کنترل هوشمند موتورخانه و سیستم هاي آن (اوتوماسیون موتورخانه)

آشنایی با نحوه عملکرد سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه

همانطور که می دانید مصرف انرژي از روندي رو به رشد برخوردار است. متاسفانه این روند افزایشی درتمامی بخش ها و قسمت هاي ساختمان به چشم می خورد. یکی از بخش هاي ساختمان که مصرف انرژي در آن بالاست موتورخانه می باشد. یک موتورخانه هوشمند از تعدادي ادوات الکتریکی و الکترومکانیکی که توانایی کنترل مشعل ها یا پمپ ها را دارد تشکیل شده است. قسمتهای اصلی این ادوات تشکیل شده است از:

1. سیستم کنترل مرکزي که یک مدار پیچیده الکترونیکی است. وظیفه این قسمت پردازش اطلاعات و کنترل مشعل یا مشعل ها و شیرها و پمپ هاي سیرکوله است.
2. سنسورها که قسمتی از مدار سیستم کنترل مرکزي هستند. این قسمت بیرون از دستگاه روي محلهاي مشخصی مثل دیگ و لوله ها و دیوار شمالی ساختمان (سردترین نقطه ساختمان) نصب می شوند. تا دما را اندازه گیري کنند.
3. شیرهاي برقی که در مسیر لوله هاي آب گرم قرار می گیرند تا کنترلی روي آب چرخنده در مسیر شوفاژها وجود داشته باشد.

اهمیت استفاده از سیستم کنترل هوشمند موتورخانه

در حال حاضر میزان درجه حرارت آب گرم چرخشی و آب گرم مصرفی در موتورخانه ها بصورت تنظیم درجه حرارت ترموستات دیگ و یا پمپهاي سیرکولاسیون انجام می گردد. و معمولاً براي تمام مدت بر روي یک عدد ثابت قرار دارد. تغییرات دماي هوا درطول روز موجب افزایش یا کاهش دماي داخل ساختمان می شود. که نتیجه آن انحراف دماي داخل ساختمان از محدوده آسایش و مصرف بیهوده سوخت و انرژي می باشد. همچنین در بسیاري از ساختمانهاي غیرمسکونی با کاربري اداري- عمومی- آموزشی- تجاري از فضاي ساختمان بصورت غیرپیوسته و تنها در بخشی از ساعات روز استفاده می گردد. و نیازي به کارکرد موتورخانه پس از اتمام ساعت کاري وجود ندارد.

مزیتهای استفاده از سیستم های اوتوماسیون موتورخانه:

روش فعلی تنظیم ترموستات دیگها و پمپهابه صورت دستی می باشد. و قابلیت اعمال خاموشی و یا کنترل تجهیزات در وضعیت آماده باش را ندارند. بنابراین با توجه به اینکه محدودیت کارآیی دقیق و محدودیت هاي کنترلی ترموستات هاي دستی وجود دارد. ضرورت استفاده از سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه اجتناب ناپذیر است. مزیت های استفاده از سیستمهای اتوماسیون موتور خانه به شرح ذیل می باشد:

• راهبري و کنترل صحیح تجهیزات موتورخانه شامل مشعل ها و پمپ ها
• بهینه سازي و جلوگیري از مصرف بیهوده سوخت و انرژي الکتریکی
• تثبیت محدوده آسایش حرارتی ساکنین ساختمان
• کاهش استهلاك تجهیزات و هزینه هاي مربوطه
• کاهش هزینه هاي سرویس- نگهداري تاسیسات حرارتی کاهش تولید و انتشار آلاینده هاي زیست محیطی

اصول بهینه سازي مصرف سوخت و انرژي

اصول بهینه سازي مصرف سوخت و انرژي توسط سیستمهاي کنترل هوشمند موتورخانه مبتنی بر کنترل گرمایش از مبداء و محل تولید انرژي حرارتی (موتورخانه) می باشد. این سیستم با دریافت اطلاعات از سنسورهاي حرارتی لحظه به لحظه اطلاعات حرارتی موقعیت هاي فوق را اندازه گیري می کند. و نیاز حرارتی ساختمان تا برقراري شرایط مطلوب در تابستان یا زمستان را به صورت هوشمند تشخیص می دهد. و تجهیزات حرارتی موتورخانه شامل مشعلها و پمپ هاي آب گرم چرخشی را راهبري می نماید. بدین صورت مصارف گرمایشی (گرمایش- آب گرم مصرفی) نیز متناسب با نوع کاربري ساختمان مسکونی یا غیرمسکونی (اداري- عمومی- آموزشی- تجاري) تامین و کنترل می شود.

منحنی حرارتی کنترل موتورخانه

هنگام استفاده از موتورخانه در ساختمانهاي مسکونی و یا غیرمسکونی و با در نظر گرفتن شرایط کارکرد زمستانی یا تابستانی و براي کنترل گرمایش، مشعل ها و پمپ ها توسط یک منحنی حرارتی کنترل می شوند. در این منحنی دماي آب گرم چرخشی در تأسیسات، تابعی از درجه حرارت محیط خارج ساختمان می باشد. و به صورت لحظه اي و خودکار متناسب با تغییرات دماي خارج ساختمان کنترل می شود. این امر باعث ایجاد دماي یکنواخت در داخل ساختمان می گردد. لذا هنگام گرم شدن دماي محیط خارج ساختمان مشعل ها و پمپ ها به اندازه اي کار می کنند. که گرمایش در حد مورد نیاز و در محدوده آسایش حرارتی تامین شود. و از تولید بیش از حد حرارت که موجب کلافگی و باز شدن پنجره ها به منظور تعدیل دماي اتاق ها می گردد جلوگیري می نماید.

تامین دماي آب گرم مصرفی

براي تامین دماي آب گرم مصرفی مطابق با شرایط مطلوب تعریف شده نیز تجهیزات موتورخانه به اندازه اي کار می کنند. که تنها دماي آب گرم مصرفی در ساعتهاي مورد نظر به حد تعریف شده و مطلوب برسد و نه بیشتر. در ساختمانهاي با کاربري غیرمسکونی نظیر ادارات، مدارس، مجتمع هاي تجاري و…نیز بدلیل غیرپیوسته بودن ساعت بهره برداري از ساختمان، سیستم کنترل هوشمند موتورخانه توسط یک تقویم زمانی پس از ساعت کاري و تا زمان پیش راه اندازي موتورخانه در صبح روز بعد، موتورخانه را کاملاً خاموش و یا در وضعیت آماده باش (کنترل دماي آب گرم چرخشی در یک دماي ثابت و پائین) قرار می دهد. ویژگیهاي منحصربفرد استفاده از سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه در مقایسه با سایر روش هاي بهینه سازي مصرف انرژي به شرح زیر می باشد:

مستقل بودن عملکرد سیستم از مساحت زیربناي ساختمان

با افـزایش مساحت زیربنـاي ساختمـان، مصرف سوخت و انرژي آن نیز به نسبت ساختمانهاي کوچکتر افزایش می یابد و موجب می شود تا اجراي روش هاي بهینه سازي مصرف انرژي در ساختمانهاي بزرگتر، پر هزینه تر شود.

بعنوان مثال درصورتیکه مساحت پنجره هاي هر ساختمان 15 %مساحت کل ساختمان در نظر گرفته شود در یک ساختمان با مساحت 000/10 متر مربع، مقدار و هزینه اجراي پنجره دو جداره 5 برابر مقدار و هزینه اجراي آن در یک ساختمان با مساحت 2000 متر مربع می باشد و به همین ترتیب براي اجراي روش هاي دیگري مانند : عایق حرارتی، عایق هاي حرارتی دیوار و کف و سقف، شیرهاي ترموستاتیک رادیاتور. برخلاف روش هاي فوق، سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه داراي ویژگی منحصربفرد و متمایز “مستقل بودن عملکرد از مساحت بناي ساختمان” می باشند. به عبارت دیگر در موتورخانه هر ساختمان، صرف نظر از مساحت آن، تنها با نصب یک دستگاه با هزینه اي ثابت و حداقل، موتورخانه هوشمند می گردد.

نسبت بین تعداد و ظرفیت حرارتی مشعلها و دیگهای تاسیسات حرارتی هر ساختمان

دلیل این ویژگی منحصربفرد در تعداد مشعل ها و دیگ هاي هر موتورخانه است. تعداد و ظرفیت حرارتی مشعل ها و دیگ هاي تاسیسات حرارتی هر ساختمان (مصرف کنندگان سوخت) با مساحت آن نسبت مستقیم دارد و همواره تعداد مشعل ها و ترکیب ظرفیت حرارتی آنها به نحوي است که علاوه بر تامین بار حرارتی مورد نیاز ساختمان، موجب افزایش هزینه هاي اجرایی نیز نگردند. طبق تحقیقات انجام شده در سطح موتورخانه هاي کشور در بیش از 99 %ساختمانهاي موجود تعداد دیگ ها و مشعل ها حداکثر 3 دستگاه می باشد. در ساختمانهاي کوچک با مساحت زیر 2000 مترمربع، ظرفیت حرارتی مشعل ها و دیگ ها پائین و در حدود h/kcal 150000- 100000می باشد و با افزایش مساحت ساختمان با ثابت ماندن تعداد دیگ و مشعل، ظرفیت حرارتی آنها افزایش می یابد و حتی به حدود h/kcal 1000000و یا بیشتر نیز می رسد.

عملکرد هر خروجی مشعل یا پمپ در سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه به شکلی است که بصورت سریال (سري) در مدار برق این تجهیزات قرار گرفته و صرف نظر از ظرفیت جریانی و آمپراژ آنها با فرمان OFF/ON در زمان هاي مقتضی آنها را کنترل می نماید. بنابراین با توجه به توضیحات فوق سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه با قابلیت کنترل تا 3 مشعل داراي ویژگی منحصربفرد مستقل بودن عملکرد از مساحت بناي ساختمان می گردند.

پیک زدایی مصرف سوخت در اوج سرما

اوج مصرف گاز در فصل سرما از ساعت 17 تا ساعات اولیه بامداد می باشد. این محدوده زمانی مقارن با غروب خورشید و کاهش دماي هوا و نیاز به افزایش فرآیند گرمایشی ساختمان می باشد (افزایش درجه حرارت بخاري هاي گاز سوز، افزایش درجه ترموستات دیگ در ساختمانهاي داراي موتورخانه مرکزي و یا افزایش تعداد رادیاتورهاي فعال در هر واحد ساختمانی). نکته قابل توجه دیگر، زمان پایان ساعت کاري ادارات، مجتمع هاي عمومی و تجاري و مدارس می باشد که دقیقاً همزمان با ساعت اوج مصرف گاز می باشد. این مهم در کنار قابلیت ویژه و منحصربفرد سیستم هاي کنترل هوشمند که توانایی خاموشی و یا اعمال دماي آماده باش مصرف موتورخانه ساختمانهاي غیر مسکونی پس از پایان ساعت کاري را دارند مفهوم ویژه اي را پدید می آورد.

پیک زدایی مصرف در اوج سرمااز مصرف گاز سالانه تاسیسات حرارتی هر ساختمان در حدود 20 %آن مربوط به فصل گرما (متوسط 7 ماه سال) و در حدود 80 %آن مربوط به فصل سرما (متوسط 5 ماه یا 150 روز در سال) می باشد. همچنین در بسیاري از ساختمانهاي اداري و مدارس، موتورخانه در تابستان خاموش و تنها در زمستان مورد بهره برداري قرار می گیرد.

میزان تاثیر استفاده از سیستمهای کنترل هوشمند بر صرفه جویی در میزان مصرف انرژی

بنابراین در این دسته از ساختمان ها عملاً 100 %صرفه جویی حاصل از عملکرد سیستمهاي کنترل هوشمند موتورخانه مربوط به فصل سرما خواهد بود. که طبیعتاً میزان اثر بخشی آن بر روي جبران پیک مصرف نیز بسیار محسوس و قابل تأمل می باشد.درحدود 80 %از حجم گاز صرفه جویی شده حاصل از عملکرد سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه در فصل سرما مربوط به خاموشی یا دماي آماده باش موتورخانه پس از پایان ساعت کاري ساختمانهاي غیرمسکونی و از ساعت 17 تا ساعت هاي اولیه بامداد می باشد.

همزمان با ساعت اوج مصرف گاز است. پیک هاي مصرف گاز در ساختمانهاي غیرمسکونی و اداري طی دو نوبت یکی صبح ها به هنگام شروع کار اداره است. و دیگري در هنگـام ظهر و موقع نماز و ناهار و استفاده از آب گرم مصرفی می باشد. که البته اثرات آن بر روي مصرف گاز شبکه ناچیـز می باشـد. ولی با این وجود در صورت استفاده از سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه با توجه به افزایش دماي هوا به هنگام ظهر و نیاز گرمایش کمتر در این مقطع زمانی نیز پیک زدایی صورت می پذیرد.

کنترل مستقیم و از مبداء تجهیزات حرارتی ساختمان

با اجراي روش هاي مختلف بهینه سازي در ساختمان هایی که داراي سیستم حرارت مرکزي می باشند، فرآیند صرفه جویی و کاهش مصرف سوخت نهایتاً منجر به تقلیل زمان کارکرد مشعل ها به دو صورت مستقیم و یا غیر مستقیم می گردد.

سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه بطور مستقیم علاوه بر کنترل زمان روشنی – خاموشی مشعل ها، پمپ هاي آب گرم چرخشی را نیز با منطقی هماهنگ و سازگار با برنامه کارکرد مشعل ها، متناسب با تغییرات دماي خارج ساختمان و شرایط مطلوب دماي آب گرم مصرفی کنترل می نماید. این ویژگی منحصربفرد (کنترل تجهیزات در مبداء) باعث می گردد تا دماي آب گرم چرخشی تنها به اندازه مورد نیاز و تا برقراري شروط مصارف گرمایشی افزایش یابد. در غیراینصورت همواره دماي آب گرم چرخشی در بالاترین حد خود بوده و با اجراي روش هاي بهینه سازي در محل مصرف می بایست از اتلاف آن جلوگیري نمود. علاوه بر آن کنترل مستقیم پمپ هاي آب گرم چرخشی به میزان قابل ملاحظه اي در مصرف انرژي الکتریکی، صرفه جویی شده و هزینه هاي استهلاك و سرویس – نگهداري نیزبه شدت کاهش می یابند.

بهینه سازي مضاعف مصرف سوخت در ساعت هاي تعطیلی ساختمانهاي غیرمسکونی

قابلیتهاي کنترلی سیستم هاي هوشمند موتورخانه موجب صرفه جویی در مصرف سوخت به دو صورت زیر می گردند:

الف- کنترل مصارف گرمایشی در زمان کارکرد و بهره برداري از موتورخانه

ب- امکان خاموشی و یا آماده باش موتورخانه در دمایی ثابت و پائین پس از ساعت کاري در ساختمانهاي غیرمسکونی.

ساختمان ها به لحاظ کاربري به دو دسته مسکونی و غیرمسکونی (اداري- آموزشی-عمومی- تجاري) تقسیم می شوند در ساختمانهاي مسکونی از موتورخانه بصورت پیوسته و دائم به منظور تامین مصارف گرمایشی استفاده می شود و صرفه جویی ناشی از عملکرد سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه در این دسته از ساختمان ها صرفاً به لحاظ اعمال تغییرات دماي خارج ساختمان و کنترل دماي آب گرم مصرفی می باشد و صرفه جویی در این ساختمان ها تا 20 %امکان پذیر است.

استفاده از سیستمهای کنترل هوشمند موتورخانه در مدارس و ادارات

درساختمان هاي غیرمسکونی مانند ادارات و مدارس بدلیل استفاده منقطع و غیرپیوسته از ساختمان امکان خاموشی و یا آماده باش موتورخانه پس ازساعت کاري نیزوجود دارد. بهره برداري ازاین پتانسیل تنها توسط سیستم هاي کنترل هوشمند امکان پذیر می باشد. بعنوان مثال در مدرسه اي که ساعت کاري آن از ساعت 7 صبح تا 16 عصر می باشد و جمعه ها نیز تعطیل است، تنها از محل خاموشی موتورخانه پس از ساعت کاري بیش از 55 %صرفه جویی حاصل می شود. و در صورتیکه صرفه جویی زمان کارکرد موتورخانه نیز به آن اضافه گردد این رقم صرفه جویی به حدود 65 %افزایش می یابد.در سایر روش هاي بهینه سازي، صرفه جویی در مصرف سوخت تنها درزمان کارکرد موتورخانه ممکن می باشد و قادر به استفاده از پتانسیل بالاي صرفه جویی زمان تعطیلی در ساختمانهاي غیرمسکونی نمی باشند.

صرفه جویی هوشمنـد در پیش راه انـدازي و تسـریع در خـاموشی (یا دمـاي آماده باش) موتورخانه ساختمانهاي غیرمسکونی

یکی دیگراز پتانسیل هاي قابل ملاحظه صرفه جویی در مصرف سوخت ساختمانهاي اداري- آموزشی، استفاده از قابلیت هاي هوشمند پیش راه اندازي و تسریع در خاموشی یا آماده باش سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه در ساختمانهاي غیرمسکونی می باشد.

با توجه به اطلاعات ارسالی از سنسور حرارتی که در ضلع شمالی ساختمان نصب شده است، سیستم هاي کنترل هوشمند قادر می باشند طبق برنامه جدول زمانی و متناسب با سردي هواي خارج ساختمان موتورخانه ها را از چندین ساعت زودتر از ساعت شروع به کار ساختمان روشن و یا از دماي آماده باش به شرایط تابع حرارتی برسانند. همچنین با توجه به دماي هواي خارج ساختمان و در ساعات انتهایی کار ساختمان، تا 1 ساعت زودتر موتورخانه را خاموش و یا به دماي آماده باش می برند که موجب صرفه جویی هوشمند در مصرف سوخت می گردد.

دوره موثر صرفه جویی و بهینه سازي مصرف سوخت (12 ماه سال)

سیستم هاي کنترل هوشمند بر خلاف سایر روش هاي بهینه سازي (به استثناء عایق کاري موتورخانه و سیستم هاي لوله کشی) که تنها در دوره سرما و پنج یا شش ماه سال قادر به صرفه جویی و بهینه سازي مصرف سوخت ساختمان می باشند، بدلیل کنترل دماي آب گرم مصرفی با دو دماي حداقل و حداکثر در طی شبانه روز در تابستان ها نیز به میزان قابل ملاحظه اي مصرف سوخت را کاهش می دهند و بدین ترتیب بصورت لحظه اي در 12 ماه سال فعال میباشند.

زمان مناسب نصب و بهره برداري از سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه

مدت زمان نصب و راه اندازي سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه یا همان اتوماسیون موتورخانه بسیار کوتاه است. و بطور متوسط در حدود 3 ساعت می باشد. که بدون انجام هیچگونه تغییرات مکانیکی در موتورخانه انجام می گردد. به همین علت این روش در هر زمان از سال قابل اجرا می باشد. و هیچگونه وقفه اي در تامین مصارف گرمایشی ساختمان بوجود نمی آورد. در دیگر روش هاي بهینه سازي این فاکتور عامل محدودکننده اي براي زمان اجراي پروژه می باشد. به عنوان مثال پنجره هاي دو جداره را نمی توان در فصل سرما و در ساختمان هایی که از آن بهره برداري شده است. اجرا نموده یا تعویض شیرهاي ترموستاتیک رادیاتور با شیرهاي قدیمی در زمستان موجب اختلال چند روزه در گرمایش ساختمان می گردد.

تثبیت محدوده آسایش حرارتی در ساختمان:

در صورت استفاده از سیستم هاي کنترل هوشمند موتورخانه بدلیل لحاظ نمودن تغییرات دماي خارج ساختمان بر فرآیند کنترل دماي آب گرم چرخشی دماي داخل ساختمان با دامنه نوسانات محدودي کنترل شده و موجب تثبیت نسبی آسایش حرارتی ساکنین می گردد. البته این ویژگی بصورت دقیق تر در شیرهاي ترموستاتیک رادیاتور نیز وجود دارد.

دوست عزیز شما می توانید خدمات هوشمند سازی ساختمان را در سراسر ایران از طریق این لینک دنبال فرمایید.