کتاب سیستم های کنترل تهویه مطبوع

کتاب کنترل سیستم‌های تهویه مطبوع نوشته‌ی محمدرضا سلطاندوست و به‌کوشش نشر یزدا منتشر شده است. نویسنده در این اثر به‌صورت متمرکز به دنیای کنترل در سامانه‌های تهویه‌ی مطبوع می‌پردازد؛ جایی که حلقه‌های کنترل، حسگرها، کنترل‌کننده‌ها، عملگرها و فناوری‌های مختلف برقی و پنیوماتیک کنار هم قرار می‌گیرند تا دما، رطوبت، فشار و کیفیت هوای داخل ساختمان در محدوده‌ی مطلوب نگه داشته شود. متن کتاب از سطح اجزای پایه مثل حسگر دما، شیر خودکار و دمپر شروع می‌شود و به‌تدریج به سطح سیستم، مدیریت هماهنگ چند تجهیز و در نهایت ادغام با سامانه‌های مدیریت ساختمان می‌رسد. در این مسیر، مفاهیم کلیدی مانند حلقه‌ی باز و بسته، انواع رفتار کنترلی (دو وضعیتی، شناوری، تناسبی، انتگرالی، مشتقی و ترکیبی)، تفاوت کنترل پنیوماتیک و برقی، و نقش کنترل دیجیتال مستقیم در سامانه‌های جدید تهویه‌ی مطبوع تشریح شده است. ساختار کتاب بر پایه‌ی مثال‌های عینی از هواساز حجم متغیر، واحد پشت‌بامی، چیلر با فن‌کوئل و شبکه‌ی پمپ‌های حرارتی شکل گرفته تا خواننده بتواند ارتباط بین تئوری کنترل و عملکرد واقعی تجهیزات را دنبال کند. نسخه‌ی الکترونیکی این اثر را می‌توانید از طاقچه خرید و دانلود کنید.

درباره کتاب سیستم های کنترل تهویه مطبوع

کتاب کنترل سیستم‌های تهویه مطبوع با تمرکز بر نقش کنترل در کارکرد صحیح و بهینه‌ی تجهیزات تهویه، از یک مقدمه‌ی مفهومی درباره‌ی «سیستم» و «حلقه‌ی کنترل» آغاز می‌شود. نویسنده ابتدا نشان می‌دهد که چگونه مجموعه‌ای از تجهیزات سرمایش، گرمایش، انتقال و توزیع هوا زمانی شایسته‌ی نام «سیستم تهویه‌ی مطبوع» است که در ارتباطی هماهنگ و هدف‌مند قرار گیرند. سپس اجزای اصلی یک حلقه‌ی کنترل مانند متغیر کنترل‌شونده، حسگر، کنترل‌کننده، عملگر و واسط کنترل‌شونده را روی مثال ساده‌ی کوئل آب سرد توضیح داده است. در ادامه، تفاوت حلقه‌ی باز و بسته، نقش بازخورد، و ترکیب حسگرهای اولیه و ثانویه برای صرفه‌جویی در انرژی تشریح می‌شود. بخش بعدی کتاب به طبقه‌بندی کنترل‌کننده‌ها اختصاص دارد و پنج گروه اصلی دو وضعیتی، شناوری، تناسبی، تناسبی–انتگرالی و تناسبی–انتگرالی–مشتقی را با نمودارها و مثال‌های دمایی توضیح می‌دهد؛ در این قسمت، مفاهیمی مانند نقطه‌ی تنظیم، خطای حالت پایدار، بهره‌ی کنترلی و تأثیر هر جزء بر سرعت و پایداری پاسخ سیستم به‌تفصیل بررسی شده است. کتاب کنترل سیستم‌های تهویه مطبوع در گام بعدی به معرفی فناوری‌های مختلف کنترل‌کننده‌ها می‌رسد و کنترل پنیوماتیک، برقی آنالوگ و کنترل مبتنی بر ریزپردازنده (کنترل دیجیتال مستقیم) را مقایسه می‌کند. نویسنده اجزای یک شبکه‌ی هوای فشرده، عملکرد حسگر و شیر پنیوماتیک، ساختار کنترل‌کننده‌ی برقی آنالوگ و سپس کنترل‌کننده‌های دیجیتال و حسگرهای «هوشمند» را روی نمونه‌های واقعی شرح داده است. پس از این بخش، کتاب وارد سطح کاربردی‌تر می‌شود و مراتب کنترل در سیستم تهویه‌ی مطبوع را در قالب یک هرم سه‌سطحی توضیح می‌دهد: کنترل سطح پایه (واحد)، کنترل در سطح سیستم و در نهایت سطح مدیریت ساختمان. در فصل‌های میانی، چند تجهیز کلیدی مانند هواساز حجم متغیر، واحد پشت‌بامی، سیستم چیلر با فن‌کوئل و شبکه‌ی پمپ‌های حرارتی به‌عنوان مثال انتخاب شده‌اند و برای هرکدام، حلقه‌های متعدد کنترل (دمای هوای رفت، تهویه و هوای تازه، صرفه‌گر، هوای مخلوط، فشار استاتیک کانال، فشار ساختمان و…) به‌صورت جداگانه تشریح شده است. در فصل‌های پایانی، موضوعاتی مانند مزایای کنترل سطح پایه، راه‌اندازی صبحگاهی، بازتنظیم نقطه‌ی کنترل در سیستم آب سرد، بهینه‌سازی دمای حلقه‌ی آب پمپ‌های حرارتی، تشخیص عیب در توالی عملیات و نقش سیستم مدیریت و اتوماسیون ساختمان در نظارت، ثبت داده‌ها، هشداردهی و هماهنگی بین سامانه‌های مختلف ساختمان مطرح شده است.

خلاصه کتاب سیستم های کنترل تهویه مطبوع

نویسنده در کتاب کنترل سیستم‌های تهویه مطبوع ابتدا هدف‌های اصلی کنترل در یک سیستم تهویه را مشخص می‌کند: جلوگیری از اتلاف انرژی، دلخواه‌سازی شرایط تهویه، تأمین آسایش حرارتی و حفظ ایمنی و صحت کارکرد تجهیزات. برای رسیدن به این اهداف، کتاب از پایه‌ترین مفهوم یعنی حلقه‌ی کنترل شروع می‌کند. روی مثال کوئل آب سرد، متغیر کنترل‌شونده (دمای هوای خروجی)، حسگر دما، کنترل‌کننده، شیر خودکار و آب سرد به‌عنوان واسط کنترل‌شونده معرفی می‌شوند تا نشان داده شود که چگونه تغییر دبی آب، ظرفیت کوئل و در نهایت دمای هوا را تنظیم می‌کند. سپس تفاوت حلقه‌ی باز و بسته و نقش بازخورد در اصلاح وضعیت سیستم توضیح داده شده و نمونه‌ای از ترکیب حسگر داخلی و بیرونی برای صرفه‌جویی در انرژی ارائه می‌شود. در ادامه‌ی کتاب کنترل سیستم‌های تهویه مطبوع، انواع رفتار کنترلی به‌ترتیب پیچیدگی معرفی شده است: کنترل دو وضعیتی برای روشن/خاموش یا باز/بسته‌کردن تجهیزات، کنترل شناوری با سه وضعیت باز، قطع و بسته، کنترل تناسبی با خروجی متناسب با میزان انحراف از نقطه‌ی تنظیم، واکنش انتگرالی برای کاهش خطای پایدار، کنترل تناسبی–انتگرالی برای ترکیب سرعت و دقت، و در نهایت کنترل تناسبی–انتگرالی–مشتقی برای پاسخ سریع و پایدار در برابر تغییرات سریع متغیر. کتاب سپس به فناوری‌های مختلف کنترل‌کننده‌ها می‌پردازد: سیستم‌های پنیوماتیک مبتنی بر هوای فشرده، کنترل‌کننده‌های برقی آنالوگ و کنترل‌کننده‌های مبتنی بر ریزپردازنده که امکان کنترل دیجیتال مستقیم، برنامه‌ریزی نرم‌افزاری، خودآزمایی و اعلام وضعیت را فراهم می‌کنند. بخش میانی کتاب به مراتب کنترل در سیستم تهویه‌ی مطبوع اختصاص دارد. در سطح پایه، کنترل‌کننده‌ی هر تجهیز (هواساز، فن‌کوئل، چیلر، دیگ، پمپ، برج خنک‌کننده، واحد پشت‌بامی، پمپ حرارتی و…) وظیفه‌ی حفاظت و عملکرد مستقل آن تجهیز را بر عهده دارد. در سطح سیستم، یک کنترل‌کننده‌ی مرکزی بین این واحدها هماهنگی ایجاد می‌کند تا مانند اعضای یک ارکستر، به‌صورت یکپارچه عمل کنند. در سطح بالاتر، سیستم مدیریت ساختمان قرار می‌گیرد که امکان نظارت گرافیکی، ثبت داده‌ها، تنظیم برنامه‌های زمانی، تشخیص عیب و هماهنگی با سایر سامانه‌ها مانند روشنایی و اعلام حریق را فراهم می‌کند. در فصل‌های کاربردی، کتاب حلقه‌های متعدد کنترل در یک هواساز حجم متغیر را بررسی می‌کند: کنترل دمای هوای رفت از طریق دبی آب کوئل، کنترل مقدار هوای تازه با پایش دبی هوای بیرون، استفاده از صرفه‌گر بر اساس دمای خشک یا انتالپی برای کاهش بار سرمایش مکانیکی، کنترل دمای هوای مخلوط برای جلوگیری از سرمایش بیش از حد، کنترل فشار استاتیک کانال برای تنظیم دور فن و کنترل فشار ساختمان برای جلوگیری از نفوذ هوای ناخواسته. سپس نمونه‌های دیگری مانند واحد پشت‌بامی دو فصلی، سیستم چیلر با فن‌کوئل و هواساز هوای تازه، و شبکه‌ی پمپ‌های حرارتی با حلقه‌ی آب مشترک بررسی شده است. در پایان، کتاب به موضوع بهینه‌سازی می‌پردازد: بازتنظیم نقطه‌ی کنترل فشار کانال بر اساس بازترین پایانه، بازتنظیم دمای آب سرد بر اساس وضعیت شیرهای کوئل و رطوبت فضا، تنظیم دمای حلقه‌ی آب پمپ‌های حرارتی برای کمینه‌کردن مجموع مصرف برج و پمپ‌های حرارتی، راه‌اندازی صبحگاهی هوشمند، و طراحی توالی‌های اضطراری برای ادامه‌ی کار سیستم در صورت خرابی بخشی از تجهیزات یا قطع ارتباط با کنترل‌کننده‌ی مرکزی.

چرا باید کتاب سیستم های کنترل تهویه مطبوع را بخوانیم؟

کتاب کنترل سیستم‌های تهویه مطبوع برای کسانی که با طراحی، اجرا یا بهره‌برداری از سامانه‌های تهویه سر و کار دارند، تصویری مرحله‌به‌مرحله از آن‌چه در پشت ترموستات‌ها، شیرهای خودکار و دمپرها رخ می‌دهد ارائه کرده است. متن کتاب از مفاهیم پایه‌ی کنترل مانند حلقه‌ی باز و بسته، نقطه‌ی تنظیم و انواع رفتار کنترلی شروع می‌شود و سپس همین مفاهیم را روی مثال‌های واقعی هواساز، فن‌کوئل، چیلر، واحد پشت‌بامی و پمپ حرارتی پیاده می‌کند؛ به این ترتیب، فاصله‌ی بین تئوری کنترل و تجهیزات واقعی کاهش پیدا می‌کند. خواننده با مطالعه‌ی این اثر می‌تواند درک کند که چرا انتخاب نوع کنترل‌کننده (دو وضعیتی، تناسبی، تناسبی–انتگرالی–مشتقی و…) و فناوری آن (پنیوماتیک، برقی آنالوگ، دیجیتال) مستقیما بر مصرف انرژی، آسایش حرارتی و عمر تجهیزات اثر می‌گذارد. این کتاب هم‌چنین نشان می‌دهد که کنترل فقط به سطح یک دستگاه محدود نمی‌شود و چگونه سطوح مختلف کنترل (واحد، سیستم و مدیریت ساختمان) روی هم قرار می‌گیرند تا یک ساختمان به‌صورت هماهنگ کار کند. مباحثی مانند راه‌اندازی صبحگاهی، بازتنظیم نقطه‌ی کنترل در سیستم آب سرد، بهینه‌سازی دمای حلقه‌ی آب پمپ‌های حرارتی، و طراحی توالی‌های اضطراری برای ادامه‌ی کار در صورت بروز عیب، به خواننده کمک می‌کند نگاه خود را از «تنظیم یک ترموستات» به «رفتار کل سیستم» گسترش دهد. برای کسانی که با سامانه‌های مدیریت و اتوماسیون ساختمان کار می‌کنند، بخش پایانی کتاب تصویری روشن از نقش نرم‌افزار، رابط گرافیکی، ثبت داده‌ها، هشداردهی و هماهنگی بین سیستم‌های مختلف ساختمان ارائه کرده است.

خواندن این کتاب را به چه کسانی پیشنهاد می‌کنیم؟

به دانشجویان و مهندسان رشته‌های مکانیک، تأسیسات و انرژی که درگیر طراحی یا تحلیل سیستم‌های تهویه‌ی مطبوع هستند پیشنهاد می‌شود این کتاب را بخوانند. به تکنسین‌ها و بهره‌برداران تأسیسات ساختمانی که با هواساز، چیلر، فن‌کوئل، واحد پشت‌بامی یا پمپ حرارتی کار می‌کنند نیز مطالعه‌ی آن توصیه می‌شود. هم‌چنین به طراحان و مدیران سیستم‌های مدیریت و اتوماسیون ساختمان که به‌دنبال درک دقیق‌تری از منطق کنترل در تهویه‌ی مطبوع هستند، این کتاب پیشنهاد می‌شود.