در سیستمهای هیدرونیک تهویه مطبوع اساساً از آب سرد و آب گرم به عنوان واسط انتقال حرارت استفاده میشود. عملکرد صحیح این سیستم به توزیع مناسب (بالانس) آب در تمامی قسمتهای تهویه شونده در شرایط بار کامل و یا بار جزیی فضا بستگی دارد.
بالانس اتوماتیک مزایای متعددی نسبت به بالانس دستی علیالخصوص در سیستمهای دور متغیر دارد، که در ادامه این مقاله بررسی خواهد شد.
کاهش تعداد شیرهای مورد نیاز
در سیستمهایی که به روش اتوماتیک بالانس میشوند نسبت به سیستم بالانس دستی، تعداد کمتری شیر مورد نیاز است. شکل 1 به صورت شماتیک سیستمی متشکل از 18 کویل (گرمایش یا سرمایش) را نشان میدهد.
سیستم بالانس دستی که در سمت چپ شکل 1 نشان داده شده است در مجموع دارای 27 عدد شیر است، در صورتی که در سمت راست، سیستم بالانس اتوماتیک تنها به 18 عدد شیر نیاز دارد، زیرا در سیستم اتوماتیک شیرهای بالانس دستی پارتنر در خط اصلی، رایزرها و انشعابات (با رنگ قرمز نمایش داده شده اند) حذف میشوند.
از آنجایی که شیر کنترل جریان اتوماتیک در مدار هر پایانه حرارتی در یک محدوده کنترل اختلاف فشار وسیع، به صورت خودکار بالانس میشود، جریان در رایزرها و انشعابات هم بدون نیاز به شیر بالانس اضافی به صورت اتوماتیک کنترل و بالانس میشود.
همچنین حذف شیرهای بالانس از خط اصلی، رایزرها و انشعابات به معنی حذف افت فشار این شیرها از مسیر جریان آب است. بنابراین افت فشار سیستم و نتیجتاً هد و قدرت مورد نیاز پمپها کاهش پیدا میکند.
بالانس جریان با دقت بالاتر تحت شرایط متفاوت بار و جریان
شیرهای کنترل جریان اتوماتیک در صورت طراحی و ساخت مناسب میتوانند جریان را تا دقت 5± درصد جریان طراحی کنترل کنند.
برخلاف شیرهای بالانس دستی:
الف. شیرهای کنترل جریان اتوماتیک دارای مکانیزمی هستند که نوسانات فشار ایجاد شده بدلیل تغییرات جریان بر اثر تغییر یافتن بار گرمایشی / سرمایشی را به صورت دینامیک جذب میکنند.
ب. تغییر اختلاف فشار دو سر شیر کنترل جریان اتوماتیک، جریان عبوری از شیر را تغییر نمیدهد.
ج. جریان عبوری از هر شیر کنترل جریان اتوماتیک بر اثر کاهش یا افزایش جریان در شیرهای مجاور تغییر نخواهد کرد.
در سیستم بالانس دستی دقت توزیع جریان نه تنها به کیفیت شیرها، بلکه به تخصص و خبرگی افرادی که پروسه بالانسینگ را انجام میدهند بستگی دارد. علاوه بر این بالانس جریان تنها در حالت تمام بار انجام میشود و شیرهای بالانس دستی بر این اساس تنظیم میشوند. بنابراین پس از انجام مراحل بالانس، هنگامی که بر اثر تغییر شرایط سیستم، اختلاف فشار دو سر شیر تغییر کند جریان عبوری از شیرهای بالانس دستی تغییر خواهد کرد. به طور متوسط از سیستم بالانس دستی نمیتوان دقتی بیش از 15± درصد را انتظار داشت.
به عنوان نمونه، برای یک سیستم آب سرد 100 تن با بالانس اتوماتیک، دقت جریان 12± گالن بر دقیقه در مقایسه با 36± گالن بر دقیقه برای سیستم بالانس دستی میباشد. اگر جریان خیلی کمتر از جریان طراحی باشد، ممکن است یک کویل یا بیشتر میزان جریان کافی را دریافت نکنند و در صورتی که جریان خیلی بیشتر از جریان طراحی باشد، این امر منجر به تحمیل هزینههای بالای انرژی پمپاژ میگردد.
عدم محدودیت در لوله کشی و نصب
شیرهای کنترل جریان اتوماتیک هر جایی در مسیر لوله کشی قابل نصب هستند. نصب در مجاورت خم لوله، اتصالات و …، در موقعیت بالادست یا پاییندست، در جهت افقی یا عمودی، بر روی عملکرد شیر تأثیرگذار نمیباشد. برای حفظ دقت شیرهای بالانس دستی باید قبل و بعد از شیر الزام حداقل طول مستقیم لوله رعایت شود. این الزام در سازندههای مختلف متفاوت بوده و به طور معمول، 3 تا 10 قطر لوله در بالادست و 1 تا 2 قطر لوله در پایین دست شیر بالانس دستی میباشد.
سهولت بالانسینگ
پروسه بالانس دستی نیاز به صرف وقت و زحمت فراوانی دارد. هر بار که یک شیر تنظیم میشود، جریان عبوری از بقیه شیرها شامل شیرهایی که قبلأ تنظیم شده اند تغییر میکند. بنابراین این شیرها نیاز به تنظیم دوباره دارند که مجدداً روی شیرهای دیگر اثرگذار است. به همین ترتیب در سیستمهای بزرگ حداقل 3 بار تنظیم برای هر شیر نیاز است، گرچه تخمین دقیق میزان کاری که برای بالانسینگ دستی نیاز است، ممکن نیست.
از طرف دیگر، هر شیر کنترل جریان اتوماتیک به محض روشن شدن پمپ، به صورت خودکار بالانس میگردد. بنابراین کل سیستم هیدرونیک با هر تعداد شیر به صورت خودکار بالانس خواهد شد. تنها عملی که در این پروسه نیاز است بررسی صحت عملکرد شیرهاست. افت فشار در دو سر هر شیر به واسطه پورتهای تعبیه شده روی بدنه شیر قابل اندازه گیری میباشد و تا هنگامی که اختلاف فشار در محدوده مجاز شیر مورد نظر باشد دقت عملکرد شیر در محدوده 5± درصد خواهد بود.
کل فعالیتی که برای تأیید جریان عبوری شیرهای بالانس اتوماتیک لازم است کمتر از 15% تا 25% فعالیت لازم در سیستم بالانس دستی میباشد.
عدم نیاز به بالانس مجدد در اصلاح یا بازسازی ساختمان
اغلب اوقات تغییر در ساختمانهای موجود، نیازهای گرمایشی/ سرمایشی فضا را هم تغییر میدهد. به عنوان مثال، یک فضای اداری باز که به یک اتاق کنفرانس بزرگ تبدیل میشود بر اساس افزایش بار نهان و محسوس تعداد بالای افراد، نیاز سرمایشی بیشتری دارد. این مسئله منجر به افزایش تعداد فن کویلها برای اتاق کنفرانس میشود. شکل 2 سناریوی سیستم بالانس اتوماتیک و دستی این مثال را نشان میدهد.
اگر سیستم بالانسینگ، دستی باشد همانطور که در سمت چپ شکل 2 نشان داده شده است، شیر 5#MBV باید اضافه شده و به صورت دستی تنظیم شود. هرچند انجام این کار جریان عبوری از بقیه شیرهای 1#MBV تا 4#MBV را تغییر میدهد و شیرها نیاز به تنظیم مجدد دارند. همچنین به صورت مشابه انشعابها و رایزرهای بالادستی نیز باید دوباره تنظیم شوند. نتیجتاً هزینه این کار رقم قابل توجهی خواهد بود.
اگر سیستم بالانسینگ ساختمان مذکور به صورت اتوماتیک باشد (سمت راست شکل 2)، تنها نیاز است شیر 4#AFCV اضافه شود. از آنجا که این شیرها محدوده وسیع کنترلی دارند همه آنها به صورت خودکار بالانس شده تا جریانهای مورد نیاز را تأمین کنند. در این حالت هیچ فعالیت اضافهای جهت شیر جدید یا تنظیم مجدد شیرهای موجود نیاز نیست.
عدم کمبود جریان در سیستم پمپاژ دور متغیر
سیستمهای آب سرد با مدار توزیع دور متغیر منجر به صرفهجویی زیادی در مصرف انرژی میگردند. هنگامی که از بار سرمایشی فضاها کاسته میشود، میتوان میزان کل جریان در گردش مدار را با کم کردن دور پمپ کاهش داد. از آنجا که توان مصرفی پمپها با توان سوم سرعت نسبت مستقیم دارند، تنها با کاهش 33% سرعت پمپها (که بسیار رایج است)، قدرت مصرفی پمپها حدود 70% کاهش مییابد.
لازم به ذکر است که کاهش میزان کل جریان سیستم به معنی کاهش جریان همه کویلها به صورت یکسان نیست. به عنوان مثال، کل آب سرد مورد نیاز برای سیستم تهویه یک ساختمان اداری 8 طبقه در ساعت 1 بعد از ظهر یک روز بهاری، بسیار کمتر از یک روز گرم تابستان (معیار طراحی) میباشد. با این وجود هوارسانی که مختص رستورانی در طبقه اول است باید با تمام ظرفیت طراحی کار کند. برای این منظور شیرهای کنترل جریان اتوماتیک در یک ساختمان گوناگونی و تنوع جریانی را ممکن میکنند که با شیرهای بالانس دستی امکان پذیر نیست.
به جهت شفاف شدن بحث، در شکل 3، سه سیستم هیدرونیک مربوط به مثال بالا به صورت شماتیک نشان داده شده اند.
تصویر بالایی در شکل 3 شرایط طراحی را نشان میدهد. هد پمپ سیستم در نقطه عملکرد طراحی 125 فوت آب میباشد. افت فشار عناصر مختلف (که جمعاً معادل 125 فوت است) برای مدار رستوران در شکل 3 نمایش داده شده است. از آنجا که رستوران در طبقه اول قرار دارد افت فشار رایزر ناچیز و قابل چشم پوشی فرض شده است. نکته قابل ذکر این است که برای جریان طراحی در هد طراحی، افت فشار شیر بالانس دستی معادل افت فشار شیر بالانس اتوماتیک میباشد (86 فوت).
تصویر وسط در شکل 3، تغییراتی که در اثر کاهش جریان در سیستم بالانس دستی ایجاد میشود را نشان میدهد (به واسطه کاهش سرعت پمپ به 67 درصد). در سرعت پایینتر، هد پمپ کمتر خواهد بود. به عنوان مثال اگر فرض کنیم هد پمپ به 65 فوت کاهش یابد (در حالی که هیچ پارامتر دیگری در مدار رستوران تغییر نکند) افت فشار عناصر مختلف به تناسب کاهش یافته و جمعاً از 125 فوت به 65 فوت تغییر مییابد.
از آنجا که بدین ترتیب، افت فشار شیر بالانس دستی به 44/7 فوت کاهش یافته، متعاقباً جریان عبوری از شیر بالانس دستی (و همچنین کویل) به 72% تقلیل مییابد (ریشه دوم 86÷44/7).
تصویر پایین در شکل 3، نشان دهنده تغییراتی است که در اثر کاهش جریان به همان میزان 67%، در یک سیستم بالانس اتوماتیک ایجاد میگردد. در سیستم بالانس اتوماتیک، در حالی که مجدداً هد پمپ به 65 فوت کاهش مییابد، شیر اتوماتیک کنترل جریان، بدون ایجاد تغییر در افت فشار سایر عناصر مدار، به میزان مورد نیاز تغییر وضعیت میدهد تا 26 فوت افت فشار را تحمل کرده و همان جریان 100% طراحی را عبور دهد. بنابراین با استفاده از شیر بالانس اتوماتیک، کاهش هد پمپ و کاهش جریان کل سیستم، کاهش جریانی را به این مدار تحمیل نمیکند.
توجه: در همه مدارهای شماتیک شکل 3 از افت فشارهای تجهیزات موتورخانه صرف نظر شده است.
