तापन पद्धति, इमारतीसाठी

तापन पद्धति, इमारतीसाठी : शरीरात निर्माण होणारी उष्णता सहजसुलभतेने शरीराबाहेर निघून जाऊन मनुष्याला सुखावह वाटेल असे घरातील व इतर इमारतीतील वातावरण व तापमान असावे लागते. याकरिता वातावरणाचे तापमान फार कमी असते अशा थंड प्रदेशातील इमारतींतील हवा निरनिराळ्या साधनांच्या मदतीने उबदार ठेवणे, हा तापन पद्धतीचा मुख्य उद्देश असतो. ⇨ वातानुकूलन  पद्धतीचा अवलंब करून इमारतीतील तापमान बाहेरील वातवरणाच्या तापमानानुसार जरूरीप्रमाणे थंड वा उबदार ठेवता येते.

तापन पद्धतीकरिता लागणाऱ्या यंत्रसामग्रीचा अभिकल्प (आराखडा) करताना व ती इमारतीत बसविताना तिला लागणारे आकारमान आणि तीमधून प्रक्रिया केलेल्या हवेचे वितरण या गोष्टींकडे विशेष लक्ष द्यावे लागते. तापनाची कोणतीही पद्धत वापरली, तरी दालनातील हवा खेळती रहावी तसेच दालनाचे सुखावह तापमान २०^°– २५^° से. एवढे असावे. दालनाच्या आकारमानाच्या दुप्पट किंवा तिप्पट हवा दालनात प्रत्येक तासाभरात यावी व जावी इतके वायुवीजन (हवा खेळती ठेवण्याची व्यवस्था) असावे लागते. याकरिता प्रत्येक तासाला हवा गरम करावी लागते, एक घ. मी. हवेचे तापमान १^° से. ने वाढविण्यासाठी ०·३२१ किकॅ. (किलोकॅलरी) उष्णता द्यावी लागते. दालनाच्या बाहेरच्या हवेपेक्षा दालनातील हवेचे तापमान १५^° से. ने जास्त ठेवावयाचे असेल, तर दालन रिकामे असताना द्यावी लागणारी उष्णता खालील समीकरणावरून काढता येते.

उष्णता (किकॅ.मध्ये)

             = दालनाचे आकारमान (घ. मी.) X ३ X ०·३२१ X १५.

(यामध्ये दालनातील हवा एका तासात तीनदा बदललेली आहे असे मानले आहे).

दालनाच्या भिंती, तक्तपोशी, जमीन, खिडक्या, दारे यांमधून दालनातील उष्णता बाहेर जात असल्याने ती घट भरून काढण्यासाठी जरूर तेवढी जादा उष्णता देणे आवश्यक असते. भिंती, दारे, खिडक्या इत्यादींकरिता वापरलेल्या सामग्रींची उष्णता धारणा (१^° से. ने तापमान वाढविण्यासाठी द्यावी लागणारी उष्णता), त्यांचे क्षेत्रफळ व जाडी यांवरून ही घट किती येईल हे काढतात. तसेच दालनातील माणसे,यंत्रसामग्री, भट्ट्या व इतर बाबींमुळे उत्पन्न होणाऱ्या उष्णतेचा अंदाज काढून तेवढी उष्णता कमी देतात. शारीरिक कष्टाचे काम करीत नसलेल्या, सर्वसाधारण प्रकृतीच्या एका माणसाच्या शरीरातून सु. ९०–१०० किकॅ. उष्णता निर्माण होते. वरीलप्रमाणे केलेल्या उष्णताभाराच्या हिशेबाच्या साधारण २०% जास्त इतकी उष्णता देता येईल, अशा कार्यशक्तीची यंत्रसामग्री वापरण्याची प्रथा आहे.

वर्गीकरण : अनेक प्रकारच्या तापन पद्धती उपलब्ध असून त्यांचे मुख्यतः दोन वर्गांत वर्गीकरण करण्यात येते. पहिला वर्ग म्हणजे प्रत्यक्ष तापन पद्धती होय. यामध्ये शेगडी, चुला इ. साधनांद्वारा दालनामध्येच उष्णता निर्माण करून त्याचे संनयन पद्धतीने (गरम झालेला वायू वर जाऊन त्याची जागा थंड वायूने घेतल्याने होणाऱ्या उष्णतेच्या वहनाच्या पद्धतीने) तापमान वाढवितात. दुसरा वर्ग म्हणजे अप्रत्यक्ष तापन पद्धतीचा होय. यामध्ये एका वा अनेक ठिकाणी इंधन वापरून उष्णता निर्माण करून मग ही उष्णता पाणी, वाफ अथवा अशा माध्यमाद्वारा इच्छित स्थळी जरूर तितक्या प्रमाणात पुरवितात. दुसऱ्या वर्गाच्या पद्धतीला पुष्कळ वेळा मध्यवर्ती तापन पद्धती असेही म्हणतात. या पद्धतीचा उपयोग मुख्यतः मोठे कारखाने किंवा अनेक इमारतींना एकाच वेळी उष्णता पुरविण्याकरिता करतात.

संनयन पद्धती :या पद्धतीने दालन गरम ठेवण्याकरिता इंधन म्हणून वीज, कोळसा, लाकूड, तेल किंवा गॅस (इंधन वायू) वापरतात. इंधनाच्या ज्वलनामुळे उत्पन्न होणारे कार्बन डाय–ऑक्साइडासारखे विषारी वायू बाहेर निघून जातील अशी दक्षता घ्यावी लागते. प्रज्वलित कोळशाच्या शेगडीने दालन उबदार ठेवतात त्या वेळी दूषित वायू निघून जाण्यास थोडेसे वायुवीजन पुरेसे होते. त्याकरिता स्वतंत्र धुराड्याची आवश्यकता नसते. तसेच या पद्धतीत उष्णता मर्यादित जागेतच पसरते. लाकडे किंवा कोळसा जाळून दालन गरम करण्याकरिता चुलाण बांधतात. चुलाणात बसविलेल्या गजांच्या जाळीवर लाकडे व कोळसा जाळतात म्हणजे ज्वलन चांगले होते. चुलाणाच्या माथ्यावर धुराडे असते. ज्वलनामुळे उत्पन्न होणारी उष्णता परावर्तित होण्याकरिता चुलाणाच्या मागील बाजूस बहिर्गोल असा धातूचा पत्रा बसवितात. दालनाकडील बाजू मोकळी असते व तेथून चुलाणातील उष्णता दालनास मिळते. तेल किंवा गॅस हे इंधनही अशाच चुलाणात पेटवतात पण अशा वेळी चुलाणात लोखंडी गजाच्या जाळीची आवश्यकता नसते. काही तेले वातीच्या अगर हवेच्या दाबाचा उपयोग करणाऱ्या ज्वालकात वापरता येतात, तर काही प्रकारच्या तेलांकरिता कणित्र (सूक्ष्म कणांत रूपांतर करणारे उपकरण) वापरावे लागते. गॅसकरिता निरनिराळ्या प्रकारचे ज्वालक वापरतात. विजेने हवा गरम करण्याकरिता एका परावर्तकाच्या केंद्रस्थानी विद्युत् वेटोळे बसविलेले उपकरण वापरतात. वेटोळे तापले म्हणजे त्याची उष्णता दालनात पसरते.

उत्सर्जन पद्धती : गरम हवेच्या उत्सर्जनाने दालन गरम करण्याकरिता पोलादी पत्र्याचे आवरण असलेल्या गरम भट्टीसारखे साधन वापरतात (आ.१). या आवरणाभोवतीच्या निरोधित (बाहेरची बाजू तापणार नाही अशा) कोठडीत एका बाजूने थंड हवा घेतात व तापलेली हवा दुसऱ्या बाजूने दालनात पसरते. ती सर्वत्र विखरून पसरावी म्हणून नळावाटे नेऊन दालनात ठिकठिकाणी सोडतात. या भट्टीत कोळसा, गॅस किंवा तेल जाळता येते. काही ठिकाणी वीजही वापरतात. भट्टीमध्ये इंधनाचे पूर्ण ज्वलन होण्यास आवश्यक असलेला ऑक्सिजनाचा पुरवठा कमीजास्त करण्याची सोय असते. गरम हवेचा उत्सर्जक आ. २. मध्ये दाखविला आहे. या उत्सर्जकात खोलीतील थंड हवा तळातून आत खेचली जाऊन भट्टीतील गरम हवेत ती मिसळते व योग्य तापमानाचे हे मिश्रण दालनात वरच्या भागातून सोडतात. उत्सर्जक हा भट्टीपासून स्वतंत्र असल्यामुळे तो भिंतीत, छतात किंवाजमिनीवर बसवता येतो. हवेतील धुळीचे व इतर गरम झालेले कण दालनात आल्यास घ्राणेंद्रियाला त्रास होतो तो टाळण्याकरिता उत्सर्जकात दालनातील हवा जेथे खेचली जाते तेथे गाळणी बसवितात. उष्ण हवेचा झोत कमीजास्त करण्यासाठी गरम हवेच्या नळावर झडपा बसविलेल्या असतात. गरम हवेच्या तापमानाच्या प्रमाणात दालनातील हवा खेचली जावी म्हणून नियंत्रक बसविलेले असतात. एका तासात किती तापमानाची व किती हवा खेळवावयाची आहे त्या अंदाजाप्रमाणे भट्टी, तिच्या आवरणाभोवतालची कोठडी, ज्वालक आणि ह्या सर्वांना जोडणाऱ्या नळ्या यांचे आकारमान ठरवितात.

काही वेळा हवेच्या उत्सर्जनाने दालन गरम करण्याऐवजी दालनात बसविलेल्या प्रारकांना (कोणत्याही माध्यमाच्या मदतीशिवाय ज्यांच्यापासून तरंगरूपाने उष्णता प्राप्त होते अशा साधनांना) गरम हवा पुरवून प्रारकाच्या द्वारा दालनातील हवा गरम करतात. गरम पाणी नळातून खेळवून दालने गरम करण्याच्या पुढे वर्णन केलेल्या पद्धती प्रमाणेच ही प्रारण पद्धती आहे. भट्टीतून गरम हवा घेण्याऐवजी उत्सर्जकाच्या तळाशी विजेचा तापक बसवितात व पेटीवजा सुटसुटीत उत्सर्जक बनवितात.

तापकाच्या वरच्या बाजूस उभे कप्पे केल्याने हवेच्या प्रवाहास मदत होते व त्यामुळे उत्सर्जकाची उंची कमी ठेवता येते. विजेमुळे उत्पन्न होणाऱ्या तापमानावर नियंत्रण ठेवण्याकरिता तापनियंत्रक (ठराविक तापमान कमीजास्त झाल्यास विजेचा प्रवाह आपोआप चालू अगर बंद करणारे उपकरण) बसवितात.

गरम पाणी पद्धती : गरम पाणी नळ्यांमधून खेळवून प्रारणाने दालनात उष्णता निर्माण करण्याच्या पद्धतीत सोईस्कर ठिकाणी बसविलेल्या बाष्पित्रातील (बॉयलरमधील) गरम पाणी इमारतीच्या निरनिराळ्या भागांत बसविलेल्या प्रारकांना नळांनी पुरविले जाते व थंडझालेले पाणी पुन्हा गरम करण्यासाठी बाष्पित्राकडे आणले जाते. उष्ण पाण्याचे वाढलेले आकारमान सामावून घेण्यासाठी गरम पाण्याच्या मार्गात एका टाकीची योजना करतात. या पद्धतीत एक नळ वापरून केलेली योजना व दोन नळ वापरून केलेली योजना असे दोन प्रकार आहेत.

एकेरी नळ पद्धती : हीमध्ये एकच नळ बाष्पित्रापासून निघून इमारतीच्या सर्व भागांत फिरवून पुन्हा बाष्पित्राला जोडलेला असतो. या नळावर वाटेत ठिकठिकाणी प्रारक जोडलेले असतात (आ.३ अ). एका नळाची पद्धत दोन किंवा तीन प्रारकांच्या मालिकेकरिताच वापरणे योग्य होय.

दुहेरी नळ पद्धती : या पद्धतीत बाष्पित्रातून प्रारकाकडे जाणारा व प्रारकातून निघालेले पाणी बाष्पित्राकडे नेणारा असे दोन स्वतंत्र नळ वापरतात (आ. ३ आ). यामुळे प्रत्येक प्रारकाला समान उष्णता मिळते. नळातून पाणी खेळते राहण्याकरिता पंप बसविणे श्रेयस्कर असते. पाण्याचे तापमान आवश्यकतेप्रमाणे कमीजास्त करण्याची सोय यात असते म्हणून ही पद्धत सर्वसाधारणपणे वापरली जाते.

नळातून गरम पाणी खेळविण्याऐवजी पाण्याची वाफ खेळवितात. त्यातही एकेरी नळ व दुहेरी नळ अशा पद्धती आहेत. बाष्पित्राकडे परत येणाऱ्या नळावर बाष्पित्राजवळ एकतर्फी म्हणजे एकाच बाजूस उघडलेली अशी झडप बसवावी लागते. यात पंपाची आवश्यकता नसते. नळात व विशेषतः प्रारकात थोड्याफार वाफेचे पाण्यात रूपांतर होते. ते पाणी अलग करून काढून टाकण्याकरिता तसेच वाफेच्या उष्णतेमुळे नळाच्या लांबीत होणारा फरक सामावून घेण्याकरिता नळाच्या लांबीत विशिष्ट साधने बसवितात. नळातील वाफेचे पाण्यात रूपांतर होऊ नये म्हणून नळाभोवती उष्णतानिरोधक (तापणार नाही असे) अस्तर लपेटतात. 

प्रारकांचे प्रकार : हे निरनिराळ्या आकारांचे असतात. उघड्या चुलाणातील उष्ण हवा सोडून दालन गरम करण्याऐवजी चुलाण्याच्या तोंडावर एक धातूचा तक्ता बसवून त्याच्या प्रारणाने दालन गरम ठेवतात. चुलाणास हवेचा व इंधनाचा पुरवठा चुलाणाच्या मागील बाजूने करावा लागतो. गरम हवा, पाणी अगर वाफ खेळविण्याच्या नळावरही भिंतीत अगर छतात, एक अगर अधिक व लहानमोठ्या चपट्या व लांबोड्या पेट्या बसवून या पेट्यांचा प्रारक म्हणून उपयोग करतात. धातूच्या तक्त्याचा साधा प्रारक असतो, त्यास तक्ती प्रारक म्हणतात. हे नक्षीदार व चौकटीत बसवून दालनाला शोभा येईल असे बनवितात. गरम पाणी, वाफ, वीज यांकरिता उभ्या नळ्याचे ( आ. ४) प्रारक वापरतात. या सर्व नळ्यांना तळात व माथ्यावर जोडणारे नळ आणि इतर आवश्यक ती साधने असतात. नळ्यांच्या मागे उष्णता परावर्तक बसवितात किंवा पंखा चालू ठेवून गरम हवेचा प्रवाह दालनात खेळवितात, त्यास प्रेरित प्रारक म्हणतात (आ. ५).

भारतातील स्थान : यूरोप, अमेरिका इ. प्रदेशातील ज्या ठिकाणी वर्षातील बरेच दिवस वातावरणाचे तापमान हे सुखावह तापमानाच्या (२०^°–२५^° से.) पुष्कळच खाली असल्याने मनुष्यप्राण्याच्या प्रकृतीवर परिणाम होतो तसेच त्याची कार्यक्षमता कमी होते, अशा ठिकाणी सतत चालणाऱ्या तापन पद्धती वापरणे आवश्यक असते. भारत हा उष्ण कटिबंधात असल्यामुळे अशा प्रकारच्या तापन पद्धतींची गरज भासत नाही परंतु उत्तर प्रदेश, काश्मीर इ. प्रदेशांत विशेषतः हिवाळ्यात बऱ्याच वेळा वातावरणाचे तापमान सुखावह तापमानाच्या पुष्कळच खाली असते. अशा वेळी चुला, शेगडी इ. साधी तापन साधने दालनात पेटती ठेवून त्यांच्याद्वारा प्रकृतीला सहन होईल इतके तापमान राखता येते. यामुळे वर वर्णन केलेल्या व दीर्घ काळ टिकणाऱ्या अशा खर्चिक तापन पद्धतींची भारतात फारशी आवश्यकता भासत नाही.

संदर्भ : 1. Martin. A.C. Plumbing and Sanitary Engineering, Vol. IV, London.

           2. Severns, W. H. Fellows, J. R. Air–Conditioning and Refrigeration, New York, 1958.

           3. Stubbs, S. G. B., Ed. The Encyclopedia of Sanitary Engineering–Heating and Plumbing, Vol. II, London.

करंदीकर, रा. म.

“