مقدمه
اوایل پیدایش تبرید مکانیکی، دستگاه های موجود حجیم و گران بودند و راندمان زیادی برای تهویه نداشتند و می بایست فردی متخصص از آنها نگهداری می نمود. به همین دلیل تبرید مکانیکی صرفا چند کاربرد بزرگ نظیر واحد های تولید یخ، بسته بندی گوشت و یخچالهای بزرگ محدود می شد ولی این سیستم در عرض چند دهه به سرعت رشد نموده و به صورت امروزی درآمده است.
این رشد سریع حاصل چند عامل مختلف بود. با پیشرفت روش های تولید دقیق، امکان تولید تجهیزات کوچک تر با راندمان بالاتر فراهم شد. این امر به همراه تهیه مبرد های بی خطر و اختراع موتورهای الکتریکی با قدرت کمتر امکان ساخت واحدهای تبرید کوچک را که امروزه در کاربرد هایی نظیر یخچال ها و فریزر های خانگی، دستگاه های هواساز کوچک و دستگاه های تجاری مورد استفاده قرار میگیرند، فراهم نمود. به طوری که هم اکنون کمتر خانه یا واحد تجاری را میتوان یافت که یکی از انواع مختلف دستگاه های تبرید مکانیکی استفاده نکنند.
تاریخچه و کاربرد سیستم تبرید
برای مثال امروزه بدون بهره گیری از سیستم های 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، در صورتی که از تجهیزات تهویه مطبوع و تبرید مکانیکی بهره گیری نشود به دلیل گرمای محیط در تابستان این ساختمان ها غیر قابل تحمل خواهند بود.
علاوه بر کاربرد تبرید در تهویه مطبوع و استفاده از آن در فرایندهای انجماد و سردخانه ها، در حمل و نگهداری غذاهای فاسد شدنی، از تبرید مکانیکی در تهیه و عرضه اغلب مواد یا اجناس فروشگاه های امروزی استفاده می شود. تعداد فرایندها یا محصولاتی که با استفاده از تبرید مکانیکی تحقق یا بهبود یافته اند بی شمار است.
به طور مثال وجود تبرید امکان ساخت سد های بزرک را که برای پروژه های تولید برق و آب یاری ضروری است، فراهم میسازد. تبرید ساخت جاده ها، تونل ها، چاهک فونداسیون و حفاری در زمین های سست را میسر میسازد. به وسیله تبرید امکان تولید پلاستیک ها، لاستیک های مصنوعی و بسیاری محصولات و مواد مفید دیگر، امکان پذیر می گردد.
تولیدکنندگان منسوجات و کاغذ میتوانند با استفاده از تبرید، سرعت دستگاه های خود را افزایش دهند و صول 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 ایی از صدها کاربرد تبرید مکانیکی است که امروزه مورد استفاده قرار میگیرد 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.
برای سهولت مطالعه سیستم تبرید میتوان کاربرد های 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.
۱) 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 ایی از بحث تبرید را در بر میگیرد.تبرید خانگی معمولا کوچک و با ظرفیت های ورودی ۳۵ تا ۳۷۵ وات تولید می شوند.
۲) 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 فاسد شدنی محدود میشود.
۳) تبرید صنعتی
به دلیل مشخص نبودن حدود دقیق تبرید صنعتی و تجاری، اغلب آنها را باهم اشتباه میکنند. به طور کلی تبرید صنعتی از نظر اندازه بزرگتر از اندازه تجاری می باشد و یک نفر تکنسین با تجربه از آن نگهداری می نماید. از نمونه های معمول تبرید صنعتی، واحد های یخ سازی، بسته بندی مواد پروتئینی بزرگ (گوشت، ماهی، غذاهای منجمد و …)، نوشابه سازی بستنی سازی و واحد های صنعتی نظیر پالایشگاه های روغن، واحدهای شیمیایی، واحدهای لاستیک سازی و … می باشد.
۴) تبرید حمل و نقل
قسمتی از کاربرد های این گروه را می توان به عنوان شاخه ای از تبرید تجاری و قسمتی دیگر را شاخه ایی از تبرید صنعتی در نظر گرفت. به هر صورت هر دو 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 بر می 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. سیستم هایی که وظیفه عمده آن ها مطبوع کردن هوا برای راحتی انسان است، تهویه مطبوع خانگی نامیده میشود.
نمونه ایی از این سیستم هارا میتوان در منازل، مدارس، دفاتر، مساجد، هتل ها، سوپر مارکت ها، ساختمان های عمومی، کارخانجات، اتومبیل ها، اتوبوس ها، هواپیما ها، کشتی ها و غیره مشاهده نمود. از طرف دیگر هرگونه مطبوع سازی هوا که هدف اصلی آن رفاه انسان ها نباشد، تهویه صنعتی نامیده میشود. این الزاما به این معناست که سیسنم های تهویه صنعتی با توجه به وظیفه اصلی خود، نمیتواند برای آسایش انسان به کار برده شود.
کاربردهای تهویه مطبوع
کاربردهای تهویه صنعتی از نظر تعداد و تنوع نامحدود هستند. به بیان کلی وظیفه سیستم های تهویه مطبوع صنعتی عبارتند از :
- کنترل میزان رطوبت مواد مرطوب
- کنترل شدت واکنش های شیمیایی و بیوشیمیایی
- محدود نمودن میزان تغییرات مواد ظریف از لحاظ انبساط و انقباض حرارتی
- 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 جا غیر از زمینه تهویه مطبوع مورد استفاده قرار نمیگیرند.
شما باید مفاهیمی مانند <حلقه بسته> ،<عادی – باز> و <کنترل تناسبی> را یاد بگیرید. همچنین باید اجزای مختلف مانند کنترلرها،عملگرها”Actuator” و کلید های “EP” را تشخیص داده و هدف از به کارگیری آن ها را یدانید.
به هر حال کلید واقعی کنترل های اتوماتیک گسترش دادن آکاهی و دانش در مورد سیستم است. این یعنی باید به اندازه ایی دانش خود درباره مفاهیم اساسی را افزایش داد که بتوان با نگاه کردن به نقشه های یک سیستم کنترل تشخیص داد که کلیات سیستم چگونه باهم ارتباط دارند و چگونگی عملکرد و ارتباط آن ها باهم 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 کمترین 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 میکند و به منظور برقرار کردن شرایط مطلوب در فضا، شیرها و دمپر های موجود در سیستم مرکزی را تنظیم می نماید.
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 کنترلی وجود دارد که عبارتند از :
- روشن و خاموش کردن فن
- روشن و خاموش کردن پمپ
- موقعیت دهی به دمپر های برگشت، تخلیه و هوای تازه بیرون.
- حصول اطمینان از اینکه 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
حلقه های کنترل
حلقه کنترل یک زیر سیستم است که اجزای آن به گونه ای چیده شده اند که باهم عمل کرده و یک متغیر مانند دمای هوا یا آب را کنترل می کنند. دو نوع حلقه کنترل وجود دارد:
۱_سیستم کنترل حلقه باز
یک سیستم کنترل حلقه باز دارای باز خورد یا Feed back نیست، بنابر این سیگنالی مبنی بر رسیدن به شرایط مطلوب وجود نخواهد داشت. یک نمونه از سیستم های 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 نمیشود تا بررسی شود که آیا دمای فضای موردنظر به حد مطلوب رسیده است یا خیر.
۲_سیستم کنترل حلقه بسته
سیستم کنترل حلقه بسته دارای بازخوردی است که نشان می دهد سیستم کنترل به نقطه تنظیمی “Set Point” رسیده یا نرسیده است. وقتی که شما شیر آب گرم را باز می کنید طبیعتا دست خود را به آب میزنید تا ببینیدکه آیا دما مناسب است یا خیر؟ اگر دمای آب مورد نظر تامین نشده باشد شیر را تنظیم کرده و مجددا با دست امتحان میکنید. دست شما یک باز خورد برای اپراتور سیستم کنترل تولید می 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 می کند.
- کنترل کننده سیگنالی به عملگر دمپر ” Damper Actuator” ارسال میکند.
- عملگر دمپر هوای برگشت و هوای تازه را به گونه ایی 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 عبارتند از :
۱.متغیر کنترلی یا ” Controlled Variable”
شرایط یا متغیری که کنترل میشود، دمای هوای مخلوط موجود در محفظه مخلوط هوا متغیر کنترلی می باشد.
در زیر سیستم های دیگر ممکن است متغیر های کنترلی سرعت هوا، دبی آب، فشار استاتیک هوا یا رطوبت نسبی باشد.
۲.حسگر
وسیله ایی است که شرایط متغییر را اندازه گیری می کند. حسگر، دمای مخلوط هوا را اندازه گیری می کند. حس گر های دیگری نیز وجود دارند که برای اندازه گیری سرعت هوا، دبی آب، فشار استاتیک هوا یا رطوبت نسبی به کار می روند.
۳.کنترل کننده
وسیله ایی است که اطلاعات را از حسگر دریافت کرده و برای انجام واکنش و تغییر مناسب سیگنالی به طرف عملگر ارسال میکند.
هر کنترل کننده برای یک شرایط مطلوب برنامه ریزی می شود که این وضعیت مطلوب نقطه تنظیمی یا ” Set Point ” نامیده می شود. کنترل کننده برای حفظ شرایط مطلوب و رسیدن به نقطه ی تنظیمی سیگنال هایی را به عملگر ارسال می کند.
۴.عملگر یا محرک (Actuator or Operator)
وسیله ایی است که ابزار کنترلی را موقعیت دهی می کند. عملگر، دمپرها را موقعیت دهی و تنظیم می کند.
۵.ابزار کنترلی
ابزاری است که تغییرات یا واکنش هایی مانند تغییر دادن دبی هوا یا آب را انجام می دهد. دمپرها ابزار های کنترلی هستند. این دمپر ها 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 شیر ها و کلید ها 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
