در تمام سیستمهای گرمایشی و سرمایشی، وظیفه اصلی ترموستات کنترل زمان بهرهبرداری تجهیزات (Operating Time) است. هر دقیقه کارکرد غیرضروری مشعل، پکیج، چیلر یا کمپرسور مستقیماً به معنای افزایش مصرف انرژی و کاهش عمر تجهیزات خواهد بود.
به بیان دیگر، راندمان یک دیگ چگالشی، پکیج یا چیلر هرچقدر هم بالا باشد، در صورتی که فرمان روشن و خاموش شدن آن بر اساس دمای واقعی فضای اشغالشده صادر نشود، بخش زیادی از مزیت آن از بین خواهد رفت.
به همین دلیل در استانداردهای طراحی ساختمان، ترموستات یکی از مهمترین اجزای سیستم کنترل انرژی (Energy Control System) محسوب میشود.
در بسیاری از پروژههای ساختمانی، هزینه زیادی برای خرید تجهیزات گرمایشی صرف میشود اما محل نصب ترموستات بدون هیچ محاسبهای انتخاب میشود.
ترموستات باید میانگین دمای فضای اشغالشده را اندازهگیری کند؛ نه دمای اطراف تجهیزات.
بهترین محل نصب:
ارتفاع ۱.۴ تا ۱.۵ متر از کف
روی دیوار داخلی ساختمان
در فضای اصلی نشیمن
حداقل ۱.۵ متر فاصله از پنجره
حداقل ۱ متر فاصله از رادیاتور
دور از تابش مستقیم خورشید
دور از دریچه رفت و برگشت هوا
دور از تلویزیون، یخچال، اجاق گاز و سایر منابع تولید گرما
در بازدیدهای ممیزی انرژی، موارد زیر بارها مشاهده میشود:
نصب ترموستات بالای رادیاتور
نصب کنار پنجرههای بدون درزبندی
نصب داخل آشپزخانه
نصب پشت پرده
نصب روی ستونهایی که تابش خورشید دارند
قرار گرفتن ترموستات دقیقاً روبهروی فنکویل یا اسپلیت
قرار گرفتن داخل راهرو به جای فضای اصلی ساختمان
در تمام این شرایط، ترموستات دمایی متفاوت از دمای واقعی ساختمان اندازهگیری میکند و تجهیزات را به اشتباه کنترل میکند.
بار گرمایشی ساختمان تقریباً متناسب با اختلاف دمای داخل و خارج ساختمان تغییر میکند.
بنابراین هرچه دمای تنظیمی افزایش یابد، اختلاف دما بیشتر شده و مدت زمان کارکرد مشعل یا پکیج نیز افزایش پیدا میکند.
مطالعات بینالمللی و تجربیات بهرهبرداری نشان میدهد:
کاهش دمای تنظیمی از ۲۲ به ۲۱ درجه، معمولاً ۵ تا ۷ درصد مصرف گاز را کاهش میدهد.
افزایش دمای سرمایش از ۲۳ به ۲۴ درجه نیز حدود ۳ تا ۵ درصد مصرف برق تجهیزات سرمایشی را کاهش میدهد.
البته این مقادیر به شرایط اقلیمی، کیفیت عایق ساختمان و نوع سیستم بستگی دارد، اما روند کلی تقریباً در همه ساختمانها یکسان است.
یکی از بزرگترین اشتباهات کاربران این است که فقط دمای آب پکیج را تنظیم میکنند.
در حالی که دمای آب مدار گرمایش با دمای محیط تفاوت دارد.
اگر فقط دمای آب پکیج روی ۷۰ یا ۸۰ درجه تنظیم شود، پکیج تا زمانی که آب مدار گرم باشد کار میکند، حتی اگر دمای اتاق به حد مطلوب رسیده باشد.
اما با نصب ترموستات اتاقی، فرمان روشن و خاموش شدن بر اساس دمای محیط صادر میشود و از روشن شدنهای غیرضروری جلوگیری میشود.
بیشتر پکیجهای جدید بازار ایران قابلیت اتصال ترموستات سیمی یا بیسیم را دارند و بسیاری از آنها از ترموستاتهای هوشمند و حتی پروتکلهای ارتباطی مانند OpenTherm نیز پشتیبانی میکنند.
در سیستم گرمایش از کف، جرم حرارتی کف بسیار زیاد است؛ بنابراین افزایش یا کاهش دمای محیط با تأخیر انجام میشود.
به همین دلیل:
نباید اختلاف دمای زیادی بین شب و روز تعریف شود.
تغییرات ناگهانی دمای تنظیمی توصیه نمیشود.
بهترین عملکرد زمانی حاصل میشود که دمای تنظیمی تقریباً ثابت باقی بماند.
استفاده از ترموستاتهای قابل برنامهریزی در این سیستم باعث جلوگیری از گرم شدن بیش از حد کف و افزایش آسایش حرارتی میشود.
در سیستمهای فنکویل، ترموستات تنها وظیفه روشن و خاموش کردن فن را ندارد.
در بسیاری از مدلها، ترموستات همزمان موارد زیر را کنترل میکند:
سرعت فن
شیر برقی آب سرد یا گرم
دمای اتاق
زمان روشن بودن دستگاه
به همین دلیل انتخاب ترموستات مناسب تأثیر مستقیمی بر مصرف برق فن و مصرف انرژی موتورخانه یا چیلر دارد.
در ساختمانهایی که از رادیاتور استفاده میشود، بهترین راهکار استفاده همزمان از:
ترموستات اتاقی
شیر ترموستاتیک رادیاتور (TRV)
است.
ترموستات دمای کلی ساختمان را کنترل میکند، اما شیر ترموستاتیک دمای هر اتاق را بهصورت مستقل تنظیم میکند.
در نتیجه اتاقهای کماستفاده بیش از حد گرم نمیشوند و توزیع انرژی در ساختمان متعادلتر خواهد بود.
در بازدید از ساختمانها، رعایت نکات زیر میتواند بدون نیاز به تعویض سیستم گرمایشی، باعث کاهش مصرف انرژی شود:
محل نصب ترموستات را بررسی و در صورت نیاز اصلاح کنید.
عملکرد صحیح سنسور دما را سالانه کالیبره یا کنترل کنید.
اختلاف دمای روشن و خاموش شدن (Dead Band یا Hysteresis) را متناسب با نوع سیستم تنظیم کنید تا از خاموش و روشن شدن مکرر تجهیزات جلوگیری شود.
در ساختمانهای بزرگ، بهجای یک ترموستات مرکزی از سیستم کنترل چندناحیهای (Multi-Zone) استفاده کنید.
از قرار دادن وسایل گرمازا یا سرمایشی در نزدیکی ترموستات خودداری کنید.
برای گرمایش از کف، از ترموستاتهای مخصوص این سیستم استفاده کنید، نه ترموستاتهای معمولی.
در موتورخانهها، ترموستات اتاقی را در کنار کنترلر دمای آب و کنترل دمای هوای خارج (Weather Compensation) بهکار ببرید تا راندمان سیستم به حداکثر برسد.
در بسیاری از موتورخانههای قدیمی، دیگ با یک دمای ثابت (مثلاً 80 یا 85 درجه سانتیگراد) کار میکند؛ بدون آنکه شرایط واقعی ساختمان، دمای هوای بیرون یا میزان بار حرارتی را در نظر بگیرد. نتیجه این روش، تولید آب گرم بیش از نیاز، افزایش تعداد روشن و خاموش شدن مشعل (Short Cycling)، کاهش راندمان احتراق و مصرف بیرویه گاز است.
در مقابل، سیستم کنترل هوشمند دیگ (Boiler Control System) با استفاده از چندین سنسور دما و یک کنترلر مرکزی، شرایط واقعی ساختمان را بهصورت لحظهای پایش کرده و دمای آب خروجی دیگ را متناسب با نیاز واقعی تنظیم میکند. در این روش، دیگ تنها به اندازه موردنیاز انرژی تولید میکند و از کارکرد غیرضروری آن جلوگیری میشود.
کنترلر موتورخانه بهطور مداوم اطلاعات چند سنسور را دریافت و تحلیل میکند. سپس بر اساس الگوریتم کنترلی، عملکرد مشعل، پمپهای سیرکولاتور، شیرهای موتوری و در برخی سیستمها دیگهای مدولار را کنترل میکند.
به عبارت دیگر، کنترلر تنها یک ترموستات نیست؛ بلکه یک واحد پردازش است که بهصورت لحظهای وضعیت کل موتورخانه را مدیریت میکند.
این سنسور مهمترین ورودی سیستم کنترل هوشمند است.
محل نصب آن معمولاً روی دیوار شمالی یا شمالغربی ساختمان و در محلی است که تحت تابش مستقیم خورشید، باد خروجی هواسازها، دودکش یا سایر منابع گرما قرار نگیرد.
کنترلر با استفاده از دمای هوای بیرون، بار حرارتی تقریبی ساختمان را تخمین میزند و دمای مناسب آب رفت را تعیین میکند. این روش که با عنوان Weather Compensation یا کنترل جبرانی بر اساس دمای محیط شناخته میشود، یکی از مؤثرترین راهکارهای کاهش مصرف انرژی در موتورخانه است.
به عنوان مثال:
اگر دمای بیرون ۱۵ درجه سانتیگراد باشد، معمولاً ارسال آب با دمای ۸۰ درجه ضرورتی ندارد.
اما با کاهش دمای محیط، کنترلر بهتدریج دمای آب رفت را افزایش میدهد تا آسایش حرارتی حفظ شود.
به این ترتیب، دیگ تنها به اندازه نیاز ساختمان انرژی تولید میکند.
این سنسور روی لوله رفت اصلی و پس از خروجی دیگ نصب میشود.
وظیفه آن اندازهگیری دمای واقعی آبی است که به مصرفکنندههایی مانند:
فنکویل
هواساز
گرمایش از کف
رادیاتورها
ارسال میشود.
کنترلر مقدار اندازهگیریشده را با دمای هدف که از منحنی گرمایش (Heating Curve) محاسبه کرده است مقایسه میکند.
اگر دمای آب کمتر از مقدار موردنیاز باشد، ظرفیت مشعل افزایش یافته یا شیر سهراهه تنظیم میشود و در صورت افزایش بیش از حد دما، ظرفیت تولید حرارت کاهش پیدا میکند.
این سنسور روی لوله برگشت و درست قبل از ورود آب به دیگ نصب میشود.
اطلاعات این سنسور نقش بسیار مهمی در ارزیابی عملکرد موتورخانه دارد.
کنترلر با مقایسه دمای رفت و برگشت، اختلاف دمای مدار گرمایش (ΔT) را محاسبه میکند.
این اختلاف دما اطلاعات ارزشمندی درباره عملکرد سیستم در اختیار بهرهبردار قرار میدهد، از جمله:
میزان بار واقعی ساختمان
عملکرد مناسب یا نامناسب فنکویلها
صحت عملکرد پمپهای سیرکولاتور
مناسب بودن دبی آب در مدار
انتقال صحیح حرارت در مصرفکنندهها
اگر اختلاف دمای رفت و برگشت کمتر از مقدار طراحی باشد، ممکن است دبی آب بیش از حد زیاد باشد یا شیرهای کنترلی بهدرستی عمل نکنند. از سوی دیگر، اختلاف دمای بسیار زیاد میتواند نشانه کمبود دبی، گرفتگی مدار یا انتقال حرارت نامناسب باشد.
برخلاف تصور رایج، در بسیاری از موتورخانههای هوشمند، کنترل دمای آب گرم مصرفی بر اساس دمای داخل منبع کویلی انجام میشود، نه بر اساس دمای لولههای رفت و برگشت کویل.
این سنسور داخل غلاف (Immersion Pocket) تعبیهشده در بدنه منبع نصب میشود و دمای واقعی آب ذخیرهشده را اندازهگیری میکند.
هر زمان دمای آب منبع از مقدار تنظیمشده پایینتر بیاید، کنترلر فرمان راهاندازی پمپ شارژ منبع یا باز شدن شیر کنترلی را صادر میکند تا آب گرم دیگ از داخل کویل عبور کرده و دمای منبع را به مقدار مطلوب برساند.
پس از رسیدن دمای آب به مقدار تنظیمشده، کنترلر مدار شارژ را متوقف میکند. این روش باعث جلوگیری از گردش غیرضروری آب گرم در کویل، کاهش اتلاف انرژی و افزایش عمر تجهیزات میشود.
استفاده از کنترلر هوشمند و جانمایی صحیح سنسورها، مزایای متعددی برای ساختمان به همراه دارد:
تنظیم خودکار دمای آب رفت متناسب با شرایط جوی
جلوگیری از تولید آب با دمای بیش از نیاز
کاهش تعداد روشن و خاموش شدن مشعل
کاهش مصرف گاز و هزینههای انرژی
افزایش راندمان احتراق دیگ
بهبود عملکرد فنکویلها، هواسازها و گرمایش از کف
افزایش عمر مشعل، پمپها و شیرهای کنترلی
ایجاد دمای یکنواخت و آسایش بیشتر برای ساکنان
امکان اتصال به سیستم مدیریت ساختمان (BMS) برای پایش و کنترل از راه دور
یکی از مهمترین قابلیتهای سیستمهای کنترل هوشمند موتورخانه، تنظیم پیوسته دمای آب خروجی دیگ بر اساس شرایط واقعی ساختمان است. برخلاف موتورخانههای سنتی که دیگ معمولاً با یک دمای ثابت (مانند ۸۰ یا ۸۵ درجه سانتیگراد) کار میکند، کنترلر هوشمند با دریافت اطلاعات از سنسور دمای هوای بیرون، سنسور دمای آب رفت و سنسور دمای آب برگشت، دمای مناسب آب خروجی دیگ را بهصورت لحظهای محاسبه و تنظیم میکند.
این فرآیند که با عنوان Weather Compensation یا کنترل جبرانی بر اساس دمای هوای بیرون شناخته میشود، باعث میشود دمای آب رفت متناسب با بار واقعی ساختمان تغییر کند. بهعنوان مثال، در روزهای معتدل زمستان، آب با دمای پایینتری به مدار گرمایش ارسال میشود، اما با کاهش دمای محیط، کنترلر بهتدریج دمای آب خروجی دیگ را افزایش میدهد تا آسایش حرارتی بدون مصرف بیرویه سوخت تأمین شود.
تنظیم هوشمند دمای آب رفت علاوه بر کاهش مصرف گاز، موجب کاهش دفعات روشن و خاموش شدن مشعل، افزایش راندمان احتراق، کاهش تنشهای حرارتی وارد بر دیگ و افزایش عمر تجهیزات موتورخانه میشود. همچنین در دیگهای چگالشی، کاهش دمای آب رفت و بهویژه دمای آب برگشت، شرایط مناسبتری برای تشکیل چگالش و بازیابی گرمای نهان دود فراهم کرده و راندمان سیستم را بهطور محسوسی افزایش میدهد.
یکی دیگر از قابلیتهای مهم این کنترلرها، حفاظت خودکار در برابر یخزدگی (Frost Protection) است. زمانی که دمای هوای بیرون یا دمای آب مدار گرمایش به محدوده بحرانی نزدیک شود، کنترلر بهصورت خودکار وارد حالت ضدیخ میشود. در این حالت، بسته به تنظیمات کنترلر و شرایط سیستم، پمپهای سیرکولاتور بهصورت دورهای یا در صورت نیاز بهطور پیوسته فعال میشوند تا آب در لولهها، رایزرها، فنکویلها، مبدلهای حرارتی و سایر تجهیزات به گردش درآید و از تشکیل یخ جلوگیری شود.
اگر تنها گردش آب برای حفظ دمای ایمن کافی نباشد، کنترلر با روشن کردن مشعل، دمای آب مدار را تا حداقل دمای تعریفشده افزایش میدهد. هدف این عملکرد، گرم کردن ساختمان نیست؛ بلکه جلوگیری از یخزدگی آب داخل مدار، ترکیدگی لولهها، آسیب به مبدلهای حرارتی، گیرپاژ پمپها و سایر خسارات ناشی از انجماد است.
در بسیاری از کنترلرهای پیشرفته، علاوه بر عملکرد ضدیخ، قابلیتی با عنوان Pump Exercise یا چرخش دورهای پمپها نیز وجود دارد. در این حالت، حتی در زمانهایی که سیستم گرمایش برای مدت طولانی خاموش است، کنترلر در فواصل زمانی مشخص پمپها را برای چند دقیقه راهاندازی میکند تا از گیرکردن محور پمپ، تهنشینی رسوبات و کاهش آمادگی سیستم در ابتدای فصل سرما جلوگیری شود.
نکته مهم این است که قابلیت Frost Protection نباید با استفاده از محلول ضدیخ (Antifreeze) اشتباه گرفته شود. سیستم ضدیخ کنترلر، یک عملکرد کنترلی است که با پایش دما و مدیریت مشعل و پمپها از یخزدگی جلوگیری میکند؛ در حالی که محلول ضدیخ یک راهکار شیمیایی برای کاهش نقطه انجماد سیال مدار است. در بسیاری از ساختمانهای مسکونی که موتورخانه در تمام فصل زمستان فعال است، عملکرد صحیح کنترلر برای جلوگیری از یخزدگی کافی است و معمولاً نیازی به افزودن ضدیخ به مدار گرمایش وجود ندارد. اما در ساختمانهای بدون بهرهبردار، ویلاها، مدارهای گرمایشی در فضای باز، کلکتورهای خورشیدی یا مناطقی با احتمال قطع طولانیمدت برق، استفاده از محلول ضدیخ با غلظت مناسب میتواند ضروری باشد.
البته باید توجه داشت که افزایش غلظت محلولهای گلیکولی، باعث افزایش ویسکوزیته سیال، کاهش ظرفیت انتقال حرارت و افزایش توان مصرفی پمپها میشود؛ بنابراین نوع و درصد ضدیخ باید بر اساس شرایط اقلیمی، توصیه سازنده تجهیزات و محاسبات طراحی انتخاب شود، نه بهصورت تجربی یا با غلظتهای بیش از نیاز.
حتی پیشرفتهترین کنترلر نیز بدون نصب صحیح سنسورها عملکرد مطلوبی نخواهد داشت. رعایت نکات زیر ضروری است:
سنسور دمای هوای بیرون باید روی نمای شمالی یا شمالغربی ساختمان و دور از تابش مستقیم خورشید، دودکشها و منابع گرما نصب شود.
سنسورهای دمای آب باید روی لوله اصلی و در محلهایی با اختلاط کامل جریان نصب شوند؛ نه در نزدیکی زانو، سهراهی یا محل انشعاب.
سنسورهای سطح لوله (Strap-on) باید با بست مناسب کاملاً به لوله چسبیده و پس از نصب، همراه با لوله عایقکاری شوند تا دمای واقعی سیال را اندازهگیری کنند.
در صورت استفاده از سنسور غلافی (Immersion Sensor)، طول غلاف و محل نصب باید بهگونهای باشد که سنسور در مسیر اصلی جریان آب قرار گیرد.
منحنی گرمایش (Heating Curve) باید متناسب با نوع سیستم توزیع (فنکویل، رادیاتور یا گرمایش از کف) تنظیم شود؛ زیرا تنظیمات یکسان برای همه سیستمها موجب کاهش راندمان و آسایش حرارتی خواهد شد.
