پیمانکار رتبه یک تاسیسات

بررسی عملکرد یخچال فریزر خانگی مجهز به کندانسور آبی
1395-11-17
تاسیسات خنک کاری عجیب فیسبوک
1395-11-21
Show all

مقایسه گرمایش فن کویل و گرمایش از کف و ترکیب هردو

مقایسه گرمایش فن کویل و گرمایش از کف و ترکیب هردو

بخش اول 
گردآورنده: حسین حاجی زین العابدینی
بهمن ماه ۹۵

خلاصه

چند استراتژی کنترلی سیستم گرمایشی که ترکیبی از دو واحد ترمینال مختلف است، شامل گرمایش از کف و فن کویل، در یک منطقه حرارتی که توسط شرکتهای مجری تاسیسات اجرا شده، مقایسه شده اند. عملکرد سیستم ترکیبی، از نظر مصرف انرژی و سطح آسایش ارزیابی شده است. که محصول یک هیت پمپ هوایی-آبی است. چهار استراتژی کنترلی تعریف شده است و با استفاده از مدل ترنسیس مقایسه شده اند. یک استراتژی مربوط به شرایطی است که گرمایش از کف عمل می کند، دو استراتژی (ابتدایی و بهبود یافته) مربوط به حالتی است که فقط فن کویل عمل می کند، و یک استراتژی مربوط به شرایطی است که هر دو واحد ترمینال(گرمایش از کف و فن کویل) با هم کار می کنند. شبیه سازی برای سه شهربزرگ با الزامات گرمایشی مختلف انجام شده است. از نظر شرایط آسایش، سیستم ترکیبی نمرات بالاتری کسب کرد، و این شرایط راحتی در کل دوره فصل گرم حفظ شد. از نظر مصرف انرژی، بدترین گزینه، استفاده از فن کویل با سرعت هوای ثابت و درجه حرارت آب ورودی ثابت بود.

نتایج این ارزیابی ها می تواند به شرکت های مجری تاسیسات مکانیکی کمک کند تا در پروژه های خود از بهترین ترکیب برای سرمایش و گرمایش استفاده نمایند.

مقدمه

امروزه سیستم گرمایش از کف بطور گسترده استفاده می شود. مزایای اصلی آن آسایش بیشتر و مصرف انرژی پایین تر در این روش است.و شرکتهای تاسیساتی چندسالی است که به این روش اقبال بیشتری نشان داده اند. اشکال اساسی این روش، اینرسی حرارتی بالای مصالح بکار رفته در کف واحدهاست، که سیستم کنترل را پیچیده می کند. اینرسی حرارتی بالا می تواند سبب تاخیر در گرمایش فضا و یا گرمایش بیش از حد کف هر واحد شود، که در نهایت منجر به مصرف انرژی بالاتر و نارضایتی ساکنین خواهد شد. در مقایسه با گرمایش از کف، درسیستم فن کویل، آب با درجه حرارت بالاتر و زمان پاسخ کوتاه تر است. این مقاله به بررسی گرمایش از کف و فن کویل در یک منطقه حرارتی می پردازد. با وجود هزینه سرمایه گذاری بالاتر، ترکیبی از هر دو واحد ترمینال می تواند مزایای جالبی ارائه دهد. یک نمونه موفق، استفاده از این سیستم در فضاهایی با تراکم مختلف ازساکنین است. در مدت افزایش حرارت از حالت اولیه، فن کویل با آب C 45 تغذیه می شود و به سیستم کمک می کند تا سریعاً به دمای نقطه هدف برسد. در همان زمان، در سیستم گرمایش از کف، درجه حرارت به تدریج افزایش می یابد تا زمانی که بار حرارتی مورد نیاز تامین شود. زمانی که تنها از گرمایش از کف استفاده می شود بازده حرارتی افزایش می یابد زیرا اختلاف دمای بین منبع و فضای گرمایشی بیشتر است. در این صورت، با استفاده ازسیستم ترکیبی، سطح آسایش در طول ساعات اولیه حضور ساکنین بهبود یافته و مصرف انرژی در زمان باقی مانده کاهش می یابد. یکی دیگر از مزایای مهم سیستم ترکیب هر دو واحد ترمینال، افزایش ظرفیت کلی سیستم تهویه مطبوع است. در حالت سرمایشی، حداکثر ظرفیت سرمایش از کف، محدود به W M-2  40-50 است. زیرا سرمایش بیش از حد کف مشکلاتی اساسی ایجاد می کند، لذا حداقل دمای سطحی کف را محدود می کند. همچنین کارکرد همزمان فن کویلها این امکان را فراهم می کند تا بار نهفته و بخشی از بار محسوس تامین  شود در حالیکه در سیستم سرمایش از کف این امکان وجود ندارد.

در زمینه استراتژی های کنترل، گزینه های بسیاری وجود دارد، از کنترل کلاسیک مانند روش on / off و یا PID، تا روش های کنترل پیشرفته مانند روش مبتنی بر مدل پیش بینی (MPC)، منطق فازی و یا شبکه های عصبی.

برای کاربری های ساختمانهای مسکونی، تعداد و نوع  سنسورها و اکچویتورها محدود است و در کل “هوشمندی” سیستم دارای محدودیت است. استراتژی های کنترلی برای سیستمهای گرمایشی ترکیبی، ساده است. به عنوان مثال، در یک مطالعه، یک سیستم ترکیبی در مدت یک سال تمام در دو محل مختلف در ایالات متحده آمریکا مورد مطالعه قرار گرفت. که فن کویل بار نهفته را تامین می کرد و در صورت لزوم از سیستم گرمایش از کف برای تامین بار محسوس استفاده می شد. لذا یک کنترل “هوشمند” برای بهینه سازی مصرف انرژی وجود نداشت.

معرفی سیستم

شکل زیر، طرح سیستم پیشنهادی در این تحقیق را نشان می دهد. توجه داشته باشید که مدار هیدرولیک با جایگزینی شیر مخلوط سه راهه سنتی، با یک شیر دو طرفه on/off  دمای آب ورودی به کف واحد را کاهش می دهد. خروجی کنترل عبارت است از: دمای هدف آب داغ برای پمپ حرارتی، سیگنال کاری(on/off  ) پمپ، سیگنال کاری برای گرمایش از کف (حالتon/off  شیر دو طرفه) و در نهایت، سرعت و عملکرد (حالتon/off  شیر دو طرفه) فن کویل.

مقایسه گرمایش فن کویل و گرمایش از کف و ترکیب

معرفی مودهای کاری و کنترلی

واحدهای ترمینال (کف و فن کویل) به تنهایی و یا به طور همزمان کار می کنند. هنگامی که فن کویل کار می کند، سرعت فن را می توان در سه  درجه مختلف تنظیم کرد: پایین، متوسط یا بالا

دماهای هدف آب در حالت سرعت کم فن C 39، و C 42 یا C 45 برای سرعت متوسط فن و C 45 برای سرعت بالای فن هستند. وقتی که گرمایش از کف به تنهایی کار می کند، دمای نقطه هدف  C 35 است. در جدول زیر همه حالت های ممکن بطور خلاصه ارائه شده است.

مقایسه گرمایش فن کویل و گرمایش از کف و ترکیب

ما چهار استراتژی کنترلی در TRNSYS را که مدیریت حالت های جدول بالا است و تبدیل هر یک به دیگری را در جدول زیربیان خواهیم کرد.

  1. مقایسه گرمایش فن کویل و گرمایش از کف و ترکیب
  2. استراتژی RF

استراتژی RF زمانی اعمال می شود که تنها گرمایش از کف داریم. شکل زیر شماتیکی از این  استراتژی کنترلی را نشان می دهد. این استراتژی کنترلی بر مبنای تغییر دمای هوای خشک اتاق در طول شش دقیقه است. در اینجا تلاش بر این است تا مانع افزایش شدید دما در یک زون و یا در کف واحد شویم. دمای کف واحد همیشه  کمتر از  C29 نگه داشته می شود(بر اساس استاندارد 55 Ashrae). و دمای آب ورودی به سیستم گرمایش از کف C35 است.

  1. مقایسه گرمایش فن کویل و گرمایش از کف و ترکیب
  2. استراتژی FC1

این استراتژی شامل کنترل سنتی on/off یک فن کویل است. در اینجا از یک حالت سرعت فن استفاده می شود و معمولاً سرعت متوسط فن است. دمای هدف آب داغ در اینجا C45 است(شکل زیر قسمتa).

  1. مقایسه گرمایش فن کویل و گرمایش از کف و ترکیب
  2. استراتژی FC2

این استراتژی حالت توسعه یافته FC1 است. در اینجا سرعت فن و دمای هدف آب اصلاح شده است. منطق کنترلی در شکل بالا قسمت b نشان داده شده است. هنگامی که دمای زون در نزدیکی نقطه هدف است، به منظور کاهش مصرف انرژی فن، سیستم کنترلی  دبی هوا را کاهش می دهد.در همان زمان، دمای آب نیز کاهش می یابد. و برعکس این حالت نیز وجود دارد.

  1. استراتژی CB

شکل بعد بیان کننده استراتژی ترکیبی گرمایش از کف و فن کویل است. هدف از این استراتژی کنترلی، افزایش دمای  کف ساختمان در کوتاه ترین زمان ممکن است. در طول دقایق اولیه  کارکرد سیستم، فن کویل دمای زون را افزایش می دهد در حالی که دمای کف ساختمان توسط سیستم گرمایش از کف بدون تغییر باقی می ماند.

مقایسه گرمایش فن کویل و گرمایش از کف و ترکیب

منبع:

  • M. Seo, D. Song, K.H. Lee, Possibility of coupling outdoor air cooling and radiant floor cooling under hot and humid climate conditions, Energy Build.81 (2014) 219–226.
  • Backman, A. German, B. Dakin, D. Springer, Air-to-Water Heat Pumps With Radiant Delivery in Low Load Homes, Energy Department, U.S, 2013.

یک دیدگاه