پيل سوختي

هيدروژن جزئ اصلي سوخت مصرفي پيل

امروزه گاز هيدروژن براي استفاده در موتورهاي احتراقي و وسايل نقليه الكتريكي باتري‌دار مورد بررسي قرار گرفته است. هيدروژن در دما و فشار طبيعي، يك گاز است و به اين علت، انتقال و ذخيره آن از سوخت هاي مايع ديگر، دشوارتر است. سامانه ‌هايي كه براي ذخيره هيدروژن توسعه يافته‌اند،
عبارتند از هيدروژن فشرده، هيدروژن مايع و پيوند شيميايي ميان هيدروژن و يك ماده ذخيره (براي
مثال، هيدريد فلزات). با اين كه تاكنون هيچ سامانه حمل و نقل و توزيع مناسبي براي هيدروژن وجود نداشته، اما توانايي توليد اين سوخت از مجموعه متنوعي از منابع و خصوصيت پاك سوز بودن آن، هيدروژن را به سوخت جانشين مناسبي تبديل كرده است.

هيدروژن يکي از ساده‌ترين و سبك‌ترين سوخت هاي گازي است که در فشار اتمسفري و دماي جوي حالت گاز دارد. سوخت هيدروژن همان گاز خالص هيدروژن نيست، بلكه مقدار كمي اكسيژن و ديگر مواد را نيز با خود دارد. منابع توليد سوخت هيدروژن شامل گاز طبيعي ، زغال سنگ ، بنزين و الكل متيليك هستند. فرآيند فتوسنتز در باكتري ها يا جلبك ها و يا شكافتن آب به دو عنصر هيدروژن و اكسيژن به كمك جريان الكتريسيته يا نور مستقيم خورشيد از آب، روش هاي ديگري براي توليد
هيدروژن هستند. در صنعت و آزمايشگاه هاي شيمي، توليد هيدروژن به طور معمول با استفاده از دو روش شدني است:

 1- الكتروليز

 2- توليد گاز مصنوعي از بازسازي بخار يا اكسيداسيون ناقص

 در روش الكتروليز با استفاده از انرژي الكتريكي، مولكول‌هاي آب به هيدروژن و اكسيژن تجزيه مي‌شوند. انرژي الكتريكي را مي‌توان از هر منبع توليد الكتريسيته كه شامل سوخت هاي تجديد پذير نيز مي‌شوند، به دست آورد. وزارت نيروي آمريكا به اين نتيجه رسيده است كه استفاده از روش الكتروليز براي توليد مقادير زياد هيدروژن در آينده مناسب نخواهد بود.

روش ديگر براي توليد گاز مصنوعي، بازسازي بخار گاز طبيعي است. در اين روش، مي‌توان از هيدروكربن‌هاي ديگر نيز به عنوان ذخاير تامين مواد استفاده كرد. براي نمونه، مي‌توان زغال سنگ و ديگر مواد آلي (بيوماس) را به حالت گازي درآورد و آن را در فرآيند بازسازي بخار براي توليد هيدروژن به كار برد. از طرفي چون هيدروکربن هاي فسيلي محدود و رو به اتمام هستند، پس بهتر است ديد خود را به سمت استفاده از منابع تجديد شونده معطوف کنيم.

گاز هيدروژن مي تواند هم از منابع اوليه تجديد پذير و هم از منابع تجديد ناپذير توليد شود. امروزه توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد پذير به سرعت مراحل توسعه و رشد خود را مي پيمايد. اين در حالي است که توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد ناپذير به ويژه منابع فسيلي به علت محدود بودن اين
منابع روز به روز کاهش مي يابد.گاز هيدروژن در اثر واکنش هاي تخميري ميکروارگانيسم هاي زنده، به ويژه باکتري ها و مخمرها روي بيوماس، توليد مي‌شود. بيوماس از منابع اوليه تجديد پذير است که از موادي مانند علوفه، ضايعات گياهان و فضولات حيوانات به دست مي آيد. در روند توليد گاز هيدروژن، باکتري هاي بي هوازي با استفاده از پديده تخمير، مواد آلي و آب را به گاز هيدروژن تبديل مي کنند.

براي توليد هيدروژن به وسيله باکتري ها دو نوع تخمير وجود دارد: يک نوع تخمير نوري است که در آن به منبع نور نياز است و نوع ديگر، تخمير در تاريکي است که نيازي به نور ندارد. در اين واکنش ها منابع کربني زيادي استفاده مي شود که همگي از بيوماس تامين مي شوند.

در طبيعت ميکروارگانيسم هاي بي هوازي در غياب اکسيژن و با استفاده از پديده تخمير، گاز هيدروژن توليد مي کنند، ولي مقدار اين گاز از نظر کمي پايين است و از نظر اقتصادي براي مصارف صنعتي و خانگي و ... قابل توجيه نيست؛ از اين رو بايد با استفاده از روش هايي، بازده توليد گاز هيدروژن را افزايش داد. يکي از روش هايي که مي توان بازده توليد گاز هيدروژن را بالا برد، تغييرات ژنتيک در ژنوم اين باکتري ها با استفاده از روش هاي مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي است. روش ديگر، استفاده از ترکيبي از باکتري هاي هوازي و بي هوازي در کنار هم است. در اين روش چون باکتري هاي بي هوازي در فرآيند تخمير توليد اسيد هاي آلي مي کنند، رفته رفته محيط واکنش اسيدي مي شود و PH پايين مي آيد؛ از اين رو توليد هيدروژن کاهش مي يابد. ولي هنگامي که باکتري هاي هوازي در محيط باشند، از اسيد هاي آلي استفاده و آنها از محيط خارج مي کنند؛ در نتيجه راندمان توليد گاز
هيدروژن بالا مي رود. تحقيق و توسعه وزارت نيروي آمريكا براي توسعه استفاده از هيدروژن دو برنامه اصلي را دنبال مي‌كند که يکي برنامه هيدروژن وزارت نيرو و ديگري شبكه اطلاعاتي تكنولوژي‌هاي هيدروژن است. هيدروژن، سومين انرژي فراوان بر روي سطح زمين است. همان طور كه به صورت ابتدايي در آب و تركيبات آلي يافت مي شود. هيدروژن از هيدروكربن ها يا آب به دست مي آيد و هنگامي كه به عنوان سوخت مصرف مي شود، يا براي توليد الكتريسيته از آن استفاده مي شود و يا با تركيب مجدد با اكسيژن توليد آب مي كند. از اين رو و با توجه به قابليت بالاي توليد انرژي در اين سوخت اخيراً تلاش هاي زيادي براي جانشين کردن اين سوخت صورت مي گيرد.

مسائل ايمني هيدروژن از ديدگاه ايمني نيز مطمئن و مطلوب است و براي حمل ونقل ، نگهداري و استفاده، خطرناك تر از سوخت هاي رايج ديگر نيست. به هر صورت مسائل ايمني همچنان به عنوان يكي از اساسي‌ترين مقوله ها در استفاده از انرژي هيدروژن باقي مي ماند.استانداردهاي متداول دنيا امنيت استفاده از آن را با سختگيري در طراحي‌ و انجام آزمايش هاي متعدد فراهم مي آورد. همچنين در حوزة نگهداري و حمل آن، استانداردهاي بسياري براي تمام تجهيزات مرتبط تدوين شده است.
اقتصاد هيدروژن براي هيدروژن به عنوان يك سوخت، سيستم توزيعي مناسبي وجود ندارد. با اين كه معمولاً انتقال از طريق خط لوله با صرفه‌ترين راه انتقال سوخت‌هاي گازي است، اما در حال حاضر سيستم خط لوله مناسبي موجود نيست. انتقال هيدروژن به طور خاص از طريق مخزن و تانكرهاي گاز صورت مي‌گيرد. استفاده از هيدروژن به عنوان سوخت به يك زير ساختار براي حمل ونقل و نگهداري
و با توجه به مسائل ايمني و اقتصادي نياز دارد. ديدگاه ايجاد يك زير ساختار كه هيدروژن را به عنوان منبع انرژي مورد استفاده قرار مي‌دهد، مفهوم اقتصادي بودن اين طرح را پديد آورده كه بهترين راه جهت ايجاد تقاضاي بيشتر براي توليد و مصرف اين انرژي است، زيرا منابع توليد هيدروژن بسيار ارزان و دردسترس هستند. هيدروژن قابليت بالايي براي توليد انرژي دارد و ميزان آلودگي ناشي از مصرف اين سوخت در محيط زيست بسيار کم است. اين سوخت به عنوان منبعي تجديدپذير، پاک و فراوان تر از سوخت فسيلي مي تواند کاربرد زيادي براي نيروگاه ها و بخش حمل و نقل داشته باشد.

 خودرو هاي هيبريدي : (Hybrid Vehicles)

خودروهای هیبریدی معمولا تلفیقی از موتور احتراق داخلی خودروهای متداول با باتری و موتور الکتریکی یک خودرو الکتریکی هستند . این تلفیق انتشارات ( گازهای خوروجی ) اندک همراه با توان ، برد عملیاتی و سوخت مصرفی مناسب خودروهای معمول ( گازوئسل وبنزین) را عرضه می کند و این خودروها هرگز نیاز به اتصال به برق ندارند.این انعطاف پذیری ذاتی خودروهای هیبریدی آنها را برای ناوگان حمل و نقل ومصرف شخصی مناسب کرده است خودرو های هیبریدی می توانند سرعت و مسافت بیشتری نسبت به انواعی که موتورهای درون ساز دارند داشته باشند، با این حسن بزرگ که شارژباتری هایش هرگز تمام نمی شود بازدهی این خودروهابسیار بالا بوده و میزان تولید آلودگی شان کاهش یافته است. به همین دلیل بسیاری از کارخانه ها از سال 1999 تولید خودروهای هیبریدی را به صورت انبوه آغاز کرده اند.

ادامه دارد...

مصرف انرژي و ساختمان ها

انرژي كه براي گرمايش، سرمايش، روشنايي فضاي كاري و خانه ها مصرف مي شود، حدود يك سوم مصرف انرژي در ايالات متحده امريكا را تشكيل مي دهد. خانه ها و فضاهاي كاري، با اين كه بزرگ ترين مصرف كنندگان انرژي در اين كشور هستند، قرار است بيشترين كاهش در مصرف انرژي را نيز به نام خود ثبت نمايند. برنامه هايي مانند Energy Star و «راهبري در طراحي زيست محيطي و انرژي (LEED)»، كاهش مصرف انرژي را از جنبه هاي سبز و پايايي ساختمان مورد هدف قرار داده اند. ANSI/ASHRAE/IESNA Standard 90.1 با نام «استاندارد انرژي براي ساختمان ها به استثناي ساختمان هاي كوچك مسكوني» و همچنين دستورالعمل هاي انرژي ايالتي، استانداردها و قواعد محرك اين حركت به شمار مي آيند. افزايش هزينه هاي انرژي نيز، اين حركت را از نظر جنبه هاي اقتصادي آن تسريع مي نمايد. بنابراين انتظار مي رود نتايج خوبي از اين برنامه ها حاصل گردد. در طول پانزده سال گذشته، تقاضاي برق مورد نياز براي روشنايي فضاهاي تجاري به نصف كاهش يافته است. استفاده از روشنايي روز، چراغ هاي كم نور شونده، حسگرهاي حضور افراد و غيره، توانسته اند اين كاهش قابل توجه را ايجاد نمايند. مصرف انرژي رايانه ها، نمايشگرها، دستگاه هاي كپي، فكس و ديگر لوازم اداري نيز كاهش چشم گيري يافته است. كاهشي چهل تا شصت درصدي نيز در ميانگين بارهاي سرمايش داخلي به چشم مي خورد. به عنوان مثال، بازسازي يك ساختمان اداري با مساحت 10000 فوت مربع با سن ده سال با به كارگيري تجهيزات روشنايي و اداري جديد، مي تواند 20 كيلووات از بار الكتريكي اوج و بيش از 5/5 تن بار تهويه مطبوع را كاهش دهد. مسلم است كه اين صرفه جويي هاي انرژي با گذشت زمان بيشتر مصرف انرژي را نيز به نام خود ثبت نمايند. اما عدم ارزيابي تاثيراتي كه بر روي سيستم هاي تهويه مطبوع رخ خواهند داد، مي تواند منجر به بروز مشكلاتي در زمينه ي آسايش ساكنين و كيفيت هواي داخلي ساختمان گردد. قواعد سرانگشتي كه براي دهه هاي متمادي تقريبا ثابت باقي مانده بودند، به نظر مي رسد كه ديگر صحت گذشته را از دست داده اند. در واقع، آنچه كه ممكن از نظر صرفه جويي در انرژي بسيار ايده آل به نظر برسد، شايد سيستم تهويه مطبوع ساختمان را تبديل به دستگاه توليد شكايات ساكنين نموده و در برخي موارد، كابوسي واقعي در مورد كيفيت هواي داخلي به شمار تهويه مطبوع ساختمان را تبديل به دستگاه توليد شكايات ساكنين نموده و در برخي موارد، كابوسي واقعي در مورد كيفيت هواي داخل آيد.

تغيير الگوي مصرف داخلي

بارهاي موجود در فضاي داخلي از قبيل روشنايي، تجهيزات و ساكنين، با پيدايش دفاتر كاري باز تا حدودي تغيير كرده اند. سطوح روشنايي در اين اماكن كمتر شده است (كه البته به دليل الزامات موجود در دستورالعمل هاي جديد است) ولي بار مصرف انرژي الكتريكي توسط دستگاه هاي جديد اداري تا حدودي افزايش يافته است. چگالي متوسط افراد حاضر در محل تقريبا بدون تغيير باقي مانده است. شكل (1) يك مقايسه ي پيشينه اي از بارهاي سرمايشي داخلي ارايه مي دهد. بارهاي مربوط به حضور ساكنين براي 100 فوت مربع به ازاي هر نفر، به صورت ميانگين باقي مي ماند.

گرماي محسوس به ازاي هر نفر به ميزان 250 Btuh در اين محل، معادل w 73/0 بر هر فوت مربع تغيير باقي مانده است. بر روي سيستم هاي سرمايشي مي باشد. در اواسط دهه ي 1980، لامپ هاي داراي چگالي 2/2 تا 5/2 وات به ازاي فوت مربع، معمول بودند. استارت هاي الكترونيكي لامپ هاي فلوئورسنت نسبت به استارت هاي مغناطيسي داراي مزيت هاي زيادي هستند لامپ هاي چهل واتي T12 جاي خود را به لامپ هاي 34 واتي T8 و سپس لامپ هاي T5 داده اند. ميزان روشنايي در صفحات رايانه اي كاهش پيدا كرده و استفاده از روشنايي مستقيم/ غيرمستقيم با انرژي پايين، تبديل به روشي استاندارد شده است. برخي از دستورالعمل هاي انرژي در حال حاضر ميزان روشنايي در ساختمان هاي اداري را به 2/1 وات به ازاي هر فوت مربع محدود مي نمايند. طراحي دقيق (چراغ ها، طرح مبلمان، انتخاب رنگ ها و غيره، اين امكان را ايجاد مي كند كه بدون اين كه كيفيت روشنايي از دست رفته و يا هزينه هاي بالايي تحميل شود، مقدار 1.0w به ازاي هر فوت مربع به راحتي به دست آيد. برخي از مالكان ساختمان در حال كار بر روي روش هايي براي كاهش بار روشنايي ساختمانهايشان تا ميزان 0.5w در هر فوت مربع مي باشند. هر چند بار روشنايي پايين آمده است، اما استفاده از تجهيزات اداري به مراتب نسبت به گذشته افزايش داشته است. تعداد دستگاه هاي كپي، فكس، اسكنر، رايانه هاي شخصي و چاپگرها طي سال هاي اخير افزايش قابل توجهي نشان مي دهد. حتما به ياد داريد كه قبلا رايانه هاي معدودي در هر شركت وجود داشت، ولي حالا روي هر ميز يك رايانه وجود دارد. به همين قياس، قبلا از يك يا دو چاپگر مشترك در شركت ها استفاده مي شد، اما حالا تقريبا براي هر اتاق، حداقل يك چاپگر در نظر گرفته شده است. بار تجهيزات دفتري از 0.75 تا 1.0w به ازاي هر فوت مربع، به 1.5 تا 2.0w در هر فوت مربع افزايش يافته است.

چاپگرهاي ليزري و همچنين دستگاه هاي كپي كوچك، دراين اواخر قيمت هاي بسيار مناسبي پيدا كرده اند. حتا بسياري از دستگاه هاي فكس نيز به صورت ليزري درآمده اند. نمايشگرهاي رايانه اي، از نوع تك رنگ سبز 12 اينچي به حداقل 17 اينچ رنگي ارتقا يافته و به همين دليل برق مصرفي اين نمايشگرها به مراب بالاتر رفته است. تحقيقات انجام شده نشان داده است كه تا سال 1994، نمايشگرهاي رايانه اي بيشترين انرژي كاركرد رايانه ها را تشكيل مي دهند. اين تحقيقات همچنين نشان داده است كه اطلاعات موجود بر روي برچسب مشخصات تجهيزات اداري، بسيار بالاتر از مصرف انرژي واقعي آن هاست. هر چند چگالي تجهيزات اداري در چند سال گذشته حدود 1.4 تا 1.8w بر فوت بوده است، اما اين مقدار در حال كاهش يافتن است. بهبودهاي صورت گرفته در مواردي مانند حالت آماده به كار (stand-by)، به خصوص حالات صرفه جويي كننده در انرژي، به اين مساله كمك زيادي نموده اند. تجهيزاتي كه داراي مشخصه ي Energy Star هستند، تبديل به تجهيزات استاندارد شده اند. استفاده از تجهيزات به صورت شبكه نيز در كاهش بارهاي مضاعف نقش بسزايي دارد. دستگاه هاي جديدي كه نقش دستگاه كپي، اسكنر، فكس و چاپگر را به طور همزمان بازي مي كنند، بسيار رايج شده اند. تونرهاي جديد دستگاه كپي، نياز به حرارت كمتري براي نشستن بر روي سطح كاغذ دارند. اين دستگاه هاي جديد، در عين اين كه فضايي نصف نفضاي تجهيزات ده سال گذشته اشغال مي كنند، مصرف انرژي بسيار كمتري نيز پيدا كرده اند. در حال حاضر، حداكثر چگالي تجهيزات به سمت 1.0w بر فوت مربع پيش مي رود و بزرگ ترين تغييري كه در اين رابطه قابل ذكر است، پيدايش نمايگرهاي كريستال مايع (LCD) است. اين نمايشگرها، مصرف برق بين 35 تا 50 وات دارند، در حالي كه نمايشگرهاي اشعه كاتدي (CRT) معمولي با همان اندازه، بين 120 تا 150 وات مصرف دارند. با پايين تر آمدن قيمت اين نمايشگرها، به نظر مي رسد كه در آينده به صورت نمايشگرهاي استاندارد در فضاهاي اداري و همچنين خانگي مطرح شوند.

توليد گرماي كمتر، سرمايش مورد نياز پايين تر

در اوايل دهه ي 1990، فضاهاي داخلي معمولي با استفاده از اختلاف دماي «تغذيه به فضا» ي معادل F 20، براي بارهاي اوج 0.8 تا 1.0cfm به ازاي فوت مربع طراحي شده بودند. مقادير هواي تغذيه براي بار ناشي از حضور افراد، با روشنايي و همچنين بار دستگاه هاي موجود، تا اواخر دهه ي 1990 يعني زماني كه پيشرفت هاي قابل توجهي در زمينه ي روشنايي به وجود آمد و كاهشي 30 تا 40 درصدي را باعث گرديد، تقريبا ثابت باقي ماند. فضاهاي جديد و بازسازي شده با استفاده از سيستم هاي روشنايي پيشرفته و همچنين بار كاهش يافته ي نمايشگرهاي LCD، مي توانند در شرايط اوج سرمايشي بين 0.35 تا 0.4cfm به ازاي هر فوت مربع كاهش ايجاد نمايند. اما در اين مقدار پايين cfm به ازاي فوت مربع، مشكل آغاز مي گردد. برنامه ريزي در اين زمينه كار ساده اي نيست، زيرا موارد صرفه جويي در انرژي روشنايي و تجهيزات رايانه اي، تنها با گذشت زماني طولاني از مرحله تكميل طراحي و ساخت امكان پذير خواهد بود. اغلب ديفيوزها قادر نيستند 0.4cfm به ازاي فوت مربع هواي تغذيه را به مقدار كافي براي پوشش دهي مناسب محل مورد نظر تامين نمايند. هواي كم سرعت به مقدار كافي در محيط پراكنده نشده و فقط در همان راستا به سمت پايين حركت خواهد كرد. بنابراين افرادي كه زير دريچه هاي هواي تغذيه قرار مي گيرند احساس سرما كرده و ديگران، هيچ حركت هوايي در اطراف خود نداشته و بنابراين احساس گرما و كلافگي خواهند كرد. شكل (2) عملكرد يك دريچه ي سوراخ دار معمولي را در 1.1cfm در هر فوت مربع نشان مي دهد. هواي سردتر از سمت سقف حركت كرده و با هواي گرم مخلوط مي شود. در ارتفاع 6 فوتي، دماي هوا F75 است. اثربخشي تهويه مي تواند رفاه مناسب را در فضاي مورد نظر حفظ نمايد. شكل (3) عملكرد همان ديفيوزر را در 0.5cfm به ازاي فوت مربع حركت كرده و با هواي 0.35cfm در هر فوت مربع، شرايط بدتر مي شود.

يك سيستم حجم هواي متغير (VAV) مي تواند به كمتر از 20.0cfm بر هر فوت مربع در بارهاي كاهش يافته نياز داشته باشد. تنها انواع معدودي از ديفيوزرهاي القاي بالا/ دماي پايين و ديفيوزرهاي چند شبكه اي قابل تنظيم مي توانند در اين مقدار جريان هوا، شرايط مناسب را تامين نمايند و البته اين نوع ديفيوزرها در بسياري از ساختمان هاي اداري نصب نشده اند. در اختلاف دماي F20 و جريان هواي 0.35cfm در فوت مربع، يك ديفيوزر 150cfm بايستي 430 فوت مربع را پوشش دهد كه حداقل 10 فوت فضاي موثر پراكنش براي ديفيوزر چهار جهته مورد نياز خواهد بود. در 75 درصد بار (112 cfm)، همان ديفيوزر نياز به پراكنش بين 9 تا 10 فوت خواهد داشت. دريچه هاي خطي و برخي دريچه هاي القاي بالا، جزو معدود ابزارهايي هستند كه اين الزامات را برآورده مي سازند. اگر توزيع هو در نظر گرفته نشود، اولين نشانه ي بروز مشكل در ساختمان هايي كه از انرژي پاييني استفاده مي كنند، وجود شكاياتي در مورد سرد و گرم بودن يك محل خاص خواهد بود. مشكلات جدي تري نيز در نواحي گرم تر و داراي تابستان هاي مرطوب ديده مي شود (دماهاي حباب تر طراحي بالاتر از C76). با كاهش گرماي محسوس تا 50 درصد يا بيشتر، بار نهان تبديل به بخش بزرگ تري از كل گرماي توليد شده در فضا خواهد شد. بارهاي داخلي امروزي مي توانند نسبت گرماي محسوس (SHR) بين 85 تا 90 درصد داشته باشند. كاهش توليد گرما در سيستم هاي روشنايي و تجهيزات موجود در محل مي تواند اين مقدار را به 65 تا 75 درصد كاهش دهد. نيمي از هواي تغذيه براي فضاي معمولي امروزي، هنوز هم به مقدار مشابهي از هواي خارج نياز دارد. مقدار 20 cfm هواي خارجي به ازاي هر نفر و يك نفر به ازاي 100 فوت مربع، معادل حداكثر 0.2 cfm به ازاي فوت مربع هواي خارجي خواهد بود. در مقايسه با مقادير 0.35 تا 0.4cfm بر فوت مربع كه براي سرمايش فضا مورد نياز است، درصد هواي خارجي از 25 تا 35 درصد به 50 درصد يا بيشتر افزايش مي يابد. يك سيستم VAV با استفاده از معادله 1-6 از ANSI/ASHRAE Standard 60-2001 با نام «تهويه براي كيفيت هواي داخلي قابل قبول»، اگر هر ناحيه اي در جريان كاهش يافته باشد. معمولا بين 80 تا 100 درصد هواي خارجي الزام مي نمايد. درصد بالاتر نسبت هواي خارجي، مقدار بار نهان بر روي كويل هاي خنك هاي كننده را افزايش داده و مقدار SHR را بيش از پيش كاهش خواهد داد. كويل هاي خنك كننده با شرايطي روبرو خواهند شد كه در آن شرايط، نمي توانند رطوبت را از هوا بزدايند. يك كويل محاسبه شده براي 80 درصد SHR نخواهند توانست با افت SHR رطوبت هوا را بزدايد (در بارهاي سطحي خنثا، بار محسوس و SHR بيشتر افت مي كنند). به خصوص كويل هاي آب سرد، بدون بار گرماي محسوس براي زدايش گرماي نهان، آسيب پذيرترند. شكل (4) بارهاي اوج يك ساختمان با مساحت 48000 فوت مربع با 100 فوت مربع به ازاي هر نفر، چگالي جمعيتي 80 درصدي و تنوع هواي خارجي 20 cfm به ازاي هر نفر و 3.3w روشنايي و مصرف تجهيزات در هر فوت مربع را نشان مي دهد.

كويل خنك كننده كه براي براي تطابق دقيق با بار موجود انتخاب شده است، داراي 11 درصد ظرفيت نهان اضافي است. در 1.8w به ازاي فوت مربع، ظرفيت كويل 8 درصد كمتر از مقدار مورد نياز براي برآورده ساختن نياز بار نهان است. سطوح رطوبت نسبي بالاي 60 درصد كاملا محتمل به نظر مي رسد. در شرايط سردتر، مي توان سطح بالاي رطوبتي را انتظار داشت.

تمام مشكلات رطوبتي مربوط به ميزان بالاي رطوبت مي تواند در اين شرايط در ساختمان آغاز شده و گسترده شود. غير از هواي خشك زمستاني، شرايط معدودي وجود دارد كه مي تواند هواي ساختمان را خشك نگه دارد. سيستم HVAC در اين شرايط مي تواند منشا بروز مشكلاتي از قبيل رشد قارچ و كپك ها و ديگر مشكلات كيفيت هواي داخلي گردد.

گام هاي آينده

مسلم است كه مالكان ساختمان ها به نوسازي سيستم هاي روشنايي براي پايين آوردن هزينه هاي انرژي ادامه خواهند داد. تعداد ساختمان هاي اداري از اواخر 1970 تا اوايل 1990 كه مي توانند بين 0.5 تا 1.5w بر فوت مربع صرفه جويي نمايند، بسيار زياد است. ساختمان هاي جديد نيز با پيدايش روش هاي جديد روشنايي و لامپ هاي پيشرفته تر و كم مصرف تر، شاهد ميانگين 1.0w بر فوت مربع خواهند بود. نمايشگرهاي        LCD در چند سال آيند به صورت نمايشگرهاي استاندارد براي رايانه ها درخواهند آمد. طبق بررسي هاي انجام شده، فروش نمايشگرهاي رايانه اي در سال 2000 در ايالات متحده به 100 ميليون دستگاه بالغ گرديده است. اگر مصرف برق اين دستگاه ها با استفاده از صفحات LCD به 80w به طور ميانگين كاهش پيدا كند، 8000 مگاوات تقاضاي انرژي الكتريكي در شبكه برق كاهش خواهد يافت. اين مقدار، شامل برق مورد نياز براي سيستم هاي سرمايشي نمي گردد. پس طراح بايد به چه صورت برنامه ريزي هاي خويش را انجام دهد؟ اگر بارهاي معمولي امروزي مورد استفاده قرار گيرند، يك نوسازي سيستم روشنايي يا يك تصميم گيري توسط بخش فناوري اطلاعات يك سازمان مي تواند نيازهاي سرد كردن هواي خارجي را كاهش داده و منجر به بروز مشكلاتي كه قبلا ذكر شد گردد. براي حل اين مشكلات يا اجتناب از آن ها، بايد روش هاي جديد توزيع هوا مورد اشاره قرار گيرند. بالا بردن دماي هوا تغذيه مي تواند ميزان cfm به ازاي هر فوت مربع را كه براي ابزارهاي معمولي تر توزيع هوا مناسب تر است، افزايش دهد. اما نقاط ضعفي نيز در اين بين وجود دارد. ديفيوزرها و دريچه هاي خطي و القاي بالا، جزو معدود ابزارهاي نصب شونده روي سقف هستند كه مي توانند هوا را به شكلي موثر با ميزان پايين cfm بر فوت مربع توزيع كنند. با بالاتر رفتن دماي تغذيه، ديفيوزهاي VAV مي توانند پراكنش نسبتا ثابتي را در محدوده ي وسيعي از جريان ها ايجاد نمايند. تهويه نيمه جابجايي با استفاده از توزيع هواي زير كف براي ساختمان هاي جديد انتخاب جذابي به شمار مي آيد.

دريچه هاي تغذيه هوا مي توانند براي هر فرد نصب شوند. نرخ هاي تهويه در اين روش، در موثرترين مقدار خود تنظيم مي شوند. اين سيستم هاي در حال حاضر از هواي تغذيه ي گرم تر استفاده مي كنند، اما تحقيقات بيشتري لازم تا مشخص شود آيا بار گرمايي كافي براي به حركت درآوردن هوا در نواحي حضور افراد در بارهاي پايين مصرفي توسط دستگاه ها وجود دارد يا خير. روش هاي رطوبت زدايي براي دماي افزايش يافته ي هواي تغذيه و SHR پايين بايستي در نظر گرفته شود. درصدهاي بالاتر هواي بيرون و فقدان رطوبت زدايي كافي مي تواند مشكل آفرين باشد. راه حل هايي كه براي اين مشكل مي توان متصور شد، در ساختمان هاي مختلف متفاوت است. پيش پردازش هواي خارجي (رطوبت زدايي)، توزيع مستقل هواي خارجي، كويل هاي خنك كننده ي جديد و لوله هاي گرمايي و يا روش هاي گرمايش مجدد و رطوبت زدايي ديگر، مي توانند در اين رابطه در نظر گرفته شوند. سيستم هاي حسگر دي اكسيد كربن مي تواند تاثير هواي خارجي را به حداقل رسانده و در عين حال، نرخ تعويض هواي خارجي را در حد مناسبي حفظ نمايد.

روش هاي تهويه طبيعي، يا به صورت جريان كاملا طبيعي و يا به صورت تهويه فعال نيز، به خصوص در آب و هواي خشك، روش مناسبي به شمار مي آيد. يكي از پيشرفت هاي نويدبخش، پيدايش سيستم هواي خارجي اختصاصي است. چون مقادير هواي خارجي و هواي تغذيه تقريبا برابر هستند، يك سيستم هواي خارجي 100 درصد با امكان بازيافت گرما و كنترل رطوبت مي تواند پردازش هواي مورد نياز را تقريبا در تمام فضاها ايجاد نمايد.

نتيجه گيري

وضعيت بازار امروزي به سرعت در حال تغيير است و ما شاهد شروع يك تغيير بزرگ در بارهاي ساختماني هستيم. تا زماني كه روش هاي روشنايي بسيار كم مصرف و سيستم هاي رايانه اي با مصرف انرژي پايين تبديل به سيستم هاي رايج گردند، مالكان، طراحان و پيمانكاران تا حدودي دچار سردرگمي خواهند بود. ساختمان هاي تجاري فعلي و ساختمان هايي كه در حال طراحي مي باشند و يا آن هايي كه در حال حاضر مراحل ساخت را با استفاده از استانداردهاي امروزي مي گذرانند، ممكن است در نوسازي هاي آينده دچار مشكلاتي شوند. طراحان بايد در مورد آنچه كه مي توان براي بهبود سيستم هاي و ساختمان ها انجام داد، آگاهي لازم را داشته باشند.

مالكاني كه كار خود را با هدف به حداقل رساندن مصرف داخلي انرژي آغاز مي كنند، بايستي طرح هايي را به كار گيرند كه با آنچه كه امروزه متداول است، بسيارمتفاوت باشد. خوشبختانه بسياري از طرح هاي جديد در آينده عموميت يافته و در نهايت هزينه ي آن ها از روش هاي امروزي كمتر خواهد شد.

كاهش هزينه انرژي ساختمان در زمستان

قيمت حاملهاي انرژي مداوما در تمامي كشورهاي جهان در حال افزايش است كه به تبع آن هزينه عملياتي تاسيسات گرمايشي و سرمايشي ساختمانها نيز همه ساله فزوني مي يابد. بدين لحاظ مالكان يا مديران ساختمانها براي كاهش مصرف انرژي قبل از اين كه هزينه آن از حد تحمل فراتر رود بايد چاره اي بيانديشند. البته براي به حداقل رساندن مصرف انرژي الزاما بايد در مراحل طراحي و اجراي ساختمان و تاسيسات اصول و ضوابط مشخصي را رعايت كرد. اما در مورد بناهاي موجود كه قبلا ساخته شده اند چه مي توان كرد؟

پاسخ دادن به 12 سوال زير در كاهش مصرف انرژي ساختمان در زمستان راهگشا خواهد بود:

1- آيا مي توان گرمايش كل ساختمان يا بخشهايي از آن را در ايام تعطيل متوقف كرد و يا حداقل دماي آن بخشها را در اين ايام به ميزان قابل توجهي كاهش داد (يعني چيزي كه اصطلاحا به آن تنزيل دما مي گويند)؟

2- ديگ سيستم گرمايش شما چه موقع تميز شده و مشعل آن كي تنظيم مجدد شده است و اصولا اين كار را هر چند وقت به چند وقت انجام مي دهيد؟

3- آيا در سيستم گرمايش شما سيستم «تنزيل شبانه دما» كه دماي آبگرم در گردش را متناسب با دماي هواي خارج تنظيم كند نصب شده است؟

4- آيا مي توانيد ورود هواي خارج به داخل ساختمان را به حداقل برسانيد؛ مخصوصا در شبها، ايام تعطيل و هنگام پيش گرمايي صبحگاهي؟ آخرين باري كه دمپرهاي ورود هواي تازه را براي احراز صحت عملكردشان و نداشتن نشت بررسي كرديد كي بود؟

5- اگر ساختمان شما اداري يا تجاري بوده و روزها و ساعتهاي كار مشخص است آيا مي توانيد از «ماندگرمايي» استفاده نموده و يك ساعت قبل از خروج افراد از ساختمان گرمايش را متوقف كنيد؟

6- آيا مي توانيد ساكنين ساختمان را راضي كنيد كه دماي ميزان شده روي ترموستات اتاق را 2 تا 3 درجه كاهش دهند؟

7- آيا رطوبت زنها درست كار مي كنند؟

بالا رفتن رطوبت اتاق موجب مي شود افراد احساس گرما كنند، حتي وقتي گرمايش اتاق متوقف باشد.

8- اگر ساختمان شما مرتفع است آيا براي به حداقل رساندن «اثر دودكشي» آن يعني صعود هواي گرم از راه پله ها، شافتها و مانند آن كاري كرده ايد؟ يكي از كارها اين است كه از بسته ماندن درهايي كه به اين كانالها باز مي شوند اطمينان حاصل گردد.

9- آيا براي جلوگيري از نفوذ هوا از درز پنجره ها و درهاي خارجي از نوار درزبند استفاده كرده ايد؟

10- اگر ساكنين از سوز سرما در كنار پنجره ها شكايت دارند ببينيد آيا مي توانيد با افزايش فشار هواي داخل اتاقها از نفوذ هواي خارج از طريق منافذ پنجره ها جلوگيري كنيد؟ اين كار ممكن است با كاهش تخليه (اگزاست) هواي داخل و افزايش هواي رفت به اتاقها صورت گيرد.

11- چنانچه روكار بيروني ساختمان شيشه اي ساده است، براي كاهش نرخ انتقال حرارت از طريق شيشه ها آيا اضافه كردن يك لايه با ضريب انتشار پايين را مورد بررسي قرار داده ايد؟ امروزه براي اين امر گزينه هاي متعددي وجود دارند كه روي نورگيري شيشه نيز تاثير منفي نمي گذارند.

12- اگر پنجره ها قابل باز و بسته شدن هستند، چه كسي هر شب بسته بودن آنها را كنترل مي كند؟ سريع ترين راه احراز بسته بودن پنجره هاي مشاهده عيني است.

واژه نامه فني

آب - خنك كن يك بار گذر:

روش خنك كنندگي است كه در آن آب از يك منبع آماده (قابل دسترس) مانند رودخانه - دريا - درياچه - آبراهه كشيده شده و تنها براي يكبار از چگالنده هاي يك نيروگاه مي گذرد و پس از گرم شدن بطور مستقيم به منبع نخست خود باز گردانده ميشود.

آب - سپهر ، آب - كره:

بخشي از كره زمين است كه در آن آب وجود دارد مانند اقيانوسها ، درياها ، درياچه ها ، رودخانه ها و آبهاي زير زميني .

آب چرخان:

ظرف مخروطي شكل است كه براي رده بندي و جدا سازي ذرات ريز شناور (معلق) در آب از راه گريز از مركز به كار مي رود. ذرات دانه درشت كه جرم ويژه بيشتري دارند به سوي ديواره ظرف حركت كرده و از نوك دستگاه خارج مي شوند، در حالي كه ذرات با جرم ويژه  سبكتر يا ريزتر همراه با بيشترين حجم آب به صورت لبريز از سوراخ سرريز بيرون مي ريزد.

آب زدايي (نم زدايي):

فرايندي است براي زدايش آبهاي موجود در گاز طبيعي .

آب سنگين:

اكسيد دوتريوم D2O آبي است كه در آن اتمهاي هيدروژن از نوع دوتريوم در آب معمولي با نسبتي نزديك به يك بخش از 6000 بخش وجود دارد. آب سنگين خالص بعنوان مهارگر در برخي از انواع ويژه راكتورها به كار گرفته مي شود.

آب شويي (خاك):

استخراج ماده حل شدني موجود در يك ماده ي جامد توسط يك حلال كه ماده جامد با آن در تماس باشد . در طبيعت شستشوي فراورده هاي محلول خاك ، در اثر جريان رو به پائين آب (آبهاي سطحي) صورت مي گيرد .

آب فشان:

چشمه آب داغي است كه آب و بخار را به شكل فواره به خارج پرتاب مي كند ، بسياري از آب فشانها به طور منظم و در فاصله هاي زماني معيني عمل مي نمايند .(ميدان بخار زمين - گرما را ببينيد) .

آب نگار:

نموداري است كه داده هاي مشاهده اي در زمينه جريان آب را به ترتيب موجوديت زماني آن نمايش مي دهد.

آبراهه جزر و مدي:

كانال يا مجرايي است كه آب جزر و مد را به تجهيزاتي كه با آب كار مي كند يا حوضچه نگهدارنده آب هدايت مي نمايد .

آبراهه هاي بالادست - آبراهه هاي سرآب:

سازه اي است كه با توجه به شرايط محل از آبگير تا توربين طراحي ميشود. اين سازه شامل آبراهه هاي روباز يا روبسته، تونل يا لوله (لوله زير فشار) ميباشد.

آبگرمكن خورشيدي:

روشي است براي جمع آوري و به كار گيري انرژي خورشيدي به ويژه براي گرما سازي يا از پيش گرم سازي آب به ويژه براي مصارف خانگي (آب گرم خانگي).

آبگير (نقطه ورودي آب، لوله يا كانال آبرسان):

هر سازه اي كه در بالادست ديواره سد يا در درون مخزن يا كانالهاي آبرسان در آبراهه، به منظور هدايت آب به درون مجراي آب محصور تونل و يا كانال براي توليد برق، ساخته ميشود.

آبهاي داخلي:

منطقه اي دريايي است شامل فضاي هوايي بالاي آن و بسترهاي دريايي زير آن كه در حاكميت كشور ساحلي مي باشد. آبهاي داخلي شامل بندرگاهها و تاسيسات بندريشان (تا آنجا كه تشكيل پناهگاهها را بدهند) آبهاي ميان ساحلي و نشانه (حد) پائين دست آب، خليج هاي معين و آبهاي تاريخي مي باشد.

آبهاي گرم (مخزن آب گرم زير زميني ) (مخزن آب گرم زمين- گرما):

پيدايش آبگرم و آب داغ در ساختارهاي زير زميني مي باشد كه در دمائي پايين تر از دماي بخار اشباع ولي در فشاري بالاتر شكل مي گيرند .

آتش كمكي - آتش جنبي ‌‌‌:

افزودن سوخت تجاري (نفت . گاز ، زغال سنگ) با ارزش گرمايشي كافي به مواد سوزاي با ارزش گرمايشي كم بدين منظور كه احتراق پايدار نگه داشته شود . از اينروي به آن سوخت تكميلي نيز گفته مي شود . اصطلاح ((سوخت كمكي )) را هم مي توان براي مفهوم بالا به كاربرد ولي داراي معناي كلي تر و گسترده تري است.

آرايش شبكه (شكل بندي شبكه):

آرايش هاي مختلفي براي هر شبكه وجود دارد كه بستگي به ترتيب و پيوند شاخه ها در هر شبكه دارد. در شبكه هاي شعاعي يا ستاره اي انشعابهاي (شاخه هاي) اصلي يا لوله كشي ها از يك منبع تكي به صورت آنتن بيرون مي آيند،  كالايي كه عرضه مي شود تنها از يك سر به شبكه خورانده مي شود. در شبكه هاي حلقوي، انشعابهاي (شاخه هاي) اصلي و لوله كشي ها به شمار معيني از اتصالگاهها مي پيوندند. به طور كلي كالايي كه عرضه مي شود، مي تواند در چندين نقطه به شبكه خورانده شود.

آرايش ميدان آهن ربايي - شكل گيري ميدان آهن ربايي:

جا به جايي ميدان آهن ربايي است به روالي كه ذرات يونيزه در درون حوزه فضايي معين نگهداشته شوند (محصوربمانند).

يادآوري:                                                                                                                                        موارد زيرين در ميان شكل هاي مختلف امكان پذير است. هلالي چاه آهن ربايي ( شكلي با كوچكترين ميدان آهن ربايي القايي در كانون پلاسما ) در فيزيك پلاسما ، شكل مفروضي كه توسط خط هاي نيروي ميدان آهن ربايي ، پلاسما را در چاه آهن ربايي حفظ مي كند ، يك هرم چهار وجهي ناميده مي شود .

آزمون بدون آسيب رساني - آزمون نامخرب:

هرگونه آزمون يا روش وارسي را گويند كه درگير آسيب رساني يا ويران سازي هدف زير آزمون نباشد. برخي از نمونه ها در اين مورد شامل : آزمون شار آهن ربايي، پرتو نگاري و آزمون فراصوتي است.

آزمون چاه  :

انجام آزمون در راستاي داير سازي پتاسيل توليدي چاه و تعيين آهنگ و ميزان بهينه حفاري است. اين آزمون در روند حفاري و پس از آن و همچنين به هنگام توليد (بهره برداري) نيز انجام مي گيرد.

آزمون ميله حفار - آزمون ساق حفار   :

آزموني است كه پس از حفاري چاه براي تعيين ميزان احتمالي جريان سيال و طبيعت آن از لايه ها يا سازند بارور (زيرزمين) انجام مي گيرد، سيال موجود در سازند در شرايط كنترل شده و كاهش فشار اعمال شده، وادار به جريان يافتن در لوله حفاري ميشود.

آسمان صاف - آسمان روشن   :

حالت آسمان است هنگاميكه بدون ابر ميباشد.

آشكار ساز آتش  :

دستگاهي است حساس و طوري طراحي شده است تا با نخستين نشانه آتش سوزي به روش صوتي اعلام خطر نمايد، سيستم آب پاش را روشن كند يا با ديدن نخستين نشانه آتش، برخي از دستگاههاي آتش نشاني را به كار اندازد، نمونه هايي از اين نوع دستگاهها عبارتند از :

اواپراتور:

يكي ديگر از اجزاي اصلي سيكل تبريد مي باشد كه مبرد مايع در آن بعد از گرفتن گرماي محيط بصورت بخار درمي آيد. در اين وسيله از كوييلي استفاده مي شود كه از چندين لوله رفت و برگشتي تشكيل شده كه در انتهاي هر رفت و برگشت خمي قرار دارد، كه مبرد در اين لوله ها  حركت رفت و برگشتي انجام مي دهد تا به انتهاي خروجي كوييل برسد.

ليست كتابهاي مفيد در كنكور كارشناسي ارشد رشته مهندسي مكانيك

ليست كتابهاي مفيد رشته مهندسي مكانيك

ارشمیدس

مقدمه

ارشمیدس دانشمند و ریاضیدان یونانی در سال 212 قبل از میلاد در شهر سیراکوز یونان چشم به جهان گشود و در جوانی برای آموختن دانش به اسکندریه رفت. بیشتر دوران زندگیش را در زادگاهش گذرانید و با فرمانروای این شهر دوستی نزدیک داشت. در اینجا سخن از معروفترین استحمامی است که یک انسان در تاریخ بشریت انجام داده است. در داستانها چنین آمده است که بیش از 2000 سال پیش در شهر سیراکوز پایتخت ایالت یونانی سیسیل آن زمان ارشمیدس مکانیک دان و ریاضیدان و مشاور دربار پادشاه یمرون یکی از معروفترین کشفهای خود را در خزینه حمام انحام داد

  کشفی در حمام

روزی که او در حمامی عمومی به داخل خزینه پا نهاد و در آن نشست و حین این کار بالا آمدن آب خزینه را مشاهده کرده ، ناگهان فکری به مغزش خطور کرد. او بلافاصله لنگی را به دور خود پیچید و با این شکل و شمایل به سمت خانه روان شد و مرتب فریاد می‌زد یافتم، یافتم. او چه چیزی را یافته بود؟ پادشاه به او مأموریت داده بود راز جواهر ساز خیانتکار دربار را کشف و او را رسوا کند. شاه هیرون بر کار جواهر ساز شک کرده بود و چنین می‌پنداشت که او بخشی از طلایی را که برای ساختن تاج شاهی به وی داده بود برای خود برداشته و باقی آن را با فلز نقره که بسیار ارزانتر بود مخلوط کرده و تاج را ساخته است.

هر چند ارشمیدس می‌دانست که فلزات گوناگون وزن مخصوص متفاوت دارند، ولی او تا آن لحظه اینطور فکر می‌کرد که مجبور است تاج شاهی را ذوب کند، آنرا به صورت شمش طلا قالب ریزی کند تا بتواند وزن آن را با شمش طلای نابی به همان اندازه مقایسه کند. اما در این روش تاج شاهی از بین می‌رفت، پس او مجبور بود راه دیگری برای این کار بیابد. در آن روز که در خزینه حمام نشسته بود دید که آب خزینه بالاتر آمد و بلافاصله تشخیص داد که بدن او میزان معینی از آب را در خزینه حمام پس زده و جابجا کرده است.

آزمایش و اثبات ناخالصی تاج شاهی (کشفی از رازهای طبیعت)

او با عجله و سراسیمه به خانه بازگشت و شروع به آزمایش عملی این یافته کرد. او چنین اندیشید که اجسام هم اندازه ، مقار آب یکسانی را جابجا می‌کنند، ولی اگر از نظر وزنی به موضوع نگاه کنیم یک شمش نیم کیلویی طلا کوچکتر از یک شمش نقره به همان وزن است (طلا تقریبا دو برابر نقره وزن دارد)، بنابراین باید مقدار کمتری آب را جابجا کند. این فرضیه ارشمیدس بود و آزمایشهای او این فرضیه را اثبات کرد. او برای این کار نیاز به یک ظرف آب و سه وزنه با وزنهای مساوی داشت که این سه وزنه عبارت بودند از تاج شاهی ، هم وزن آن طلای ناب و دوباره هم وزن آن نقره ناب.

او در آزمایش خود تشخیص داد که تاج شاهی میزان بیشتری آب را نسبت به شمش طلای هم وزنش پس می‌راند، ولی این میزان آب کمتر از میزان آبی است که شمش نقره هم وزن آن را جابجا می‌کند. به این ترتیب ثابت شد که تاج شاهی از طلای ناب و خالص ساخته نشده، بلکه جواهر ساز متقلب و خیانتکار آن را از مخلوطی از طلا و نقره ساخته است و به این ترتیب ارشمیدس یکی از چشمگیرترین رازهای طبیعت را کشف کرد. آن هم اینکه می‌توان وزن اجسام سخت را با کمک مقدار آبی که جابجا می‌کنند اندازه گیری کرد. این قانون (وزن مخصوص) را که امروزه به آن چگالی می‌گویند اصل ارشمیدس می‌نامند. حتی امروز هم هنوز پس از 23 قرن بسیاری از دانشمندان در محاسبات خود متکی به این اصل هستند.

ارشمیدس در رشته ریاضیات از ظرفیتهای هوشی بسیار والا و چشمگیری برخوردار بود. او منجنیقهای شگفت آوری برای دفاع از سرزمینهای خود اختراع کرد که بسیار سودمند افتاد. او توانست سطح و حجم جسمهایی مانند کره ، استوانه و مخروط را حساب کند و روش نوینی برای اندازه گیری در دانش ریاضی پدید آورد. همچنین بدست آوردن عدد نیز از کارهای گرانقدر وی است. او کتابهایی درباره خصوصیات و روشهای اندازه گیری اشکال و احجام هندسی از قبیل مخروط ، منحنی حلزونی و خط مارپیچ ، سهمی ، سطح کره «ماده غذایی» و استوانه نوشته ، علاوه بر آن او قوانینی درباره سطح شیب دار، پیچ ، اهرم و مرکز ثقل کشف کرد.

یکی از روشهای نوین ارشمیدس در ریاضیات بدست آوردن عدد بود، وی برای محاسبه عدد پی ، یعنی نسبت محیط دایره به قطر آن روشی بدست داد و ثابت کرد که عدد محصور مابین 7/1 3 و 71/10 3 است، گذشته از آن روشهای مختلف برای تعیین جذر تقریبی اعداد به دست داد و از مطالعه آنها معلوم می‌شود که وی قبل از ریاضیدانان هندی با کسرهای متصل یا مداوم متناوب آشنایی داشته است. در حساب روش غیر عملی و چند عملی یونانیان را که برای نمایش اعداد از علائم متفاوت استفاده می‌کردند، به کنار گذاشت و پیش خود دستگاه شمارشی اختراع کرد که به کمک آن ممکن بود هر عدد بزرگی را بنویسیم و بخوانیم.

دانش تعادل مایعات بوسیله ارشمیدس کشف شد و وی توانست قوانین آنرا برای تعیین وضع تعادل اجسام غوطه ور بکار برد. همچنین برای اولین بار برخی از اصول مکانیک را به وضوح و دقت بیان کرد و قوانین اهرم را کشف کرد.

ارشمیدس و دیگر دانشمندان دوران خود

ارشمیدس در مورد خودش گفته‌ای دارد که با وجود گذشت قرنها جاودان مانده و آن این است: «نقطه اتکایی به من بدهید، من زمین را از جا بلند خواهم کرد». عین همین اظهار به صورت دیگری در متون ادبی زبان یونانی از قول ارشمیدس نقل شده است، اما مفهوم در هر دو صورت یکی است. ارشمیدس هم چون عقاب گوشه گیر و منزوی بود، در جوانی به مصر مسافرت کرد و مدتی در شهر اسکندریه به تحصیل پرداخت و در این شهر دو دوست قدیمی یافت، یکی کونون (این شخص ریاضیدان قابلی بود که ارشمیدس چه از لحاظ فکری و چه از نظر شخصی برای وی احترام بسیار داشت) و دیگری اراتوستن که گر چه ریاضیدان لایقی بود، اما مردی سطحی به شمار می‌رفت که برای خویش احترام خارق العاده‌ای قائل بود.

ارشمیدس با کونون ارتباط و مکاتبه دائمی داشت و قسمت مهم و زیبایی از آثار خویش را در این نامه‌ها با او در میان گذاشت و بعدها که کونون در گذشت، ارشمیدس با دوستی که از شارگردان کونون بود مکاتبه می‌کرد. در سال 1906 ج.ل. هایبرگ مورخ دانشمند و متخصص تاریخ ریاضیات یونانی در شهر قسطنطنیه موفق به کشف مدرک با ارزشی شد.

این مدرک کتابی است به نام قضایای مکانیک و روش آنها که ارشمیدس برای دوست خود اراتوستن فرستاده بود. موضوع این کتاب مقایسه حجم یا سطح نامعلوم شکلی با احجام و سطوح معلوم اشکال دیگر است که بوسیله آن ارشمیدس موفق به تعیین نتیجه مطلوب می‌شد. این روش یکی از عناوین افتخار ارشمیدس است که ما را مجاز می‌دارد که وی را به مفهوم صاحب فکر جدید و امروزی بدانیم، زیرا وی همه چیز و هر چیزی را که استفاده از آن به نحوی ممکن بود بکار می‌برد تا بتواند به مسائلی که ذهن او را مشغول می‌داشتند حمله ور گردد.

دومین نکته‌ای که ما را مجاز می‌دارد که عنوان متجدد به ارشمیدس بدهیم روشهای محاسبه اوست. وی دو هزار سال قبل از اسحاق نیوتن و لایب نیتس موفق به اختراع حساب انتگرال شد و حتی در حل یکی از مسائل خویش نکته‌ای را بکار برد که می‌توان او را از پیش قدمان فکر ایجاد حساب دیفرانسیل دانست.

وداع با دنیا

زندگی ارشمیدس با آرامش کامل می‌گذشت، همچون زندگی هر ریاضیدان دیگری که تأمین کامل داشته باشد و بتواند همه ممکنات هوش و نبوغ خود را به مرحله اجرا در آورد. زمانی که رومیان در سال 212 قبل از میلاد شهر سیراکوز را به تصرف خود در آوردند، سردار رومی مارسلوس دستور داد که هیچ یک از سپاهیانش حق اذیت و آزار و توهین و ضرب و جرح این دانشمند و متفکر مشهور و بزرگ را ندارند، با این وجود ارشمیدس قربانی غلبه رومیان بر شهر سیراکوز شد. او بوسیله یک سرباز مست رومی به قتل رسید و این در حالی بود که در میدان بازار شهر در حال اندیشیدن به یک مسئله ریاضی بود، می‌گویند آخرین کلمات او این بود: دایره‌های مرا خراب نکن. به این ترتیب بود که زندگی ارشمیدس بزرگترین دانشمند تمام دورانها خاتمه پذیرفت، این ریاضیدان بی دفاع 75 ساله در 278 قبل از میلاد به جهان دیگر رفت.