بخشی از مقاله
بررسی بهینه سازي مصرف انرژي با سیستمهاي کنترل هوشمند در موتورخانه
چکیده
در این مقاله براي برسی اصول بهینه سازي مصرف سوخت و انرژي توسط سیستمهاي کنترل هوشمند در موتورخانه می باشد.مقاله حاضر از روش فعلی تنظیم 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 محدودیتهاي کنترلی ترموستاتهاي دستی، ضرورت استفاده از سیستمهاي کنترل هوشمند در موتورخانه بمنظور راهبري و کنترل صحیح تجهیزات موتورخانه شامل مشعلها و پمپها، بهینه سازي و جلوگیري از مصرف بیهوده سوخت و انرژي الکتریکی، تثبیت محدوده آسایش حرارتی ساکنین ساختمان،کاهش هزینه تعمیر و نگهداري،کاهش تولید و انتشار آلاینده هاي زیست محیطی، کاهش استهلاك تجهیزات و هزینه هاي مربوطه را در این مقاله برسی ونحوه کنترل می پردازیم.
کلید واژه- کنترل هوشمند ، موتورخانه ، بهینه سازي ، ساختمان ، تجهیزات حرارتی
-1 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 پمپهاي سیرکولاسیون انجام می گردد معمولاًو براي تمام مدت بر روي یک عدد ثابت قرار دارد.
تغییرات دماي هوا درطول روز موجب افزایش یا کاهش دماي داخل ساختمان شده 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 که 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. هنگام استفاده از موتورخانه در ساختمانهاي مسکونی و یا غیرمسکونی و با در نظر گرفتن شرایط کارکرد زمستانی تابستانی و براي کنترل گرمایش، مشعلها و پمپها توسط یک منحنی حرارتی کنترل می شوند. در این منحنی دماي آب گرم چرخشی در تاسیسات، 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 و باعث ایجاد دماي یکنواخت در داخل ساختمان می گردد. بدین صورت هنگام گرم شدن دماي محیط خارج ساختمان مشعلها و پمپها 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 بمنظور تعدیل دماي اتاقها می گردد جلوگیري می نماید. 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 کاملاًرا 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 روشهاي بهینه سازي مصرف انرژي است.
-1-1 مستقل بودن عملکرد سیستم از مساحت زیربنای ساختمان
با افزایش مساحت زیربناي ساختمان، مصرف سوخت و انرژي آن نیز به نسبت ساختمانهاي کوچکتر افزایش می یابد و موجب می شود تا اجراي روشهاي 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 10/000 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 روشهاي دیگري مانند :
عایق حرارتی، عایق هاي حرارتی دیوار و کف و سقف، شیرهاي ترموستاتیک رادیاتور. برخلاف روشهاي 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. دلیل این ویژگی منحصربفرد در تعداد مشعلها و دیگهاي هر موتورخانه است. تعداد و ظرفیت حرارتی مشعلها و دیگهاي تاسیسات حرارتی هر ساختمان (مصرف کنندگان سوخت) با مساحت آن نسبت مستقیم دارد و همواره تعداد مشعلها 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 دیگها و مشعلها حداکثر 3 دستگاه می باشد. در ساختمانهاي کوچک با مساحت زیر 2000 مترمربع، ظرفیت حرارتی مشعلها و دیگها پائین و در حدود 150000 kcal/h – 100000 می باشد و با افزایش مساحت ساختمان با ثابت ماندن تعداد دیگ و مشعل، ظرفیت حرارتی آنها افزایش می یابد و حتی به حدود 1000000 kcal/h و 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 ON/OFF در زمانهاي 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 گردد.
-2-1 پیک زدایی مصرف سوخت دراوج 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 بخاریهاي 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 کهدقیقاً همزمان با ساعت اوج مصرف گاز می باشد. این مهم در کنار قابلیت ویژه و منحصر بفرد سیستمهاي 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 سرما از 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 ساختمان هاي اداري و مدارس، موتورخانه در تابستان خاموش و تنها در زمستان مورد بهره برداري
