سيستم موتورخانه هوشمند

چکيده

در حال حاضر ميزان درجه حرارت آب گرم چرخشی و آب گرم مصرفی در موتورخانه ها و تمام تنظيم درجه حرارت ترموستات ديگ و يا پمپهای سيرکولاسيون بصورت دستی انجام می گردد که معمولاً برای تمام مدت بر روی يک عدد ثابت قرار دارد. تغييرات دمای هوا درطول روز موجب افزايش يا کاهش دمای داخل ساختمان شده که نتيجه آن انحراف دمای داخل ساختمان از محدوده آسايش و مصرف بيهوده سوخت و انرژی می باشد. همچنين در بسياری از ساختمانهای غيرمسکونی با کاربری اداری- عمومی- آموزشی- تجاری که از فضای ساختمان بصورت غيرپيوسته و تنها در بخشی از ساعات روز استفاده می گردد و نيازی به کارکرد موتورخانه پس از اتمام ساعت کاری وجود ندارد.

با بهره گيری از سيستم هوشمند در موتورخانه ها ميتوان با کاهش چشمگير مصرف انرژی راندمان سيستم و نيز عمر تجهيزات را بالا برد.

مقدمه

در خانه های هوشمند وضعيت دما و روشنايی به گونه ای تنظيم می شود که فرد بيشتر احساس راحتی کند، البته اين کنترل دما با توجه به مصرف حداقل انرژی است يعنی سيستم کنترل با در خدمت گرفتن ترموستات و تنظيم پرده ها کاری می کند که انرژی کمتری مصرف شود، مثلا اينکه در فصل تابستان با کشيدن پرده ها مانع ورود آفتاب گرم به اتاق می شود و در زمستان زمان هايی که آفتاب به روی پنجره می افتد پرده ها را کنار می کشد تا کمی هم اتاق با نور طبيعی آفتاب گرم شده و در نتيجه در مصرف انرژی صرفه جويی شود.

از طرف ديگر با وجود سيستم کنترل هوشمند خانه، پيش از رسيدن به خانه می توانيد سيستم خنک کننده را روشن کرده تا دمای هوا به اندازه مطلوب خنک شود. در وافع هدف استفاده از سيستم کنترل هوشمند موتورخانه ها کاهش مصرف سوخت موتورخانه ساختمان ، تثبيت دما به همراه ايجاد آسايش حرارتی در داخل ساختمان، تأمين و تثبيت دمای مناسب آب گرم مصرفی (تنظيم شده توسط کاربر)      در طی ١٢ ماه سال به خصوص در مواقع پر مصرف مانند روزهای تعطيل در ساختمان های مسکونی، قابليت کنترل زمانی موتورخانه جهت ساختمان های غيرمسکونی و به تبع آن خاموشی موتورخانه در مواقع غير ضروری می باشد.

  1. از جمله فوايد استفاده از سيستم های هوشمند موتورخانه

برطرف ساختن محدوديت کنترلی در ترموستات های دستی موجود در موتورخانه ها، راهبری و کنترل صحيح تجهيزات موتورخانه شامل مشعل ها و پمپ های سيرکولاسيون ، بهينه سازی در عملکرد تجهيزات موتورخانه و به تبع آن جلوگيری از مصرف بيهوده سوخت و انرژی الکتريکی، تثبيت محدوده آسايش حرارتی ساکنين ساختمان در محدوده تنظيم شده توسط کاربربا توجه به کاهش مدت زمان کارکرد تجهيزات، استهلاک و هزينه های مربوطه نيز کاهش و عمر مفيد آنها افزايش خواهد يافت . تثبيت دمای آب گرم مصرفی بر روی درجه حرارت تنظيم شده توسط کاربر در شرايط مختلف در طی ١٢ ماه سال ، در اختيار قرار دادن يک سيستم کنترلی با قابليت برنامه ريزی زمانی جهت ساختمان های غير مسکونی ، کاهش چشمگير هزينه های سرويس و نگهداری تاسيسات موتورخانه مرکزی و نيز عدم نياز به پيمانکار دائمی ساختمان ، کاهش توليد و انتشارآلاينده های زيست محيطی و…

  1. عملکرد سيستم هوشمند

1-2   سيستم کنترل آبگرم چرخشی داخل ساختمان (رادياتورها) بر اساس تغييرات دمای محيط خارج ساختمان در زمان طراحی و ساخت تأسيسات ساختمان ظرفيت تجهيزات مورد استفاده بر اساس شرايط پيک بار طراحی و اجرا می گردد، از آنجاييکه شرايط دمای محيط در اکثر مواقع در حالت پيک خود قرار ندارد به همين خاطر تغييرات دمای محيط موجب افزايش و يا کاهش دمای داخل ساختمان شده که اين امر به دليل ثابت بودن درجه حرارت آبگرم چرخشی(ديگ) بر روی يک عدد تنظيم شده اتفاق می افتد. در حاليکه سيستم کنترل هوشمندبا توجه به بررسی شرايط دمايی داخل موتورخانه، ساختمان و خارج ساختمان به صورت لحظه ای نياز حرارتی ساختمان را بررسی کرده و انرژی مربوطه را توسط کنترل مشعل ها و پمپ های سيرکولاسيون دقيقاً بر طبق نياز تنظيم می نمايد.

2-2   سيستم هوشمند تأمين آبگرم مصرفی بر اساس ميزان مصرف و پرت انرژی بطور معمول آبگرم مصرفی در مخازن مربوطه جهت استفاده در مقاطع زمانی مختلف ذخيره می گردد و نيز با توجه به اينکه زمان پيک مصرف در ساختمان های مختلف متفاوت می باشد، سيستم کنترل هوشمند قابليت تنظيم درجه آبگرم مصرفی را در ٢ سطح دمايی مختلف در زمان ها و روزهای مورد نظر داشته تا از توليد بيش از حد انرژی در مقاطع غير ضروری جلوگيری گردد. بطور مثال سيستم کنترل هوشمند اين قابليت دارد تا برای يک ساختمان مسکونی درجه آبگرم مصرفی را در طی روز يا در روزهای تعطيل که مصرف آبگرم بهداشتی بيشتر می باشد در درجه بالاتر و در طول شب که مصرف آبگرم بهداشتی کمتر می باشد در درجه پايين تری تنظيم نمايد.

3-2  کنترل کارکرد موتورخانه بر اساس زمان کاربری و استفاده از ساختمان

از مزايای ديگر سيستمهای کنترل هوشمند موتورخانه قابليت برنامه ريزی می باشد که می توان از اين طريق برنامه کاری ساختمان را مشخص کرد تا موتورخانه فقط در ساعاتی که افراد در ساختمان حضور دارند و يا مواردی که نياز است، راهاندازی گردد. در اين صورت در روزها و در زمانهايی که ساختمان (معمولاً ساختمانهای اداری و تجاری)  خالی از سکنه است، موتورخانه خاموش بوده و صرفه جويی قابل ملاحظهای درمصرف سوخت و هزينه های مربوطه ايجاد میشود.

  1. 3. ويژگي های منحصربه فرد استفاده از سيستم های کنترل هوشمند موتورخانه در مقايسه با ساير روشهای بهينه سازی مصرف انرژی

1-3 مستقل بودن عملکرد سيستم از مساحت زيربنای ساختمان

با افزايش مساحت زيربنای ساختمان، مصرف سوخت و انرژی آن نيز به نسبت ساختمانهای کوچکتر افزايش می يابد و موجب می شود تا اجرای روشهای بهينه سازی مصرف انرژی در ساختمانهای بزرگتر، پر هزينه تر شود.

بعنوان مثال درصورتيکه مساحت پنجره های هر ساختمان 15 %مساحت کل ساختمان در نظر گرفته شود در يک ساختمان با مساحت 10/000 متر مربع، مقدار و هزينه اجرای پنجره دو جداره 5 برابر مقدار و هزينه اجرای آن در يک ساختمان با مساحت 2000 متر مربع می باشد و به همين ترتيب برای اجرای روشهای ديگری مانند : عايق .حرارتی، عايق های حرارتی ديوار و کف و سقف، شيرهای ترموستاتيک رادياتور

برخلاف روشهای فوق، سيستم های کنترل هوشمند موتورخانه دارای ويژگی منحصربفرد و متمايز “مستقل بودن عملکرد از مساحت بنای ساختمان” می باشند. به عبارت ديگر در موتورخانه هر ساختمان، صرف نظر از مساحت آن، تنها با نصب يک دستگاه با هزينه ای ثابت و حداقل، موتورخانه هوشمند می گردد. دليل اين ويژگی منحصربفرد در تعداد مشعلها و ديگهای هر موتورخانه است. تعداد و ظرفيت حرارتی مشعلها و ديگهای تاسيسات حرارتی هر ساختمان (مصرف کنندگان سوخت) با مساحت آن نسبت مستقيم دارد و همواره تعداد مشعلها و ترکيب ظرفيت حرارتی آنها به نحوی است که علاوه بر تامين بار حرارتی مورد نياز ساختمان، موجب افزايش هزينه های اجرايی نيز نگردند.

طبق تحقيقات انجام شده در سطح موتورخانه های کشور در بيش از 99 % ساختمانهای موجود تعداد ديگها و مشعلها حداکثر 3 دستگاه می باشد. در ساختمانهای کوچک با مساحت زير 2000 مترمربع، ظرفيت حرارتی مشعلها و ديگها پائين و در حدود 100000 –150000 kcal/h  می باشد و با افزايش مساحت ساختمان با ثابت ماندن تعداد ديگ و مشعل، ظرفيت حرارتی آنها افزايش می يابد و حتی به حدود 1000000 kcal/h و يا بيشتر نيز می رسد

عملکرد هر خروجی مشعل يا پمپ در سيستم های کنترل هوشمند موتورخانه به شکلی است که بصورت سریال (سری) در مدار برق اين تجهيزات قرار گرفته و صرف نظر از ظرفيت جريانی و آمپراژ آنها با فرمان ON/OFF در زمانهای مقتضی آنها را کنترل می نمايد.

بنابراين با توجه به توضيحات فوق سيستم های کنترل هوشمند موتورخانه با قابليت کنترل تا 3 مشعل دارای ويژگی منحصربفرد مستقل بودن عملکرد از مساحت بنای ساختمان می گردند.

2-3 پيک زدايی مصرف سوخت در اوج سرما

اوج مصرف گاز در فصل سرما از ساعت 17 تا ساعات اوليه بامداد می باشد. اين محدوده زمانی مقارن با غروب خورشيد و کاهش دمای هوا ونياز به افزايش فرآيند گرمايشی ساختمان می باشد (افزايش درجه حرارت بخاريهای گاز سوز، افزايش درجه ترموستات ديگ در ساختمانهای

دارای موتورخانه مرکزی و يا افزايش تعداد رادياتورهای فعال در هر واحد ساختمانی).

نکته قابل توجه ديگر، زمان پايان ساعت کاری ادارات، مجتمع های عمومی و تجاری و مدارس می باشد که دقيقاً همزمان با ساعت اوج مصرف گاز می باشد. اين مهم در کنار قابليت ويژه و منحصربفرد سيستمهای کنترل هوشمند که توانايی خاموشی و يا اعمال دمای آماده باش مصرف موتورخانه ساختمانهای غير مسکونی پس از پايان ساعت کاری را دارند مفهوم ويژه ای را پديد می آورد : پيک زدايی مصرف در اوج سرما از مصرف گاز سالانه تاسيسات 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 يا 150 روز در سال) می باشد.

همچنين در بسياری از ساختمان های اداری و مدارس، موتورخانه در تابستان خاموش و تنها در زمستان مورد بهره برداری قرار می گيرد.

بنابراين در اين دسته از ساختمانها عملاً 100 % صرفه جويی حاصل از عملکرد سيستمهای کنترل هوشمند موتورخانه مربوط به فصل سرما خواهد بود که طبيعتاً ميزان اثر بخشی آن بر روی جبران پيک مصرف نيز بسيار محسوس و قابل تامل می باشد.

درحدود 80 % از حجم گاز صرفه جويی شده حاصل از عملکرد سيستمهای کنترل هوشمند موتورخانه در فصل سرما مربوط به خاموشی يا دمای آماده باش موتورخانه پس از پايان ساعت کاری ساختمانهای غيرمسکونی و از ساعت 17 تا ساعتهای اوليه بامداد می باشد که همزمان با ساعت اوج مصرف گاز است

پيک های مصرف گاز در ساختمانهای غيرمسکونی و اداری طی دو نوبت يکی صبح ها به هنگام شروع کار اداره و ديگری در هنگام ظهر و موقع نماز و ناهار و استفاده از آب گرم مصرفی می باشد که البته اثرات آن بر روی مصرف گاز شبکه ناچيز می باشد ولی با اين وجود در صورت استفاده از سيستم های کنترل هوشمند موتورخانه با توجه به افزايش دمای هوا به هنگام ظهر و نياز گرمايش کمتر در اين مقطع زمانی نيز پيک زدايی صورت می پذيرد.

3-3 کنترل مستقيم و از مبداء تجهيزات حرارتی ساختمان

با اجرای روشهای مختلف بهينه سازی در ساختمانهايی که دارای سيستم حرارت مرکزی می باشند، فرآيند صرفه جويی و کاهش مصرف سوخت نهايتاً منجر به تقليل زمان کارکرد مشعل ها به دو صورت مستقيم و يا غير مستقيم می گردد:

در تمامی روشهای بهينه سازی مصرف سوخت، به استثناء سيستمهای کنترل هوشمند، کاهش زمان کارکرد مشعلها بصورت غيرمستقيم و با کاهش نرخ افت دمای آب گرم چرخشی، مانند استفاده از عايق های حرارتی در بدنه ديگها، منابع آب گرم مصرفی و سيستمهای لوله کشی گرمايش از کف، مشعل پربازده ، کاهش حجم آب گرم چرخشی در ساختمان، مانند شير ترموستاتيک رادياتور کاهش توام موارد فوق، مانند پنجره دوجداره، عايق کاری حرارتی سقف و کف ديوارها می باشد.

در صورتيکه سيستم های کنترل هوشمند موتورخانه بطور مستقيم علاوه بر کنترل زمان روشنی-خاموشی مشعلها، پمپهای آب گرم چرخشی را نيز با منطقی هماهنگ و سازگار با برنامه کارکرد مشعل ها، متناسب با تغييرات دمای خارج ساختمان و شرايط مطلوب دمای آب گرم مصرفی کنترل می نمايد.

اين ويژگی منحصربفرد (کنترل تجهيزات در مبداء) باعث می گردد تا دمای آب گرم چرخشی تنها به اندازه مورد نياز و تا برقراری شروط مصارف گرمايشی افزايش يابد. در غيراينصورت همواره دمای آب گرم چرخشی در بالاترين حد خود بوده و با اجرای روشهای بهينه سازی در محل مصرف می بايست از اتلاف آن جلوگيری نمود.

علاوه بر آن کنترل مستقيم پمپهای آب گرم چرخشی به ميزان قابل ملاحظه ای در مصرف انرژی الکتريکی، صرفه جويی شده و هزينه های استهلاک و سرويس-نگهداری نيزبه شدت کاهش می يابند.

4-3 بهينه سازی مضاعف مصرف سوخت در ساعتهای تعطيلی ساختمانهای غيرمسکونی:

قابليتهای کنترلی سيستم های هوشمند موتورخانه موجب صرفه جويی در مصرف سوخت به دو صورت زير می گردند:

الف- کنترل مصارف گرمايشی در زمان کارکرد و بهره برداری از موتورخانه

ب- امکان خاموشی و يا آماده باش موتورخانه در دمايی ثابت و پائين پس از ساعت کاری در ساختمانهای غيرمسکونی

ساختمانها به لحاظ کاربری به دو دسته مسکونی و غيرمسکونی (اداری- آموزشی- عمومی- تجاری) تقسيم می شوند در ساختمانهای مسکونی از موتورخانه بصورت پيوسته و دائم به منظور تامين مصارف گرمايشی استفاده می شود و صرفه جويی ناشی از عملکرد سيستم های کنترل هوشمند موتورخانه در اين دسته از ساختمانها صرفاً به لحاظ اعمال تغييرات دمای خارج ساختمان و کنترل دمای آب گرم مصرفی می باشد و صرفه جويی در اين ساختمانها تا 20 % امکان پذير است.

درساختمانهای غيرمسکونی مانند ادارات و مدارس بدليل استفاده منقطع و غيرپيوسته از ساختمان امکان خاموشی و يا آماده باش موتورخانه پس ازساعت کاری نيز وجود دارد. بهره برداری ازاين پتانسيل تنها توسط سيستمهای کنترل هوشمند امکان پذير می باشد. بعنوان مثال در مدرسه ای که ساعت کاری آن از ساعت 7 صبح تا 16 عصر می باشد و جمعه ها نيز تعطيل است، تنها از محل خاموشی موتورخانه پس از ساعت کاری بيش از 55 % صرفه جويی حاصل می شود و در صورتيکه صرفه جويی زمان کارکرد موتورخانه نيز به آن اضافه گردد اين رقم صرفه جويی به حدود 65 % افزايش می يابد.

در ساير روشهای بهينه سازی، صرفه جويی در مصرف سوخت تنها درزمان کارکرد موتورخانه ممکن می باشد و قادر به استفاده از پتانسيل بالای صرفه جويی زمان تعطيلی در ساختمانهای غيرمسکونی نمی باشند.

5-3 صرفه جويی هوشمند در پيش راه اندازی و تسريع در خاموشی (يا دمای آماده باش) موتورخانه ساختمانهای غيرمسکونی:

يکی ديگراز پتانسيلهای قابل ملاحظه صرفه جويی در مصرف سوخت ساختمانهای اداری -آموزشی، استفاده از قابليتهای هوشمند پيش راه اندازی و تسريع در خاموشی يا آماده باش سيستم های کنترل هوشمند موتورخانه در ساختمانهای غيرمسکونی می باشد. با توجه به اطلاعات ارسالی از سنسور حرارتی که در ضلع شمالی ساختمان نصب شده است، سيستم های کنترل هوشمند قادر می باشند طبق برنامه جدول زمانی و متناسب با سردی هوای خارج ساختمان موتورخانه ها را از چندين ساعت زودتر از ساعت شروع به کار ساختمان روشن و يا از دمای آماده باش به شرايط تابع حرارتی برسانند. همچنين با توجه به دمای هوای خارج ساختمان و در ساعات انتهايی کار ساختمان، تا 1 ساعت زودتر موتورخانه راخاموش و يا به دمای آماده باش می برند که موجب صرفه جويی هوشمند در مصرف سوخت ميگردد.

6-3 موثر صرفه جويی و بهينه سازی مصرف سوخت ( 12 ماه سال)

سيستم های کنترل هوشمند بر خلاف ساير روشهای بهينه سازی (به استثناء عايق کاری موتورخانه و سيستم های لوله کشی)که تنها در دوره سرما و پنج يا شش ماه سال قادر به صرفه جويی و بهينه سازی مصرف سوخت ساختمان می باشند، بدليل کنترل دمای آب گرم مصرفی با دو دمای حداقل و حداکثر در طی شبانه روز در تابستانها نيز به ميزان قابل ملاحظه ای مصرف سوخت را کاهش می دهند و بدين ترتيب بصورت لحظه ای در 12 ماه سال فعال می باشند.

7-3 زمان مناسب نصب و بهره برداری از سيستم های کنترل هوشمند موتورخانه

مدت زمان نصب و راه اندازی سيستم های کنترل هوشمند موتورخانه بسيار کوتاه و بطور متوسط در حدود 3 ساعت می باشد که بدون انجام هيچگونه تغييرات مکانيکی در موتورخانه انجام می گردد به همين علت اين روش در هر زمان از سال قابل اجرا می باشد و هيچگونه وقفه ای در تامين مصارف گرمايشی ساختمان بوجود نمی آورد.

در ديگر روشهای بهينه سازی اين فاکتور عامل محدودکننده ای برای زمان اجرای پروژه می باشد. بعنوان مثال پنجره های دو جداره را نمی توان در فصل سرما و در ساختمانهايی که از آن بهره برداری شده است اجرا نموده يا تعويض شيرهای ترموستاتيک رادياتور با شيرهای قديمی در زمستان موجب اختلال چند روزه در گرمايش ساختمان می گردد.

8-3 تثبيت محدوده آسايش حرارتی در ساختمان

در صورت استفاده از سيستم های کنترل هوشمند موتورخانه بدليل لحاظ نمودن تغييرات دمای خارج ساختمان بر فرآيند کنترل دمای آب گرم چرخشی دمای داخل ساختمان با دامنه نوسانات محدودی کنترل شده و موجب تثبيت نسبی آسايش حرارتی ساکنين می گردد. البته اين ويژگی بصورت دقيق تر در شيرهای ترموستاتيک رادياتور نيز وجود دارد.

نتيجه گيری:

بنابراين با توجه به عدم کارايی دقيق و محدوديت های کنترلرهای دستی، ضرورت استفاده از سيستم های کنترل هوشمند به منظور ايجاد محيطی مطلوب برای افراد حاضر در ساختمان ، استفاده بهينه از تجهيزات و افزايش عمر مفيد آنها ارائه سيستم کنترلی با قابليت عملکرد برنامه ريزی زمانی کاهش چشمگير هزينه های مربوط به نگهداری و بهينه سازی و صرفه جويی در مصرف انرژی ،عدم نياز به پيمانکار دائمی ساختمان ،امکان مانيتورينگ (نمايش) و کنترل تمامی نقاط تحت کنترل سيستم ، امکان مشاهده مشکلات اساسی موجود در موتورخانه بر روی نمايشگر دستگاه به دليل وجود سيستم عيب ياب با توجه به يکپارچه سازی موتورخانه، تمام تجهيزات بصورت هماهنگ کارکرده و امکان تداخل و بروز

مشکلات ناشی از عدم هماهنگی از بين می رود، بطور مثال در صورت نصب سيستم هوشمند ديگر عدم هماهنگی بين تأمين آب گرم مصرفی (بهداشتی) و آب گرم چرخشی در رادياتورها وجود نخواهد داشت.