تاسیسات گرمایشی
۱٫ مقدمه :
در حال حاضر میزان درجه حرارت آب گرم چرخشی و آب گرم مصرفی در موتورخانه ها بصورت دستی و تمام تنظیم درجه حرارت ترموستات دیگ و یا پمپهای سیرکولاسیون انجام می گردد و معمولاً برای تمام مدت بر روی یک عدد ثابت قرار دارد.

تغییرات دمای هوا درطول روز موجب افزایش یا کاهش دمای داخل ساختمان شده که نتیجه آن انحراف دمای داخل ساختمان از محدوده آسایش و مصرف بیهوده سوخت و انرژی می باشد. همچنین در بسیاری از ساختمانهای غیرمسکونی با کاربری اداری- عمومی- آموزشی- تجاری که از فضای ساختمان بصورت غیرپیوسته و تنها در بخشی از ساعات روز استفاده می گردد و نیازی به کارکرد موتورخانه پس از اتمام ساعت کاری وجود ندارد.

روش فعلی تنظیم دستی ترموستات دیگها و پمپها، قابلیت اعمال خاموشی و یا کنترل تجهیزات در وضعیت آماده باش را ندارند. بنابراین با توجه به عدم کارآیی دقیق و محدودیتهای کنترلی ترموستاتهای دستی، ضرورت استفاده از سیستم های کنترل هوشمند موتورخانه به منظور :

راهبری و کنترل صحیح تجهیزات موتورخانه شامل مشعلها و پمپها بهینه سازی و جلوگیری از مصرف بیهوده سوخت و انرژی الکتریکی تثبیت محدوده آسایش حرارتی ساکنین ساختمان کاهش استهلاک تجهیزات و هزینه های مربوطه کاهش هزینه های سرویس- نگهداری تاسیسات حرارتی
کاهش تولید و انتشار آلاینده های زیست محیطی آشکار می گردد.

اصول بهینه سازی مصرف سوخت و انرژی توسط سیستمهای کنترل هوشمند موتوخانه مبتنی بر کنترل گرمایش از مبداء و محل تولید انرژی حرارتی (موتورخانه) می باشد. این سیستم با دریافت اطلاعات از سنسورهای حرارتی که در محلهای زیر نصب می گردند :

ضلع شمالی ساختمان جهت اندازه گیری دمای سایه (حداقل دمای محیط خارج ساختمان)

کلکتور آب گرم چرخشی
خروجی منبع آب گرم مصرفی

لحظه به لحظه اطلاعات حرارتی موقعیتهای فوق را اندازه گیری و با تشخیص هوشمند نیاز حرارتی ساختمان تا برقراری شرایط مطلوب در تابستان یا زمستان تجهیزات حرارتی موتورخانه شامل مشعلها و پمپهای آب گرم چرخشی را راهبری می نماید.

بدین صورت مصارف گرمایشی (گرمایش- آب گرم مصرفی) نیز متناسب با نوع کاربری ساختمان مسکونی یا غیرمسکونی (اداری- عمومی- آموزشی- تجاری) تامین و کنترل می شود. صرفه جویی مصرف انرژی حاصل از عملکرد سیستم به دو دسته تقسیم می شوند :

کنترل مصارف گرمایشی درزمان استفاده از ساختمان (مسکونی و غیرمسکونی)

خاموشی یا آماده باش موتورخانه پس از ساعت کاری ساختمان های غیرمسکونی (در ساختمانهای اداری-آموزشی- عمومی- تجاری)

هنگام استفاده از موتورخانه در ساختمانهای مسکونی و یا غیرمسکونی و با در نظر گرفتن شرایط کارکرد زمستانی تابستانی و برای کنترل گرمایش، مشعلها و پمپها توسط یک منحنی حرارتی کنترل می شوند. در این منحنی دمای آب گرم چرخشی در تاسیسات،

تابعی از درجه حرارت محیط خارج ساختمان می باشد و به صورت لحظه ای و خودکار متناسب با تغییرات دمای خارج ساختمان کنترل می شود و باعث ایجاد دمای یکنواخت در داخل ساختمان می گردد.

بدین صورت هنگام گرم شدن دمای محیط خارج ساختمان مشعلها و پمپها به اندازه ای 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 بمنظور تعدیل دمای اتاقها می گردد جلوگیری می نماید.

برای تامین دمای آب گرم مصرفی مطابق با شرایط مطلوب تعریف شده نیز تجهیزات موتورخانه به اندازه ای کار می کنند که تنها دمای آب گرم مصرفی در ساعتهای مورد نظر به حد تعریف شده و مطلوب برسد و نه بیشتر.

در ساختمانهای با کاربری غیرمسکونی نظیر ادارات، مدارس، مجتمع های تجاری و … نیز بدلیل غیرپیوسته بودن ساعت بهره برداری از ساختمان، سیستم کنترل هوشمند موتورخانه توسط یک تقویم زمانی پس از ساعت کاری و تا زمان پیش راه اندازی موتورخانه در صبح روز بعد، موتورخانه را کاملاً خاموش و یا در وضعیت آماده باش (کنترل دمای آب گرم چرخشی در یک دمای ثابت و پائین) قرار می دهد.

۲٫ ویژگیهای منحصربفرد استفاده از سیستم های کنترل هوشمند موتورخانه در مقایسه با سایر روشهای بهینه سازی مصرف انرژی :

ویژگیهای منحصربفرد استفاده از سیستم های کنترل هوشمند موتورخانه در مقایسه با سایر روشهای بهینه سازی مصرف انرژی :

۱-۲- مستقل بودن عملکرد سیستم از مساحت زیربنای ساختمان:

با افـزایش مساحت زیربنـای ساختمـان، مصرف سوخت و انرژی آن نیز به نسبت ساختمانهای کوچکتر افزایش می یابد و موجب می شود تا اجرای روشهای بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمانهای بزرگتر، پر هزینه تر شود. بعنوان مثال درصورتیکه مساحت پنجره های هر ساختمان ۱۵% مساحت کل ساختمان در نظر گرفته شود

در یک ساختمان با مساحت ۰۰۰/۱۰ متر مربع، مقدار و هزینه اجرای پنجره دو جداره ۵ برابر مقدار و هزینه اجرای آن در یک ساختمان با مساحت ۲۰۰۰ متر مربع می باشد و به همین ترتیب برای اجرای روشهای دیگری مانند : عایق حرارتی، عایق های حرارتی دیوار و کف و سقف، شیرهای ترموستاتیک رادیاتور.

برخلاف روشهای فوق، سیستم های کنترل هوشمند موتورخانه دارای ویژگی منحصربفرد و متمایز “مستقل بودن عملکرد از مساحت بنای ساختمان” می باشند. به عبارت دیگر در موتورخانه هر ساختمان، صرف نظر از مساحت آن، تنها با نصب یک دستگاه با هزینه ای ثابت و حداقل، موتورخانه هوشمند می گردد. دلیل این ویژگی منحصربفرد در تعداد مشعلها و دیگهای هر موتورخانه است.

تعداد و ظرفیت حرارتی مشعلها و دیگهای تاسیسات حرارتی هر ساختمان (مصرف کنندگان سوخت) با مساحت آن نسبت مستقیم دارد و همواره تعداد مشعلها و ترکیب ظرفیت حرارتی آنها به نحوی است که علاوه بر تامین بار حرارتی مورد نیاز ساختمان، موجب افزایش هزینه های اجرایی نیز نگردند. طبق تحقیقات انجام شده در سطح موتورخانه های کشور در بیش از ۹۹% ساختمانهای موجود تعداد دیگها و مشعلها حداکثر ۳ دستگاه می باشد

. در ساختمانهای کوچک با مساحت زیر ۲۰۰۰ مترمربع، ظرفیت حرارتی مشعلها و دیگها پائین و در حدود kcal/h 150000 – ۱۰۰۰۰۰ می باشد و با افزایش مساحت ساختمان با ثابت ماندن تعداد دیگ و مشعل، ظرفیت حرارتی آنها افزایش می یابد و حتی به حدود kcal/h 1000000 و یا بیشتر نیز می رسد.

عملکرد هر خروجی مشعل یا پمپ در سیستم های کنترل هوشمند موتورخانه به شکلی است که بصورت سریال (سری) در مدار برق این تجهیزات قرار گرفته و صرف نظر از ظرفیت جریانی و آمپراژ آنها با فرمان ON/OFF در زمانهای مقتضی آنها را کنترل می نماید.

بنابراین با توجه به توضیحات فوق سیستم های کنترل هوشمند موتورخانه با قابلیت کنترل تا ۳ مشعل دارای ویژگی منحصربفرد مستقل بودن عملکرد از مساحت بنای ساختمان می گردند.

۲-۲- پیک زدایی مصرف سوخت در اوج سرما :

اوج مصرف گاز در فصل سرما از ساعت ۱۷ تا ساعات اولیه بامداد می باشد. این محدوده زمانی مقارن با غروب خورشید و کاهش دمای هوا و نیاز به افزایش فرآیند گرمایشی ساختمان می باشد (افزایش درجه حرارت بخاریهای گاز سوز، افزایش درجه ترموستات دیگ در ساختمانهای دارای موتورخانه مرکزی و یا افزایش تعداد رادیاتورهای فعال در هر واحد ساختمانی).

نکته قابل توجه دیگر، زمان پایان ساعت کاری ادارات، مجتمع های عمومی و تجاری و مدارس می باشد که دقیقاً همزمان با ساعت اوج مصرف گاز می باشد. این مهم در کنار قابلیت ویژه و منحصر بفرد سیستمهای کنترل هوشمند که توانایی خاموشی و یا اعمال دمای آماده باش مصرف موتورخانه ساختمانهای غیر مسکونی پس از پایان ساعت کاری را دارند مفهوم ویژه ای را پدید می آورد : پیک زدایی مصرف در اوج سرما

از مصرف گاز سالانه تاسیسات حرارتی هر ساختمان در حدود ۲۰% آن مربوط به فصل گرما (متوسط ۷ ماه سال) و در حدود ۸۰% آن مربوط به فصل سرما (متوسط ۵ ماه یا ۱۵۰ روز در سال) می باشد.

همچنین در بسیاری از ساختمان های اداری و مدارس، موتورخانه در تابستان خاموش و تنها در زمستان مورد بهره برداری قرار می گیرد. بنابراین در این دسته از ساختمانها عملاً ۱۰۰% صرفه جویی حاصل از عملکرد سیستمهای کنترل هوشمند موتورخانه مربوط به فصل سرما خواهد بود. که طبیعتاً میزان اثر بخشی آن بر روی جبران پیک مصرف نیز بسیار محسوس و قابل تامل می باشد.

درحدود ۸۰% از حجم گاز صرفه جویی شده حاصل از عملکرد سیستمهای کنترل هوشمند موتورخانه در فصل سرما مربوط به خاموشی یا دمای آماده باش موتورخانه پس از پایان ساعت کاری ساختمانهای غیرمسکونی و از ساعت ۱۷ تا ساعتهای اولیه بامداد می باشد که همزمان با ساعت اوج مصرف گاز است.

پیک های مصرف گاز در ساختمانهای غیرمسکونی و اداری طی دو نوبت یکی صبحها به هنگام شروع کار اداره و دیگری در هنگـام ظهر و موقع نماز و ناهار و استفاده از آب گرم مصرفی می باشد که البته اثرات آن بر روی مصرف گاز شبکه ناچیـز می باشـد

ولی با این وجود در صورت استفاده از سیستم های کنترل هوشمند موتورخانه با توجه به افزایش دمای هوا به هنگام ظهر و نیاز گرمایش کمتر در این مقطع زمانی نیز پیک زدایی صورت می پذیرد.

۳-۲-کنترل مستقیم و از مبداء تجهیزات حرارتی ساختمان :

با اجرای روشهای مختلف بهینه سازی در ساختمانهایی که دارای سیستم حرارت مرکزی می باشند، فرآیند صرفه جویی و کاهش مصرف سوخت نهایتاً منجربه تقلیل زمان کارکرد مشعل ها به دو صورت مستقیم و یا غیر مستقیم می گردد.

در تمامی روشهای بهینه سازی مصرف سوخت، به استثناء سیستمهای کنترل هوشمند، کاهش زمان کارکرد مشعلها بصورت غیرمستقیم و با :

کاهش نرخ افت دمای آب گرم چرخشی، مانند استفاده از عایق های حرارتی در بدنه دیگها، منابع آب گرم مصرفی و سیستمهای لوله کشی گرمایش از کف، مشعل پربازده

کاهش حجم آب گرم چرخشی در ساختمان، مانند شیر ترموستاتیک رادیاتور

کاهش توام موارد فوق، مانند پنجره دوجداره، عایق کاری حرارتی سقف و کف دیوارها می باشد.

در صورتیکه سیستم های کنترل هوشمند موتورخانه بطور مستقیم علاوه بر کنترل زمان روشنی-خاموشی مشعلها، پمپهای آب گرم چرخشی را نیز با منطقی هماهنگ و سازگار با برنامه کارکرد مشعل ها، متناسب با تغییرات دمای خارج ساختمان و شرایط مطلوب دمای آب گرم مصرفی کنترل می نماید.

این ویژگی منحصربفرد (کنترل تجهیزات در مبداء) باعث می گردد تا دمای آب گرم چرخشی تنها به اندازه مورد نیاز و تا برقراری شروط مصارف گرمایشی افزایش یابد. در غیراینصورت همواره دمای آب گرم چرخشی در بالاترین حد خود بوده و با اجرای روشهای بهینه سازی در محل مصرف می بایست از اتلاف آن جلوگیری نمود

. علاوه بر آن کنترل مستقیم پمپهای آب گرم چرخشی به میزان قابل ملاحظه ای در مصرف انرژی الکتریکی، صرفه جویی شده و هزینه های استهلاک و سرویس-نگهداری نیزبه شدت کاهش می یابند.