مقالات تخصصي تاسيسات



موضوع مقاله

بهينه سازي مصرف انرژي :

متن :

يکي از مهم‌ترين موضوعاتي که در چند دهه اخير مورد توجه اکثر کشورهاي صنعتي پيشرفته بوده است بحث جلوگيري از اتلاف انرژي است. اهميت اين بحث در اوايل دهه 1960 زماني که تقاضا براي عرضه ذخاير نفتي و انرژي ناشي از آن افزايش چشمگيري يافت روشن شد.
توجه به اين موضوع که منابع سوخت فسيلي محدود و روبه کاهش هستند مسئولين را به فکر يافتن روش‌هايي جهت استفاده بهينه از انرژي انداخت. به طور کلي روش‌هاي گوناگوني براي حفظ منابع انرژي وجود دارد. معمول‌ترين روش صرفه‌جويي مي‌باشد که از طريق فرهنگ سازي ميسر است.
همچنين مي‌توان منابع انرژي را جايگزيني براي منابع سوخت‌هاي فسيلي در نظر گرفت از جمله انرژي تابشي خورشيد و يا جريان الکتريسيته و... جديدترين ايده براي حفظ انرژي استفاده از تجهيزات و سيستم‌هاي جديد است که به همين منظور در نظر گرفته شده‌اند. سيستم‌هاي مديريت انرژي ساختمان از اين جمله‌اند.

مدت زيادي نيست که بحث درباره موضوع ساختمان‌هاي هوشمند در محافل عمومي مطرح گرديده است. يک ساختمان هوشمند ساختماني است که در بر دارنده محيطي پويا و مقرون به صرفه بوسيله يک‌پارچه کردن چهار عنصر اصلي يعني سيستم‌ها، ساختار، سرويس‌ها و مديريت و رابطه ميان آن‌ها باشد.

يک ساختمان هوشمند اين مزايا را از طريق سيستم‌هاي کنترلي هوشمند ارائه مي‌نمايد. اين سيستم‌ها عبارتند از:

(Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC
Fire safety
Security
Energy/lighting management

در ايران نيز در يکي دو سال اخير بحث مديريت و حفظ انرژي جاي خود را در مسايل مصرف انرژي باز کرده است. اين در حالي است که به عنوان مثال در ايران و در فصل تابستان در حدود 25% مصرف برق توسط کولرهاي آبي و گازي و خانگي مي‌باشد و همچنين طبق آخرين آمار خانه‌هاي ايراني به طور متوسط 5% تا 10% انرژي را به شکل‌هاي گوناگون هدر مي‌دهند.

با توجه به اهميت مديريت انرژي در ساختمان روش‌هاي گوناگوني براي جلوگيري از اتلاف انرژي در اين مقاله پيشنهاد شده است. که امروزه به عنوان اصل مهم در ساخت و سازها مدنظر قرار مي‌گيرد.


  - مقدمه:

مديريت انرژي در تعريف به معناي استفاده مقرون به صرفه و کارآمد از انرژي است. بسته به نوع مصرفي که يک ساختمان دارد دستگاه‌هاي پرمصرف متفاوتند.
به عنوان مثال در ساختمان‌هاي اداري و تجاري دستگاه تهويه مطبوع و سيستم روشنايي مرکزي پرمصرف‌ترين هستند. البته کاربرد سيستم‌هاي HVAC مصرف انرژي را تا حد زيادي با کاهش روبرو ساخته است.
امروزه در ساختمان‌هاي مجهز به کمک کنترلرهاي پيشرفته و پيچيده مي‌توان با کاهش تعداد تجهيزات ميزان اتلاف انرژي را نيز کاهش داد. به بيان کاملا ساده کنترلرهاي ساختمان ميزان مطلوب مشخصه خاصي را در حد تعيين شده نگه مي‌دارد. اين مشخصه مي‌تواند سيستم روشنايي يا گرمايش و سرمايش و... باشد. همچنين استفاده از عايق در ديوارها و استفاده از شيشه‌هاي دو جداره در پنجره‌ها مي‌تواند اتلاف انرژي را تا حد چشمگيري کاهش دهد.
در واقع مزيت استفاده از سيستم‌هاي جديد Energy Saving قابليت نصب ساده آن‌ها بر روي شبکه‌هاي کامپيوتري و کنترل سيستم بدون نياز به کابل کشي پرهزينه و استفاده از تجهيزات گران قيمت مي‌باشد. با در نظر گرفتن ميزان مصرف انرژي با توجه به روشنايي روز و دماي بيرون سيستم قادر است يک روش مصرف ارزان قيمت را همراه با صرفه‌جويي در انرژي انتخاب نمايد. در نظر گرفتن دماي مطلوب ساختمان براساس نوع استفاده‌اي که از آن مي‌شود مصرف انرژي را تا حد بسيار زيادي محدود مي‌کند. اين کار با در نظر گرفتن اطلاعات اوليه‌اي که کارفرما به سيستم مي‌دهد و همچنين داده‌هايي که سيستم به عنوان پيش‌ فرض دارد از جمله تغييرات روزانه و فصلي شرايط طرح و نحوه انتخاب تجهيزات صورت مي‌گيرد. در نتيجه پروسه مصرف تصاعدي انرژي و ايجاد هزينه‌هاي بالا براي نگهداري ساختمان از بين مي‌رود. به اين ترتيب سيستم‌هاي مديريت انرژي در ساختمان (EMS) تعريف مي‌شوند. EMSها با تنظيم عملکرد ساعتي و يا دوره‌اي تجهيزات از مصرف بي‌رويه آن جلوگيري مي‌نمايند.

براي شناخت اهميت اقتصادي سيستم‌هاي مديريت انرژي اشاره به اين موضوع کافيست که استفاده از EMS در يک ساختمان تک عملکردي هزينه‌اي به مقدار 100$ در پي دارد. در حاليکه کنترل عادي همان ساختمان با روش‌هاي سنتي هزينه‌اي معادل 100,000$ دربر دارد.

به طور خلاصه مي‌توان گفت که در نظر گرفتن بحث Energy Saving استفاده از سيستم‌هاي مديريت انرژي (EMS) مي‌تواند در حدود 10 تا 30% کاهش قيمت و هزينه در پي دارد. از اين رو اين موضوع از نظر اقتصادي و سياسي در بسياري از کشورها اهميت يافته و استفاده از اين سيستم‌ها در اغلب کشورهاي اروپايي و آمريکا روند روبه رشدي دارد.


  - انواع سيستم‌هاي EMS و کاربري‌هاي مختلف:

همانطور که در قسمت قبل اشاره کرديم EMSها سيستم کنترلي هستند که با تنظيم عملکرد ساعتي و يا دوره‌اي تجهيزات از اتلاف انرژي جلوگيري مي‌نمايد. به اين معنا که زمان و رنج خاموش و روشن شدن دستگاه را با توجه به داده‌هاي از پيش تعيين شده‌اي براساس يک سيستم يکتا و به کمک ساعت‌هاي کنترلي کنترل مي‌کند.


  - BMS

BMS راه حل جامعي براي مديريت ساختمان پيشنهاد مي‌کند. شبکه BMS ترکيبي است براي تامين نيازهاي مديريتي ساختمان به همراه امنيت در عملکرد و راحتي در جنبه علمي موضوع. پروفيل اصلي سيستم با داشتن يک شبکه ارتباطي گسترده هر نوع کنترل و اندازه‌گيري خصوصي را رد مي‌کند.

پيشنهاد نصب BMS در دو حالت زير داده مي‌شود:
1. چنانچه طرح بسيار پيچيده باشد و يا از سيستم HVAC استفاده شود.
2. انرژي نهايي که به کمک BMS ذخيره مي‌شود متناسب با هزينه مصرفي براي سيستم باشد.

تا اينجا بيش‌ترين کاربرد BMS در سيستم‌هاي تهويه مطبوع و حرارت مرکزي و اطفاء حريق و ساير موارد تاسيساتي ذکر شد. کاربرد ديگر BMS در سيستم‌هاي روشنايي مرکزي مي‌باشد. در اين مورد نيز بايد راندمان انرژي و بارهاي حرارتي ناشي از سيستم‌هاي روشنايي را با شرايط آسايش و برآورد قيمت مقايسه نمود و حالت بهينه را در نظر گرفت. استفاده از لامپ‌هاي فلورسنت و لامپ‌ها و نورافکن‌هاي کم مصرف ولي با راندمان بالا پيشنهاد مي‌شود. (روشنايي در مکان‌هاي عمومي براساس ساعات عملکرد منطقه تعيين مي‌شود).
مورد ديگر استفاده از دستگاه‌هاي EMS در صنعت مي‌باشد که بسيار گسترده نيز هست. به عنوان مثال مي‌توان از سيستم‌هاي هيدروليک و آبگرمکن‌هاي خورشيدي نام برد.


انواع سيستم‌هاي BMS

Time-of-data Scheduling
اين نوع که مي‌توان از آن به عنوان سيستم با برنامه زمان بندي روزانه ياد کرد براساس فهرست زمان‌بندي که به عنوان داده در اختيار آن قرار مي‌گيرد و به کمک ساعت‌هاي الکترومکانيکي در عملکردهاي گوناگون به کار برده مي‌شود. اين سيستم بيش‌تر در زمان تعطيلات و ساعاتي از روز که کنترل شخصي ميسر نيست مورد استفاده قرار مي‌گيرد. به طور عمده موارد استفاده از اين نوع سيستم به صورت زير خلاصه مي‌شود:

1. سيستم روشنايي داخلي و خارجي ساختمان
2. کنترل حرارتي محيط و تنظيم درجه حرارت داخلي
3. تهويه مطبوع هواي محيط
4. کنترل فن‌هاي تهويه و تخليه (مکنده)
5. ترموستات‌هاي مستقيم و معکوس



Temperature/time Optimization
اين نوع سيستم که معادل فارسي آن سيستم بهينه سازي دما براساس زمان است تامين کننده کنترل عملگرهاي چند کاره و کنترل پيشرفته دما است. در اين سيستم‌ها دماي هواي داخل و خارج به طور مداوم ثبت مي‌شود بنابراين زمان خاموش و روشن شدن سيستم با تغييرات دما تعيين مي‌شود. کاربرد عمده آن در سرمايش و گرمايش تهويه مطبوع مي‌باشد. اين نوع سيستم با ذخيره عملکرد قادر است بهترين نتيجه و راندمان را در ازاي کم‌ترين هزينه مالي در امر صرفه‌جويي در انرژي ارائه دهد. همچنين به علت پيچيدگي خاص سيستم معمولا از يک صرفه‌جو هم استفاده مي‌شود. وجود دمپرهاي کنترلي در سيستم مي‌تواند ورود و خروج هوا به محيط را در زمان مطلوب ميسر سازد.


Demand Control Systems
اين نوع سيستم که معادل فارسي آن سيستم کنترل خواستاري مي‌باشد در حقيقت مشابه سيستم بهينه‌سازي  زمان - دما  مي‌باشد با اين تفاوت که با اتصال ساعت‌هاي کنترلي به سيستم مصرف جريان برق را نيز کنترل مي‌نمايد. مزيت اين سيکل در بررسي بارهاي مطلوب و ميزان مصرف برق است که در آخر با بالانس کردن اين دو مورد مصرف انرژي را به حداقل مقدار خود مي‌رساند.
موارد استفاده از اين نوع عبارتند از: حرارت مرکزي و تهويه مطبوع موتور کمپرسورهاي هوايي سيستم ضدسرقت (دزدگير) و قفل مرکزي سيستم هشدار آتش و اطفاء حريق خودکار.
همچنين اين نوع سيستم با کاهش بارهاي غير ضروري ساختمان که با توجه به ورودي در نظر گرفته شده تعيين مي‌شود به ميزان قابل توجهي کاهش در مصرف برق و بالتبع هزينه برق مصرفي را در پي دارد. از جمله ويژگي‌هاي خاص سيستم گزارش شرايط محيط (به عنوان مثال دما و رطوبت نسبي و... در مورد تهويه مطبوع و حرارت مرکزي) مي‌باشد.



  - روش‌هاي کاهش اتلاف انرژي در صورت عدم وجود EMS:

اشاره به اين نکته ضروري است که EMS‌ها هميشه سودمند نمي‌باشند. علت اصلي استفاده از EMS صرفه‌جويي در انرژي و به دنبال آن صرفه‌جويي در هزينه‌ها مي‌باشد. گاهي هزينه مالي نصب EMS در يک ساختمان با عملکرد عادي بسيار بالاتر از ميزان صرفه‌جويي مالي ناشي از حفظ انرژي مي‌باشد. در نتيجه بهتر است قبل از نصب سيستم يک آناليز کلي بين هزينه‌هاي مصرفي براي نصب و ساير فاکتورها از جمله نوع ساختمان عملکرد و نوع اشتغال آن اندازه و ابعاد ساختمان و تعداد سيستم‌هاي کنترلي درون آن انجام شود. در موارد عادي با در نظر گرفتن اصول زير مي‌توان به ميزان قابل توجهي از اتلاف انرژي جلوگيري نمود:


1. عايق‌هاي حرارتي:
وجود عايق در ديوارها، سقف و کف اتاق‌ها مصرف انرژي را تا 25% کاهش مي‌دهد.
در مورد سقف‌هاي سفالي بايد از عايق‌هايي که به صورت فويل دولايه هستند استفاده نمود. پيشنهاد مي‌شود چنانچه زير کف خالي باشد هواي داخل اين فضا نيز تهويه شود.


2. جلوگيري از تهويه طبيعي:
جلوگيري از نفوذ هوا از طريق درها و پنجره‌ها و ساير درروها به کمک نوارهايي که به همين منظور در نظر گرفته شده است مقدور است. همچنين کاهش سطح پنجره‌ و استفاده از شيشه‌هاي دو جداره از اتلاف گرما يا سرما جلوگيري مي‌کند.


3. کنترل نور خورشيد:
استفاده از سايبان‌هاي داخلي و خارجي و شيشه‌هاي رنگي و رفلکس تا حد زيادي اثر نور خورشيد را کاهش مي‌دهد.


4. انتخاب نوع موتور:
نوع موتوري که براي دستگاه‌هاي تهويه و... در نظر مي‌گيريم بايد به گونه‌اي باشد که علاوه بر قيمت مناسب ويژگي‌هاي مطلوب ديگري از جمله بي‌صدا و بدون لرزش بودن را نيز دارا باشد.



  - نتايج:

با توجه به آن‌چه تا کنون گفته شد مي‌توان نتيجه گرفت که BMS برنامه‌اي است با ويژگي‌هاي زير:
1- سيستم کاهش هزينه که قادر به کنترل مصرف انرژي است و در نتيجه امر نگهداري ساختمان را آسان‌تر مي‌سازد.
2- سيستمي براي آسان سازي عملکرد و مختصر نمودن تجهيزات کاربردي در عين ايجاد آسايش و رفاه در ساختمان.
3- سيستمي انعطاف‌پذير با ويژگي User Friendly.
4- سيستمي براي کنترل و بهبود عملکرد تجهيزات نصب شده و جلوگيري از پيشامد شرايط بحراني.


ذخيره انرژي
سيستم با درنظر داشتن دماي اتاق براساس نوع عملکرد و استفاده از آن با توجه به اطلاعات اوليه و اطلاعات ثانويه‌اي که به صورت خيلي مختصر بيانگر تغييرات روزانه يا فصلي متغيرها و نحوه انتخاب دوره‌هاي زماني مي‌باشد و همچنين با توجه به روشنايي روز و دماي طرح خارجي برنامه مصرفي را ارائه مي‌دهد که هم کم هزينه مي‌باشد و از طرفي هم صرفه‌جويي در مصرف انرژي را مدنظر قرار مي‌دهد. همين طور سيستم قادر است هزينه‌هاي مصرفي و ميزان صرفه‌جويي را به کارفرما گزارش دهد. به اين ترتيب پروسه مصرف تصاعدي و گران انرژي حذف مي‌شود.


قابليت انعطاف:
يکي از مهم‌ترين ويژگي‌هاي BMS که آن را کاربردي مي‌نمايد قابليت انعطاف است. به اين معنا که مي‌توان انواع تغييرات را با توجه به نياز ساختمان و با حداقل نرم‌افزار در آن ايجاد نمود بدون آن‌که نيازي به بکارگيري سخت‌افزارهاي پيچيده و زايد و سرمايه‌گذاري پر هزينه باشد. در واقع سيستم به صورت يک شبکه کاملاً گسترده طراحي مي‌شود که به راحتي بر روي PC قابل نصب است و به کمک استانداردهاي مايکروسافت مي‌توان آن را در هر زمان که بخواهيم به روز نمود.


قابليت اعتبار:
BMS يک سيستم کاملا قابل اعتماد است و بسيار دقيق عمل مي‌کند. به اين ترتيب که بر عملکرد کل شبکه نظارت نموده و ازمصرف بي‌رويه انرژي و پيشامد موقعيت‌هاي بحراني جلوگيري مي‌نمايد. اين سيستم در بسياري از شبکه‌هاي متنوع از جمله تهويه مطبوع سرمايش و گرمايش ساختمان سيستم‌هاي کنترلي امنيتي ناظر آسانسور و مديريت مرکزي تجهيزات نصب شده قابل استفاده مي‌باشد.


از لحاظ هزينه زندگي:
در طراحي سيستم با توجه به اختياراتي که داريم ابتدا بايد به ارزيابي هزينه‌هاي جاري بپردازيم. در اين مورد بايد به راندمان مصرف انرژي و صرفه‌جويي آن توجه داشت. در اينجا محل ساختمان و جهت آن ثبات دما، تاثير باد، آب و هوا، روشنايي و تهويه طبيعي در بررسي اهميت زيادي دارد. در ساختمان‌هايي که مصرف بالاي انرژي دارند بايد حتما يک آناليز بر روي هزينه دوره‌اي زندگي (lcc) انجام شود و بر اين اساس به طراحي اصولي پرداخت که در واقع تاثير مستقيم بر روي هزينه‌ها دارند.
در انتخاب تجهيزات و سرويس‌‌ها توجه به اين نکته ضروري است که حتما يک بالانس بين قيمت و هزينه اتصال و نصب و نگهداري و ميزان صرفه‌جويي در مصرف انرژي صورت گيرد. چيزي که براي مديريت پروژه اهميت دارد هزينه نهايي مي‌باشد که حتما بايد مدنظر قرار گيرد.


سرمايه‌گذاري برتر:‍
اهميت BMS از اين جهت است که معمولا هزينه‌هايي که براي نصب و راه‌اندازي سيستم صرف مي‌شود معمولا بين 3 تا 5 سال به طور کامل احيا مي‌شود و به اين ترتيب با داشتن وسيله‌اي براي صرفه‌جويي در مصرف و همچنين مي‌توان به حفظ و تامين سرمايه اصلي به ميزان کاملا مطلوب و مديريت زمان دست يافت.


با توجه دقيق‌تر به جزئيات کار در بحث مميزي انرژي و بررسي و برآورد هزينه مصرفي در کاربردهاي گوناگون مي‌توان به سه مقوله زير دست يافت:

1. صرفه‌جويي بدون هزينه:
به کمک تنظيم محسوس سيستم‌هاي کنترلي مي‌توان با هدايت عملکرد تجهيزات تغييرات عمده و مفيدي در روند عملکرد دستگاه ايجاد کرد که اين طرح تقريبا بدون هزينه است.

2. صرفه‌جويي با هزينه بسيار کم:
اين روند در بخش‌هايي که متناوباً مورد استفاده قرار مي‌گيرند از جمله موارد زير کاربرد دارد:
کنترلر سيستم روشنايي، سوئيچ زماني در سيستم آبگرمکن، کنترلر سيفون توالت، Vending Machineها و يا کنترلرهاي حرارت مرکزي.

3. صرفه‌جويي در مقياس بالا:
اين روند در طرح‌هايي به کار مي‌رود که نيازمند ايجاد تغييرات عمده و يا تغيير مکان در نقشه و همچنين مستلزم بکارگيري تجهيزات بسيار مدرن يا حساس هستند. به عنوان مثال جايگزيني سيستم بويلر و مشعل حرارتي با هدايتگر گاز داغ در واحد آب گرم و يا سيستم‌هاي داراي چيلر و همچنين در جايي که مصرف همزمان برق و گرما داريم (Combined Heat & Power).

آنچه تاکنون گفته شد نتايج حاصل از يک برنامه جامع مديريت انرژي بود که در حالت ايده‌آل بسته به ميزان انعطاف‌پذيري آن حدود 15 تا 25% سود ساليانه در بر دارد.

در حالت کلي مي‌توان 3% تا 6% صرفه‌جويي در هزينه را براي ساختمان‌هايي که مصرف بسيار بالا دارند در نظر گرفت. اين در حالي است که در نهادهاي چند منظوره سالانه با 3% تا 4% صرفه‌جويي در مصرف روبرو هستيم. نمودارهايي که در ادامه مي‌آيند نرخ هزينه را براساس مدت زمان نصب نشان مي‌دهند.


بازگشت
مطالب مرتبط با این مقاله

•  انواع مختلف فيلترهاي مورد استفاده در کولرهاي گازي جهت تصفيه هوا
•  BTU چيست؟
•  راهنماي خريد کولر گازي و اسپليت
•  تنوع ظاهري رادياتورها
•  نحوه عملکرد آبکرمکن هاي غير مستقيم
•  مزاياي چيلر تراکمي نسبت به جذبي
•  نکاتي درباره لوله‌کشي آب خانه
•  انواع منابع تامين کننده حرارتي جهت سيستم گرمايشي از کف
•  معرفي داکت اسپليت
•  تفاوت کولر گازي اسپليت، قابل حمل و پنجره‌اي
•  چگونه با راهکارهاي ساده کولرآبي خانه خود را خنک‌تر کنيم؟
•  استانداردهاي کولر گازي
•  نکات مهم درباره نگهداري و کاهش هزينه‌ي کولرهاي آبي
•  کولر گازي تقلبي
•  انواع لوله ها و کاربردهايشان

دانستنيهاي فني و تاسيساتي : گردآوری گروه تهویه مطبوع مهاجر