Klima Sistemlerinin Otomatik Kontrolü
Klima sistemlerinin otomatik kontrolüne geçmeden önce kısaca otomatik kontrol kavramına göz atalım. Otomatik kontrol kavramı, bir değişkenin kontrol edilmesi öngörülen her yarda söz konusudur.
Bu değişken bir gaz, sıvı ya da katının sıcaklık, basınç, nem, akış hızı ya da miktarı olabilir. Otomatik kontrolün amacı sistemin değişken büyüklüklerini istenen değerlerde tutarak kararlı bir çalışma ortamı sağlamaktır. Bir otomatik kontrol ortamında giriş büyüklükleri değiştikçe çıkış büyüklüklerini de olabildiğince kısa bir sürede ayar değerlerine ulaşabilmesi ve bozucu büyüklükler tarafından meydana gelen değişimlerin sistem tarafından giderilmesi istenir. Bir kontrol sistemi asgari olarak aşağıdaki özellikleri sağlamalıdır.
- Sistemde gelişen bir bozucu büyüklükten sonra normal çalışma şartlarından minumum sapma
- Bozulan çalışma şartlarını normale çevirmek için minumum zaman
Çalışma koşullarında meydana gelen değişmelerden ötürü sistemde minumum kayma.
Aşağıda bir otomatik kontrol sisteminin blok şeması görülmektedir.
Kontrol edilen sistem sürekli olarak bir bozucu büyüklüğün etkisi altındadır.
Bu, klima sistemlerinde güneşin pencere, tavan, duvardan ısıtma etkisi, taze dış havanın ısıl kapasitesi vb. gibi etkenler olabilir. Kontrol cihazı, ölçme elemanından kontrol edilen değişkenin gerçek değerini alır ve sistemin istenen değerlere ne kadar yakın olduğunu değerlendirir.
Eğer ölçme elemanından gelen bilgiler ve kontrol cihazına verilen ayar bilgileri ile aynı veya kabul edilebilir kadar yakın ise sistem normal durumdadır. Eğer herhangi bir fark söz-konusu ise kontrol cihazı düzeltme hareketini başlatacak olan kontrol sinyalini üretir ve gönderir. Son kontrol elemanı aldığı kontrol sinyalinin değerine göre düzenleyici değişkende gerekli ayarları yapan elemandır.
Örneğin bu bir damper ya da vana servomotoru olabilir. Yine sistemden ölçme elemanları (sensörler) aracılığı ile kontrol cihazına son bilgiler gönderilir.
Cihaz yine ayar değeri ile gerçek değeri karşılaştırır ve sonra sapmayı minimuma indirmek için gerekli sinyali üretir, bu çevrim sürekli olarak tekrarlanır durur.
KLİMA SİSTEMLERİNDE OTOMATİK KONTROL
Bir iklimlendirme sisteminin boyutlandırılmasında en kritik koşullardaki gereksinimin karşılanması esastır. Ancak doğal olarak sistem dışındaki iç ve dış çevre koşulları her zaman ilk noktada değildir. Gerçek kapasite gereksinimi toplam çalışma süresinin çok büyük bir bölümünde maksimum kapasitenin farklı oranlarında gerçekleşir.
Dolayısıyla belli bir kapasiteye göre tasarlanmış bir sistemin farklı zamanlardaki kapasite gereksiniminin farklı oranlarda olması nedeniyle bir kontrole gereksinim duyulur. Doğaldır ki ilk ve en ilkel kontrol sistemi insanın duyu organlarının "sensör", ellerinin ise "actuator" olduğu kontrol sistemidir. Bu kontrol sisteminde mahaldeki insanlar terleyerek, üşüyerek, derilerin kuruma ya da aşırı nemden boğulma hissederek mahale ilişkin sıcaklık nem bilgilerini elde ederler.
Bu bilgiler doğrultusunda damperler, vanalar açılıp kısılarak, termostatlar, hidrostatlar ayarlanarak, cihazların bir kısmı devreden çıkarılarak veya devreye alınarak istenilen ayara ulaşılmaya çalışılır.
Bu tür bir ayarlamada hiçbir zaman ölçme değerleri kesin olmayacağı için ayar değerleri de kesin olmayacak ve dolayısıyla insan yapısına uygun konfor değerlerine yaklaşılama-yacaktır.
Karikatürize edilen yukarıdaki örnekte mahalde insanlar olduğu varsayıldığı için mahale ilişkin değerler kabaca da olsa elde edilmiştir. Mahalde sadece makinalar (örneğin bilgisayarlar ya da belirli sıcaklık ve nem isteyen prosesler vs.) olduğunda ise hiçbir şekilde geri besleme bilgisi gelmeyeceğinden sadece belirli çalışma değerlerine ayarlanan klima sistemi mahaldeki değerlerin çeşitli dış etkenlerle bozulması durumunda ölçülerek yeni ayarlar yapılamayacağından mahalde istenen şartlar sağlanmayacaktır.
Otomatik kontrolün bir başka ve önemli boyutu ise primer enerjide sağlanan kazanımdır. Sistem sadece konfor ya da proses koşullarını sağlayacak şekilde çalıştırılacağından enerji tüketimi optimum noktada kalacaktır.
Bir klima sisteminin otomatik kontrolü, sistemin boyutlarına, karmaşıklık derecesine, mahalde insanların ya da makinaların bulunmasına, proses yapılıyorsa prosesin taleplerine, kullanılacak cihazların tipine göre büyük farklılıklar gösterir. Kontrol sistemi kurulurken ana ısı üreticisi ünitelerin kontrolü, ısı taşıyıcı yolların kontrolü ve yönlendirilmesi, mahallerin kontrolü, mahallerin hava değişimi kontrolü gibi özellikler gözönüne alınmalıdır.
KONTROL ELEMANLARI VE DUYAR ELEMANLAR
Bir kontrolün yapılabilmesi için öncelikle iklimlendirilecek ve iklimlendirilmeyi sağlayacak sistemlerin bir takım bilgilerini ve bu bilgilerin değerlendirilerek ilgili cihaz ya da armatüre gidecek komutlara dönüşmesine gereksinim vardır. Bu bilgileri çeşitli noktalarda hissederek elektriksel sinyallere dönüştürülerek kontrol cihazlarına ileten elemanlara "duyar eleman" adı verilir.
Bunlar esas olarak, ölçtükleri değere göre sıcaklık, nem, basınç duyar elemanı vb.
Kullanıldığı yere göre daldırma tip, yüzey tipi, kanal tipi, dış hava tipi, oda tipi duyar eleman ;
Çalışma biçimlerine göre (ürettikleri elektriksel sinyale göre) oransal (proportional), aç-kapa (on-off), adım kontrollü (step-control) vb. olabilirler.
Bu sensörler ortama ilişkin bilgilerin elektriksel sinyallere dönüştürerek bir ana kontrol ünitesine gönderirler. Ana kontrol ünitesi; daha önceden kendisine bilgi olarak girilen ayar değerleri (ya da eğrisel büyüklükleri) ile mahal, kanal, ısı taşıyıcılar ya da dış havadan gelen bilgilerin sürekli karşılaştırarak sistem üzerindeki kontrol vanalarına (servomotorlu ya da selonoit), damper servomotorlarına, kapasite kontrol elemanlarına gerekli kumanda sinyallerini göndererek açılma, kapanma istenilen oranda kısılma ya da ısı ve nem üreticilerinin kapasitelerinin bir kısmının veya tamamının devreye girip çıkmasını sağlar.
Sistem değerlerinin izlenmesi süreklilik gösterdiğinden kontrolde de bir süreklilik sözkonusudur.
Ayrıca sistemin zamana bağlı çalışma periyodlarına ayırarak kontrol de olanaklıdır. Şekil 1'de yukarıda anlatılanların gösterildiği şematik bir sistem görülmektedir. Bu tür sistemler tümüyle bir mikroişlemcili ana kontrol ünitesiyle kontrol edilebildiği gibi farklı işlevdeki birden çok kontrol ünitesiyle veya bir takım hissedici/komut verici elemanlar (termostat, hidrostat) ile de kontrol edilmeleri olanaklıdır. Mikroişlemci ve bilgisayar teknolojisindeki gelişmeler ve boyutların küçülmesi, buna karşın mekan ve binaların boyutlarının çok büyümesi bina otomasyonunu zorunlu kılmış, kolaylaştırmış bir anlamda akıllı binalar ortaya çıkmıştır. Bu tür binalarda ısıtma, soğutma, havalandırma, aydınlatma, güvenlik vb.'nin tümü bir bilgi işlem merkezi aracılığı ile kontrol ve kumanda edilebilmekte, sürekli izlenebilmekte ve gerekirse anında elle müdahale edilebilmektedir. İstenilen şekilde raporlar çıkartabilmekte ve bilgiler arşivlenebilmektedir.
Günümüzde otomasyon sistemleri villa ve dairelerin akıllı hale gelmesini sağlamaktadır ve hatta telefonla uzaktan kontrol edilmeleri gündeme gelmiş ve uygulamaya başlamıştır.
Elk. Müh. Saadettin EYÜBOĞLU
