गर्मी स्थानांतरण और BTU

आराम के पीछे का विज्ञान

HVAC लागू थर्मोडायनामिक्स है। हर हीटिंग और कूलिंग सिस्टम एक जगह से दूसरी जगह गर्मी को स्थानांतरित करके काम करता है। थर्मोडायनामिक्स का पहला नियम हमें बताता है कि ऊर्जा न तो बनाई जा सकती है और न ही नष्ट की जा सकती है — केवल स्थानांतरित की जा सकती है। एयर कंडीशनर ठंड नहीं बनाता। यह इमारत के अंदर से बाहर गर्मी को स्थानांतरित करता है।

BTU (ब्रिटिश थर्मल यूनिट) — HVAC व्यापार में गर्मी ऊर्जा की मानक इकाई। एक BTU एक पाउंड पानी को एक डिग्री फारेनहाइट तक बढ़ाने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा है। एक सामान्य आवासीय AC सिस्टम 24,000 से 60,000 BTU प्रति घंटे पर रेट किया जाता है। कूलिंग का एक टन 12,000 BTU/घंटा के बराबर है — यह 24 घंटे में एक टन बर्फ को पिघलाने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा से आता है।

गर्मी स्थानांतरण के तीन तरीके:

चालन — सामग्री के बीच सीधे संपर्क के माध्यम से गर्मी का स्थानांतरण। एक गर्म तांबे की रेफ्रिजरेंट लाइन आपके हाथ को गर्म करना चालन है। एक हीट एक्सचेंजर की दीवारों के माध्यम से गर्मी चालन द्वारा प्रवाहित होती है।

संवहन — गतिशील तरल (हवा या तरल) द्वारा ले जाई गई गर्मी। एक मजबूर-वायु फर्नेस हवा को गर्म करता है और एक ब्लोअर इसे नलिकाओं के माध्यम से धकेलता है — यह संवहन है। रेफ्रिजरेंट सिस्टम के माध्यम से बहता है और संवहन द्वारा गर्मी ले जाता है।

विकिरण — बिना माध्यम के विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा हस्तांतरित गर्मी। सूरज एक छत को गर्म करता है विकिरण है। रेडिएंट फर्श हीटिंग सीधे वस्तुओं को गर्म करता है पहले हवा को गर्म किए बिना।

संवेदनशील गर्मी बनाम छिपी गर्मी — संवेदनशील गर्मी किसी पदार्थ का तापमान बदलती है और आप इसे थर्मामीटर से माप सकते हैं। छिपी गर्मी किसी पदार्थ की स्थिति (तरल से गैस या गैस से तरल) को बदलती है बिना इसका तापमान बदले। HVAC में, छिपी गर्मी महत्वपूर्ण है क्योंकि रेफ्रिजरेंट विशाल मात्रा में गर्मी को अवशोषित करता है जब यह वाष्पीकरण कुंडली के अंदर तरल से गैस में वाष्पीकृत होता है। वह चरण परिवर्तन है जो एयर कंडीशनिंग को संभव बनाता है।

संवेदनशील बनाम छिपी गर्मी

एक आर्द्र गर्मी के दिन, आप एयर-कंडीशन्ड इमारत में प्रवेश करते हैं। हवा बाहर की तुलना में ठंडी और शुष्क महसूस होती है। आप इनडोर इकाई के पास एक कंडेनसेट ड्रेन लाइन से पानी टपकता हुआ देखते हैं।

चार घटक, एक लूप

हर AC और हीट पंप का दिल

वाष्प-संपीड़न रेफ्रिजरेशन साइकिल वह इंजन है जो हर एयर कंडीशनर, हीट पंप, रेफ्रिजरेटर और फ्रीजर को चलाता है। यह गर्मी को उस जगह से ले जाता है जहां आप ठंडा चाहते हैं उस जगह जहां आप इसे फेंक सकते हैं। साइकिल में एक बंद लूप में जुड़े चार मुख्य घटक हैं।

1. कंप्रेसर — सिस्टम की पंप। यह वाष्पीकरण कुंडली से कम दबाव, कम तापमान वाली रेफ्रिजरेंट वाष्प को लेता है और इसे उच्च दबाव, उच्च तापमान वाली वाष्प में संपीड़ित करता है। संपीड़न रेफ्रिजरेंट में ऊर्जा जोड़ता है, इसका तापमान बाहरी हवा के तापमान से कहीं अधिक बढ़ाता है ताकि यह बाहर गर्मी को अस्वीकार कर सके। कंप्रेसर सबसे महंगा घटक है और जो सबसे अधिक बिजली की खपत करता है।

2. कंडेनसर (बाहरी कुंडली) — उच्च दबाव, उच्च तापमान वाली वाष्प कंडेनसर कुंडली में प्रवेश करती है। एक पंखा बाहरी हवा को कुंडली के पार उड़ाता है। क्योंकि रेफ्रिजरेंट बाहरी हवा से गर्म है, गर्मी रेफ्रिजरेंट से हवा में स्थानांतरित होती है। रेफ्रिजरेंट अपनी गर्मी को मुक्त करता है (इसमें छिपी गर्मी भी शामिल है जो इसने अंदर अवशोषित की) और वाष्प से उच्च दबाव तरल में संघनित होता है। सबकूलिंग तरल की अतिरिक्त कूलिंग है इसके संघनन तापमान से नीचे — यह सुनिश्चित करता है कि सभी रेफ्रिजरेंट पूरी तरह तरल है इससे पहले कि यह विस्तार उपकरण तक पहुंचे।

3. विस्तार उपकरण (मीटरिंग उपकरण) — उच्च दबाव वाला तरल एक प्रतिबंध के माध्यम से गुजरता है — एक थर्मोस्टेटिक विस्तार वाल्व (TXV) या एक निश्चित ओरिफिस। अचानक दबाव में गिरावट रेफ्रिजरेंट के क्वथनांक को खतरनाक रूप से कम करती है। कुछ तरल वाष्प में तेजी से बदल जाता है, और तापमान नाटकीय रूप से गिर जाता है। रेफ्रिजरेंट अब एक ठंडा, कम दबाव वाला तरल और वाष्प का मिश्रण है।

4. वाष्पीकरण कुंडली (इनडोर कुंडली) — ठंडी रेफ्रिजरेंट वाष्पीकरण कुंडली में प्रवेश करती है। इनडोर हवा को ब्लोअर मोटर द्वारा कुंडली के पार उड़ाया जाता है। रेफ्रिजरेंट गर्म इनडोर हवा से गर्मी को अवशोषित करता है और तरल से गैस में वाष्पीकृत होता है। सुपरहीट तरल के ऊपर वाष्प की अतिरिक्त हीटिंग है — यह सुनिश्चित करता है कि सभी रेफ्रिजरेंट पूरी तरह वाष्पीकृत है इससे पहले कि यह कंप्रेसर में लौटे, क्योंकि एक कंप्रेसर में तरल पिघलना इसे नष्ट कर सकता है।

साइकिल लगातार दोहराई जाती है: संपीड़ित, संघनित, विस्तार, वाष्पीकरण। गर्मी अंदर अवशोषित होती है और बाहर अस्वीकार की जाती है।

रेफ्रिजरेंट — साइकिल में कार्यशील तरल। R-22 (फ्रेओन) दशकों के लिए मानक था लेकिन अब ओजोन क्षरण के कारण चरणबद्ध रूप से समाप्त हो रहा है। R-410A ने इसे अधिकांश आवासीय सिस्टम में बदल दिया। R-454B अगली पीढ़ी है, कम वैश्विक वार्मिंग संभावना के साथ। रेफ्रिजरेंट को संभालने के लिए EPA सेक्शन 608 प्रमाणपत्र की आवश्यकता है — वातावरण में रेफ्रिजरेंट को हवा देना एक संघीय उल्लंघन है।

साइकिल का पता लगाना

एक गृहस्वामी कॉल करता है और कहता है कि उनका एयर कंडीशनर चल रहा है लेकिन ठंडा नहीं कर रहा। आप पहुंचते हैं और पाते हैं कि बाहरी इकाई का पंखा घूम रहा है, कंप्रेसर चल रहा है, और इनडोर ब्लोअर हवा को स्थानांतरित कर रहा है। लेकिन सप्लाई वेंट से निकलने वाली हवा गर्म है। आप रेफ्रिजरेंट लाइनों की जांच करते हैं और ध्यान देते हैं कि बड़ी सक्शन लाइन (जो ठंडी होनी चाहिए और संघनन के साथ पसीना आना चाहिए) स्पर्श करने के लिए गर्म है।

फर्नेस, हीट पंप और बॉयलर

इमारतें कैसे गर्म होती हैं

जबकि एयर कंडीशनिंग गर्मी के काम पर हावी है, हीटिंग सिस्टम HVAC तकनीशियनों को सर्दियों में व्यस्त रखते हैं। तीन मुख्य हीटिंग तकनीकों में से प्रत्येक के अलग-अलग ऑपरेटिंग सिद्धांत हैं।

गैस फर्नेस — दहन कक्ष में प्राकृतिक गैस या प्रोपेन को जलाता है। गर्म दहन गैसें हीट एक्सचेंजर के माध्यम से गुजरती हैं — धातु ट्यूबों का एक सेट या एक क्लैमशेल असेंबली। इनडोर हवा एक्सचेंजर के बाहर उड़ाई जाती है, गर्मी को उठाती है, और डक्टवर्क के माध्यम से वितरित की जाती है। दहन गैसें एक फ्लू या PVC वेंट पाइप के माध्यम से बाहर निकलती हैं। एक दरार वाला हीट एक्सचेंजर HVAC में सबसे खतरनाक विफलताओं में से एक है — यह कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) को इनडोर हवा की आपूर्ति के साथ मिलाने देता है। वार्षिक दहन विश्लेषण (CO स्तर, गैस दबाव, तापमान वृद्धि और फ्लू ड्राफ्ट की जांच) महत्वपूर्ण सुरक्षा कार्य है।

हीट पंप — एयर कंडीशनर के समान रेफ्रिजरेशन साइकिल, लेकिन एक रिवर्सिंग वाल्व के साथ जो रेफ्रिजरेंट प्रवाह की दिशा को स्विच करता है। कूलिंग मोड में, यह हीट को अंदर से बाहर ले जाता है, ठीक एक मानक AC की तरह। हीटिंग मोड में, रिवर्सिंग वाल्व फ्लिप करता है, और सिस्टम बाहरी हवा से इमारत के अंदर गर्मी को ले जाता है। बाहरी कुंडली वाष्पीकरण कुंडली बन जाती है (बाहरी हवा से गर्मी को अवशोषित करते हुए) और इनडोर कुंडली कंडेनसर बन जाती है (अंदर गर्मी को रिलीज़ करते हुए)। हीट पंप कम तापमान पर भी बाहरी हवा से गर्मी निकाल सकते हैं, हालांकि जब तापमान गिरता है तो उनकी दक्षता कम हो जाती है। अधिकांश हीट पंप सिस्टम बहुत ठंडे दिनों के लिए सहायक विद्युत प्रतिरोध गर्मी पट्टियां शामिल करते हैं।

बॉयलर — पानी को गर्म करता है (हाइड्रोनिक सिस्टम) या भाप पैदा करता है और इसे पाइपों के माध्यम से रेडिएटर, बेसबोर्ड हीटर या रेडिएंट फर्श ट्यूबिंग में वितरित करता है। बॉयलर गैस, तेल जलाते हैं या विद्युत तत्वों का उपयोग करते हैं। हाइड्रोनिक सिस्टम पुरानी इमारतों में और वाणिज्यिक अनुप्रयोगों में सामान्य हैं। बॉयलर कार्य में जल रसायन, दबाव राहत वाल्व, विस्तार टैंक और संचार पंपों को समझना शामिल है।

दक्षता रेटिंग — फर्नेस को AFUE (वार्षिक ईंधन उपयोग दक्षता) द्वारा रेट किया जाता है। एक 96% AFUE फर्नेस ईंधन की ऊर्जा का 96% गर्मी में परिवर्तित करता है। हीट पंपों को हीटिंग के लिए HSPF (हीटिंग मौसमी प्रदर्शन कारक) और कूलिंग के लिए SEER (मौसमी ऊर्जा दक्षता अनुपात) द्वारा रेट किया जाता है। उच्च संख्या का मतलब उच्च दक्षता है।

हीट पंप बनाम फर्नेस

एक गृहस्वामी एक मध्यम जलवायु में (सर्दियां 30-40 डिग्री फारेनहाइट के आसपास) आपसे पूछता है कि क्या उन्हें अपने पुराने गैस फर्नेस को हीट पंप से बदलना चाहिए। वे ऊर्जा बिलों पर पैसा बचाना चाहते हैं और अपने कार्बन पदचिह्न को कम करना चाहते हैं।

डक्टवर्क, वायु प्रवाह और फिल्ट्रेशन

हवा को जहां जरूरत है वहां मिलाना

दुनिया में सबसे अच्छी फर्नेस या एयर कंडीशनर बेकार है अगर वायु वितरण प्रणाली कंडीशन की गई हवा को हर कमरे में नहीं पहुंचा सकती। डक्टवर्क डिजाइन और वायु प्रवाह प्रबंधन मुख्य HVAC कौशल हैं।

डक्ट के प्रकार — शीट मेटल (कठोर आयताकार या गोल), लचकदार डक्ट (लचकदार इंसुलेटेड ट्यूब), और डक्ट बोर्ड (कठोर फाइबरग्लास पैनल)। शीट मेटल सबसे टिकाऊ और कुशल है। लचकदार डक्ट सस्ता है और स्थापित करना आसान है लेकिन इसे कसा हुआ होना चाहिए — सिकुड़ा या संपीड़ित लचकदार डक्ट वायु प्रवाह को मार देता है। प्रत्येक प्रकार के विशिष्ट अनुप्रयोग हैं इमारत, बजट और कोड आवश्यकताओं के आधार पर।

वायु प्रवाह माप — वायु मात्रा को CFM (घन फुट प्रति मिनट) में मापा जाता है। प्रत्येक कमरे को उसके आकार, गर्मी भार और व्यक्तियों की संख्या के आधार पर विशिष्ट CFM की आवश्यकता होती है। एक सामान्य 2,000 वर्ग फुट का घर 800-1,200 CFM कुल की आवश्यकता हो सकता है। तकनीशियन प्रत्येक रजिस्टर पर CFM को मापने के लिए एक एनेमोमीटर या फ्लो हुड का उपयोग करते हैं।

स्थैतिक दबाव — डक्ट सिस्टम में वायु प्रवाह में प्रतिरोध, पानी के स्तंभ के इंच (in. w.c.) में मापा जाता है। इसे खून के दबाव की तरह सोचें — बहुत अधिक मतलब कुछ प्रवाह को प्रतिबंधित कर रहा है (गंदा फिल्टर, ढहा हुआ डक्ट, अंडरसाइज्ड डक्टवर्क)। बहुत कम मतलब रिसाव या कमजोर ब्लोअर। अधिकांश आवासीय सिस्टम के लिए लक्षित कुल बाहरी स्थैतिक दबाव 0.50 in. w.c. या कम है। उच्च स्थैतिक दबाव ब्लोअर को कठिन परिश्रम करता है, ऊर्जा बर्बाद करता है, वायु प्रवाह को कम करता है, और उपकरण का जीवन छोटा करता है।

फिल्ट्रेशन — वायु फिल्टर धूल, पराग और पुनः परिचारित हवा से कणों को हटाते हैं। फिल्टर को MERV (न्यूनतम दक्षता रिपोर्टिंग मूल्य) द्वारा 1 से 20 तक रेट किया जाता है। मानक आवासीय फिल्टर MERV 8-11 हैं। अस्पताल-ग्रेड MERV 13-16 है। उच्च MERV का मतलब बेहतर फिल्ट्रेशन है लेकिन उच्च स्थैतिक दबाव भी — एक फिल्टर जो सिस्टम के लिए बहुत प्रतिबंधक है वायु प्रवाह को गला देता है और वाष्पीकरण कुंडली को जमा सकता है।

रिटर्न एयर — अधिकांश सिस्टम में सप्लाई डक्ट (कंडीशन की गई हवा को दिखाते हुए) और रिटर्न डक्ट (हवा को यूनिट में वापस खींचते हुए समायोजन के लिए) होते हैं। अपर्याप्त रिटर्न हवा सबसे आम आवासीय डक्ट समस्याओं में से एक है — यह दबाव असंतुलन बनाता है, दरवाजों को पटकने का कारण बनता है, और सिस्टम को अपने विरुद्ध काम करता है।

वायु प्रवाह समस्याओं का निदान

एक गृहस्वामी शिकायत करता है कि उनके अपस्टेयर बेडरूम गर्मी में हमेशा बहुत गर्म होते हैं जबकि नीचे आरामदायक रहता है। सिस्टम एक एकल-क्षेत्र AC है जो नीचे स्थित एक थर्मोस्टेट के साथ है। डक्टवर्क एक गर्म अटारी के माध्यम से अपस्टेयर रजिस्टर तक जाता है। आप स्थैतिक दबाव मापते हैं और 0.85 in. w.c. पाते हैं — 0.50 लक्ष्य से बहुत अधिक।

व्यापार में शुरुआत करना

HVAC करियर और प्रमाणन

HVAC देश के सबसे अधिक मांग वाले कुशल व्यवसायों में से एक है। श्रम सांख्यिकी ब्यूरो तेजी से औसत से अधिक नौकरी की वृद्धि का पूर्वानुमान देता है, और अनुभवी तकनीशियनों की कमी है। काम को आउटसोर्स नहीं किया जा सकता — इमारतों को स्थानीय तकनीशियनों की जरूरत है जो ऊपर दिखा सकते हैं और सिस्टम को ठीक कर सकते हैं।

EPA सेक्शन 608 प्रमाणन — संघीय कानून द्वारा रेफ्रिजरेंट खरीदने या संभालने के लिए आवश्यक। चार प्रकार हैं: टाइप I (छोटे उपकरण), टाइप II (उच्च दबाव वाली सिस्टम जैसे आवासीय AC), टाइप III (कम दबाव वाली सिस्टम जैसे बड़े चिलर), और यूनिवर्सल (सभी प्रकार)। अधिकांश HVAC तकनीशियन अपने प्रशिक्षण की शुरुआत में यूनिवर्सल प्रमाणन प्राप्त करते हैं। परीक्षा रेफ्रिजरेंट हैंडलिंग, रिकवरी, पुनर्चक्रण और पर्यावरणीय नियमों को कवर करती है।

NATE प्रमाणन — नॉर्थ अमेरिकन टेक्नीशियन एक्सीलेंस, अग्रणी उद्योग प्रमाणन। NATE विशिष्ट सिस्टम प्रकारों (एयर कंडीशनिंग, हीट पंप, गैस फर्नेस, आदि) को कवर करता है और वास्तविक दुनिया के नैदानिक कौशल को मान्य करता है। कई नियोक्ता NATE-प्रमाणित तकनीशियनों को पसंद करते हैं या आवश्यक करते हैं।

अपरेंटिशिप बनाम ट्रेड स्कूल — ट्रेड स्कूल प्रोग्राम (6 महीने से 2 साल) कक्षा और प्रयोगशाला में बुनियादी बातों को सिखाते हैं। यूनियन अपरेंटिशिप (आम तौर पर 4-5 साल) कक्षा निर्देश को एक जर्नीमैन के तहत भुगतान किए गए ऑन-द-जॉब प्रशिक्षण के साथ जोड़ते हैं। दोनों पथ एक करियर की ओर ले जाते हैं, लेकिन अपरेंटिशिप आपको सीखते समय भुगतान करती है और आपको हजारों घंटों की निरीक्षण फील्ड अनुभव देती है।

आवासीय बनाम वाणिज्यिक — आवासीय तकनीशियन घरों पर काम करते हैं — विभाजित सिस्टम, फर्नेस, डक्टवर्क। वाणिज्यिक तकनीशियन बड़े उपकरणों पर काम करते हैं — रूफटॉप इकाइयां, चिलर, कूलिंग टावर, भवन स्वचालन प्रणाली और चर हवा मात्रा (VAV) सिस्टम। वाणिज्यिक काम अधिक जटिल है और आम तौर पर अधिक भुगतान करता है।

विशेषज्ञता — रेफ्रिजरेशन (सुपरमार्केट, कोल्ड स्टोरेज, खाद्य सेवा), नियंत्रण और भवन स्वचालन (DDC सिस्टम, BACnet, प्रोग्रामेबल नियंत्रक), इनडोर वायु गुणवत्ता, ऊर्जा लेखा परीक्षा, और प्रणाली डिजाइन। HVAC तकनीशियन जो नियंत्रण और स्वचालन सीखते हैं वे विशेष रूप से उच्च मांग में हैं जैसे भवन स्मार्ट हो जाते हैं।

आय — प्रवेश-स्तरीय HVAC तकनीशियन आम तौर पर $35,000-$45,000 पर शुरू करते हैं। अनुभवी आवासीय तकनीशियन $50,000-$75,000 कमाते हैं। प्रमाणन और विशेषज्ञता वाले व्यावसायिक और औद्योगिक तकनीशियन $75,000-$100,000 या अधिक कमा सकते हैं। व्यवसाय मालिकों और ठेकेदारों की कोई सीमा नहीं है।

अपना रास्ता योजना बनाना

HVAC को अपने भविष्य से जोड़ें

आप अब गर्मी और ठंडी को संभव बनाने वाली थर्मोडायनामिक्स, हर एयर कंडीशनर और हीट पंप के दिल में रेफ्रिजरेशन साइकिल, कैसे फर्नेस और हीट पंप गर्मी पैदा करते हैं, और कैसे डक्टवर्क कंडीशन्ड हवा को इमारत तक वितरित करता है जानते हैं।