پیمانکار رتبه یک تاسیسات

مدیریت مصرف انرژی سیستم های تهویه مطبوع در ساختمان ها(بخش دوم)
2017-06-20
تاسیسات گرمایشی در بیمارستان‌ها و مراکز درمانی
2017-06-22

مروری بر انواع خطا در هواسازها

گردآورنده: حسین حاجی زین العابدینی
خرداد ماه 96

انواع خطا در هواسازهاطبق گزارش دپارتمان انرژی آمریکا، سیستم HVAC ساختمان شامل گرمایش و سرمایش و تهویه مطبوع است که در حدود 40 درصد کل انرژی مصرفی در بخش ساختمان تجاری را شامل می شود. این موضوع وضعیت کنونی کارآیی مصرف انرژی را  به چالش می کشد. حتی با وجود اینکه سیستم اتوماسیون ساختمان، یا کنترلرهای پیشرفته برای بالابردن کارایی سیستم اضافه شده است ممکن است حین نصب یا کاراکرد معمول یا تعمیرات دوره ای توسط شرکت های تاسیساتی خطاهایی در سیستم رخ دهد و باعث اتلاف انرژی شود.

در یک تحقیق ازساختمان های انگلیس، معلوم شد که 25 تا 50 درصد اتلاف انرژی ناشی از عیوبی است که در سیستم HVAC ساختمان وجود دارد. این مقدار اتلاف را می توان با شناسایی و رفع زودهنگام  عیوب توسط مجریان خبره تاسیسات تا 15 درصد کاهش داد و مانع وارد آمدن خسارات غیرقابل جبران به سیستم شد.انواع خطا در هواسازهامعرفی سیستم

AHU یکی از تجهیزات مهم در سیستم های تهویه مطبوع است. به خصوص، در ساختمان های بزرگ از این تجهیزات برای سرمایش و گرمایش چند بخش ساختمان استفاده می شود. همچنین با استفاده از یکسری ترمینال، مقدار رطوبت و میزان هوای تهویه در هر قسمت از ساختمان را کنترل کرده و شرایط آسایش را تامین می کنند. دو نوع سیستم هواساز رایج وجود دارد که عبارتند از: سیستم حجم ثابت هوا (CAV) و سیستم حجم متغیر هوا (VAV).

تفاوت اصلی بین دو سیستم این است که دریک سیستم VAV ، مقدار دبی جریان هوا مطابق با شرایط بار گرمایشی سرمایشی ساختمان تغییر می کند. که در شکل زیر یک نمونه از این نوع سیستم نمایش داده شده است در حالیکه در سیستم CAV دبی جریان هوا با شرایط مختلف گرمایشی و سرمایشی تغییر نمی کند.

انواع خطا در هواسازهاخطاها در سیستم هواساز

سیستم عیب یابی(FDD) در زمینه مهندسی مدرن، برای تشخیص زود هنگام خطا و عیوب سیستم حین کارکرد معمول بکار می رود قبل از اینکه خسارت جدی به سیستم وارد شود.این تکنیک را می توان بصورت یک نمودار در شکل زیر نشان داد.

در این شکل هر آنچه مناسب آنالیز و ارزیابی یک سیستم پیچیده است مانند تجهیزات چند قسمتی یک سیستم HVAC دارای کنترلرهای با بازخورد چندگانه، آورده شده است. هنگام استفاده از یک هواساز، علت و محل رخداد چهار خطای مختلف را می توان با استفاده از FDD بصورت سیستمی تعیین کرد. خطای ناشی از سنسورها و کنترلرها به عنوان یکی از انواع خطا در نظر گرفته می شود.

خطای تجهیزات AHU

با توجه به شکل بالا رخداد خطای در تجهیزات AHU  به دو علت مختلف است. اولی ناشی از اغتشاشات سیستم است که می توان آنرا با مدلسازی تعیین کرد. در صورت حذف ترم های اساسی، مدل دارای نوعی عدم قطعیت می شود. این عدم قطعیت می تواند منجر به غیر قابل کنترل شدن و ایجاد حساسیت به اغتشاشات سیستم و گاهی منجر به از کار افتادن کنترل سیستم می شود. این خطاها به عنوان متغییر مستقل عمل کرده و سیستم نمی تواند این عدم قطعیت را کنترل کند.

انواع خطا در هواسازهاعلت دوم خطاهای ساختاری است که شامل نقص در تجهیزات یک AHU است. تغییرات ساختاری منجر به تغییر روند کارکرد سیستم هواساز می شود. وقتی تجهیزات ناقص است، مانند نشتی هوا در کانال ها، خطایی که در سیستم رخ می دهد بصورت عدم سرمایش یا گرمایش به اندازه کافی یا نقصان در فیلتراسیون خود را نشان می دهد. به عنوان نمونه دیگر، یک کویل کثیف که ضریب هدایت گرمایی در آن تغییر کرده و در نهایت سبب کاهش ظرفیت گرمایی کویل خواهد شد. در جدول زیر خطاهای رایج در تجهیزات AHU آورده شده که رخداد آنها سبب کاهش بازده سیستم خواهد شد.

دسته بندی وسیله خطای رایج
تجهیزات فن -افت فشاربالا سبب از کار افتادن فن تامین و برگشت هوا می شود

-کاهش بازده موتور فن

کانال نفوذ هوا از درز کانال
کویل گرمایشی رسوب در لوله و فین سبب کاهش ظرفیت کویل می شود
کویل سرمایشی رسوب در لوله و فین سبب کاهش ظرفیت کویل می شود
کویل پیشگرم رسوب و کاهش ظرفیت کویل

خطای اکچویتور در AHU

اکچویترها (یا ابزاری مانند دمپرها یا شیرها) مستقیما برکارکرد AHU تاثیرگذارند و ورودی ها  به AHU را تنظیم می کند. هنگامی که خطایی در اکچویتور وجود داشته باشد، این شرایط می تواند باعث انحراف مقادیر خروجی دستگاه AHU فراتر از حد قابل قبول شده مگر اینکه این خطا را سریعاً تشخیص داده و در جهت رفع آن اقدام گردد. همچنین، خطا در این ابزار عملاً می تواند سبب کاهش عملکرد سیستم کنترل شده و به طور کلی با ارسال سیگنال بازخورد به سیستم کنترل، خروجی دستگاه را تحت تاثیر قرارمی دهند و در نتیجه خروجی سیستم آن چیزی که مد نظر طراح است و باید باشد، نیست. به عنوان مثال، اگر یک دمپر OA گیر کرده باشد، کارایی کنترل دما کاهش یافته و در بلند مدت سبب اتلاف انرژی می شود زیرا بجای اینکه ازهوای با دمای پایین تر محیط بیرون استفاده شود، از هوای بازگشت با دمای بالاتر و از خنک کننده مکانیکی برای کاهش دمای آن استفاده می شود. دیگر خطاهای اکچویتور AHU در جدول زیر آورده شده است.

دسته بندی وسیله خطای رایج
اکچویتور دمپرهای OA یا RA یا EA دمپر گیر کرده یا کارکرد آن دارای اختلال است.

دمپر در حالت بسته، دارای نفوذ هوا است.

شیر کویل گرمایشیHV -شیر گیر کرده یا کارکرد آن دارای اختلال است.

-شیر در حالت بسته، دارای نشتی است.

شیر کویل سرمایشیCV
شیر کویل پیشگرمPV

خطای در سنسورها و کنترلرهای فیدبک

سنسورها برای اندازه گیری متغییرهای حالت در یک سیستم استفاده می شوند و سیگنالی فیدبک به کنترلرها ارسال می کنند که در آنها متغییرهای حالت در نقطه خاصی تنظیم شده اند و باعث کاهش اختلاف بین مقدار اندازه گیری شده و مقدار تنظیم شده می شوند. در نتیجه، کارایی کنترلرها عملاً وابسته به کارایی سنسورهاست. اگر سنسورها خطا داشته باشند، مانند خطای آفسِت و دریفت، کارایی کنترلر بتدریج  کاهش می یابد. برای مثال، فرض کنید دریفت سنسور دما در حدود 0C 2 بالاتر از مقدار واقعی در یک منطقه است. کنترلر بطور اتوماتیک شیر کنترل کویل سرمایشی را باز کرده تا آب سرد بیشتری وارد کویل سرمایشی شود، بنابراین دمای واقعی اتاق پایین تر از دمای اندازه گیری شده است و سبب هدررفتن انرژی می شود. خطاهای معمول در سنسورها و کنترلرها در جدول زیر ارائه شده است.

دسته بندی وسیله خطای رایج
سنسور  SA-یا MA یا RA یا OA دما

MA- یاRA  یا OAرطوبت

SA- یاRA  یا OAنرخ جریان هوا

SA- یا فشار منطقه

 

 

خطای سنسور شامل افست و دریفت
کنترلر تنظیم موتورفن پاسخ ناپایدار

 

ترتیب شیر کنترل کویل سرمایشی و گرمایشی پاسخ ناپایدار

 

اختلاف فشار استاتیک جریان هوا

 

سیستم دچار اختلال شده و تنها با سرعت ثابت کار می کند
دمای منطقه پاسخ ناپایدار

منبع:

1-W.Y. Lee, C. Park, et al., Fault detection of an air-handling unit using residualand recursive parameter identification methods, ASHRAE Transactions 102 (1)(1996) 528–539.

2-S.X. Ding, Model-based Fault Diagnosis Techniques: Design Schemes, Algo-rithms, and Tools, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Berlin, 2008 (ISBN978-3-540-76303-1).

یک دیدگاه