-
تهویه و سیستم کنترل
تاریخ انتشار : پنجشنبه، ۰۶ آبان ۱۳۹۵
اوایل پیدایش تبرید مکانیکی ( تبرید، تاریخچه و کاربرد سیستم تبرید )، دستگاه های موجود حجیم و گران بودند و راندمان زیادی نداشتند و می بایست فردی متخصص از آن ها نگهداری می نمود. به همین دلیل تبرید مکانیکی صرفا به چند کاربرد بزرگ نظیر واحدهای تولید یخ، بسته بندی گوشت و یخچال های بزرگ محدود می شد ولی این سیستم در عرض چند دهه به سرعت رشد نموده و به صورت امروزی در آمده است. این رشد سریع حاصل چند عامل مختلف بود. با پیشرفت روش های تولید دقیق، امکان تولید تجهیزات کوچکتر با راندمان بالاتر فراهم شد. این امر به همراه تهیه مبردهای بی خطر و اختراع موتورهای الکتریکی با قدرت کمتر، امکان ساخت واحدهای تبرید کوچک را که امروزه در کاربردهایی نظیر یخچال ها و فریزرهای خانگی، دستگاه های هواساز کوچک و دستگاه های تجاری مورد استفاده قرار می گیرند، فراهم نمود. به طوری که هم اکنون کمتر خانه یا واحد تجاری را می توان یافت که یکی از انواع مختلف دستگاه های تبرید مکانیکی استفاده نکند.
- تبرید، تاریخچه و کاربرد سیستم تبرید
برای مثال امروزه بدون بهره گیری از سیستم تبرید، تهیه و نگهداری مواد پروتئینی با رشد فزاینده جمعیت ممکن نخواهد بود. همچنین در ساختمان های بزرگ نظیر مجتمع های مسکونی، تجاری و صنعتی، درصورتی که از تجهیزات تهویه مطبوع و تبرید مکانیکی بهره گیری نشود به دلیل گرمای محیط در تابستان این ساختمان ها غیر تحمل خواهند بود.
علاوه بر کاربرد تبرید در تهویه مطبوع و استفاده از آن در فرآیندهای انجماد و سردخانه ها، در حمل و نقل و نگهداری غذاهای فاسد شدنی، از تبرید مکانیکی در تهیه و عرضه اغلب مواد یا اجناس فروشگاه های امروزی استفاده می شود. تعداد فرآیندها یا محصولاتی که با استفاده از تبرید مکانیکی تحقق یا بهبود یافته اند، بی شمار است.
به طور مثال وجود تبرید امکان ساخت سدهای بزرگ را که برای پروژه های تولید برق و آبیاری ضروری است، فراهم میسازد. تبرید ساخت جاده ها، تونل ها، چاهک فوندانسیون و حفاری در زمین های سست را میسر می سازد. به وسیله تبرید امکان تولید پلاستیک ها، لاستیک های مصنوعی و بسیاری محصولات و مواد مفید دیگر، امکان پذیر می گردد. تولیدکنندگان منسوجات وکاغذ می توانند با استفاده از تبرید سرعت دستگاه های خود را افزایش دهند و محصول بیشتری تولید نمایند. استفاده از تبرید روش های بهتری برای آب کاری فولاد های مورد استفاده در دستگاه ها بوجود می آورد. این موارد تنها گوشه ای از صدها کاربرد تبرید مکانیکی است که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد و همه ساله چندین کاربرد جدید به آن ها افزوده می شود. تنها عاملی که سرعت رشد سیستم تبرید را کاهش می دهد، عدم وجود افراد متخصص در این صنعت است.
- تبرید، تاریخچه و کاربرد سیستم تبرید
برای سهولت مطالعه سیستم تبرید می توان کاربردهای تبرید را به شش گروه اصلی تقسیم نمود:
- تبرید خانگی
- تبرید تجاری
- تبرید صنعتی
- تبرید حمل و نقل
- تهویه مطبوع ساختمان
- تهویه صنعتی
بدیهی است حد و مرز دقیق این گروه ها معلوم نیست و بین آن ها تداخل وجود دارد.
2-1- تبرید خانگی:
وسعت تبرید خانگی محدود است و به طور عمده به یخچال و فریزرهای خانگی مربوط می شود ولی به دلیل کثرت استفاده، بخش قابل ملاحظه ای از بحث تبرید را شامل می گردد. تبرید خانگی معمولا کوچک و با ظرفیت های ورودی ۳۵ تا ۳۷۵ وات تولید می شوند.
2-2- تبرید تجاری:
تبرید تجاری در طراحی، ساخت، نصب و تعمیر سردکننده مورد استفاده در مغازه ها، رستوران ها، هتل ها و موسسات تهیه و تولید مواد غذایی و فاسد شدنی محدود می شود.
2-3- تبرید صنعتی:
به دلیل مشخص نبودن حدود دقیق تبرید صنعتی و تجاری، اغلب آن ها را با یکدیگر اشتباه می کنند. به طور کلی تبرید صنعتی از نظر اندازه بزرگ تر از اندازه تجاری می باشد و یک نفر تکنسین با تجربه از آن نگهداری می نماید. از نمونه های معمول تبرید صنعتی، واحدهای یخ سازی، بسته بندی مواد پروتئینی بزرگ (گوشت، ماهی، مرغ، غذاهای منجمد و …)، نوشابه سازی، بستنی سازی و واحدهای صنعتی نظیر پالایشگاه های روغن، واحدهای شیمیایی، واحدهای لاستیک سازی و … می باشد.
2-4- تبرید حمل و نقل:
قسمتی از کاربردهای این گروه را می توان به عنوان شاخه ای از تبرید تجاری و قسمتی دیگر را شاخه ای از تبرید صنعتی در نظر گرفت.به هر صورت هردو مورد به اندازه کافی وسیع و قابل توجه هستند. تبرید کشتی ها در کشتی های صیادی و مخازن حمل و نقل محصولات فاسد شدنی مشاهده می شود. تبرید حمل و نقل به تجهیزات تبرید مورد استفاده در کامیون ها برای حمل و نقل طولانی یا محلی و واگن های راه آن مربوط می شود .
- تهویه مطبوع:
به طوری که از اسم تهویه مطبوع برمی آید این مقوله با شرایط هوا در نواحی یا فضاهای مورد نظر در ارتباط می باشد و نه تنها کنترل دما بلکه کنترل رطوبت و سرعت وزش هوا را نیز به همراه تصفیه و تمیز کردن آن شامل می شود. کاربردهای تهویه مطبوع بر دو نوع خانگی و صنعتی می باشد. سیستم هایی که وظیفه عمده آن ها مطبوع کردن هوا برای راحتی انسان است، تهویه مطبوع خانگی نامیده می شود. نمونه ای از این سیستم ها را می توان در منازل، مدارس، دفاتر، مساجد، هتل ها، سوپر مارکت ها، ساختمان های عمومی، کارخانجات، اتومبیل ها، اتوبوس ها، هواپیماها، کشتی ها و… مشاهده نمود. از طرف دیگر هرگونه مطبوع سازی هوا که هدف اصلی آن رفاه انسان ها نباشد، تهویه صنعتی نامیده می شود. این الزاما بدین معنی است که سیستم های تهویه صنعتی با توجه به وظیفه اصلی خود، نمی توانند برای آسایش انسان ها مورد استفاده قرار گیرند.
3-1- کاربردهای تهویه مطبوع
کاربردهای تهویه صنعتی از نظر تعداد و تنوع نامحدود هستند. به بیان کلی وظیفه سیستم های تهویه مطبوع صنعتی عبارتند از:
3-1-1- کنترل میزان رطوبت مواد مرطوب
3-1-2 -کنترل شدت واکنش های شیمیایی و بیوشیمیایی
3-1-3- محدود نمودن میزان تغییرات مواد ظریف از لحاظ انبساط و انقباض حرارتی
3-1-4- فراهم نمودن هوای تمیز و تصفیه شده که اغلب برای کار راحت و تولید محصولاتی با کیفیت بهتر، لازم است.
مشکلی که در رابطه با سیستم های کنترل اتوماتیک وجود دارد، این است که در این رابطه مفاهیم اساسی، اصطلاحات و نام های بسیاری وجود دارد که در هیچ جایی غیر از زمینه تهویه مطبوع مورد استفاده قرار نمی گیرند. شما باید مفاهیم جدیدی مانند «حلقه بسته» ، «عادی – باز» و «کنترل تناسبی» را یاد بگیرید. همچنین باید اجزای مختلف مانند کنترلرها، عملگرها "Actuator" و کلیدهای" EP" را تشخیص داده و هدف از به کارگیری آن ها را بدانید.
به هر حال کلید یادگیری واقعی کنترل های اتوماتیک گسترش دادن آگاهی و دانش در مورد سیستم است. این یعنی باید به اندازه ای دانش خود درباره مفاهیم اساسی را افزایش داد که بتوان با نگاه کردن به نقشه های یک سیستم کنترل تشخیص داد که کلیت سیستم چگونه با هم ارتباط دارند و چگونگی عملکرد و ارتباط آن ها با هم چگونه است.
- یک سیستم کنترل چه کاری انجام می دهد؟
برای پایش "Monitoring" دمای فضای مورد تهویه و تنظیم سیستم تبرید تهویه مطبوع به منظور حفظ شرایط از پیش تعیین شده برای رسیدن به شرایط آسایش به یک سیستم کنترل نیاز است. در حالت ایده آل، سیستم کنترل با مصرف کم ترین مقدار انرژی، این شرایط آسایش را در شرایط مطلوب و در یک سطح ثابت حفظ می کند. برخی از سیستم ها رطوبت فضا را نیز اندازه گیری و تنظیم می کنند، برای انجام تمام این کارها سیستم کنترل،
دما و رطوبت نسبی هوای فضا را اندازه گیری و حس می کند و به منظور برقرار کردن شرایط مطلوب در فضا، شیرها و دمپرهای موجود در سیستم مرکزی را تنظیم می نماید.
4-1- زیر سیستم های کنترل "Control Subsystems"
پیچیده ترین سیستم ها نیز از یک سری زیر سیستم های متناسب و هماهنگ تشکیل شده اند. این زیر سیستم ها اساسا در تمام سیستم های کنترل، مشابه هستند. توانایی شما در درک سیستم های کنترل به میزان توانایی شما در تشخیص این زیر سیستم ها و تحلیل چگونگی عملکرد آن ها و چگونگی ارتباط آن ها با دیگر زیر سیستم ها برای تشکیل سیستم کلی کنترل، بستگی دارد.
در یک سیستم هواساز مرکزی مربوط به یک مکان تجاری بزرگ، چندین زیر سیستم کنترل وجود دارد که عبارتند از:
- روشن و خاموش کردن فن
- روشن و خاموش کردن پمپ
- موقعیت دهی به دمپرهای برگشت، تخلیه و هوای تازه بیرون.
- حصول اطمینان از این که حداقل هوای تازه مورد نیاز به سیستم وارد می شود.
- تنظیم کننده دبی آب گرم و دمای هوای خروجی از کویل گرمایشی
- تنظیم کننده دبی آب خنک شده و دمای هوای خروجی از کویل سرمایشی
4-2- حلقه های کنترل
حلقه کنترل یک زیر سیستم است که اجزای آن به گونه ای چیده شده اند که با هم عمل کرده و یک متغیر مانند دمای هوا یا آب را کنترل می کنند. دو نوع حلقه کنترل وجود دارد:
4-2-1- سیستم کنترل حلقه باز
یک سیستم کنترل حلقه باز دارای بازخورد "Feed Back " نیست، و بنابراین سیگنالی مبنی بر رسیدن به شرایط مطلوب وجود نخواهد داشت.
یک مثال از این سیستم این است که شیر آب گرم را باز کنیم و دست خود را درون آب فرو نبریم تا ببینیم که آیا دمای آن در حد مطلوب است یا خیر. یک نمونه از سیستم کنترل حلقه باز، سیستم تبرید تهویه مطبوع است که در آن دمای آب گرم تغذیه شده فقط بر اساس دمای هوای بیرون تغییر می کند و هیچ بازخوردی از دمای هوای فضای مورد تهویه گرفته نمی شود تا بررسی شود که آیا دمای فضای مورد نظر به حد مطلوب رسیده است یا خیر.
4-1-2- سیستم کنترل حلقه بسته
سیستم کنترل حلقه بسته دارای بازخوردی است که نشان می دهد که سیستم کنترل به نقطه تنظیمی " Set Point" رسیده یا نرسیده است. وقتی که شما شیرآب گرم را باز می کنید، طبیعتا دست خود را به آب می زنید تا ببینید که «آیا دمای آن مناسب است یا خیر؟» اگر دمای مورد نظر تامین نشده باشد، شیر را تنظیم کرده و مجددا با دست امتحان می کنید. دست شما یک بازخورد برای اپراتور سیستم کنترل تولید می کند.
کوره هوای گرم خانگی که در خانه دارید یک نمونه بسیار خوب برای سیستم کنترل بسته می باشد. ترموستات نصب شده در اتاق، سیگنالی به طرف مشعل ارسال می کند و نیاز به حرارت را اعلام می کند، سپس مشعل کوره روشن می شود. ترموستات پیوسته دمای اتاق را حس کرده و سیگنالی به طرف مشعل ارسال می کند" Feed Back " تا هرگاه دمای اتاق به حد مطلوب رسید دستور خاموش شدن مشعل را صادر کند.
- اجزای یک زیر سیستم حلقه بسته
بیشتر زیر سیستم های تهویه مطبوع از نوع حلقه بسته هستند . زیر سیستم کنترل دمپر برای یک سیستم تهویه مطبوع قرار می گیرد. نحوه عملکرد این زیر سیستم به صورت زیر است:
- حسگر نصب شده درون محفظه مخلوط هوا به طور پیوسته دمای هوای مخلوط را اندازه گیری کرده و اطلاعات مربوط را کنترل کننده بازخورد می کند.
- کنترل کننده سیگنالی به عملگر دمپر "Damper Actuator" ارسال می کند.
- عملگر دمپر Damper Actuator" " دمپرهای هوای برگشت و هوای تازه را به گونه ای موقعیت دهی می کند که مقادیر مناسبی از هوای بیرون و هوای برگشتی با هم مخلوط شوند تا دمای هوای مخلوط در شرایط مطلوب حفظ شود.
اصطلاحات و اجزایی که برای توزیع زیر سیستم به کار گرفته شده به طور پیوسته به عنوان بخشی از زبان کنترل در سیستم های کنترل به کار می روند. مطمئن شوید که اصطلاحات زیر را به خوبی یاد گرفته اید:
- متغیر کنترلی" "Controlled variable:
شرایط یا متغیری که کنترل می شود. دمای هوای مخلوط موجود در محفظه، مخلوط هوا متغیر کنترلی می باشد، در زیر سیستم های دیگر ممکن است متغیر کنترلی سرعت هوا، دبی آب، فشار استاتیک هوا یا رطوبت نسبی باشد.
- حسگر:
وسیله ای است که شرایط متغیر را اندازه گیری می کند. حسگر، دمای مخلوط هوا را اندازه گیری می کند. دیگر حسگرها نیز وجود دارند که برای اندازه گیری سرعت هوا، دبی آب، فشار استاتیک هوا یا رطوبت نسبی به کار می روند.
- کنترل کننده:
وسیله ای است که اطلاعات را از حسگر دریافت کرده و برای انجام واکنش و تغییر مناسب سیگنالی به طرف عملگر ارسال می کند. هر کنترل کننده برای یک شرایط مطلوب برنامه ریزی می شود که این وضعیت مطلوب نقطه تنظیمی (Set Point) نامیده می شود. کنترل کننده برای حفظ شرایط مطلوب و رسیدن به نقطه تنظیمی سیگنال هایی را به عملگر ارسال می کند.
- عملگر یا محرک (Actuator , Operator):
وسیله ای است که ابزار کنترلی را موقعیت دهی می کند. عملگر، دمپرها را موقعیت دهی و تنظیم می کند.
- ابزار کنترلی:
ابزاری است که تغییرات یا واکنش هایی مانند تغییر دادن دبی هوا یا آب را انجام می دهد. دمپرها ابزارهای کنترلی هستند. این دمپرها دبی هوای برگشتی و هوای تازه ورودی به محفظه اختلاط هوا را تنظیم می کنند و از این طریق دمای مخلوط هوا (متغیر کنترلی) را تعیین می کنند. ابزارهای کنترلی دیگری مانند شیرها و کلیدها نیز وجود دارند که در محل های مناسب می توان از آن ها استفاده کرد. در کل زیر سیستم های موجود در سیستم کنترل متغیر کنترلی را از طریق روال زیر تنظیم می کنند:
حسگر – کنترل کننده – عملگر – ابزار کنترلی
- تهیه و تنظیم:
بهرنگ اصغری
مهندس تکنولوژی سیستم های حرارتی و برودتی