چگونه با پروتکل KNX سرمایش، گرمایش و تهویه مطبوع را هوشمند کنیم!

علاوه بر روش کلاسیک در کنترل روشنایی و مدیریت میزان نور ورودی به ساختمان از خورشید، کنترل سیستم های سرمایش، گرمایش و تهویه مطبوع نیز به عنوان بخشی اساسی از خانه هوشمند و اتوماسیون ساختمان شناخته می شوند. بر این اساس، پروتکل KNX به عنوان یک استاندارد جهانی در زمینه فن آوری سیستم خانه هوشمند، برنامه های ویژه ای را برای این منظور ادغام کرده است.

با درنظر گرفتن اینکه اتوماسیون ساختمان و هوشمندسازی امکان کاهش مصرف انرژی را تا 40% دارا می باشند، فلذا مدیریت سیستم سرمایش، گرمایش و تهویه مطبوع علاوه بر ایجاد شرایط آسایش، سهم قابل توجهی در این خصوص دارد. بازدهی انرژی ساختمان و میزان تاثیر سیستم های هوشمند در استاندارد شماره EN 15232 تشریح شده است. روش هایی که در این استاندارد ذکر شده است، به خوبی میزان تاثیرگذاری سیستم هوشمند و اتوماسیون در کنترل ساختمان تا رسیدن به میزان 50-60% از صرفه جویی انرژی را تشریح نموده است.

با شبکه کردن سنسورها، محرکها و کنترل کننده های هوشمند به کمک پروتکل KNX، همه اطلاعات و داده ها می توانند به روش های مختلفی مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال، سنسورهای تشخیص حضور عملکرد مسیرهای روشنایی و سیستم های سرمایش و گرمایش را نه فقط بر اساس میزان روشنایی دریافتی از محیط، بلکه با تشخیص وضعیت سکونت و یا حضور افراد در آن فضا کنترل می نمایند.

بر این اساس می توان کلیدهای سنتی پیشین برای کنترل روشنایی و ترموستات های محلی برای تجهیزات سرمایش و گرمایش را با همدیگر و به کمک کنترل کننده های هوشمند یکپارچه نمود و بتوان همه عملکردهای داخل خانه را به صورت تجمیع شده مورد بهره برداری قرارداد.

یکپارچه سازی تجهیزات سرمایش، گرمایش و تهویه مطبوع در ساختمان با سایر سیستم ها، بخش اساسی استاندارد KNX می باشد. راهکارهای مختلف کنترل سیستم های سرمایش، گرمایش و تهویه مطبوع را در این ارائه خواهید یافت:

سیستم مستقل کنترل دمای اتاق با پروتکل KNX

سیستم مستقل کنترل دمای اتاق، امکان کنترل دمای اتاق را به صورت مستقل و بدون درنظر گرفتن دمای سایر نقاط ساختمان فراهم می آورد. برای فراهم نمودن همچون امکانی، لازم است که دمای هر اتاق به صورت جداگانه اندازه گیری و گزارش شود. کنترل کننده های امروزی، عموماً کنترل کننده های کامل و سطح بالایی هستند که نه فقط برای کنترل دمای اتاق، بلکه برای سایر عملکردها نیز مورداستفاده قرار می گیرند.

برخی از این کنترل کننده ها برای اندازه گیری کیفیت هوا و میزان دی اکسید کربن و رطوبت موجود در هوا و نیز تعریف مود کاری سرمایشی و گرمایشی مورداستفاده قرار می گیرند. با شبکه کردن سنسورها، محرک ها و کنترل کننده ها، امکان مدیریت عملکرد این سیستم ها بر اساس تشخیص وضعیت حضور افراد و یا باز یا بسته بودن درب و پنجره و … فراهم خواهد گردید. با بهره مندی از همچون امکاناتی، امکان رسیدن به سطح 50% مدیریت مصرف انرژی در ساختمان به کمک KNX فراهم خواهد گردید.

رادیاتور، گرمایش از کف و سرمایش از سقف از طریق پروتکل KNX

در سیستم رادیاتور و گرمایش از کف، حرارت و انرژی تولید شده در موتورخانه به کمک پمپ و لوله به محلی که موردنیاز است منتقل می گردد. شیرهای کنترلی، میزان آب ورودی به واحد و به تبع آن میزان صدور حرارت و انرژی را کنترل می نمایند. سیستم سرمایش از سقف نیز با همچون مکانیزمی آب سرد را به واحد منتقل نموده و به کمک المنت های سرمایشی موجود در اتاق، حرارت اتاق را جذب نموده و به بیرون از ساختمان منتقل می نماید.

فرمان دادن به شیر معمولا به کمک ترمومترهای الکتریکی و یا موتوردرایور صورت می گیرد. این ترموالکتریک ها به صورت خیلی ساده و با هزینه پائین به محرک های خاصی از KNX که معمولاً دارای چند کانال جدا می باشند، متصل می گردند. این درایورهای شیر برقی به کمک ماژول هایی ساده با سیستم KNX یکپارچه گردیده و در عین حال امکان تنظیم دقیق موقعیت بازشدگی این شیر فراهم خواهد گردید. با ارتباط داده دوطرفه برقرار شده، این امکان وجود دارد که در یک زمان میزان بازشدگی شیر و نیز خطای  احتمالی آن در یک بستر مشترک KNX گزارش گردد.

کنترل کننده فن کویل با پروتکل KNX

اصطلاح “فن کویل” به دمنده ای اطلاق میگردد که برای مقاصد سرمایش و گرمایش مورداستفاده قرار گیرد. کاربردهای هوشمند نیز برای فن کویل هایی که برای مقاصد گرمایشی و تهویه مطبوع مورداستفاده قرار میگیرند، وجود خواهد داشت. به صورت کلی، یک فن کویل شامل یک فن و یک کویل سرمایش و یا گرمایش می باشد.

انرژی سرمایشی و گرمایشی که به صورت مرکزی در ساختمان تولید میگردد از طریق آب و به کمک سیستم پمپ و لوله به همه فضاهایی که نیازمند سرمایش و یا گرمایش از طریق فن کویل هستند، منتقل میگردد. به صورت عمومی، یک دستگاه فن کویل برای یک اتاق مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از مزایای ویژه فن کویل، در دسترس بودن سریع توان حرارتی و برودتی می باشد. بنابراین این سیستم به صورت گسترده ای در هتل ها و فضاهای اداری مورداستفاده قرار می گیرد.

به کمک KNX امکان جداکردن واحد و عملکرد بهینه و کم هزینه آن در هر اتاق میسر خواهد بود. کنترل فن و میزان سرمایش و گرمایش موردنیاز به کمک محرک های ویژه KNX در کنار کنترل عملکرد آن به کمک ترموستات اتاقی با قابلیت و امکانات بیشتر فراهم خواهد گردید.

پروتکل KNX رابط کنترلی برای سیستم های تولید و توزیع انرژی

با داشتن رابط کنترلی با سیستم های تولید انرژی مانند بویلرهای حرارتی، پمپ های حرارتی، سیستم های خورشیدی و…، بهره بردار ساختمان داشتن اطلاعات بیشتر در خصوص میزان انرژی تولیدی و مصرفی و همچنین تعریف ست پوینت و حتی مودهای کاری را از طریق سیستم های گرافیکی KNX خواهند داشت. سیگنالهای خطا از طریق همین بستر به سیستم منتقل خواهد گردید تا بتوان قبل از هرگونه خراب شدگی، امکان ارائه راهکار عملی فراهم گردد. بر اساس میزان انرژی حرارتی موردنیاز در هر اتاق، هر اتاق می تواند از طریق کنترل کننده و یا ترموستات خود به سیستم اطلاع داده که نهایتاً سیستم تولید حرارت بتواند به صورت دقیق، عملکرد خود را بر اساس میزان انرژی موردنیاز منطبق نماید.

کنترل سیستم های حجم متغیر با پروتکل KNX

به کمک دستگاه کنترل کننده سیستم حجم هوای متغیر(VAV)، امکان کنترل و مدیریت میزان هوای مطبوع تولید شده مرکزی به هر فضایی که موردنیاز باشد فراهم خواهد گردید. کنترل میزان هوای ورودی و نیز حرارت موردنیاز از طریق پره های موجود در مسیر لوله و کانال میسر خواهد گردید. در بیشتر موارد، دستگاه کنترل کننده VAV به صورت اختصاصی برای هر اتاق درنظر گرفته می شود بنابراین امکان کنترل و مدیریت بر میزان هوای ورودی به اتاق بر اساس شرایط محیطی آن اتاق فراهم خواهد گردید.

بر اساس داده های دریافتی از هر اتاق و نیز شرایط محیطی و درجه حرارت بیرون از ساختمان، میتوان عملکرد کلی سیستم سرمایش، گرمایش و تهویه مطبوع ساختمان را از طریق KNX فراهم نمود. یک سیستم کنترل کننده مرکزی وضعیت کلیه پره ها را در جعبه های VAV نظارت و مونیتور می نماید. درصورتیکه وضعیت پره ای درحال تغییر محسوس فشار هوای ورودی باشد، وضعیت آن اصلاح خواهد گردید. این موضوع امکان بهره برداری از سیستم را با کمترین میزان اتلاف فشار موردنیاز، فراهم خواهد نمود.

کنترل دمای اتاق و رابط کنترلی با سیستم تهویه مطبوع

برای به حداقل رساندن میزان اتلافات انرژی، امروزه ساختمان های درحال ساخت، تا حد ممکن به صورت هوای بسته ساخته می شوند. در صورتیکه جریان طبیعی هوا در ساختمان وجود نداشته باشد، امکان بروز مسایل زیادی برای سلامتی ساکنین ساختمان و همچنین سازه ساختمان از طریق تشکیل باکتری، جلبک، رطوبت و… وجود خواهد داشت.

در صورت استفاده از سیستم های کنترل کننده می توان پارامترهای اساسی یک اتاق یا واحد مانند درجه حرارت، میزان رطوبت و سطح دی اکسید کربن موجود در هوا را به صورت یکپارچه اندازه گیری و گزارش نمود. با داشتن سیستم کنترل مرکزی می توان سیستم تهویه مطبوع را به تولید هوای تازه بیشتر و انتقال آن به فضاهای داخلی بر اساس میزان نیاز ممکن، مدیریت نمود. در داخل اتاق نیز، هوای استفاده شده از داخل اتاق تخلیه و به بیرون هدایت خواهد گردید.

در صورت داشتن امکان بازیافت حرارت، می توان امکان هدایت هوای نامطبوع و با دمای مناسب را برای انتقال انرژی به هوای تازه بیرون فراهم نمود. از این طریق می توان مبدل های حرارتی داخل ساختمان، مانند روشنایی ها، کامپیوتر و … را برای انتقال انرژی تولید شده آنها به هوای ورودی در فصل زمستان، جهت بازیافت انرژی و کاهش هزینه های انرژی، بکار گرفت. علاوه بر مقادیر پایه، دمای اتاق، میزان رطوبت، میزان دی اکسید کربن از طریق شبکه KNX به سیستم مرکزی تهویه مطبوع منتقل گردیده و عملکرد این سیستم مرکزی بر اساس داده های دریافتی از فضاهای داخل ساختمان اصلاح خواهد گردید. از سوی دیگر امکان ارسال سیگنال به کمک KNX برای مواردی همچون زمان تعویض فیلتر برای سیستم تهویه مطبوع وجود خواهد داشت.

پروتکل KNX رابط کنترلی برای سیستم های تهویه مطبوع پراکنده

سیستم های تهویه مطبوع پراکنده در ساختمان مانند اسپلیت و یا مونوبلاک ها، یک مفهوم ویژه برای کنترل خواهند داشت. به عنوان نمونه در خصوص دستگاه های اسپلیت، عملیات فشرده سازی در بیرون از اتاق انجام می گیرد در حالیکه فیلتراسیون، کنترل دما و خنک کردن در داخل اتفاق می افتد. در خصوص دستگاه های مونوبلاک، کلیه این عملیات در داخل اتاق اتفاق می افتد و یکی از اصلی ترین معایب آن این است که سروصدای بسیار زیادی به دلیل عملکرد کمپرسور تولید می گردد. همچنین لوله ای برای انتقال هوای گرم به بیرون از ساختمان موردنیاز خواهد بود.

رابط های کنترلی برای این سیستم ها متنوع و منعطف می باشد. علاوه بر پروتکل های استاندارد، معمولاً سازندگان سخت افزارهای خاصی را برای پروتکل های مختلف تولید می نمایند. علیرغم تنوع بالای رابط های کنترلی موردنیاز، رابط های ویژه KNX امکان یکپارچه سازی بسیاری از این سیستم ها را فراهم خواهد نمود.

سخن آخر

با توجه به محصولات، طراحان و مجریان می توانند از  بیش از 7000 محصول تایید شده KNX که تقریباً همه نیازهای سرمایش، گرمایش و تهویه مطبوع را پوشش می دهند، استفاده نمایند. استاندارد جهانی KNX بهترین نیازمندی و پیشنهادات را برای افزایش بازدهی انرژی ساختمان پیشنهاد می دهد. به ویژه شبکه یکپارچه عملکردهای کنترلی اتاق با رویکرد بازدهی بیشتر انرژی، امکان مدیریت بیشتر انرژی در ساختمان را در ارتباط با سایر سیستم های مرکزی تولید انرژی و تهویه مطبوع فراهم خواهد نمود.