راهکارهای بهینه سازی در موتورخانه

موتورخانه های صنعتی و ساختمانی

موتورخانه ساختمان نقش مهمی در تامین آسایش حرارتی ساکنین ساختمان دارد، تاجایکه از آن بعنوان ” قلب ساختمان ” نام برده اند. تجهیزات یک موتورخانه می تواند شامل دیگ آبگرم، چیلر جذبی یا تراکمی، منبع دوجداره آبگرم مصرفی، برج خنک کن و سیستم پمپاژ آب باشد. با انجام سرویس و تعمیرات دوره ای منظم، مدیریت انرژی، ممیزی انرژی و … در موتورخانه ساختمان می توان مصرف انرژی را کاهش داد.
بطورکلی اتلافات انرژی در موتورخانه ها ناشی از ۲ بخش اساسی می باشد.
۱- طراحی و انتخاب نامناسب ظرفیت تجهیزات:

ممیزی های صورت گرفته در موتورخانه ها نشان می دهد که یکی از مهمترین علل افزایش بی رویه مصرف انرژی انتخاب غیر اصولی ظرفیت تجهیزات است. متاسفانه مهندسان طراح تاسیسات حرارتی و برودتی در انتخاب ظرفیت تجهیزات حرارتی و برودتی دقت لازم را بعمل نمی آورند و این موضوع موجب افزایش بی رویه مصرف انرژی می شود. در ادامه به برخی از این موارد اشاره شده است.
– عدم تناسب ظرفیت دیگ با میزان بار حرارتی مورد نیاز ساختمان
– عدم تناسب ظرفیت چیلر جذبی و تراکمی با بار برودتی مورد نیاز ساختمان
– انتخاب نامناسب ظرفیت حرارتی مشعل و ظرفیت نامی دیگ آبگرم
– عدم تناسب توان مکانیکی الکتروموتور با پمپ یا فن
– عدم تناسب ظرفیت برج خنک کن با ظرفیت چیلر
– طراحی نامناسب سیستم های کنترلی تاسیسات حرارتی و برودتی
۲- بهره برداری غیر صحیح و عدم تعمیرات دوره ای منظم

یکی از مهمترین اصول بهره وری انرژی در تاسیسات حرارتی و برودتی، تعمیرات دوره ای و منظم تاسیسات حرارتی و برودتی و نحوه بهره برداری از آن می باشد که سهم بسزایی در کارکرد صحیح و کاهش مصرف انرژی در موتورخانه دارد. تنظیم بودن سنسورها و حسگرها، تعمیرات دوره ای دیگ آبگرم، چیلر، سیستم پمپاژ، برج خنک کن، بررسی وضعیت عایقکاری و … از جمله این موارد است. در ادامه به راهکارهای کاهش مصرف انرژی در تاسیسات حرارتی و برودتی ساختمان اشاره شده است.

نصب سیستم کنترل هوشمند موتورخانه
سيستم کنترل هوشمند موتورخانه، سيستمي است که امکان کنترل ميزان گرمايش توليدي در موتورخانه را با توجه به نياز ساختمان، فراهم مي سازد.

صرفه جويي مصرف انرژي حاصل از عملکرد سيستم هاي کنترل هوشمند بر مبناي دماي خارج به دو دسته تقسيم مي شوند.
– کنترل مصارف گرمايشي در زمان استفاده از ساختمان
– خاموشي يا آماده باش بودن موتورخانه پس از ساعت کاري ساختمانهاي غير مسکوني
در موتورخانه هاي سنتي، دماي آب گرم چرخشي در سيستم گرمايشي ساختمان عموما بر روي يک عدد ثابت ( مثلا ۷۰ تا ۸۰ درجه) تنظيم مي شود.

اين دما براي يك نيمه شب سرد زمستاني مناسب بوده و براي ساعات مياني روز مفيد نيست. اين امر موجب گرمايش بيش از حد ساختمان و باز شدن پنجره ها توسط ساکنين براي تعديل دماي اتاق ها و اتلاف انرژي مي گردد.

سيستم کنترل هوشمند موتورخانه با اندازه گيري دماي هواي خارج ساختمان، دماي آب گرم چرخشي را بر اساس نياز گرمايشي ساختمان تنظيم مي کند، در نتيجه مصرف سوخت، ۱۵ تا ۲۰ درصد کاهش مي‌يابد. همچنين در ساختمان هاي اداري، آموزشي و تجاري که از فضاي ساختمان بصورت پاره وقت استفاده مي شود،

در ساعات غيرکاري نيازي به فعاليت موتورخانه نيست. با اين وجود بدليل عدم امکان خاموشي و يا کنترل تجهيزات، در عمل اين موتورخانه ها بصورت دائم فعال هستند. در صورتيکه سيستم کنترل هوشمند موتورخانه توسط يک برنامه زمانبندي پس از ساعت کاري، موتورخانه را خاموش کرده و موجب صرفه جويي انرژي به ميزان ۴۰ درصد در ساختمان هاي اداري، تجاري مي‌شود.

مزاياي استفاده از سيستم کنترل هوشمند موتورخانه:
– کاهش ۱۵% مصرف انرژي در ساختمان هاي مسکوني
– کاهش ۴۰% مصرف انرژي در ساختمان هاي غير مسکوني (اداري، تجاري، آموزشي)
– نصب سريع و آسان بدون انجام تغييرات مکانيکي در موتورخانه
– بهينه سازي و جلوگيري از مصارف ناخواسته انرژي
– تثبيت محدوده آسايش حرارتي ساکنين ساختمان
– قابليت برنامه ريزي سيستم بصورت روزانه، هفتگي و ساليانه
– هزينه پايين و بازگشت سريع سرمايه
• عایقکاری در موتورخانه ها
موتورخانه بدلیل نقش تولید حرارت و برودت، پتانسیل بالایی در اتلاف انرژی حرارتی دارد. عايقکاري لوله و تجهيزات، شامل عايقکاري تمام سطوح گرم بالاي ۵۰ درجه سانتیگراد و سطوح سرد پایینتر از ۱۵درجه سانتیگراد اعم از لوله ها، فلنج ها، شيرها، کلکتورها، ديگ آب گرم، تانک انبساط و… مي‌باشد. همچنين لوله ها و تجهيزات تبريد، به منظور جلوگيري از ميعان و بهره گرمايي، بايد عايق شوند. با توجه به تحقيقات انجام گرفته عايقکاري لوله ها و مخازن آب گرم تا ۱۵ درصد هزينه هاي گرمايش آب را کاهش مي دهد.

بطورکلی دو روش متداول عایقکاری در موتورخانه ها وجود دارد که به شرح زیر می باشد.

۱- استفاده از عایق های معدنی (پشم شیشه، پشم سنگ و پشم سرباره)
در روش سنتی عایقکاری موتورخانه ها، از عایق های معدنی پتویی برای عایقکاری سطوح مختلف تجهیزات با دمای بالا استفاده می شود. از آنجائیکه میزان عایقیت این مواد با جذب رطوبت، کاهش می یابد، باید از یک پوشش ضد آب (ماستیکی) بر روی عایق استفاده شود.
۲- استفاده از عایق های EPDM و یا NBR/PVC:
این عایق های نوین دارای مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به عایق های معدنی هستند. همچنین رطوبت بر روی این عایق ها تاثیر ناچیزی دارد و نیازی به پوشش ضد آب ندارد. این عایق ها در دو نوع صفحه ای و لوله ای وجود دارد و به سهولت و با سرعت بالایی اجرا می شود. محدوده دمای کار این عایق از ۴۰- تا ۱۲۵ درجه سانتیگراد می باشد.
عدم رعایت اصول عایقکاری، موجب افت شدید حرارت از جداره ها می گردد که در ادامه به آن اشاره شده است.
– استفاده از ضخامت مناسب عایق جهت عایقکاری تجهیزات با دمای سطوح بالا
– ایجاد پوشش ضد آب (ماستیکی) بر روی سطح عایقکاری جهت جلوگیری از جذب رطوبت در عایق های معدنی (پشم شیشه، پشم سنگ و پشم سرباره)
– عدم فشردگی عایق در گوشه ها (کاهش مقاومت حرارتی عایق) و تماس مستقیم عایق با سطوح (جلوگیری از اتلاف حرارت همرفتی)
– محاسبه و در نظر گرفتن ضخامت مینیمم عایقکاری در لوله ها
– عایقکاری شیرها، فلنج ها وکلیه سطوح دما بالا جهت جلوگیری از تشکیل پل حرارتی
– عدم ایجاد فاصله هوایی مابین عایق و سطح گرم

۴- تعمیر و نگهداری دیگ های آب گرم
یکی از بخش های مهم و تاثیر گذار در مصرف انرژی موتورخانه، تنظیم و سرویس بودن دیگ های آبگرم و انجام تعمیرات و نگهداری منظم در این تجهیزات بعنوان مولد انرژی حرارتی می باشد. در بسياري از ساختمان‌ها از طريق بهره‌برداري صحيح از تأسيسات وسرويس و نگهداري مناسب مي‌توان تاحدود ۳۰% در مصرف انرژي صرفه‌جويي نمود. بنابراین می بایست تعمیرات و نگهداری دوره ای در ابتدای فصل سرما در موتورخانه ساختمان انجام پذیرد. برخی از مهمترین اقدامات در دیگ های آبگرم به شرح زیر می باشد

۱- تمیز و تعمیر نمودن مشعل ها
بمنظور اتمیزه کردن سوخت در مشعل های گازی و مایع، سوخت از شیارها و پره های بسیار باریکی عبور داده می شود و وجود کثیفی و رسوب در این مسیرها، موجب مسدود شدن و کاهش دبی سوخت می شود. تعویض اوریفیس های اتمیزه کننده سوخت در مشعل های مایع باید در تعمیرات و نگهداری دوره ای انجام پذیرد. دوده زدگی، شکل و رنگ نامناسب شعله و لرزش و صدای غیر معمول مشعل از نشانه های تنظیم نبودن مشعل می باشد.

۲- تنظیم نسبت سوخت به هوا در مشعل ها
تنظیم نسبت سوخت به هوا در مشعل ها یکی از مهمترین راهکارهای کاهش مصرف سوخت است. همانطورکه در شکل فوق نشان داده شده است. درصورتيکه ميزان هواي اضافي کمتر از مقدار ذکر شده در جدول زیر کمتر باشد، احتراق بصورت ناقص خواهد بود و راندمان ديگ آبگرم کاهش مي‌يابد. از طرف ديگر، در صورت افزايش هواي اضافي به بيش از مقدار مجاز، موجب خروج انرژی حرارتی از دودکش و در نهايت موجب اتلاف انرژي مي‌گردد.

۳- دوده زدایی محفظه احتراق دیگ آبگرم: دوده زدایی محفظه احتراق از جمله اقداماتی است که موجب افزایش انتقال حرارت به سیال آب درون دیگ و افزایش راندمان دیگ آبگرم می شود و می بایست در تعمیرات دوره ای بصورت منظم انجام شود.

۴- جلوگیری از نشتی هوا در دیگ آبگرم
یکی از راههای جلوگیری از اتلاف حرارت، جلوگیری از نشتی هوا در دیگ های آب گرم است که موجب کاهش دمای محفظه احتراق و کاهش راندمان دیگ آبگرم می شود. درصورتیکه دمای دود به کمتر از نقطه شبنم سوخت برسد، علاوه بر کاهش راندمان دیگ، خوردگی نیز در مسیر دود بوجود می آید. بنابراین درزها و شکاف های موجود در مسیر دود می بایست با استفاده از درزگیرهای مناسب پوشانده شود.
۵- نصب دمپر در دودکش ها
دودکش دیگ آبگرم، ضمن خارج کردن گازهاي حاصل از احتراق، مهمترين منبع اتلاف انرژي محسوب می شود. بنابراین طراحي صحيح و کنترل شرايط دودکش اهميت بسيار زيادي برخوردار است. تنظیم بودن فشار دود در محفظه احتراق نقش بسزایی در آیرودینامیک احتراق، شکل شعله و انتقال حرارت مطلوب دارد. وجود مکش کافی و در عین حال افزایش زمان انتقال حرارت در دیگ های آبگرم از اهمیت بسزایی برخوردار است. جلوگیری از خروج گازهای حاصل از احتراق از دودکش دیگ پس از خاموشی مشعل، مانع کاهش دمای جدار داخلی دیگ می شود. بدین منظور می توان از دمپر های مناسب دودکش استفاده نمود که به سه دسته تقسیم می شوند.
– دمپرهای بارومتریک
– دمپر های گرمایی
– دمپرهای الکترومکانیکی
• بهره برداری چيلرهای جذبی و تراکمی
از آنجايي كه تامين سرمايش فرايند پرهزينه‌اي مي‌باشد، کاهش راندمان تجهيزات سرمايشي نسبت به حالت طراحي به طور سالانه منجر به هدر رفتن مقدار زيادي انرژي مي‌شود. با اعمال تغيير در نحوه بکارگيري تجهيزات موجود، تعمير و نگهداري صحيح آنها و استفاده از تکنولوژي‌ها و تجهيزات نوين مي‌توان بازده کلي سيستم را افزايش و مصرف انرژي را به طور چشم‌گيري کاهش داد.
۱- عرضه آب سرد در بالاترين دماي ممكن
با توجه به اينكه انتقال حرارت از آب سرد در گردش در ساختمان و داخل چيلر به هواي محيط، با اختلاف دماي آنها نسبت مستقيم دارد، کاهش اين اختلاف دما هم در بدنه چيلر و هم در لوله‌هاي انتقال، باعث کاهش هدر رفتن انرژي مي‌شود. با تنظيم دماي آب سرد به دماي بالاتر مي‌توان اين اختلاف دما را کاهش داد. البته افزايش دماي آب سرد تا جايي امکانپذير است که سرمايش مورد نياز ساختمان تامين شود و در اين مورد اختلال ايجاد نشود.
۲- کاهش دماي كندانسور
با توجه به سيکل ترموديناميکي تبريد، کاهش دماي کندانسور، يا به عبارتي آب خنک‌کننده باعث افزايش ضريب عملکرد چيلرها مي‌شود. البته کاهش دماي آب خنک‌کننده داراي محدوديت‌هايي مي‌باشد.
۳- تناسب ظرفيت برج‌هاي خنك‌كننده با چيلرها
با توجه به اهميت دماي کندانسور بر عملکرد چيلر، انتخاب برج‌هاي خنک‌کننده موضوع با اهميتي مي‌باشد، چرا که کافي نبودن ظرفيت برج خنک‌کننده يا عدم کارکرد صحيح آن (که يک تجهيز ارزان قيمت با مصرف انرژي کم است) مي‌تواند به شدت بر روي عملکرد چيلر و تجهيزات وابسته (با قيمت اوليه و همچنين مصرف انرژي زياد) تاثيرگذار باشد. بنابراين بايد از عملکرد مناسب برج‌هاي خنک‌کننده اطمينان حاصل شود. بررسي برج‌ها در بخش بعد ارائه خواهد شد.
۴- رسوب‌زدايي كندانسور
تشكيل رسوب در لوله‌هاي کندانسور چيلر باعث افزايش مقاومت حرارتي لوله‌ها و در نتيجه کاهش انتقال حرارت مي‌شود. بنابراين، کاهش انتقال حرارت باعث بالا رفتن دماي کندانسور و به دنبال آن کاهش ضريب عملکرد چيلر مي‌شود لذا رسوب‌زدايي سمت آب خنک‌کننده کندانسور به طور منظم توصيه مي‌شود.
۵- استفاده از سختي‌گير مناسب
همانگونه كه در مورد کندانسور گفته شد، تشکيل رسوب در اواپراتور نيز باعث کاهش ضريب عملکرد چيلر مي‌شود. از آنجايي که آب تغذيه شده به چيلر، با استفاده از سختي‌گيرها تصفيه مي‌شود، عملکرد اين سختي‌گيرها بايد مناسب باشد تا از تشکيل احتمالي رسوب در سمت آب سرد اواپراتور جلوگيري شود.

• برج خنك‌كننده
برج خنک کن یکی از تجهیزاتی است که در سیستم سرمایش چیلرهای جذبی و تراکمی تعبیه می شود. در بخش راهکارهاي ارائه شده براي چيلرها گفته شد که پايين بودن دماي کندانسور تاثير بسزايي در عملکرد چيلر دارد. عملکرد مناسب برج‌هاي خنک‌کننده لازمه رسيدن به چنين شرايطي مي‌باشد. در ادامه راهکارهاي لازم براي حصول اطمينان از عملکرد درست برج‌هاي خنک‌کننده ارائه شده است.
۱- حصول اطمينان از توزيع مناسب آب در پركننده‌ها
پركننده‌ها در برج‌هاي خنک‌کننده وظيفه افزايش سطح تماس آب و هوا را به عهده دارند. در واقع عبور دبي زياد آب از داخل پر‌کننده‌ها باعث عدم جريان هوا در منافذ پرکننده و اختلال در تبادل حرارت مي‌شود. از طرفي کم بودن دبي آب در برخي قسمت‌هاي پرکننده نيز باعث مي‌شود تا آب سريعا به دماي نقطه شبنم هوا نزديک شود و از پتانسيل کل هواي فرستاده شده به داخل برج استفاده نشود. در برج‌هاي خنک‌کننده جريان مخالف، توزيع آب در پرکننده‌ها به عهده گرداننده آب است. بنابراين بايد از عملکرد مناسب اين مجموعه اطمينان حاصل نمود که آب به طور يکنواخت و با دبي مناسب در پرکننده‌ها توزيع شود.
۲- رسوب‌زدايي پركننده‌ها
عملكرد مناسب يک برج خنک‌کننده زماني حاصل مي‌شود که تبادل حرارت و جرم بين هوا و آب در داخل پرکننده‌ها به خوبي انجام شود. تشکيل رسوب در پرکننده‌ها باعث اختلال در اين فرايند مي‌شود، لذا توصيه مي‌شود پرکننده‌ها به طور منظم و به نوبت (به گونه‌اي که در استفاده از سيستم سرمايش وقفه ايجاد نشود) رسوب‌زدايي شوند.
۳- جلوگيري از ايجاد جريان برگشتي
خنك‌كاري آب کندانسور در برج‌هاي خنک‌کننده تر، با استفاده از فرايند تبخير انجام مي‌شود. در اين فرايند، هوا با رطوبت نسبي کم، از آب توزيع شده در برج خنک‌کننده رطوبت جذب نموده، دماي آن کاهش مي‌يابد و رطوبت نسبي آن بالا مي‌رود (به نقطه شبنم مي‌رسد). اين هواي خنک شده از آب توزيع شده در برج، گرماي محسوس دريافت نموده و باعث خنک شدن آن مي‌شود. در صورتي که هواي خارج شده از برج که داراي رطوبت زياد (پتانسيل جذب حرارت کم) مي‌باشد به صورت جريان برگشتي دوباره وارد برج خنک‌کننده شود، کارايي برج پايين مي‌آيد.
۴- استفاده از موتور فن چند سرعته يا با سرعت متغير
استفاده از موتورهاي چند سرعته يا با سرعت متغير باعث به حداقل رسيدن انرژي مصرفي فن و رسيدن آب به دماي مناسب مي‌شود. در واقع با استفاده از موتورهاي چند سرعته يا با سرعت متغير، مي‌توان دور فن را با بار گرمايي مورد نياز متناسب نمود و به دماي تنظيم شده در کندانسور دست يافت.

• پیاده سازی سیستم مدیریت هوشمند ساختمان (BMS) در بخش تاسیسات
سیـــستــم مدیـــریت هـــوشمند ساختــمان (BMS) ، سامانه ای است هوشمند که وظیفه:

1. پایش و کنترل یکپارچه قسمت های مهم و حیاتی ساختمان اعم از سیستم گرمایش و سرمایش، روشنایی، امنیت، اطفا حریق، دوربین های مدار بسته و … را دارد.
2. این سیستم از مجموعه ای از حسگرها، عملگرها و کنترلرها تشکیل یافته که از طریق شبکه داخلی ساختمان با یکدیگر ارتباط دارند و با پایش مداوم بخش های مختلف ساختمان و اعمال فرمان به آنها، عملکرد اجزای مختلف ساختمان را کنترل می کنند.
3. سيستم BMS در بخش تاسیسات حرارتی و برودتی یکی از بخش های اصلی سیستم BMS می باشد که با استفاده از مجموعه حسگرها (سنسورهای دما، زطوبت و …)، عملگرها(شیر سه راهه برقی، دمپر فن موتوردار و …) و کنترلرها (کنترلرهای بویلر، هواساز، الکتروپمپ و …) امکان کنترل و مدریت یکپارچه را در این بخش فراهم می سازد.

لطفا جهت مشاوره تخصصی با واحد فنی هماهنگ نمایید.