سیستم میکرو برق-آبی
2016-08-06
سنجش و کنترل در سیستم‌های تهویه مطبوع – بخش دوم
2016-08-08

تجهیزات سنجش و کنترل در سیستم‌های تهویه مطبوع بیمارستان

گردآورنده: مریم مصطفی نظری
مرداد ۹۵
بخش اول

مقدمه

سیستم‌های کنترلی و تجهیزات نظارتی یکی از بخش‌های ضروری در سیستم‌های تهویه مطبوع به خصوص در واحدهای درمانی و بیمارستان‌ها هستند. این تجهیزات مسئول کنترل شرایط محیطی، عفونی، نظارت بر مصرف بهینه انرژی، نظارت بر سطح آلاینده‌ها، دود، جلوگیری از آتش‌سوزی و موارد مشابه‌اند. معمولا متغیرهای کنترلی در سیستم‌های تهویه مطبوع عبارتند از فشار، درجه حرارت، رطوبت و دبی جریان هوا. عملکرد دقیق و بهینه تجهیزات کنترلی منجربه عملکرد مناسب و کارامد سیستم‌های توزیع تهویه مطبوع و تاسیسات مرکزی شده و بهبود دهنده راندمان کاری کارکنان و پرسنل می‌شود.

سیستم‌های کنترل پنوماتیک

سیستم‌های کنترل پنوماتیک ساده‌ترین ابزار کنترل به روش مدوله سازی اند که از هوای فشرده برای عملکرد فعال‌کننده، سنسورها، ایستگاه‌های تقویت و سایر تجهیزات کنترلی استفاده می‌کنند. کنترل پنوماتیکی معمولا تناسبی بوده و نیازمند هوای خشک تمیز است. این سیستم‌های کنترلی غیر قابل انفجار بوده و فعال کننده‌های ساده، قدرتمند، کم هزینه و معتبری برای شیرها و دمپرها هستند. اغلب از آنها برای کنترل نواحی ساده از قبیل باکس VAV استفاده می‌شود.

۲

سیستم‌های کنترل الکتریکی

این سیستم‌ها متشکل از فعال‌کننده‌های شیر و دمپر، کنترلرهای دما/فشار/رطوبت، رله‌ها و سنسورها هستند. تامین‌کننده نیرو در این سیستم بسته به نیازهای مدار آن ولتاژ خط یا ولتاژ پایین است. ‌سیم‌کشی کنترلرها و فعال کننده‌ها برای انجام دو وضعیت(مانند خاموش/روشن یا محدود) و تناسبی صورت ‌می‌گیرد. آنها اغلب از سنسورهای انتگرالی بهره برده و برای سیستم‌های کنترلی ساده در وضعیت‌های خاموش و روشن استفاده ‌می‌شوند.  همچنین عملکرد مناسبی در محدودیت‌های وسیع محیطی دارند.

سیستم‌های کنترل الکترونیکی

در این سیستم‌ها سیگنال سنسور آنالوگ تقویت و سپس با یک نقطه تنظیم (set point) یا سیگنال القایی مقایسه شده تا بواسطه آن عملکردهای کنترلی فعال شود. سیستم‌های کنترلی الکترونیکی دقیق و قابل اطمینان هستند. همچنین قابلیت تکرارپذیری بالایی دارند و امکان تنظیم ساده و از راه دور نقطه تنظیم را برای کاربر فراهم ‌می‌کنند. البته این سیستم‌های کنترلی نسبت به سیستم‌های دیگر برای هر حلقه کنترل متحمل هزینه بالاتری هستند ولی در عین حال پکیج کاملی از فعال کننده‌ها و کنترلرها را ارائه ‌می‌دهند.

۳

سیستم‌های کنترل دیجیتالی مستقیم (DDC)

در سیستم‌های مبتنی بر ریزپردازنده‌ها ورودی سنسورها داده‌های دیجیتالی بوده و فرایندهای کنترلی و مقایسه توسط الگوریتم‌های دستورالعمل مجزا انجام ‌می‌شود. این سیستم‌ها به تنهایی و یا به عنوان زیر مجموعه‌ای از سیستم مدیریت ساختمان (BMS) به کار گرفته ‌می‌شوند. همچنین برای عملیات نظارت و کنترل نیازمند یک رایانه شخصی هستند. سیستم‌های کنترلی مبتنی بر ریزپردازنده از دقت بسیار بالایی برخوردارند و قادر به اجرای مراحل پیچیده کنترلی هستند. آنها به راحتی با سیستم مدیریت ساختمان هماهنگ ‌می‌شوند. همچنین قادر به پشتیبانی کنترل حلقه‌ای از طریق مسیر ارتباطی‌اند به عنوان مثال ‌می‌توانند چیلرها را بر اساس تقاضای سیستم متصل به آن بهینه کنند. در این سیستم‌ها نقطه تنظیم قابل کنترل از راه دور بوده و همچنین ‌می‌توانند از فعال کننده‌های پنوماتیکی در تجهیزات بهره ببرند.

۴

سیستم کامپیوتری مدیریت ساختمان (BMS)

هدف اصلی این دسته از سیستم‌های کنترلی ساده‌سازی و متمرکز کردن عملیات نظارت، کنترل بر عملکرد و مدیریت ساختمان است. عملکرد سیستم‌های BMS در بیمارستان‌ها و مراکز درمانی شامل کنترل شرایط محیطی، کنترل سیستم‌ها و دستگاه‌ها، ارسال به هنگام هشدار و گزارش خطا، کنترل مصرف انرژی و هزینه سیستم‌های پر مصرف، تحلیل داده‌‌‌ها، بایگانی سوابق، پشتیبانی از برنامه‌های مدیریت تعمیر و نگهداری، زنگ هشدار آتش سوزی، کنترل امنیت، کنترل روشنایی و فعال‌سازی سیستم ژنراتور اضطراری است.

سیستم BMS نظارت دقیقی را برای عملکرد نقاط مختلف کنترلی مانند دمای هوای دهش، دمای ترکیب هوا و موقعیت شیر و دمپر فراهم ‌می‌کند. اطلاعات ثبت شده توسط سیستم‌های مدیریت ساختمان، کنترل و نظارت آسان در تشخیص نقص تجهیزات تحت کنترل، حل مشکل و در نتیجه عملکرد کارامد سیستم تهویه مطبوع را به همراه دارد.

سیستم‌های متمرکز با بهره‌گیری از ارتباطات شبکه‌ای امکان تعریف نقطه تنظیم برای بخش‌های کنترلی را به صورت سراسری و یکپارچه فراهم ‌می‌کنند که علاوه بر ایجاد تامین آسایش، شرایط بهینه‌ای را برای مصرف انرژی رقم ‌می‌زنند.

در این حالت تجهیزات با حداقل هزینه به کارکرد خود ادامه داده و دماهای مورد نیاز برای رسیدن به حداکثر راندمان به‌سادگی قابل کنترل هستند. تعریف بارها در سطوح مختلف و بارگذاری تاسیسات مرکزی بر پایه تقاضای سیستم‌های هوارسان به کمک سیستم‌های BMS به راحتی امکان پذیر است. طراحان باید در خصوص سیستم‌های متمرکز مبتنی بر ارتباطات اینترنتی، بر قراری امنیت در شبکه کنترلی را در سرلوحه وظایف خود قرار دهند.

معیار تنظیم فشار

اختلاف فشار اتاق با فضا یا اتاق مرجع توسط سنسور فشار اندازه‌گیری شده و به‌صورت علائم تصویری یا دیجیتالی از فشار اتاق ثبت ‌می‌شود. این داده‌ها از طریق پانل هشدار کنترل مرتبط با سیستم BMS که اغلب در ایستگاه پرستاری مستقر هستند قابل مشاهده بوده و شرایط پاسخگویی سریع به کاربران سیستم و پرسنل تعمیر و نگهداری را فراهم ‌می‌کنند. به منظور تثبیت و حفظ فشار نسبی باید توجه ویژه‌ای به از بین بردن کندانس در دیوارها، سقف و کف و بسته نگه‌داشتن درها ( به جز در موارد خاص) شود.

دو معیار دبی حجمی جریان و اختلاف فشار اتاق‌ها به طور معمول معیار‌های تنظیم فشار در بیمارستان‌ها و مراکز درمانی هستند. در معیار تنظیم اول دبی حجمی جریان هوای رفت، برگشت و تخلیه مد نظر قرار گرفته و معمولا بر اساس اختلاف دبی حجمی هوای رفت با برگشت/تخلیه عنوان ‌می‌شود. با توجه به این معیار اتاق فشار مثبت به اتاقی گفته ‌می‌شود که دبی حجمی جریان هوای رفت در اتاق در مقایسه با مجموع دبی حجمی جریان هوای برگشت و تخلیه بیشتر باشد و در مقابل اتاق فشار منفی شرایط بر عکسی خواهد داشت یعنی هوای رفت از مجموع هوای برگشت و تخلیه کمتر است. اغلب اتاق‌های بیمارستانی با اتکا به این معیار برای تنظیم فشار طراحی می‌شوند.

بر اساس معیار دوم حداقل اختلاف فشار برای اتاق‌های قرنطینه، اتاق‌های جراحی سیستوسکوپی، اتاق‌های کالبد شکافی و موارد مشابه معادل ۲٫۵ پاسکال تعریف شده است. در صورتی که این معیار به عنوان مبنای طراحی انتخاب شود باید اثرات عوامل ثانویه مانند اثر دودکشی، فشار باد، اختلاف فشار اتاق، اختلاف فشار جزیی آب و اثرات چکه آب از دیوارها، سقف‌ها و کف‌ها در نظر گرفته شود.

به طور معمول دو استراتژی قابل قبول بر اساس دستورالعمل‌های موجود در کنترل فشار واحدهای درمانی و بیمارستان‌ها عبارتند از حجم ثابت با اختلاف حجمی ثابت بین هوای رفت و هوای برگشت/تخلیه و کنترل حجمی با تنظیم مجدد مستقیم فشار.

اتاق‌های قرنطینه مخصوص بیماری‌های واگیردار معمولا دارای صد در صد تخلیه هوا و فشار منفی هستند لذا باید یک اختلاف دبی حجمی ثابت به میزان cmf رفت منهای cmf برگشت/تخلیه حفظه شود. در این شرایط استفاده از دستورالعمل حجم ثابت با اختلاف حجمی ثابت موثر است. در صورتی که تنظیم فشار اولیه به قدر کافی بالا باشد اختلاف فشار اتاق متغیر ناشی از شرایط هوای بیرون یا تنظیم فشار در فضاهای مجاور ‌می‌تواند با تنظیم فشار حداقل اتاق در همه شرایط حفظ شود.

کنترل‌کننده‌های مستقیم فشار به طور دینامیکی در برابر نوسانات آنی فشار اتاق تنظیم شده و قادر به ثابت نگه داشتن دبی حجمی جریان نیستند. اما این سیستم‌ها قادر به جبران اثرات ناشی از دودکشی، نفوذ و خروج هوا بوده و نقطه تنظیم اتاق را مجددا تنظیم کرده که در نتیجه آن اختلاف حجمی جریان را به منظور تنظیم فشار اتاق در محدوده قابل قبولی نگه ‌می‌دارند.

برای اتاق‌های قرنطینه دارای اتاق انتظار برنامه کنترلی در خصوص اندازه‌گیری و هشدار اختلاف فشار بین دو اتاق باید مستقل از برنامه کنترلی بین اتاق انتظار و راهرو باشد. در این شرایط معمولا حجم ثابتی از هوا به عنوان جبران در اتاق انتظار حفظ شده که در ارتباط با اتاق قرنطینه و راهرو به ترتیب منفی و مثبت است.

توجه به مطالب ذیل در تنظیم فشار محیطی در بیمارستان‌ها و مراکز درمانی ضروری است:

  • کنترل و نظارت مداوم و پیوسته بر اساس برنامه‌ریزی‌های دقیق به منظور حفاظت از فضاهای مربوط به نگهداری و درمان بیماران
  • ارسال هشدار سریع به پرسنل درصورت اختلال در فشار نسبی و خارج شدن فشار اتاق از محدوده‌های مشخص
  • تنظیم تاخیر زمانی در اعلام هشدارها توسط کاربر به منظور اجتناب از هشدارهای کاذب ناشی از تغییرات آنی
  • جمع‌آوری داده‌های الکترونیکی به منظور هماهنگ شدن با دستنامه مراکز کنترل بیماری

کنترل دمای هوای رفت

سیستم‌های کنترل دمای هوای رفت به صورت متوالی وظیفه تنظیم دمپر بازیاب، شیرهای پیش گرمایش و شیرهای آب سرد را به عهده دارند. به طور مثال اگر بازیاب در وضعیت حداقل هوای بیرون و دمای ترکیب هوا سردتر از دمای هوای مطلوب رفت باشد، کویل پیش گرمایش باید گرمایش مورد نیاز را فراهم کند. با افزایش دمای ترکیب هوا، شیر پیش گرمایش بسته شده و به طور همزمان با ادامه افزایش دمای ترکیب هوا، دمپرهای بازیاب هوای بیرون به طور کامل باز می‌شوند. در نهایت بازیاب تا حد مورد نیاز به گونه ای تنظیم می‌شود که دمای دهش هوا در مقدار قابل قبول حفظ شود.

در صورتی که دمای ترکیب هوا بالاتر از دمای هوای رفت مورد نیاز باشد شیرهای آب سرد باز شده و اگر آنتالپی هوای بیرون بیشتر از آنتالپی هوای برگشت باشد، بازیاب به موقعیت مینیمم هوای بیرون باز می‌گردد. اغلب دمای وضعیت گرم یا سرد هوای رفت بر پایه دمای هوای بیرون و به صورت خطی تنظیم می‌شود.

کنترل بازیاب هوای بیرون

تجهیزات بازیاب هوایی به منظور سرمایش رایگان، تنظیم فشار ساختمان، تهویه حداقل هوای بیرون و در برخی موارد به منظور تصفیه دود اضطراری مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سیستم‌ها عمدتا در سه نوع چیدمان فن تغذیه و برگشت، فن تغذیه و تخلیه، فن تغذیه با تخلیه ثقلی ارائه می شوند. انتخاب مناسب فن و کنترل‌کننده‌ها موجب عملکرد بهینه سیستم‌های بازیاب هوا شده و برای حفظ ثبات در کارکرد سیستم ضروری است. طراح باید توجه ویژه‌ای به نوع و سایز دمپر و فن‌ها، کنترل فشار ساختمان، فشار پلنوم ترکیب هوا و فشار بیرون ساختمان، کنترل کننده‌های سرعت فن و دمپرهای مورد استفاده برای تنظیم فشار و دبی حجمی ‌جریان داشته باشد. همچنین تعبیه ایستگاه‌های سنجش حجم هوا برای کنترل بهتر ضروری است. اغلب عملکرد ضعیف واحد پایانه‌ای یا فن و سنسورهای آلوده و غیر کالیبره منجر به ضعف در سیستم بازیاب شده که ناشی از طراحی ضعیف و تعمیر و نگهداری ناکارآمد است.

۸

باکس‌های حجم متغیر و ثابت به واسطه استفاده از سیستم کانال‌کشی با فشار متوسط منجر به کاهش اندازه کانال توزیع شده و جریان هوای اتاق را به طور دقیق تری کنترل می کنند. این باکس‌ها به روش پنوماتیکی، الکتریکی یا از طریق DDC قابل کنترل بوده و در حالت عادی مستقل از فشار هستند.

منبع:

www.ashrae.com 

یک دیدگاه