מאמר בנושא בקרה במערכות משאבות חום, עיתון תעשיות
ובקרה בשטח חדשהינע מערכות בקרה של מערכת משאבות חום רונן שחר* משאבת חום היא מערכת אשר עובדת באופן דומה לצי'לר בקירור ,אולם מתוכננת ומיועדת לחימום מים לטמפרטורה של עד 65מעלות צלזיוס. ביישומים תעשייתיים בהם נדרשת תפוקה גדולה לחימום מים ,יש צורך לשלב בין המערכת הקיימת ומערך של מספר משאבות חום הפועלות במקביל. חיבור למערכת קיימת *הכותב הינו מהנדס בחברת גדיר מערכות התקנה בקיבוץ סעד חימום והטמעה של משאבות חום במערכת קיימת דורש תכנון הנדסי מקדים ,תוך שילוב נכון של התקנה נכונה ומערכת בקרה חכמה היודעת לנתר עומסים וטמפרטורות בנקודות שונות במערכת חימום המים ולדאוג להפעלה מדורגת של משאבות חום ,לזיהוי וחיווי תקלות והפעלת גיבוי בעת הצורך. הטמעה של מערך משאבות חום במערכת קיימת ,ניתן לבצע במגוון אופנים ,להלן מספר אפשרויות לחיבור: מערך איור 1מדגים חיבור של איור 1 משאבות חום למערכת קיימת, בשילוב תנור הסקה .באיור ,מערכת משאבות החום המחוברת לקו החוזר לתנור (הקו הקר יותר) ,כך שמשאבות החום מקבלות עדיפות ראשונה לחימום חוזר של המים ,ואילו התנור נמצא בעדיפות שנייה .בקר הדרגות ,המנהל את המערכת, דוגם את הטמפרטורה היוצאת ממשאבות החום ומפעיל בצורה מדורגת את משאבות החום .במידה וטמפרטורת האספקה במערכת יורדת (מכל סיבה שהיא) מתחת לרף שנקבע מראש ,בקר הדרגות מפעיל את תנור ההסקה שנמצא בעדיפות שנייה למערכת משאבות החום ומחמם את המים עד לטמפרטורה הרצויה .שיטת חיבור זו ,מאפשרת אספקת מים חמים בטמפרטורה הרצויה בשילוב התנור ושליטתו באמצעי דיגיטלי (ולא אנלוגי ,כנהוג בתנורי הסקה), תוך דיוק בהוצאת הטמפרטורה הרצויה וחסכון בצריכת הדלק למבער התנור. דגימה של טמפרטורת המים דוגמא נוספת לבקרה של משאבות חום מובאת באיור :2האיור מדגים בקרה של חימום מאגר המיועד לתהליך בתעשייה ( )Double Jacketבאמצעות משאבות חום (כעדיפות ראשונה) והפעלה של תנור ההסקה (כעדיפות שנייה) כגיבוי .מכיוון שאנו מחממים כמות גדולה של מים ,החיישן האופרטיבי של המערכת מותקן בכניסה למערכת משאבות החום וזאת כדי לדגום את הטמפרטורה של המאגר (לפני חימום המים) .תנור ההסקה מחובר כגיבוי למערכת, ובקר הדרגות מפעיל את התרמוסטט הקיים של תנור ההסקה בעת הצורך .תרמוסטט התנור (הקיים) נשאר פעיל במערכת ,כדי למנוע מצב של חימום גבוה מידי של מי המאגר ביציאה מתנור ההסקה .איור 3 מדגים התקנה של משאבות חום במפעל תהליכי לחימום מאגרים. איור 3 10 מערכת השליטה והבקרה של מערכת משאבות החום, המהווה חלק חשוב ממערכת החימום יכולה להיות ממשפחת ה D.D.C-או ,P.L.Cאולם חשוב שתהיה עם התכונות הבאות :השהייה בהפעלה – כך נמנע הפעלה מיותרת כתוצאה מירידה זמנית בטמפרטורה הנדגמת (ריצוד); – Cyclingהחלפת משאבת חום מובילה כול מספר שעות עבודה ידוע מראש; טווח פרופורציונאלי ( – )Proportional Bandהמערכת מפעילה בצורה מדורגת את משאבות החום ,בהתאם לטמפרטורה הנדגמת ,ולא בתצורת ;ON/OFFהפעלת התנור (שלא כחלק ממערכת משאבות החום) ורק במידה והטמפרטורה הנדגמת יורדת מתחת לרף שנקבע; הפעלת מצב " – "Economyהגדרת בקר המאפשרת הורדת הטמפרטורה היעד של המערכת ( )Set pointבשעות מסוימות ,והעלאה שלה בשעות הנדרשות; "דילוג" על דרגה תקולה ,והמשך עבודה מרץ 2012 ובקרה בשטח כותרת חדשהינע מערכות איור 2 רציפה עם הדרגות התקינות; יציאת תקלה – במידה ומתרחשת תקלה ,הבקר ידע להתריע על כך; פרוטוקול תקשורת פתוח כדוגמת RS485או .ModBus בקר דרגות פרופורציונאלי לוח החשמל שמודגם באיור ,4מתוכנן להפעיל שלוש משאבות חום 62קילו-וואט כל אחת ,ומכיל :בקר דרגות פרופורציונאלי השולט על משאבות החום ומאפשר שליטה עד רמה של עשיריות המעלה, מבחינת אספקת מים חמים וחיבורו לתנור הסקה כגיבוי וכן בקר מתוכנת המאפשר שליטה ובקרה מרחוק על בקר הדרגות דרך מסכי ,HMIהמאפשרים צפייה נוחה בנתונים ,סטטיסטיקות ,וסטאטוס המערכת (מסך תקלות) דרך רשת האינטרנט מכול מקום בעולם .למרות שניתן היה לשלב את שני הבקרים בבקר P.L.Cאחד ,בלוח חשמל זה בוצע שימוש בבקר פרופורציונאלי קיים (האלגוריתם שלו כבר קיים ,נוסה והוא בעל כול היתרונות שפורטו בסעיף הקודם) ,ביחד עם בקר מתוכנת המאפשר גמישות רבה בהצגת פרמטרים ללקוח ,במסכי HMI שונים ועל רשת האינטרנט .איור 5מדגים הטמעת מערכת משאבות חום בקיבוץ סעד. לשאוב אנרגיה מקו זה ,ולכן באופן אוטומטי מפעילה את המפוחים ושאיבת החום נעשית מהאוויר. עם חזרת הצי'לר לפעילות רגילה ,מערכת משאבות החום מזהה את האפשרות לשאיבת חום מהקו החוזר, המפוחים מפסיקים את פעולתם והמערכת מבצעת Heat Recoveryמלא מהצ'ילר .מערכת הבקרה, במשאבות החום ,מבצעת את המעבר בצורה אוטומטית ,תוך אפשרות של כיוון הפרמטרים בצורה ידנית ,בהתאם לאופי עבודת המערכת בשטח. מערכת מניית אנרגיה פן נוסף של מערכת הבקרה ,הנו מערכת המנייה ,המאפשרת לעקוב אחר צריכת איור 5 האנרגיה תוך השוואה למערכת הקודמת שפעלה במקום ומעקב אחר אחוז החיסכון שהושג .איור מס' 5להלן ,מדגים מערכת מנייה במפעל בו הותקנו משאבות חום ואת אחוז החיסכון שנחסך :מערכת המנייה מהווה סטנדרט בהתקנות של משאבות חום מרכזיות, מאפשרת צפייה וניתור המערכת ברמה יומית/ חודשית/שנתית באמצעות האינטרנט ומהווה אלמנט חשוב למעקב אחר ביצועי המערכת והחיסכון שהושג .מערכת הבקרה ,אשר משולבת בצורה נכונה בפרויקט, תשיג הצלחה במספר מישורים: המערכת תעמוד בדרישות החיסכון המצופה ממנה ,ולאורך זמן; המערכת תדע לספק מים חמים בכול תנאי מזג אוויר, תוך עדיפות לחימום במשאבות החום וגיבוי מינימאלי של התנור; שמירה על תקינות המערכת לאורך זמן. לסיכום ,משאבות החום מהוות פתרון נקי, ירוק ובעלות תפעולית זולה ,ביחס לכל מערכת קונבנציונאלית לחימום מים .הטמעת מערכת משאבות חום בצורה יעילה במערכת קיימת ובשילוב בקרה חכמה ,תביא להחזר השקעה קצר ולחסכון בהוצאות התפעול השוטף של המתקןˆ . איור 4 זו מערכת מרכזית ,המיועדת לחימום מי צריכה לכ- 300משפחות בקיבוץ .המערכת המקורית חוממה באמצעות תנור קיטור ושני מאגרים קיימים של כ 4,000-ליטר כל אחד .במסגרת הטמעת משאבות החום ,בוצעו שינויים הן בתשתיות הצנרת והן במערכת הבקרה ,כך שתינתן עדיפות למשאבות החום בחימום המים ורק במקרים קיצוניים שבהם תפוקת משאבות החום לא מספיקה ,תיכנס מערכת הקיטור כגיבוי. מערכת הבקרה מזהה איור 6מדגים משאבות חום Double Sourceבמלון קיסר אילת .אלה משאבות בתפוקה של 37קילו-וואט כול אחת ,בעלות מאייד כפול ,המאפשרות "שאיבת חום" הן מהקו החוזר של הצ'ילר ,והן מהאוויר. במשך רוב ימות השנה ,הצי'לר פעיל ולכן ניתן איור 6 "לשאוב" אנרגיה מהקו החוזר שלו לטובת חימום מי צריכה ואספקת מים מקוררים בחזרה לצי'לר. בתקופה הקצרה ,כשמערכת הצילר מושבתת ,מערכת הבקרה של משאבות החום מזהה כי לא ניתן יותר 2012מרץ 11
© Copyright 2024