شیرهای بالانس و تأثیر آنها در صرفه جویی مصرف انرژی در سیستمهای تمام آب
چکيده
با توجه به آزاد شدن قیمت انرژی در کشور، صرفه جویی در مصرف انرژی بیش از پیش اهمیت یافته است، بالاخص در زمینه هایی که تا به حال به آنها توجهی نشده و یا توجه کمی شده است، مانند سیستم هایی که در آنها برای سرمایش و گرمایش از فن کویل استفاده می شود. در این سیستم ها به دلیل تقریب های اجتناب ناپذیری که در مرحله طراحی باید در نظر گرفت، معمولاً در هنگام راه اندازی نرخ جریان به گردش درآمده در شبکه لوله کشی بیش از حد نیاز است و این مسئله باعث افزایش هزینه های پمپاژ و سرمایش و گرمایش آب موجود در سیستم می شود. علاوه بر این با توجه به اینکه نرخ جریان در مسیرهایی که افت کمتری دارند بیشتر است و بلعکس، علی رغم استفاده از ابزارها و روش های مختلف برای تعدیل فشار در سیستم، توزیع جریان در سیستم بهینه نبوده و راندمان سیستم کاهش می یابد. در این مقاله علاوه بر معرفی شیر بالانس، مزایا و کاربردهای آن، یک پروژه نمونه که در آن از فن کویل برای سرمایش و گرمایش استفاده می شود، مورد بررسی قرار گرفته و مشخص شده که در صورت استفاده از شیر بالانس در این طرح، سالیانه 30% در مصرف انرژی پمپ صرفه جویی به عمل خواهد آمد. این در حالی است که علاوه بر صرفه جویی در انرژی مصرفی پمپ، استفاده از این شیر مزایا و قابلیت های سودمندی دیگری را نظیر عمر بیشتر، صدای کمتر و کنترل پذیری بهتر به سیستم می افزاید.
خوشبختانه با به اجرا درآمدن یکی از حیاتی ترین قوانین مربوط به صرفه جویی در مصرف انرژی در سطح کشور و آغاز جلوگیری از مصرف بی رویه منابع ملی، ارائه راهکارهای اجرایی برای کاهش مصرف انرژی، اهمیتی بیش از پیش یافته است. همانطور که در شکل 1 مشاهده می شود، بخش خانگی بیشترین سهم را در مصرف انرژی، به خود اختصاص داده است، اما تا کنون در بیشتر راهکارهایی که برای کاهش مصرف انرژی در این بخش ارائه گردیده، به اتلافات انرژی از پوسته ساختمان پرداخته شده و سعی برآن بوده تا با استفاده از مواردی چون عایق کاری دیواره ها، استفاده از پنجره های دوجداره و ... از این اتلافات جلوگیری به عمل آید و لذا توجه بسیار کمی به اتلاف انرژی در سایر بخش های ساختمان شده است. این در حالی است که در صورت بهینه سازی و کاهش مصرف انرژی در بخش های مختلف یک ساختمان، اتلاف انرژی از پوسته ساختمان نیز کاهش یافته و جلوگیری از این اتلافات نیز آسان تر و کم هزینه تر خواهد بود.
شکل 2 میزان مصرف انرژی در بخش های مختلف یک ساختمان را نشان می دهد. بیشترین مصرف انرژی در یک ساختمان مربوط به تأسیسات مکانیکی ساختمان شامل گرمایش، سرمایش، تهویه مطبوع و تأمین آب گرم مصرفی است. این امر نشان می دهد که اهمیت اجرای سیستم های تأسیساتی به روز و با راندمان بالا و همچنین استفاده از تجهیزات و روشهای نوین برای کاهش میزان مصرف انرژی در سیستم های تأسیساتی بسیار بالاست. استفاده از فن آوری روز علاوه بر کاهش مصرف انرژی، افزایش بهره وری سیستم را نیز به همراه دارد و تضمین می کند که انرژی، به نسبت نیاز هر قسمت و هر فضا و دقیقاً به اندازه مورد نیاز مصرف شود.
در شکل 3 میزان مصرف انرژی در بخش های مختلف سیستم های تأسیساتی ساختمان، نشان داده شده است. به کار بستن دقت بالا در حین طراحی یک سیستم می تواند تا حد زیادی مصرف انرژی در این بخش ها را کاهش دهد، اما در روند طراحی و انتخاب تجهیزات، گاه مجبور به استفاده از تقریب هایی هستیم که دقت را در طراحی کاهش می دهد.
2- روند طراحی یک سیستم
قبل از معرفی شیر بالانس بطور خلاصه روند طراحی یک سیستم سرمایشی و گرمایشی فن کویلی را برای یک ساختمان مرور می کنیم: {3}
محاسبه بار سرمایشی و گرمایشی هر فضا.
محاسبه جریان آب سرد و یا گرم مورد نیاز برای هر فضا با توجه به بار مورد نیاز آن.
سایز زنی لوله ها بر اساس مقدار جریانی که باید از هر لوله عبور کند (محاسبه شده در بخش قبل).
انتخاب دستگاه های سرمایشی و گرمایشی نظیر پمپ، چیلر، فن کویل و غیره، متناسب با جریان و بار مورد نیاز هر فضا.
انتخاب تجهیزات کنترل سیستم متناسب با موارد قبل.
در تمام مراحل فوق تقریب های اجتناب ناپذیری وجود دارد؛ در مرحله اول چه در محاسبات دستی و چه در محاسبه بار با استفاده از نرم افزار، ضریبی به عنوان ضریب اطمینان در نظر گرفته می شود که بسته به کاربری فضا، این ضریب نیز تا حدودی تغییر می کند. این محاسبات برای گرمترین و سردترین روز هر منطقه در طول یک بازه زمانی مشخص، انجام می شود. کاملاً واضح است که این شرایط ممکن است برای چندین سال اتفاق نیفتد و با احتساب ضریب اطمینانی که برای جبران اشتباهات احتمالی در محاسبات وارد می شود، می توان گفت که در اکثر طرح ها، بار مورد نیاز هر فضا بیشر از مقدار واقعی مورد نیاز است.
در مرحله دوم نیز برای محاسبه مقدار جریان مورد نیاز برای هر فضا، بخش اعشاری اعداد بدست آمده به سمت بالا گرد می شوند و در این مرحله نیز مقدار جریان کل محاسبه شده، بیشتر از میزان مورد نیاز است.
در مرحله بعد با توجه به مقدار جریان و در نظر گرفتن افت مجاز، سایز لوله ها مشخص می شود. اما باید این نکته را در نظر داشت که برای هر مقدار جریانی که طراح محاسبه می کند، یک سایز لوله متناسب در فروشگاه ها وجود ندارد و عملاً لوله هایی که انتخاب می شوند توانایی عبور دادن جریانی بیشتر از جریان طراحی را دارند. همین مسئله در مورد انتخاب پمپ، چیلر، فن کویل، تجهیزات کنترلی و غیره نیز صدق می کند، این دستگاه ها نیز ظرفیت جریانی بیش از جریان طراحی را دارند و در نتیجه در کل سیستم جریانی بیش از حد نیاز به گردش در می آید.
اتفاقی که عملاً در حین طراحی و اجرای اکثر سیستم های تأسیساتی موجود در کشور می افتد، این است که طراح در مرحله طراحی با استفاده از افت فشار کل شبکه لوله کشی و جریان کل مورد نیاز، نقطه کارکرد سیستم را مشخص، و با توجه به آن اقدام به انتخاب پمپ می کند؛ بدین ترتیب که سعی می شود پمپ به گونه ای انتخاب شود تا نقطه کارکرد سیستم، بر روی منحنی عملکرد پمپ در محدوده راندمان بهینه قرارگیرد تا پمپ در این نقطه بیشترین راندمان را داشته باشد.{4}
اما پس از راه اندازی مشاهده می شود که نقطه کارکرد پمپ به سمت راست منحرف شده و اغلب از محدوده عملکرد بهینه، خارج می شود. علت این امر این است که به دلیل تقریب های موجود در مرحله طراحی، افت فشار محاسبه شده توسط طراح بیشتر از مقدار افت واقعی موجود در سیستم بوده و در نتیجه پمپ افت کمتری را جبران کرده و نهایتاٌ جریان بیشتری را پمپ می کند.
علاوه بر مواردی که ذکر شد، تضمینی وجود ندارد جریانی که به هر فضا می رسد، دقیقاً برابر با جریان طراحی باشد. کاملاً واضح است که جریان در مسیرهایی که افت کمتری دارند، بیشتر است و بر عکس. حتی استفاده از سیستم هایی نظیر بازگشت معکوس نیز نمی تواند این مشکل را بطور کامل رفع کند، چون این سیستم افت فشار را برای همه مصرف کننده ها یکسان می کند، در حالی جریان مورد نیاز همه مصرف کننده ها که گاه سایز لوله ی اتصالی به آنها مشابه است، یکسان نیست. نتیجه اینکه به فضاهایی که به پمپ نزدیکتر هستند جریانی بیشتر از جریان طراحی رسیده و به طبع ازدیاد جریان در یک بخش از سیستم، افت جریان در بخش های دیگر را به دنبال خواهد داشت.{2}
شکل 5 منحنی عملکرد یک کویل سرمایشی است و فرض شده است که دمای آب ورودی به آن ثابت است. از منحنی مشخص است که با کمی افزایش جریان، به یکباره ظرفیت کویل افزایش می یابد، ولی بعد از آن، افزایش ظرفیت کویل به تدریج صورت می گیرد. برای مثال افزایش جریان از 50% به 100% تنها 20% افزایش ظرفیت کویل را در بر خواهد داشت. با توجه به اینکه شیب منحنی کویل در جریان های بالاتر از 100% بسیار کم تر می شود، واضح است که افزایش جریان به بیش از 100% نه تنها باعث افزایش ظرفیت به همان نسبت نمی شود، بلکه تلفات انرژی را نیز به دنبال خواهد داشت.
مشکل در قسمت هایی از سیستم که جریان کافی به آنها نمی رسد بسیار جدی تر است، چون در این قسمت ها دمای اتاق به حد مطلوب نرسیده و شرایط راحتی تأمین نمی شود و در نتیجه کل سرمایه گذاری انجام شده برای یک سیستم سرمایشی و یا گرمایشی زیر سؤال خواهد رفت.
در مجموع علاوه بر اینکه این اضافه جریان موجود در سیستم، هزینه پمپاژ، سرمایش وگرمایش را بالا برده و راندمان سیستم را کاهش می دهد، مشکلات دیگری نیز
بوجود می آید که عبارتند از:
در بخش هایی که مقدار جریان کمتر از حد نیاز است، سرعت جریان بسیار کم بوده و باعث ایجاد رسوب و تلفات حرارتی می شود. همچنین حباب های هوای موجود در جریان به دلیل سرعت کم، برخلاف جریان آب حرکت کرده (در لوله های عمودی) و سرعت را بیشتر کاهش می دهند.{9}
1- شیر بالانس
1-1- معرفی شیر بالانس
همانطور که از نام این شیر پیداست، هدف اصلی طراحی این شیر، بالانس سیستم های هیدرونیک و جلوگیری از توزیع نا مناسب و غیر یکنواخت جریان در سیستم های سرمایشی و گرمایشی تمام آب و همچنین حذف جریان اضافی موجود در سیستم است. از این نوع شیر برای محدود کردن مقدار جریان عبوری از لوله استفاده می شود تا جریان اضافی از یک مسیر عبور نکرده و به این ترتیب در نقاط دیگر سیستم کمبود جریان ایجاد نشود.
1-2-ساختار شیر بالانس
پایه طراحی اکثر شیرهای بالانس با شیرهای سوزنی یکی است، اما تغییرات ویژه ای در طراحی آن بوجود آمده تا بتوان با آن جریان عبوری از لوله را با دقت بالا و خطایی در حدود 5% اندازه گیری و تنظیم کرد. تعداد دورهایی که برای باز شدن کامل شیر از حالت کاملاً بسته نیاز است افزایش یافته (معمولاً بیش از 8 دور) و گام پیچ نیز به گونه ای انتخاب شده تا تنظیم جریان از دقت کافی، به پایه طراحی اکثر شیرهای بالانس با شیرهای سوزنی یکی است، اما تغییرات ویژه ای در طراحی آن بوجود آمده تا بتوان با آن جریان عبوری از لوله را با دقت بالا و خطایی در حدود 5% اندازه گیری و تنظیم کرد. تعداد دورهایی که برای باز شدن کامل شیر از حالت کاملاً بسته نیاز است افزایش یافته (معمولاً بیش از 8 دور) و گام پیچ نیز به گونه ای انتخاب شده تا تنظیم جریان از دقت کافی، به خصوص در جریان های کم، برخوردار باشد. دسته این شیرها برای مشخص شدن میزان باز یا بسته بودن مدرج بوده و قابلیت قفل شدن پس از تنظیم نهایی را دارد.
برای اندازه گیری جریان در این شیرها از یک اوریفیس ثابت (اغلب در سایزهای کوچک) یا متغییر (در سایزهای بزرگ) استفاده شده و در دو طرف این اوریفیس دو مجرا برای اتصال دستگاه اندازه گیری تعبیه شده است. اغلب شرکت های تولید کنده شیر بالانس یک دستگاه الکترونیکی را برای اندازه گیری جریان در شیر بالانس ارائه می کنند. این دستگاه الکترونیکی مجهز به دو سوزن مخصوص است که با اتصال آنها به مجراهای دو طرف اوریفیس و وارد کردن سوزن ها به داخل جریان، می توان مشخصات جریان عبوری از لوله را بر روی صفحه نمایشگر دستگاه مشاهده کرد.
3-3- مزایای استفاده از شیر بالانس
مزایای استفاده از شیر بالانس در سیستم های سرمایش و گرمایش فن کویلی عبارتند از:
حذف سیستم لوله کشی بازگشت معکوس و در نتیجه کاهش قابل توجه مصالح مورد نیاز، هزینه اجرای کمتر، نیاز به فضای کمتر برای لوله کشی، سرعت اجرای بیشتر.
جلوگیری از پمپاژ جریان اضافه و در نتیجه کاهش هزینه پمپاژ، با توجه به امکان نصب پمپ کوچکتر و یا استفاده از پمپ در دور پایین تر.
کاهش هزینه سرمایش و گرمایش آب موجود در سیستم با توجه به کاهش نرخ جریان کل و همچنین کاهش مقدار لوله کشی با توجه به حذف سیستم بازگشت معکوس.
توزیع جریان با توجه به نیاز هر فضا و جلوگیری از اتلاف انرژی در نقاطی که با ازدیاد جریان مواجه هستند.
جلوگیری از ایجاد رسوب و خوردگی های موضعی و همچنین کاهش آلودگی صوتی با توجه به تعدیل سرعت جریان در سیستم لوله کشی.
امکان اندازه گیری جریان در هر زمان و هر نقطه از مدار لوله کشی به منظور عیب یابی و بررسی عملکرد سیستم مانند تشخیص گرفتگی فیلترها، ایجاد رسوب بیش از حد، خرابی پمپ وجود هوا در سیستم، نشتی و غیره.
2- بررسی پرژه نمونه
در ادامه جهت روشن شدن میزان صرفه جویی و محاسبه دوره بازگشت سرمایه، به بررسی یک پروژه نمونه می پردازیم.
2-1- مشخصات پروژه
پروژه مورد بررسی یک طرح واقعی است که در شهر شیراز قرار گرفته و در حال حاضر در مرحله اجرای تأسیسات قرار دارد. جهت سرمایش و گرمایش در این ساختمان که کاربری آن بیمارستانی است، از 25 فن کویل با ظرفیت های مختلف استفاده شده و جهت تعدیل افت فشار و توزیع مناسب جریان آب در شبکه لوله کشی، سیستم لوله کشی بازگشت معکوس در طراحی آن منظور شده است. مقدار کل جریان مورد نیاز برای این طرح gpm104.8 و افت فشار کل سیستم لوله کشی و همچنین تجهیزات موجود در سیستم، 10 متر ستون آب محاسبه شده و با توجه به این هد و دبی و با استفاده از نرم افزار انتخاب پمپ یکی از شرکت های معتبر تولید کننده پمپ در دنیا، پمپ متناسب با این طرح انتخاب شده است. {8}
1-1- روند محاسبات و روابط حاکم
محاسبات بار سرمایشی و گرمایشی این ساختمان با استفاده از نرم افزار کریر و با توجه به شرایط آب و هوایی شیراز و البته نوع کاربری ساختمان صورت گرفته است.
با توجه به اینکه این طرح هم اکنون مراحل ساخت را طی می کند و امکان بررسی شرایط کارکرد سیستم بطور عملی وجود ندارد، سیستم لوله کشی با استفاده از نرم افزاری به نام Pipe Flow Expert شبیه سازی شده تا بتوان مقدار جریان در هر شاخه و همچنین جریان کل پمپ شده را به دست آورد. روش شبیه سازی در این نرم افزار بدین ترتیب است که ابتدا شبکه لوله کشی در محیط نرم افزار رسم شده و سپس مشخصات اجزای مختلف سیستم برای شبکه رسم شده در نرم افزار وارد می شود. برای شبکه لوله کشی مشخصاتی مثل طول هر شاخه، جنس لوله، زبری سطح داخلی، قطر داخلی و خارجی، ارتفاع نقاط اتصال نسبت به یکدیگر، نوع اتصالات و همچنین ضریب K مربوط به هر اتصال (زانو، سه راه، انواع شیرها و فیلترها و ... مشخص می شود و برای سایر اجزای سیستم مانند فن کویل، چیلر، بویلر و غیره نیز نمودار عملکرد آنها که مشخص کننده میزان افت ایجاد شده با توجه به جریان عبوری است، وارد می شود. در مورد پمپ هم نمودار عملکرد پمپ را می توان بطور دقیق وارد نرم افزار کرد. در نهایت مشخصات سیال موجود در سیستم نیز باید مشخص شود.
لازم به ذکر است این نرم افزار بانک تقریباً کاملی از مشخصات مربوط به لوله ها و اتصالات و همچنین مایعات مختلف را دارد و توانایی محاسبه ضریب K برای برخی اتصالات خاص را نیز داراست. البته این نرم افزار تنها جریان و فشار پایدار سیستم را محاسبه می کند
پس از اینکه سیستم بطور کامل در محیط نرم افزار ایجاد شد، نرم افزار دبی جریان و همچنین سرعت سیال در هر لوله، عدد رینولدز، ضریب اصطکاک، افت فشار اصطکاکی هر لوله، نقطه کارکرد پمپ، فشار در هر اتصال و برخی اطلاعات دیگر را با استفاده از فرمول های زیر محاسبه می کند. {6}
رابطه وایت - کولبروک برای محاسبه دقیق ضریب اصطکاک در جریان های مغشوش:
f = ضریب اصطکاک
e= زبری داخلی لوله
D = قطر داخلی لوله
Re = عدد رینولدز
محاسبه ضریب اصطکاک در جریان های آرام:
هد جریان یا مقاومت هد سیال با استفاده از معادله دارسی - ویسباخ محاسبه می شود:
f = ضریب اصطکاک
V = سرعت سیال
L = طول لوله
g = شتاب ثقل زمین
D = قطر داخلی لوله
افت هد سیال برای اتصالات با استفاده از فرمول زیر:
K = ضریب اتصال که توسط سازنده ارائه می شود.
L = طول لوله
g = شتاب ثقل زمین
این نرم افزار بطور خودکار برای جریان در هرگره حدس اولیه ای می زند، افت فشار در سیستم با استفاده از ضرایب اصطکاکی حاصل از معادله وایت – کولبروک و افت فشار اصطکاکی برای هر لوله با استفاده از معادله دارسی – ویسباخ محاسبه می شود. با توجه به اینکه بعید است حدس های اولیه به نتایج نهایی برای متعادل کردن کل سیستم منجر شود، نرم افزار برای اجزای سیستم لوله کشی یک سری معادلات ماتریسی غیر خطی می نویسد. هنگامی که یک راه حل تقریبی به دست آمد، نتایج با استفاده از نوسان در روش نیوتن پالایش و بهینه سازی می شوند تا جواب ها به سمت یک جریان و فشار متعادل همگرا شوند. {6}
پس از شبیه سازی و حل سیستم با استفاده از نرم افزار مشاهده می شود که هد و دبی در نقطه کارکرد پمپ برابر است با gpm152.42 و m8.8 ستون آب برای هد. این امر نشان می دهد که هد محاسبه شده در مرحله طراحی m1.2 متر بیش از مقدار واقعی بوده که باعث می شود به جای gpm104.8، جریانی برابر با gpm152.42 یعنی gpm47.62 آب بیشتر در سیستم به گردش درآید. این اتفاقی است که در حال حاضر در اکثر سیستم های به اجرا درآمده و در حال اجرا در کشور افتاده و در صورت عدم رسیدگی کماکان خواهد افتاد.
همانطور که گفته شد می توان با بستن شیر در سمت دهش پمپ میزان هد را از m8.8 به m10 افزایش داده و جریان را از gpm152.42 به gpm104.8 کاهش داد، اما با توجه به اینکه افت واقعی سیستم m8.8 است، با بستن شیر در سمت دهش، m1.2 هد اضافه به پمپ تحمیل کرده ایم. راه حل بهینه برای حذف این هد اضافه، کاهش دور پمپ است؛ بدین ترتیب که دور پمپ را به گونه ای کاهش می دهیم تا gpm104.8 جریان را با m8.8 هد تأمین کند. ذکر این نکته نیز ضروری است که کاهش دور پمپ باعث
می شود پمپ در دور کمتر هد و دبی کمتری را تأمین کند و انرژی کمتری مصرف کند، بدون اینکه تغییر چندانی در راندمان آن ایجاد شود.]4[ البته واضح است که کاهش دور پمپ و به طبع کاهش هد و جریان، مشکل توزیع غیر متعادل جریان در شبکه لوله کشی را جدی تر خواهد کرد، اما این مشکل به راحتی و با استفاده از شیرهای بالانس از بین خواهد رفت. در واقع می توان گفت در صورتی استفاده از سیستم پمپاژ دور متغییر در یک شبکه لوله کشی سرمایشی و گرمایشی توجیه پذیر است که از شیرهای بالانس برای تقسیم جریان در مصرف کننده ها، متناسب با مقدار نیاز آنها، استفاده شود.
پس از مشخص شدن نقطه کارکرد پمپ در دو حالت بالانس و غیر بالانس به محاسبه میزان مصرف برق پمپ می پردازیم:
مقدار انرژی مورد نیاز آب برای جابجایی در یک سیستم بسته از رابطه زیر به دست می آید: {4}
= انرژی مورد نیاز آب (hp)
Q = دبی آب (gpm)
H = هد پمپ (ft)
S = چگالی نسبی آب که در سیستم های معمول برابر با 1 در نظر گرفته می شود.
توان مورد نیاز پمپ برای انتقال آب برابر است با: {4}
bhp = توان مورد نیاز پمپ (hp)
ή = راندمان پمپ
کیلووات مصرفی الکتروموتور نیز برابر خواهد بود با: {4}
KW = انرژی مصرفی الکتروموتور (کیلووات)
ή = راندمان الکتروموتور
در نهایت با استفاده از روابط بالا می توان کیلووات مصرفی الکتروموتور را با استفاده از رابطه زیر محاسبه کرد: {4}
= راندمان سیستم دور متغییر
با استفاده از مشخصات ارائه شده برای پمپ انتخاب شده، راندمان الکتروموتور برابر با 87.5% ، راندمان پمپ برابر با 78% و راندمان اینورتر یا سیستم دور متغییر نیز برابر با 93% در نظر گرفته شده است. با توجه به اینکه دمای آب نیز از 80 درجه سانتیگراد بالاتر نمی رود از تغییرات چگالی نسبی آب نیز صرف نظر شده است.
بنابراین برای حالت غیر بالانس خواهیم داشت:
در صورتی که تنها به بستن شیر در سمت دهش پمپ اکتفا کنیم خواهیم داشت:
و برای حالت بالانس و کاهش دور پمپ، کیلووات مصرفی برابر خواهد بود با:
واضح است که در حالت بالانس الکتروموتور w400 یعنی 30% کمتر انرژی مصرف می کند. برای محاسبه ساعات کارکرد پمپ در یک سال از اطلاعات به دست آمده از نرم افزار کریر استفاده می کنیم. در طرح فوق هم برای سرمایش و هم برای گرمایش از فن کویل استفاده شده است که در این مقاله به میزان صرفه جویی در برق مصرفی پمپ تنها در حالت گرمایش می پردازیم.
مدت کارکرد سیستم گرمایشی در طول یک سال، 5 ماه خواهد بود. اما بدیهی است که ساعات کارکرد سیستم در طول شبانه روز بسته به دمای هوای خارج تغییر خواهد کرد. در ماه ژانویه (دی ماه) که سردترین ماه در سال می باشد، بیشترین ساعات کارکرد در طول شبانه روز را خواهیم داشت و در دو ماه قبل و دو ماه بعد از ماه ژانویه ساعات کار سیستم کمتر خواهد بود. با توجه به اطلاعات حاصل از نرم افزار، سیستم گرمایشی برای اینکه بتواند دمای هوای داخل را در طول شبانه روز و در ماه ژانویه در حد مطلوب حفظ کند، باید بطور میانگین در طول شبانه روز 14 ساعت کارکند. بنا براین تنها در ماه ژانویه (دی ماه) ساعات کارکرد سیستم برابر با 420 ساعت خواهد بود.
به همین ترتیب میانگین ساعات کارکرد سیستم در طول یک شبانه روز در ماه دوم و چهارم، 11ساعت و برای ماه اول و پنجم 8 ساعت در شبانه روز محاسبه شده است.
در نهایت ساعات کارکرد پمپ در طول یک سال تنها برای حالت گرمایش 1560 ساعت خواهد بود که با ضرب این رقم در میزان صرفه جویی در مصرف برق خواهیم داشت:
در صورتی که قیمت هر کیلووات برق را در 5 سال آینده بطور متوسط 1000 ریال در نظر بگیریم میزان صرفه جویی مالی در یک سال برابر با 624000 ریال خواهد بود. در جدول شماره 1 هزینه های مربوط به نصب شیر بالانس ارائه شده است. لازم به ذکر است که در این طراحی سعی برآن بوده تا کمترین تعداد شیر بالانس در سیستم استفاده شود، یعنی در طراحی شبکه لوله کشی برای فن کویل های یکسان از طراحی درختی استفاده شده تا طول لوله کشی برای این فن کویل ها برابر شده و با تنظیم جریان تنها در شاخه اصلی و با استفاده از تنها یک شیر بالانس، توزیع متناسب جریان حاصل شود.
با توجه به اینکه شیرهای بالانس، جایگزین شیرهای معمولی موجود در سیستم می شوند پس می توان هزینه شیرهای معمولی را از هزینه شیرهای بالانس کم کرد. در جدول شماره 2 هزینه شیرهای معمولی حذف شده از سیستم ارائه شده است.
علاوه بر موارد فوق باید در نظر داشت که در صورت استفاده از شیر بالانس دیگر نیازی به استفاده از سیستم لوله کشی بازگشت معکوس نیست و لذا هزینه اجرای این سیستم را نیز می توان از کل هزینه ها کم کرد. در جدول شماره 3 هزینه مربوط به اجرای سیستم لوله کشی بازگشت معکوس ارائه شده است.
در نهایت هزینه اجرای شیر بالانس در یک سیستم با توجه به حذف سیستم لوله کشی بازگشت معکوس در جدول شماره 4 ارائه شده است.
با توجه به میزان صرفه جویی مالی سالیانه در مصرف برق، دوره بازگشت سرمایه برای این طرح برابر خواهد بود با:
البته در صورت محاسبه میزان صرفه جویی در حالت سرمایش و منظور کردن آن در محاسبات دوره بازگشت سرمایه، این مدت زمان تقریباً نصف خواهد شد.
1- نتیجه گیری
با توجه به آزاد شدن تدریجی قیمت انرژی و اهمیت مصرف صحیح و بهینه انرژی و حفظ منابع ملی و همچنین مطالب ارائه شده در این مقاله، هیچ نقطه ابهامی در خصوص ضرورت بالانس سیستم های هیدرونیک باقی نمی ماند. در این مقاله مشخص شد برای یک سیستم سرمایشی و گرمایشی فن کویلی متوسط، دوره بازگشت سرمایه کمتر از 10 سال است، بدیهی است در سیستم های بزرگ، با شبکه لوله کشی گسترده و حجم لوله کشی بالا، که تقریباً در تمامی آنها برای تعدیل توزیع جریان از سیستم لوله کشی بازگشت معکوس استفاده می شود، میزان صرفه جویی سالیانه در انرژی مصرفی پمپ بیشتر بوده و دوره بازگشت سرمایه نیز کمتر خواهد بود. علاوه بر موارد فوق این مطلب را نباید از یاد برد که صرفه جویی در مصرف انرژی تنها مزیت استفاده از شیر بالانس نیست، حذف سیستم بازگشت معکوس که در سیستم های بزرگ تقریباً بی فایده بوده و تنها هزینه های اولیه قابل توجه و زمان اجرای زیاد را به طرح اعمال می کند، به همراه کاهش صدا، افزایش عمر سیستم به دلیل کاهش رسوب و خوردگی، کنترل پذیری بهتر و سرعت اجرای بالاتر را نباید از یاد برد. بعلاوه در این مقاله تنها به بررسی میزان صرفه جویی انرژی در برق مصرفی پمپ پرداخته شد و مواردی چون صرفه جویی در گاز مصرفی بویلر، برق یا گاز مصرفی چیلر، برق مصرفی فن در فن کویل را نیز می توان به تنهایی در قالب یک مقاله مورد بررسی قرار داد.
مراجع
]1[ سایت خبری وزارت نیرو
http://news.moe.org.ir
[2] www.Cimberio.com
[3] ASHRAE Standard
]4[ خاکپور، بهرام، 1386 "سیستم های هیدرونیک (سرمایش و گرمایش با آب)" چاپ اول، انتشارات یزدا، تهران، 1104 صفحه.
]5[ تابان، رامین، 1387 "آزمایش، تنظیم و بالانس سیستم های تهویه مطبوع" چاپ دوم، انتشارات یزدا، تهران، 368 صفحه.
]6[ واصف، روح ا... ،1387 "راهنمای کامل نرم افزار Pipe Flow Expert" چاپ اول (ترجمه)، انتشارات یزدا، تهران، 176 صفحه.
[7] www.danfoss.com
[8] www.grundfos.com
[9] www.bell&gossett.com