تابلوی کنترل و فرمان اتوماتیک برای تجهیزات موتورخانه

در چند دهه اخیر جهان به ارزش انرژی پی برده و در جهت کاهش استفاده از آن قدم های موثری برداشته است. هزینه های هنگفت تحقیقات جهانی برای کاهش مصرف انرژی و دست یابی به جایگزین های انرژی فسیلی موید اهمیت استفاده بهینه از انرژی است. اخیرا در ایران نیز با باور به این که سوخت های فسیلی روزی به پایان خواهند رسید اقداماتی در جهت کاهش مصرف انرژی صورت گرفته است که از میان آنها میتوان به اجباری کردن استفاده از پنجره با شیشه دوجداره در ساختمان های جدیدالحداث به منظور کاهش تلفات حرارتی و برودتی ساختمان اشاره کرد. در همین راستا مطالعاتی نیز در حال انجام است تا بتوان با استفاده عایق های حرارتی مناسب تلفات انژی از دیوار های خارجی و بام ساختمان ها را کاهش داد.

ظرفیت تجهیزات تاسیساتی و به تبع آن مشخصات الکروپمپ های سیستم های حرارتی و برودتی ساختمان بر اساس حداقل و حداکثر نسبی دمای طرح خارج تعیین میگردند ولی دمای محیط خارج در ول ساعات شبانه روز روز های هر ماه و ماه های هر فصل نسبت به دمای طراحی متفاوت و متغیر است. سازندگان تجهیزات تاسیساتی برای کنترل توان خروجی مورد نیاز دستگاه های خود از لوازم کنتل و اندازه گیری خاص استفاده میکنند و تجهیزات کنترلی لازم برای عبور مقادیر سیال حرارتی و برودتی مورد نیاز از دستگاه ها و واحد های گرمایشی و سرمایشی فضا های مختلف ساختمان جهت کنترل دما های طراحی توسط مهندسین پیش بینی میگردند.

درحال حاضر حتی در موتورخانه های بزرگ و پیشرفته از بین تاسیسات موتورخانه الکتروپمپ ها وسائلی هستند که معمولا راه اندازی آنها توسط اپراتور و به صورت دستی انجام میگیرد. از آن جمله میتوان در سیستم تهویه مطبوع به الکتروپمپ های سیرکولاسیون مدار آب سرد و گرم فن کویل ها و هواساز ها الکتروپمپ های سیرکولاسیون مدار آب برج های خنک کن و همچنین در سیستم حرارت مرکزی به الکتروپمپ های سیرکولاسیون رادیاتور ها و کویل گرمایی هواساز ها اشاره نمود. راه اندازی دستی تجهیزات مذکور موجب میشود تا هیچگونه کنترلی بر عبور مقدار سیال مورد نیاز به منظور کنترل دمای سیال های تاسیساتی در ورودی و خروجی تجهیزات موتورخانه و لوله های رفت و برگشت ساختمان وجود نداشته باشد.

بیشتر بودن مقدار سیال عبوری از تجهیزات و لوله های رفت و برگشت ساختمان نسبت به مقدار مورد نیاز باعث میشود تا اختلاف دمای سیال بر اساس طرح به دست نیاید و یا کمتر بودن مقدار سیال عبوری موجب میگردد تا اختلاف دمای سیال بیشتر از اختلاف دمای طراحی شود. تغییر دمای طرح محیط خارج نیز موجب میشود تا تلفات حرارتی و برودتی ساختمان در طول ساعات شبانه روز تغییر کنند.

به لحاظ ثابت بودن مشخصات هر یک از دستگاه ها و نقطه کار ثابت هر یک از الکتروپمپ های سیستم باید بتوان برای کنترل دمای خروجی دستگاه ها مقادیر سیال عبوری از آنها را متناسب با نیاز کنترل نمود. برای حصول به این مقصود مهندسین طراح اغلب از شیر های سه راهه موتوری استفاده میکنند. در شیر های سه راهه سیال مازاد بر نیاز بدون گذر از دستگاه از مسیر شیر سه راهه عبور میکند که این یکی از نکات منفی تاسیساتی از نر تلفات انرژی است زیرا سیال عبوری از مسیر بای پس هیچگونه نقشی در عملکرد دتگاه ندارد. در این شرایط شاید در نگاه اول تلفات انرژی قابل صرف نظر کردن به نظر برسد ولی با تامل بیشتر ملاحظه میشود که این تلفات قابل توجه اند از جمله:

1. انرژی الکتریکی مازاد بر مصرف برای سیرکلاسیون غیر مفید سیال عبوری از مسیر بای پس
2. تلفات حرارتی یا برودتی بیشتر سیال نسبت به مقدار سیال عبوری مورد نیاز از دستگاه در مسیر لوله کشی
3. استهلاک بیشتر شیر آلات و لوله کشی به دلیل بالا بودن اصطکاک سیال عبوری نسبت به مقدار سیال مورد نیاز
4. استهلاک بیشتر الکتروپمپ ها به دلیل کار دائم آنها و پمپاژ مقادیر سیال بیشتر نسبت به مقدار مورد نیاز

در سیستم های تهویه مطبوع الکتروپمپ های سیرکلاسیون به صورت دستی راه اندازی میشوند و کنترل دمای هوای فضا های مجهز به فن کویل با توموستات اتاقی دو منظوره انجام میگیرد. در این سیستم نیز کنترلی بر مقدار سیال عبوری وجود ندارد و گذر آب در فن کویل حتی پس از خاموش شدن فن آن با فرمان ترموستات اتاقی موجب تغییر دمای هوای داخل خواهد شد. بیشتر بودن مقدار سیال عبوری نسبت به مقدار مورد نیاز موجب میشود تا سیال در زمان عبور از واحد های اتاقی فرصت کافی برای تبادل حرارت با هوای فضای مورد نظر را نداشته باشد و اختلاف دمای سیال در لوله رفت و برگشت کمتر از اختلاف دمای طرح باشد. کمتر بودن مقدار سیال عبوری نسبت به مقدار مورد نیاز نیز به دلیل بالا رفتن زمان ماند سیال در واحد های اتاقی موجب افزایش اختلاف دمای سیال ورودی و خروجی میگردد.

در تجهیزات موتورخانه نیز کنترل دمای سیال ها در ورود به تجهیزات و خروج از آنها از نقطه نظر کاهش مصرف انرژی و کنترل عملکرد صحیح آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از این موارد مقدار کندانسور چیلر ها به خصوص چیلر های جذبی است در مناطقی که اختلاف دمای محیطی خارج در طول شبانه روز زیاد باشد درصورت عدم کنترل دمای آب برج خنک کن این اختلاف دما موجب کریستالیزه شدن محلول لیتیم بروماید خواهد شد.

عدم کنترل دمای آب برج خنک کن در چیلر کمپرسوری نیز منجر به کاهش راندمان آن میگردد.

به منظور کنترل دمای آب برج خنک کن در حالی که الکترپمپ های مدار سیرکلاسیون برج خنک کن به صورت دستی روشن است از شیر های سه راهه موتوری برای کنترل دمای آب ورودی به کندانسور استفاده میشود. در این شرایط نیز به دلیل روشن بودن دستی الکتروپمپ ها و برگشت بخشی از سیال از مسیر بای پس شیر های موتوری تلفات انرژی وجود دارد.

حال این سوال پیش می آید که برای کنترل مقدار سیال عبوری از تجهیزات به منظور ثابت نگه داشتن دماهای طراحی در شرایط متفاوت دمای محیط خارج بدون استفاده از شیر های کنترل سه راهه موتوری و شابه آن چه باید کرد و چگونه؟

جواب ساده است کنترل مقدار سیال به واسطه تعداد و دور الکتروموتور های روشن هر یک از سیستم ها. برای رسیدن به این مقصود اوین گام ساخت دستگاهی است که بتواند دور الکتروموتور های معمول را که با برق شهر کار میکنند تغییر دهد. در چند دهه اخیر با پیشرفت صنایع مختلف در جهان نعت برق و الکترونیک نیز از جایگاه ویژه ای برخوردار شده و پیشرفت های چشمگیری نموده است. یکی از این پشرفت ها ساخت اینورتر است.

اینورتر دستگاهی است که به وسیله آن میتوان فرکانس برق شهر و به تبع آن دور الکتروموتور را تغییر داد. حال اگر بتوان این فرکانس را کنترل و به عنوان نیروی محرک الکتروموتورها مورد استفاده قرار داد میتوان الکتروموتورها مورد استفاده قرار داد میتوان الکتروپمپ دور متغیری ساخت که مقدار سیال خروجی از آن متناسب با تغییر دور الکتروموتور تغییر کند. بدیهی است عامل کنترل کننده فرکانس در سیستم های حرارتی دما بوده و چنین سنسوری ترانسمیتر حرارتی است.

در سال های اخیر در ایران معدود شرکت هایی موفق به ساخت تابلو های کنترل و فرمان دور متغیر شده اند. بارزترین آنها تابلو کنترل و فرمان دور متغیری است که فقط با استفاده از یک اینورتر کار مجموعه الکتروپمپ های هر سیستم را کنترل میکند. در این تابلو به منظور کنترل کار الکتروپمپ های هر سیستم از یک برد کنترل و فرمان میکروپروسسوری هوشمند برای کار نوبتی الکتروپمپ ها یک جفت کنتاکتور برای هر الکتروپمپ بی متال و سایر تجهیزات تابلویی لازم استفاده شده است.

درصورتی که اولین الکتروپمپ که در مدار برق اینورتر قرار دارد با افزایش فرکانس ناشی از تغییر دمای سیال نسبت به دمای تنظیم شده به فرکانس برق شهر رسید کار خود را با جابه جایی دو کنتاکتور با برق شهر ادامه خواهد داد و اینورتر برای افزایش سیال مورد نیاز از طریق مدار کنتاکتور مربوط به الکتروپمپ شماره2 موجب روشن شدن و رسیدن فرکانس آن به فرکانس مورد نیاز خواهد گردید. این عمل در صورت لزوم تا آخرین پمپ هر سیستم ادامه خواهد یافت.

درصورتی که نیاز به سیال کم شود فرکانس اینورتر و دور الکتروموتور کاهش می یابد تا جایی که الکتروپمپی که از طریق مدار آن تغذیه میشود خاموش گردد. درصورت نیاز به کاهش بیشتر سیال این عمل به ترتیب برای سایر الکتروپمپ های روشن نیز تکرار میشود. تابلو های کنترل دور متغیر میتوانند جهت تنظیم مقدار سیال عبوری سیستم های مختلف برای کنترل و فرمان الکتروپمپ های سیرکولاسیون مورد استفاده قرار گیرند که از آن جمله میتوان به سیستم های زیر اشاره نمود:

1. کنترل مقدار سیال عبوری از مدار سیرکلاسیون فن کویل های سیستم تهویه مطبوع و مدار سیرکولاسیون رادیاتور های سیستم حرارت مرکزی برای کنترل دمای برگشت سیال به موتورخانه
2. کنترل مقدار سیال عبوری از مدار سیرکلاسیون برج خنک کن برای کنترل دمای سیال در خروج از کندانسور چیلر
3. کنترل دور الکتروموتور فن رج خنک کن برای کاهش دمای آب تشت به منظور کنترل دمای آب ورودی به کندانسور چیلر
4. کنترل مقدار سیال عبوری از کویل هواساز ها در صورتی که الکتروپمپ مستقل داشته باشد
5. کنترل مقدار سیال عبوری از مدار گرم کننده منابع کویلی جهت ثابت نگه داشتن دمای آب درون منابع

علاوه بر موارد مذکور تابلوی کنترل و فرمان دور متغیر را میتوان برای کنترل و فرمان کاهش پارکینگ ها با استفاده از سنسور آلودگی و در محیط های با رطوبت نسبی بالا برای تخلیه هوا با سنسور رطوبت و به طور کلی برای کنترل و فرمان الکتروموتور های کوپله شده با انواع تجهیزات مکانیکی مورد استفاده قرار داد.

مزایای تابلو های کنترل دور متغیر

تابلو های کنترل و فرمان دور متغیر علاوه بر مزایایی که در جایگزینی با شیر های سه راهه موتوری به آنها اشاره شد دارای مزایای زیر میاشند:

1. به عنوان تابلو های کنترل و فرمان الکتروپمپ های سیستم مورد استفاده قرار میگیرند.
2. با تغییر دور الکتروپمپ های سیستم های مختلف و کنترل دمای سیال موجب ثابت نگه داشتن دما های طراحی میگردند.
3. با تنظیم مقدار سیال عبوری از سیستم تلفات حرارتی و برودتی به حداقل میرسد.
4. هزینه های برق مصرفی و سرویس و نگهداری سیستم کاهش می یابد.
5. برای کنترل سیستم ها نیازی به استفاده از شیر های کنترل سه راهه نیست.
6. برای راهبری سیستم ها میتوان از افراد با تخصص پایین تر استفاده نمود.

نویسنده: مهندس رضا اتفاقی اسکویی

منبع: مجله صنعت تاسیسات شماره 59

اگر شما هم مشتاق یادگیری تخصصی و حرفه ای دوره های تاسیسات مکانیکی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید در دوره آموزشی طراحی موتورخانه و انتخاب تجهیزات شرکت کنید و یا فیلم آموزشی طراحی موتورخانه و انتخاب تجهیزات را از آکادمی کاشانه تهیه کنید.