Header

Basınçsız VAV Kutularının Kontrolünde Genel Problemler

05 Aralık 2004 Dergi: Aralık-2004
Sadece soğutmalı

 Ara ısıtmalı ve sadece soğutmalı 

Ara ısıtmalı paralel fanlı 

Ara ısıtmalı seri fanlı

Ara ısıtma sıcak su serpantini ile ya da elektrik rezistansı elemanlarıyla sağlanabilir.

VAV’lerin kontrolü, henüz standartlaşmamış olsa da kolaydır. Bu makalenin amacı, paralel fanlı VAV kutuları ile ilgili genel problemleri ele almaktır. Paralel fanlı bir VAV kutusu, şematik olarak Şekil 1’de gösterilmektedir. Kutu, bir damper ve damperle paralel yerleştirilmiş bir fandan meydana gelmektedir. Bu kutuda ara ısıtma sistemi de olabilir. Ayrıca, hava akışını ölçmek için pitot tüpü tipinde bir akış ölçme aygıtı da vardır.

Yaygın kontrol problemlerini tartışmadan önce, bu sistemler için temel kontrol prensiplerini anlamaya ihtiyaç vardır. Belirli bir sırayı takip edecek şekilde yapılabilecek bir çok değişiklik olmasına rağmen; aşağıda anlatılan kontrol stratejisi, bir çok tipik sistem içindeki temel kontrol esasını içermektedir. Burada ele alınan terminal ünitelerinde üç kontrol yöntemi vardır. Bu nedenle üç farklı kontrol döngüsü tartışılacaktır:

 Damperin değişken kontrolü.

 Fanın iki pozisyonlu kontrolü. 

Ara ısıtma serpantininin değişken kontrolü

Soğutma modundayken, bu tip kutular için kontrol kavramı, ayar noktasındaki (set point, SP) debiye ulaşmak için damperin kontrol döngüsü yolu ile modüle edilmesidir.Bu ayar noktasındaki debi, mahal sıcaklığının ayar noktasından sapmasının bir fonksiyonu olarak, diğer bir kontrol döngüsü parçası gibi kabul edilerek hesaplanmaktadır. Mahal sıcaklığı, oransal-artı-integral (proportional-plus-integral, PI) döngüsünün etkisine dayanan ayar noktası etrafında dolaşırken; zona gönderilen akış, mahal içindeki yükün değişmesine paralel olarak minimum değer ile maksimum değer arasında değişebilmektedir. Isıtma modunda iken, minimum hava akımı ayar noktasını sürdürmek için, damper (veya hava valfi) kontrol edilmektedir. Mahallin havalandırma gereksinimini karşılamak için ihtiyaç duyulan uygun düzeydeki minimum dış havanın devamlılığını sağlamak için minimum ayar noktası (SP) debisi türetilmiştir. Maksimum ayar noktası debisi ise, dizayn koşullarındaki soğumayı önlemek için ihtiyaç duyulan debiden gelmektedir.

Isıtma modunda, paralel fan, ısının ilk basamağını aktive eder. Oda ve plenum havasının tekrar sirküle edilmesi ve mahale gönderilecek havayla karıştırılması, merkezi klima sisteminin yükünden soğutmayı düşürür.

Isıtma modunun diğer basamağı ara ısıtma olacaktır. Tüm kontrol prosesi, Şekil 2’de ‘termodinamik harita’ üzerinde resmedilmiştir.

Şekil 2.’de, temel ayar noktası (master set point, MSP) tüm ‘hedef’ ayar noktalarının ortasında yer almaktadır. Bu ayar noktası, sadece programlanmış bir bilgidir ve arzu edilen şartların benzeri değildir. Arzu edilen soğutma ve ısıtmanın ayar noktaları, bu temel (master) şarttan türetilmiştir. Satıcıların hepsi bu konsepti kullanmazlar. Soğutma ayar noktası (cooling set point, CSP), soğutma bandının tam orta noktasını betimleyen bir ayar noktasıdır. Bu örnekte, MSP’ye ofset eklenerek CSP hesaplanabilir. Isıtma ayar noktası (heating set point, HSP) ise, ısıtma bandının tam orta noktasını betimleyen bir ayar noktasıdır. Bu örnekte MSP’den ofset (offset) çıkarılarak HSP hesaplanabilir.

Diğer ayar noktası (SP) ayarlamaları, verilen uygulamalar için de meydana gelebilir. Örneğin, kullanıcının bir ofset (offset) ayarlaması olabilir, ki bu mahal içinde bulunan insanların ayar noktasını, ön ayar miktarı kadar yukarı veya aşağı hareket ettirmesine izin verir. Ayrıca, ayar noktaları diğer global etkiler ile de değiştirilebilir.Örneğin, güncel elektrik talep koşulları gibi. Yüksek talep modunda, sistem yaz mevsiminde zon ayar noktalarını soğutma yükünü ertelemek için yukarı ayarlayabilir. Böylece bu ayar noktaları, aşağıdaki yöntemlerle değiştirilebilir: 

Kullanıcı modu ya da gece aksaması (setback), ekonomi modu

 Kullanıcı ofseti (kullanıcı tarafından değiştirilebilen ayar noktası, daha sıcak/ daha soğuk ‘slider’)

 Talep ofseti (enerji talep kontrolü için global ayar noktası değişikliği)

Satıcılar arasında ayar noktaları ve yukarıdaki ilgili terimler için standart bir dil yoktur. Bazıları, bu terimleri tarif etmek için yukarıdakine benzer bir strateji kullanabilir. Diğerleri, sadece ısıtma ve soğutma ayar noktalarını ve onların kendi bantlarını ve kısılma aralıklarını tanımlayacaklardır. Isıtma ve soğutma arasındaki bir çeşit ölü bant da (deadband) tanımlanabilir.

SIK GÖRÜLEN 3 PROBLEM

Aşağıda, VAV terminal ünitelerinin kurulumu ve kontrolünde en sık karşılaşılan üç problemden bahsedilmişti.:

 Overcontrol (aşırı kontrol): Kontrol cevabının uygun olmaması

 Isıtma ve soğutma bantlarının bir birine çok yakın programlanması

 Minimum Ğcfm statik basınçlarının çok düşük ayarlanması (bir ölçüm açısından)

Aşırı kontrol: Bu, terminal üniteleri için belirtilen ve en sık uygulanan PI kontrolüdür. PI kontrolü uygulandığında, bir statik basınç ölü bandı ile programlanmalıdır.
Örneğin, bölge sıcaklığı SB’ye (static basınç) yakınsa, SB debisi 1000 cfm olarak hesaplanır. SB, ölü bantsız bir PI kontrol döngüsü, gerçek debi, SB’den bir ya da iki cfm farklı olsa dahi, 1000 cfm’ye kadar kontrol için çalışacak ve yönlendiriciyi sık sık yeniden konumlayacaktır. Ölü band, sensör/ transdüser / kontrolör kombinasyonunun çözünürlüğünden daha büyük seçilmelidir. Şimdi, gerçek bir debi okumasının doğruluğunu göz önüne alalım: Gerçek debi, dinamik basıncın (velocity pressure, VP) bir fonksiyonu olarak ölçülür. VP, statik ve toplam basıncı ölçen pitot tüpünden fark basıncı olarak hesaplanır. Bu diferansiyel basınç sinyali, daha sonra DDC sistemiyle, bir analog-dijital çevirgeç aracılığı ile oranlanan ve dönüştürülen bir elektrik sinyaline çevrilir. Tipik hız basıncı, 0.1-in. SS’nin altındadır. Hesaplanan cfm, ölçülen hız basıncının, kanal alanının ve kutu katsayısı olarak bilinen, kutu geometrisiyle ilgili bir katsayının fonksiyonudur ve aşağıdaki denklemle hesaplanır:

Hız basıncının 0.001-in. SS değişmesi, tipik bir kutu için 25-50 cfm farka karşılık gelebilir. Kutu hız sensörünün çözünürlük seviyesi bu ise, daha hassas bir kesinlikle kontrol yapmaya çalışmanın bir anlamı olmayacaktır.

Elde edilen sonuç, yönlendiricinin ömrünü azaltan, bir günde yüzler veya binler mertebesindeki hareket sayısıdır.

PI kontrolü kullanılıyorsa, cfm-SB ölü bandı, tek kutunun doğruluk seviyesinden bir miktar daha büyük olmalıdır. Alternatif olarak, cfm SB’nin, artı/eksi ölü bandının bir hedef çevresinde salınmasına bir çeşit salınımlı kontrol uygulandığını düşünelim. Örneğin; statik basınç cfm’si 1000 cfm olarak hesaplanmışsa, 50 cfm ölü bandlı salınımlı bir kontrol döngüsünde ölçülen debi, 975-1025 cfm arasında olduğu takdirde, sürücüyü hareket ettirmez. Bu aralığın altında veya üstündeki durumda, cfm, bu aralık içinde ölçülene kadar, sürücü açık veya kapalı çalışacaktır. Bazı üreticiler, ölçülen değerin statik basınca bağlı olduğu yere göre, çoklu kontrol cevabından (oransal, PI, yalnızca integral ve/veya salınımlı)faydalanan VAV-kutusu kontrolünü uygulamaya başlamıştır.

Isıtmaya karşı soğutma: Bir diğer problem de, kutunun, ısıtma ve soğutma bantları birbirine çok yakın olacak şekilde ayarlanmasıdır. Şekil 3’te görülen termodinamik harita örneğini göz önüne alalım. Bu örnekte soğutma döngüsü, bir kontrol döngüsü aracılığı ile 74 F’daki soğutma için gerekli statik basıncı sağlamak amacıyla, ısıl talebi karşılamak için, minimum cfm limitinden maksimum cfm limitine kadar kontrol edilecektir. Isıtma döngüsü 70 F’de paralel fana, 68 F’de ara ısıtmaya güç sağlayacaktır. 3 ila 4 F arası ısıtma ve soğutma bantları ve aralarındaki 2 F’lik bir ölü band kararlı kontrol için gereklidir. Bir çok kez, kutu daha yüksek bir ıstma ayar noktası, (heating set point, HSP) ve daha düşük bir soğutma ayar noktası (cooling set point, CSP) ile ayarlanacak; soğutma,ısıtma bantları ve ölü bantlar çok küçültülecek ve sonuç olarak aşırı duyarlı kontrol ve ısıtma soğutma bantlarının rekabeti ortaya çıkacaktır. Eğer ‘smartstat’ tipte bir sensör kullanılıyorsa (kullanıcı offseti ile), SB’ler yayılı olarak bırakılmalı ve kullanıcının gereksinimine göre termodinamik haritayı aşağı ya da yukarı bir kaç derece değiştirmesine olanak sağlanmalıdır. +/- 2 F’lik bir kullanıcı offseti, kullanıcının CSP’yi 72-76 F arasında, HSP’yi 66-70 F arasında ayarlamasını sağlar. Diğer taraftan, alanda sadece bir devamlı sensör varsa, bölgede soğutma ya da ısıtma yapılmasına göre, SB’de (statik basınç) bir değişiklik programlanması gerekebilir.

Minimum debi için SB çok düşük: Bir başka problem de, minimum SP’lerin, basınç ölçüm cihazlarına göre, uygulanabilir değerlerdekinden daha düşük seviyelere ayarlanmasıdır.

Tipik bir basınç ölçüm cihazı, basıncı bağıl olarak 0.04- in. SS’ye kadar doğru okuyabilir. Minimum SP, havalandırma gereksiniminin veya ölçülebilen en küçük değerin sağlanması için, hesaplanan minimum cfm statik basıncında tutulmalıdır. Bir çok kez, minimum debi için SP’ler, 0.02-in. SS ve daha düşük seviyelerde kontrol yapacak şekilde ayarlanır. Bu da düşük akışlarda kararsız kontrole ve sürücünün gereksiz olarak devreye girmesine neden olmaktadır.

SONUÇ

Özetlenecek olursa, VAV terminal ünitelerinin kurulumu ve kontrolünde en sık karşılaşılan üç problem:

 Overcontrol (aşırı kontrol), kontrol cevabının uygun olmaması ve sürücünün aşırı aktivasyonu,

 Isıtma ve soğutma bantlarının birbirine çok yakın programlanması ve kontrol için rekabete girmeleri,

 Minimum Ğcfm statik basınçlarının çok düşük ayarlanması (ki bu da sürücünün aşırı hareketine neden olur) dır.

Bu sık görülen problemlerin göz ardı edilmemesi, daha etkin ve verimli kontrol sağlayacak ve sürücü ömrünü arttıracaktır. y

Yazan : J.Jay SANTOS, PE

Çeviren : Mak. Müh. Cem DOLU - Mak. Müh. Cemal Murat DORA

Etiketler