ارسال پاسخ 
 
امتیاز موضوع:
  • 0 رأی - میانگین امتیازات: 0
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
طراحي و ساخت تابلوی کنترل و فرمان اتوماتيک تجهيزات موتورخانه بمنظور كاهش مصرف انرژي
۱۳۹۸-۶-۱۰, ۰۴:۰۵ عصر (آخرین ویرایش در این ارسال: ۱۳۹۸-۶-۱۰ ۰۴:۱۳ عصر، توسط morteza.)
ارسال: #1
طراحي و ساخت تابلوی کنترل و فرمان اتوماتيک تجهيزات موتورخانه بمنظور كاهش مصرف انرژي
سلام
مقاله زیر را به صورت PDF می توانید از دیدن لینک ها برای شما امکان پذیر نیست. لطفا ثبت نام کنید یا وارد حساب خود شوید تا بتوانید لینک ها را ببینید.
دانلود کنید.

طراحي و ساخت تابلوی کنترل و فرمان اتوماتيک تجهيزات موتورخانه بمنظور كاهش مصرف انرژي در تاسيسات حرارتي و برودتي ساختمان


مهندس رضا اتفاقي اسكويي ، مهندس غلامرضا خبازي ،
شركت گزينه صنعت تاسيسات، تهران، مرزداران، خيابان بهار، ناصر شرقی، پلاک5، تلفکس 4222101

چكيده
در چند دهه اخير با پيشرفت صنايع مختلف در جهان ، صنعت برق و الکترونيک نيز از جايگاه ويژه ای برخوردار گشته و پيشرفت های چشمگيری نموده است .يکی از اين پيشرفت ها ساخت تابلوهای کنترل و فرمان دورمتغير است. اينورتر دستگاهی است که بوسيله آن ميتوان فرکانس برق شهر و به تبع آن دور الکتروموتور را تغيير داد .حال اگر بتوان اين فرکانس را کنترل و به عنوان قدرت محرک الکتروموتورها مورد استفاده قرار داد، ميتوان تجهيزات الکترومکانيکی دور متغيری ساخت که ظرفيت خروجی از آنها متناسب با تغيير دور الکتروموتور تغيير کند بديهی است عامل کنترل
کننده فرکانس در سيستم های حرارتی دما است و چنين سنسوری، ترانسميتر حرارتی (Temperature Transmitter) است. در سالهای اخير در ايران معدود شرکت هائی موفق به ساخت تابلوهای کنترل و فرمان دور متغير شده اند . در اين مقاله شرح داده مي شود كه چگونه محقق اين مقاله موفق به اختراع تابلوی کنترل و فرمان دور متغيری گشته است که فقط با استفاده از يک اينورتر کار مجموعه تجهيزات الکترومکانيکی هر سيستم را کنترل ميکند. در تابلوی اخير برای کنترل کار تجهيزات مذکور از يک برد کنترل و فرمان ميکروپروسسوری هوشمند برنامه پذير بمنظور کنترل کار نوبتی الکتروموتورها، يک جفت کنتاکتور برای هر الکتروپمپ ، بی متال و ساير تجهيزات تابلويی لازم استفاده شده است.
واژه هاي كليدي: اينورتر- دور متغير - كاهش مصرف انرژي

1- مقدمه
امروز جهان به ارزش انرژی پی برده و در جهت کاهش استفاده از آن قدم های مؤثری نيز برداشته است. هزينه های هنگفت تحقيقات جهانی برای کاهش مصرف انرژی و دستيابی به انرژی های جايگزين انرژی فسيلی مويد اهميت استفاده بهينه از انرژی است.
در ايران نيز اخيرا اقداماتی در جهت بهينه سازی مصرف انرژی برداشته شده است که آثار آن در بخش ساختمان اجباری شدن استفاده از پنجره با شيشه دو جداره و مطالعات جدی برای کاهش اتلاف انرژی با استفاده از عايق حرارتی مناسب در جدار خارجی ساختمانهای جديدالاحداث ميباشد. اقدامات مذکور در جهت جلوگيری از اتلاف انرژی است درحاليکه قدم اصلی در بهينه سازی مصرف سوخت صرف انرژی کمتر است که در اين مقاله صرفاً به اين موضوع اساسی پرداخته ميشود. در صورتيکه تابلوهای کنترل و فرمان دورمتغير مذکور در تأسيسات موتورخانه ها بمنظور کنترل تعداد الکتروپمپ های در حال کار هر سيستم و تنظيم دور آنها مورد استفاده قرار گيرد ، ميتوان دائماً متناسب با تغييرات شرايط محيط خارج طرح بطور اتوماتيک مقدار سيال عبوری از هر يک از سيستم های تأسيساتی را بمنظور تثبيت درجه حرارت های طراحی تنظيم نمود . با اين روش تا 40% در مصرف برق الکتروپمپ ها صرفه جويی ميشود و با کنترل دائم مقدار سيال عبوری از هريک از سيستم ها ضمن تثبيت درجه حرارت داخلی ساختمان ، با استفاده از بالاترين راندمان تجهيزات تأسيساتی ، به بهينه سازی مصرف سوخت کمک شايانی ميشود .

2- آشنايی
ظرفيت تجهيزات تأسيساتی و مشخصات الکتروپمپ های سيستم های حرارتی و برودتی ساختمان بر اساس حداقل و حداکثر نسبی دمای طرح خارج تعيين ميگردند ولی به دليل تغييردمای محيط خارج در طول ساعات شبانه روز ، روزهای هر ماه و ماههای هر فصل نسبت به درجه حرارت طراحی هميشه ظرفيت کامل تجهيزات مذکور موردنياز نميباشد. سازندگان تجهيزات تأسيساتی برای کنترل توان خروجی مورد نياز دستگاههای خود از لوازم کنترل و اندازه گيری خاص استفاده ميکنند و تجهيزات کنترلی لازم برای عبور مقاديرمختلف سيال حرارتی و برودتی مورد نياز از تجهيزات مذکور و دستگاهها و واحدهای گرمايشی و سرمايشی فضاهای مختلف ساختمان برای کنترل درجه حرارت های طراحی توسط مهندسين طراح در طرح پيش بينی ميگردد .
در حال حاضر حتی در موتورخانه های بزرگ و پيشرفته از بين تأسيسات موتورخانه ، الکتروپمپ ها وسائلی هستند که معمولاً راه اندازی آنها توسط اپراتور و بصورت دستی انجام ميگيرد . الکتروپمپ های سيرکولاسيون مدار آب سرد و گرم فن کويل ها و هواسازها، مدار آب گرم رادياتورها ، مدار آب برج های خنک کننده وغيره از آن جمله اند .

3- شرح موضوع
راه اندازی دستی الکتروپمپ ها موجب ميگردد تا هيچگونه کنترلی برای عبور مقدار سيال موردنياز بمنظور حصول اختلاف درجه حرارت پيش بينی شده در طرح در تجهيزات موتورخانه و واحدهای گرم و سردکننده محلی و مرکزی ساختمان وجود نداشته باشد .
عبور مقدار سيال تاسيساتی مازاد بر نياز از تجهيزات و واحدهای مذکور موجب ميگردد تا به لحاظ افزايش سرعت عبور سيال، اختلاف درجه حرارت طرح درآن حاصل نشود و کمتر بودن مقدار سيال عبوری عاملی است تا اختلاف درجه حرارت سيال بيشتر از درجه حرارت طرح گردد. تغيير درجه حرارت محيط خارج طرح نيز موجب ميگردد تا اتلافات حرارتی و برودتی ساختمان در طول ساعات شبانه روز تغيير کند .

به لحاظ ثابت بودن مشخصات هريک از دستگاهها و نقطه کار ثابت هر يک از الکتروپمپهای منصوب در هر يک از سيستم ها، بايد بتوان برای کنترل درجه حرارت سيال خروجی از دستگاهها ، مقادير سيال عبوری از آنها را متناسب با نياز کنترل نمود. برای حصول به اين مقصود مهندسين طراح تاسيسات ، اغلب از شيرهای سه راهه موتوری و مشابه آن استفاده مينمايند .
در شيرهای سه راهه سيال مازاد بر نياز بدون گذر از دستگاه از مسيربای پاس عبور مينمايد که اين يکی ازمهمترين نکات ضعف شيرهای سه راهه در اتلافات انرژی است زيرا سيال عبوری از مسير بای پاس هيچگونه نقشی در عملکرد دستگاه ندارد. در اين شرايط شايد در نگاه اول اتلافات انرژی قابل صرفنظر بنظر برسد ، ولی با تأمل بيشتر ملاحظه ميگردد که اين مقادير محسوس و قابل ملاحظه اند.
حال اين سوال پيش ميايد که برای کنترل مقدار سيال عبوری موردنياز از تجهيزات ، بمنظور ثابت نگاه داشتن درجه حرارت های طراحی در شرايط متفاوت درجه حرارت محيط خارج ، بدون استفاده از شيرهای کنترل سه راهه موتوری و مشابه آن چه بايد کرد و چگونه ؟
جواب ساده است ، کنترل مقدار سيال موردنياز بوسيله تابلوهای کنترل و فرمان دورمتغير.
برای رسيدن به اين مقصود اولين گام ساخت وسيله ای است که بتواند دور الکتروموتورهای معمول را که با برق شهر (A.C.)کار ميکنند تغيير دهد. تابلوی کنترل و فرمان دورمتغير با استفاده از اينورتر ضمن نداشتن معايب مورد بحث شيرهای سه راهه کنترلی با محاسن بيشمار ، تنها جايگزين شايسته شيرهای کنترلی مذکور است .
اين تابلوها دقيقا همان تابلوهای کنترل و فرمان بوسترپمپ های دور متغير است با اين تفاوت که بجای پرشرترانسميتر متناسب با کاربرد تابلوی مذکور در تأسيسات موتورخانه ها و صنايع مختلف از سنسورهای مناسب ديگر از قبيل سنسور درجه حرارت ، رطوبت ، PH و . . .استفاده شده است .

4- عملکرد تابلوهای کنترل و فرمان دورمتغير در سيستم های تأسيساتی
در هر يک از سيستم های سيرکولاسيون تأسيساتی با روشن شدن دستی يک يا چند الکتروپمپ آنهم با دور نامی نميتوان درجه حرارت های طراحی آن سيستم را کنترل نمود
برای ثابت نگاه داشتن نقاط طراحی هر سيستم بايد بتوان با انتخاب تعداد الکتروپمپ های در حال کار و تنظيم دور آنها مقدار سيال در حال گردش را کنترل نمود . بدين منظور در تابلوی کنترل و فرمان ساخته شده توسط محقق از تجهيزات زير استفاده شده است :

1- يک دستگاه اينورتر که با تغيير فرکانس برق شهر اعمالی به الکتروموتور تحت پوشش خود دور آن را از حالت سکون تا دور نامی برای ثابت نگاه داشتن درجه حرارت مورد نظر کنترل ميکند .
2- برد کنترل ميکروپروسسوری هوشمند برای امکان انتخاب نوبتی الکتروپمپ تحت پوشش اينورتر .


شکل شماره 1 : نمونه برد کنترل ميکروپروسسوری هوشمند ساخته شده

3- يک جفت کنتاکتور برای امکان کار هر يک از الکتروپمپ ها با برق شهر و با برق اينورتر.
4- ساير تجهيزات مدار فرمان ، مدار قدرت و حفاظت تابلويی .

کار اولين الکتروپمپ هر يک از سيستم های تأسيساتی با فرمان سنسور درجه حرارت پيش بينی شده در آن سيستم از حالت سکون تا دور نامی به نرمی و متناسب با درجه حرارت تنظيم شده بواسطه پنانسيومتر پيش بينی شده روی برد کنترل با بسته شدن مدار کنتاکتور اينورتر پمپ شماره 1 آغاز ميگردد .
در صورتيکه با افزايش دور الکتروپمپ شماره 1 به دور نامی درجه حرارت مورد نظر تأمين نگردد در يک لحظه کنتاکتور مدار اينورتر الکتروپمپ شماره 1 باز و همزمان با آن مدار کنتاکتور برق شهر همان الکتروپمپ بسته ميشود تا الکتروپمپ با همان دور نامی به کار خود ادامه دهد و اينورتر برای تحت پوشش درآوردن الکتروپمپ شماره 2 آزاد گردد روشن شدن متوالی الکتروپمپ ها به اين منوال ادامه مييابد تا سيستم به درجه حرارت طراحی تنظيم شده برسد . در اين حال فرکانس آخرين الکتروپمپ روشن که در مدار اينورتر قرار دارد متناسب با تغييرات درجه حرارت محيط خارج دائماً تغيير ميکند تا درجه حرارت طراحی سيستم را همواره ثابت نگاه دارد . با نياز به کاهش مقدار سيال و رسيدن فرکانس الکتروپمپ تحت فرمان اينورتر به صفر اين الکتروپمپ از مدار خارج ميگردد و مدار اولين پمپی که وارد سيستم شده بود مجددا تعويض ميشود تا برای تغيير دور ، تحت فرمان اينورتر قرار گيرد.
تعويض نوبتی الکتروپمپ ها CHANGE OVER)) موجب ميگردد تا در طول عمر سيستم کليه الکتروپمپ ها به يک اندازه کار کنند و استهلاک سيستم به ميزان قابل ملاحظه ای کاهش يابد .
برای پی بردن به ارزش تابلوهای کنترل و فرمان دورمتغير به معايب استفاده از شيرهای کنترلی سه راهه به شرح زير اشاره ميشود:

1- به لحاظ غير مفيد بودن سيال عبوری از مسير بای پاس شيرهای کنترلی بخشی از انرژی الکتريکی مصرفی در الکتروپمپ ها تلف ميشود.
2- عبور سيال مازاد بر نياز از شبکه های لوله کشی موجب اتلاف حرارتی يا برودتی بيشتر ميگردد.
3- جريان سيال بيشتر ، عمر مفيد شبکه های لوله کشی را کاهش ميدهد.
4- استهلاک الکتروپمپ ها بدليل کار دائم آنها و پمپاژ سيال مازاد بر نياز ، زياد است.
5- شيرهای کنترلی با صرف هزينه های زياد تهيه ميشود.
6- برای سرويس و نگهداری شيرآلات و تجهيزات کنترلی به افراد با تخصص بالا نياز است.

5- موارد استفاده از تابلوهای کنترل و فرمان دور متغير در موتورخانه ها
تابلوهای کنترل وفرمان دورمتغير با استفاده از سنسوردرجه حرارت برای تنظيم مقدار سيال عبوری از تجهيزات تأسيساتی بمنظور تثبيت درجه حرارت های طراحی به شرح ذيل کاربرد دارند .


شکل شماره 2 : نمونه تابلوی کنترل و فرمان ساخته شده

1- سيرکولاسيون مدار آب سرد و گرم فن کويل ها و هواسازها
2- سيرکولاسيون مدار آب گرم رادياتورها
3- سيرکولاسيون مدار کويل منابع آب گرم کويلی
4- سيرکولاسيون مدار آب برج های خنک کننده بمنظور تثبيت درجه حرارت سيال خروجی از کندانسور چيلرها
5- تنظيم سرعت دوران فن برج خنک کننده جهت ثابت نگاه داشتن درجه حرارت آب ورودی به کندانسور چيلر از تشتک برج خنک کننده .

ساير موارد استفاده از تابلوهای کنترل و فرمان دورمتغير در تأسيسات مرتبط ساختمان
1- تنظيم اکسيژن محلول در فاضلاب تصفيه خانه ها
2- تنظيم PH پساب فاضلاب خروجی از تصفيه خانه های فاضلاب
3- تنظيم PH آب آشاميدنی در تصفيه خانه های آب

سيرکولاسيون مدار آب سرد و گرم فن کويل ها و هواسازها
در سيستم های تهويه مطبوع الکتروپمپ های سيرکولاسيون بصورت دستی راه اندازی ميشوند و کنترل درجه حرارت هوای فضاهای مجهز به فن کويل گرچه با ترموستات اطاقی دو منظوره انجام ميگيرد ، ولی در اين سيستم نيز کنترلی برای مقدار سيال عبوری مورد نياز بخصوص زمانيکه فن دستگاه با فرمان ترموستات اطاقی خاموش است ، وجود ندارد و گذر آب در فن کويل پس از خاموش شدن فن آن موجب تغيير درجه حرارت هوای داخل خواهد شد .
بيشتر بودن مقدار سيال عبوری نسبت به مقدار مورد نياز موجب ميگردد تا سيال در زمان عبور از واحدهای اطاقی فرصت کافی برای تبادل حرارت با هوای فضای مورد نظر را نداشته باشد و اختلافات درجه حرارت سيال لوله رفت و برگشت کمتر از درجه حرارت طرح باشد و يا کمتر بودن مقدار سيال عبوری نسبت به مقدار مورد نياز به دليل بالا رفتن زمان ماند سيال در واحدهای اطاقی موجب افزايش اختلاف درجه حرارت سيال ورودی و خروجی گردد.
با استفاده از تابلوی دورمتغير برای کنترل و فرمان الکتروپمپ های سيرکولاسيون مدار فن کويل ها و نصب سنسور درجه حرارت روی لوله برگشت در موتورخانه ميتوان مقدار سيال عبوری را بر اساس تثبيت درجه حرارت برگشت سيال بطور اتوماتيک کنترل نمود .
سيرکولاسيون مدار آب گرم رادياتورها
مشابه سيرکولاسيون مدار آبسرد و گرم فن کويل ها و هواسازها ، با استفاده از تابلوی دورمتغير برای فرمان به الکتروپمپ های سيرکولاسيون رادياتورها و نصب سنسور کنترل درجه حرارت روی لوله برگشت در موتورخانه مقدار جريان سيال بطور اتوماتيک به گونه ای تنظيم ميشود که درجه حرارت آب برگشت رادياتورها ثابت بماند .

سيرکولاسيون مدار کويل منابع آب گرم
مشابه مدار آب فن کويل ها و رادياتورها ، با استفاده از تابلوی کنترل و فرمان دورمتغير و نصب سنسور درجه حرارت روی منبع کويلی ميتوان مقدار جريان آب کويل را برای ثابت ماندن درجه حرارت آب منبع کنترل نمود .

سيرکولاسيون مدار آب برج خنک کننده
ثابت ماندن درجه حرارت آب ورودی و خروجی به کندانسور چيلرها مطابق با درجه حرارتهای طراحی برای عملکرد صحيح چيلرها بخصوص چيلرهای جذبی ضروری است .

در مناطقی که اختلاف درجه حرارت محيط خارج در طول شبانه روز زياد است ، در صورت عدم کنترل درجه حرارت آب برج خنک کننده ، اين اختلاف درجه حرارت موجب کريستاليزه شدن محلول ليتيوم برومايد در چيلرهای جذبی خواهد شد . با استفاده از تابلوی کنترل و فرمان دورمتغير برای کنترل الکتروپمپ های مدار برج خنک کننده و نصب سنسور درجه حرارت روی لوله خروجی از کندانسور چيلر ميتوان مقدار سيال عبوری از آن را بطور اتوماتيک برای ثابت ماندن درجه حرارت آب خروجی از کندانسور براساس طرح کنترل نمود .

تنظيم سرعت دوران فن برج خنک کننده
اگر چه کار هواکش برج خنک کننده توسط ترموستات چند مرحله ای قابل کنترل است ولی در زمان روشن بودن هواکش ، بخشی از آب نرم برج خنک کننده که توسط افشانک ها در مسير هوای عبوری از برج خنک کننده پاشيده ميشود همراه با هوا خارج شده و به هدر مي رود .
در صورت استفاده از تابلوی کنترل وفرمان دورمتغير جهت کنترل دور هواکش برج خنک کننده و نصب سنسور درجه حرارت روی لوله ورودی به کندانسور ميتوان درجه حرارت آب ورودی به کندانسور چيلر را با کنترل دور هواکش برج خنک کننده مطابق طرح دائماً ثابت نگاه داشت .

6- محاسن استفاده از تابلوهای کنترل و فرمان دورمتغير در موتورخانه ها
تابلوهای کنترل و فرمان دورمتغير علاوه بر مزايايی که در جايگزينی با شيرهای سه راهه موتوری به آن اشاره شد دارای مزايای زير ميباشند.

1- به عنوان تابلوهای کنترل و فرمان الکتروپمپ های سيستم مورد استفاده قرارميگيرد و جايگزين آن ميگردد .
2- با حذف شيرهای کنترلی هزينه گزاف تهيه آنها صرفه جويی ميشود .
3- با تغيير دور الکتروپمپ های سيستم های مختلف و کنترل درجه حرارت سيال موجب ثابت نگاه داشتن درجه حرارت های طراحی ميگردد.
4- با تنظيم مقدار سيال عبوری از سيستم اتلاف حرارتی و برودتی را به حداقل ميرساند.
5- هزينه های برق مصرفی و سرويس و نگهداری سيستم ها بطور چشمگيری کاهش مييابد.
6- عمر مفيد الکتروپمپ ها ، لوله کشی و شيرآلات به دليل متناسب بودن مقدار سيال عبوری در مقايسه با حداکثر جريان عبوری از آن ، بيشتر است.
7- برای راهبری سيستم ها ميتوان از افراد با تخصص پائين تر استفاده نمود.




نتيجه گيري
با توجه به مطالب مذکور به جرأت ميتوان ادعا نمود که تابلوهای کنترل و فرمان دورمتغير با تنظيم مقدار سيال عبوری از سيستم ها، متناسب با نياز هر يک از آنها برای تثبيت درجه حرارت های طراحی مناسب ترين وسيله در بهينه سازی مصرف سوخت تا 40 درصد ميباشند .
اينورتر دستگاهی است که بوسيله آن ميتوان فرکانس برق شهر و به تبع آن دور الکتروموتور را تغيير داد. حال اگر بتوان اين فرکانس را کنترل و به عنوان قدرت محرک الکتروموتورها مورد استفاده قرار داد، ميتوان الکتروپمپ دور متغيری ساخت که مقدار سيال خروجی از آن متناسب با تغيير دور الکتروموتور تغيير کند بديهی است عامل کنترل کننده فرکانس در سيستم های حرارتی دما است و چنين سنسوری ترانسميتر حرارتی است. در اين مقاله شرح داده شد كه چگونه تابلوی کنترل و فرمان دور متغير با استفاده از يک اينورتر کار مجموعه الکتروپمپ های سيستمهاي سيرکولاسيون مدار آب سرد و گرم فن کويل ها و هواسازها ، مدار آب گرم رادياتورهاو مدار کويل منابع آب گرم را کنترل ميکند. در تابلوی اخير برای کنترل کار الکتروپمپ های هر سيستم ، از يک برد کنترل و فرمان ميکروپروسسوری هوشمند برای کار نوبتی الکتروپمپ ها ، يک جفت کنتاکتور برای هر الکتروپمپ ، بی متال و ساير تجهيزات تابلويی لازم استفاده شده است.

مراجع

[1] HVAC Handbook, John wiley Sons, USA, 2002.
[2] Fredendall-Hill, Basics of Vaccon Inverter, The St.luice Press,USA,2001.
[3] Handifield, Rb., Introduction towater Management , Prentice Hall,1999.
[4] Hover , Management the Demand – Air conditioning , John willey Sons, 1999.

یافتن تمامی ارسال‌های این کاربر
نقل قول این ارسال در یک پاسخ
ارسال پاسخ 

Inverter & Servo  
کاربران حاضر
کاربرانِ درحال بازدید از این موضوع: 1 مهمان
آغاز کننده morteza
ارسال ها 1
بازديد ها 2827


پرش به انجمن: