کنترل اتوماتیک در تهویه مطبوع

ماخذ: نشریات شرکت TRANE

مقدمه

طراحی نصب و عملکرد صحیح یک سیستم کنترل عاملی بسیار مهم و تعیین کننده در دستیابی به کیفیت کاری مطلوب سیستم های تهویه مطبوع است. سیستم های کنترل خودکار به طور کلی می توانند:

• نیازهای آسایشی ساکنان را برآورده سازند؛
• بهره وری ساکنان را افزایش دهند،
• مصرف انرژی سیستم را به حداقل برسانند؛
• با سایر سیستم های موجود در ساختمان به طور مؤثری تعامل داشته باشند. به منظور ساده سازی این بحث کنترل خودکار سیستم های تهویه مطبوع، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده به سه سطح یا مرحله تقسیم میشود. پایه این هرم کنترل های سطح واحدها (Unit-Level Control) است که در تک تک تجهیزات تهویه مطبوع وجود دارند. در این سطح غالباً کنترل کننده های مجزا برای هر یک از تجهیزات به کار برده میشوند.

پله بعدی هرم کنترل سطح سیستمی (System-Level Control) است. شاید این سؤال را از خود بپرسید که اگر تک تک تجهیزات تهویه مطبوع دارای کنترل کننده هستند دیگر چه نیازی به کنترل کننده ای در سطح سیستم است؟

این سؤال را با یک تشبیه پاسخ میدهیم؛ کنترلهای سطح واحدها را به صورت اعضای یک ارکستر تصور کنید که در این حالت کنترل کننده سطح سیستمی رهبر ارکستر خواهد بود. پله دوم هرم ارائه کننده کنترل هوشمند و هماهنگ است تا تجهیزات مجزا و جدا از هم بتوانند به صورت سیستمی منسجم کار کنند. نمونه هایی از کنترل هماهنگ سطح سیستمی در ادامه این مقالات ارائه خواهند شد. معمولاً برای دستیابی به چنین سامانه ای باید کنترل کننده های سطح واحدها را به کنترل کننده مرکزی سطح سیستم متصل نمود. البته در بعضی موارد که سیستم ها ساده ترند می توان قابلیت ها و کارکردهای کنترل سطح سیستمی را از همان سخت افزار استفاده شده برای کنترل سطح واحدها دریافت کرد و بدین ترتیب نیاز به سخت افزارهای جداگانه برای کنترل سطح سیستمی از میان برداشته میشود دو پله پایینی هرم میتوانند با همدیگر سیستم تهویه مطبوع کارآمدی بسازند. اما باید توجه داشت که اپراتورها مایلند سیستم را به طور مرتب تحت نظارت داشته و آلارم ها هشدار و پیغام های عیب یابی را در مکانی مرکزی دریافت کرده و سیستم تهویه مطبوع را با سایر سیستم های موجود در ساختمان یکپارچه کنند. اینها در واقع اعمال اصلی بالاترین پله هرم یعنی کنترل سطح مدیریت ساختمان (Building Management-Level) میباشد. این سطح کنترلی در بخش های بعدی مورد بررسی دقیق تر قرار خواهد گرفت.

مزایای کنترل سطح واحدها

• کنترل خودکفا
• مکانیسم های ایمنی آلارم ها و عیب یابی
• نصب، تست و پیاده سازی در کارخانه

هدف و تأکید اصلی این سلسله مقالات بر استفاده از سخت افزارهای مجزا برای ارائه کنترل های سطح واحد و سطح سیستمی است. این نوع ساختار توزیع یافته مزایای بسیاری در بر دارد. اولین مزیت این است که هر یک از اجزای سیستم تهویه مطبوع دارای کنترل های خودکفا و مستقل خواهند بود. این امر به بالا رفتن اتکا پذیری سیستم می انجامد چون که کنترل کننده سطح واحدها می تواند در صورت قطع ارتباط با کنترل سطح سیستمی نیز وسیله تهویه مطبوع را کنترل و محافظت نماید.

دومین مزیت آسانی و به صرفه بودن ارائه مکانیسم های ایمنی آلارم ها و عیب یابی در درون سیستم است.
مکانیسم های ایمنی سیستم تهویه مطبوع را در برابر خرابی های مکانیکی و الکتریکی ناشی از نوسان توان ورودی محافظت می کنند. مکانیسم های آلارم و عیب یابی در تشخیص مشکلات تجهیزات با کنترل کننده
مفید بوده و حتی می توانند قبل از وقوع مشکلات اپراتورها را مطلع سازند.
مکانیسم های ایمنی آلارم و هشدار و عیب یابی با ورود ریز پردازنده ها به صنعت تأسیسات و تهویه مطبوع با هزینه بسیار کمتری امکان عینیت یافته و به همین دلیل برای اپراتورها و پرسنل نگهداری سیستم های تهویه مطبوع ارزشمند تر شده اند.
سومین مزیت این ساختار توزیع و بسط یافته این است که کنترل های واحدها را میتوان در کارخانه نصب تست و پیاده سازی نمود نتیجه این امر راه اندازی و پیاده سازی سریع تر سیستم های تهویه مطبوع و زیر سیستم های آنها در پروژه ها می باشد.

کنترل سطح واحدها

مهم ترین کارکرد کنترل کننده های سطح واحدها کنترل و محافظت از تجهیزات تهویه مطبوع است. این کنترل کننده ها قادرند در صورت قطع ارتباط با کنترل کننده مرتبه بالاتر یعنی کنترل کننده سطح سیستمی وظایف خود را انجام دهند. هواسازها، فن کویل ها چیلرها، سیستمهای تهویه مطبوع پکیج پشت بامی پمپهای گرمایی با منشأ آبی و ترمینال های حجم متغير هوا (VA) تنها چند نمونه از تجهیزاتی هستند که به طور معمول به کنترل کننده های سطح واحدها مجهز میشوند.

حلقه های کنترلی

حلقه کنترل دمای خروجی کنترل سطح واحد برای یک وسیله تهویه مطبوع معمولاً شامل به کارگیری چندین حلقه کنترلی است. برای تشریح این موضوع همان مثال کویل سرمایشی ابتدای این سلسله مقالات را به یاد آورید که درون یک هواساز حجم متغیر هوا (VAV) نصب شده است. این هواساز میتواند حجم متغیری از هوای دما ثابت را به سیستم کانال رفت سرازیر کند. اولین حلقه کنترل دمای مطلوب هوای خروجی از هواساز را تثبیت میکند.

یک سنسور دمای هوای خارج شونده از هواساز را اندازه گیری کرده و کنترل کننده این مقدار را با نقطه تنظیم مورد نظر کاربر مقایسه میکند. سپس بر همین اساس سیگنالی به شیر کنترل ارسال کرده و جریان آب سرد گذرنده از درون کویل را برای دستیابی به دمای مطلوب در نقطه تنظیم تعدیل می نماید.

حلقه کنترل تهویه

در این مثال هواساز VAV علاوه بر کنترل دمای هوای خروجی باید از ورود میزان کافی هوای تازه به درون ساختمان به منظور تهویه نیز اطمینان حاصل کند. این عمل در هواسازی که حجم هوای ثابتی را تحویل میدهد معمولاً با باز کردن دمپر هوای خارج به اندازه ای از پیش تعیین شده در هنگام حضور ساکنان در ساختمان انجام
می شود. در نتیجه وقتی که دمپر در این موقعیت حداقل قرار میگیرد درصد مشخصی از هوای خارج وارد هواساز شده و بنابراین میزان ثابتی از هوای خارج به داخل ساختمان آورده خواهد شد. اما در هواسازهای VAV نرخ جریان مونیتورینگ نرخ جریان هوا و یا دمپرهای هوای خارج که جریان را اندازه گیری میکنند بهره می برند. دومین حلقه کنترلی.

شامل یک دمپر سنجشگر جریان است که میزان هوای خارج وارد شونده به هواساز را اندازه می گیرد. کنترل کننده این نرخ جریان را با مقدار مطلوب هوای خارج مقایسه میکند و سپس دمپر را تنظیم نموده و آن را در موقعیت مناسب قرار میدهد.
حلقه کنترل اکونومایزر : استفاده از اکونومایزرهای سمت هوا راهکار کنترلی مرسوم و رایجی برای صرفه جویی در مصرف انرژی است. در این شیوه تا حد امکان از هوای خارج به عنوان منبع سرمایش آزاد استفاده میشود. دستگاه هواساز هنگامی که هوای خارج به اندازه کافی خنک است به حالت اکونومایزر سوئیچ کرده و موقعیت دمپرهای هوای خارج و برگشت را به گونه ای تعدیل و تنظیم می کند که هوای خنک خارج تا جایی که امکان داره بار سرمایی سیستم را برعهده بگیرد. تصمیم سوئیچ کردن به حالت اکونومایزر بسته به شرایط هوای خارج و احتمالاً هوای برگشت بازچرخش شده به طور خودکار انجام می شود. البته حالت اکونومایزر در هواسازهای VAV می تواند به روش های مختلفی فعال شود.

یک روش بسیار مرسوم که با عنوان کنترل حباب خشک (Dry Bulb Control) نامیده میشود زمانی اکونومایزر را فعال می سازد که دمای حباب خشک هوای خارج از نقطه خاصی پایین تر بیاید. روش دیگر که کنترل مقایسه ای انتالپی(Comparative Enthalpy Control) نام دارد زمانی اکونومایزر را فعال می سازد که انتالپی هوای خارج پایین تر از انتالپی هوای برگشت باشد.

سومین حلقه کنترلی در هواساز VAV از شیوه کنترل حباب خشک برای فعال سازی اکونومایزر بهره میبرد یک سنسور دمای حباب خشک هوای خارج را اندازه می گیرد و کنترل کننده این دما را با نقطه فعال شدن اکونومایزر مقایسه میکند. زمانی که دمای خارج به زیر این نقطه افت میکند دمپر هوای خارج باز و دمپر هوای برگشت بسته می شود. چنانچه دمای حباب خشک خارج بالاتر از نقطه تنظیم دمای هوای خروجی از هواساز باشد کویل سرمایشی فعال میماند تا باقیمانده سرمایش را انجام دهد.
هنگامی که دمای حباب خشک هوای خارج به پایین تر از نقطه تنظیم دمای هوای خروجی افت کند، ادامه ورود ۱۰۰ درصد هوای خارج مستلزم گرمایش هوا خواهد بود در این نقطه دمپرهای هوای خارج و هوای برگشت به گونه ای تعدیل میشوند که اختلاط دو جریان هوای خارج و برگشت از سرد شدن بیش از حد هوای مخلوط جلوگیری کند.
ادامه دارد…

منبع: مجله صنعت تاسیسات شماره 55

اگر شما هم مشتاق یادگیری تخصصی و حرفه ای دوره های تاسیسات مکانیکی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید در دوره آموزشی اصول طراحی تاسیسات مکانیکی ساختمانی، بیمارستانی و صنعتی در آکادمی کاشانه شرکت کنید.

همچنین میتوانید فیلم آموزشی مهندسی تهویه و تهویه مطبوع را به صورت تخصصی تهیه کنید.