة التشغيلية الطبيعية، وتحسّن توزيع الهواء الساخن خارجيًا بنسبة تقارب 70٪. تُظهر هذه الأرقام مدى الفرق الكبير الذي يمكن أن يحدثه إدارة تدفق الهواء بشكل صحيح في الحفاظ على تشغيل الأنظمة بموثوقية.
عندما لا يكون هناك تدفق هواء كافٍ، فإن المحركات تدخل في ما يُعرف بوضعية التخفيض الحراري، حيث يتم تقليل كمية الوقود بشكل أساسي لمنع ارتفاع درجة حرارتها بشكل مفرط. فلكل زيادة بمقدار 10 درجات مئوية عن درجة الحرارة الطبيعية للسحب، تفقد المحركات حوالي 22% من إنتاجها للقدرة. وهذا يؤثر بشكل كبير على أنظمة الطاقة في حالات الطوارئ عندما تحتاج إلى الأداء الأمثل. لقد شهدنا حدوث ذلك مرارًا وتكرارًا في الأماكن التي ترتفع فيها درجات الحرارة المحيطة بشكل منتظم. خلال موجات الحر الشديدة، يواجه العديد من المرافق صعوبة في تلبية احتياجاتها من الطاقة لأن تهويتها لا تكفي. ويضمن توفير كمية الهواء المناسبة عبر النظام الحفاظ على برودة الجو داخليًا، ما يعني أن المولد يمكنه تزويد الكيلوواط الموعودة تمامًا في اللحظات التي تصبح فيها الطاقة الاحتياطية بالغة الأهمية.
يمكن أن يؤدي التهوية الجيدة إلى إطالة عمر وحدات المولدات الصامتة بنسبة تتراوح بين 30 إلى 40 بالمئة تقريبًا، بناءً على ما رصدناه من سجلات الصيانة على مدى سنوات عديدة. فعندما تبقى المولدات باردة باستمرار، فإنها تتعرض لضغط حراري أقل على المكونات الحيوية مثل اللفائف والمحامل وأجهزة التحكم الإلكترونية الحساسة التي تميل إلى الفشل أولًا في الأنظمة المغلقة. وعلى الجانب الآخر، عندما تعمل المولدات في مناطق تدور فيها الهواء الساخن حولها، فإنها تحتاج إلى فحوصات صيانة بمعدل ثلاث مرات تقريبًا أكثر من تلك التي تتمتع بتهوية مناسبة. وعادةً ما تحقق الشركات التي تستثمر في أنظمة تهوية مناسبة وفورات سنوية تبلغ حوالي 18 بالمئة في تكاليف الملكية الإجمالية، لأن معداتها تدوم لفترة أطول وتنقطع بشكل أقل تكرارًا.
يحوّل الإدارة الاستراتيجية لتوزيع الهواء التهوية من التزام امتثال إلى عنصر أساسي لموثوقية الكفاءة التشغيلية وتقليل التكاليف، مع تعزيز هامش الأمان، والحفاظ على الأصول الرأسمالية، وضمان الجاهزية التشغيلية عند فشل التيار الكهربائي.
EN