Google+‏
 

בקרה במשאבות חום

מחבר: רונן שחר – מהנדס חברת גדיר מערכות

משאבת חום הנה מערכת אשר עובדת באופן דומה לצי'לר בקירור, אולם מתוכננת ומיועדת לחימום מים לטמ"פ של עד 65 מעלות צלזיוס.

ביישומים תעשייתיים או בארגונים עסקיים וציבוריים (מפעלים, בתי מלון, בתי חולים, בתי אבות, קיבוצים) בהם נדרשת תפוקה גדולה לחימום מים, יש צורך לשלב בין המערכת הקיימת ומערך של מספר משאבות חום הפועלות במקביל.

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:

איור 1 מדגים חיבור של מערך משאבות חום למערכת קיימת, בשילוב תנור הסקה:

איור 1

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 הטמ"פ היוצאת ממשאבות החום ומפעיל בצורה מדורגת את משאבות החום.

במידה וטמ"פ האספקה במערכת יורדת (מכול סיבה שהיא) מתחת לרף שנקבע מראש, בקר הדרגות מפעיל את תנור ההסקה שנמצא בעדיפות שנייה למערכת משאבות החום ומחמם את המים עד לטמ"פ הרצויה.

שיטת חיבור זו, מאפשרת אספקת מים חמים בטמ"פ הרצויה בשילוב התנור ושליטתו באמצעי דיגיטאלי (ולא אנלוגי, כנהוג בתנורי הסקה), תוך דיוק בהוצאת הטמ"פ הרצויה וחסכון בצריכת הדלק למבער התנור.

דוגמא נוספת לבקרה של משאבות חום מובאת באיור 2:

איור 2

איור 2 מדגים בקרה של חימום מאגר המיועד לתהליך בתעשייה (Double Jacket) באמצעות משאבות חום (כעדיפות ראשונה) והפעלה של תנור ההסקה (כעדיפות שנייה) כגיבוי.

מכיוון שאנו מחממים כמות גדולה של מים, הרגש האופרטיבי של המערכת מותקן בכניסה למערכת משאבות החום וזאת כדי לדגום את הטמ"פ 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 התקנה של משאבות חום במפעל תהליכי לחימום מאגרים

מערכת השליטה והבקרה של מערכת משאבות החום, המהווה חלק חשוב ממערכת החימום

יכולה להיות ממשפחת ה- D.D.C  או P.L.C, אולם חשוב שתהיה עם התכונות הבאות:

  • השהייה בהפעלה – כך נמנע הפעלה מיותרת כתוצאה מירידה זמנית בטמ"פ הנדגמת (ריצוד).
  • Cycling – החלפת משאבת חום מובילה כול מספר שעות עבודה ידוע מראש.
  • טווח פרופורציונאלי (Proportional Band) – המערכת מפעילה בצורה מדורגת את משאבות החום, בהתאם לטמ"פ הנדגמת, ולא בתצורת ON/OFF.
  • הפעלת התנור (שלא כחלק ממערכת משאבות החום) ורק במידה והטמ"פ הנדגמת יורדת מתחת לרף שנקבע.
  • הפעלת מצב "Economy" – הגדרת בקר המאפשרת הורדת הטמ"פ היעד של המערכת (Set point)  בשעות מסוימות, והעלאה שלה בשעות הנדרשות.
  • "דילוג" על דרגה תקולה, והמשך עבודה רציפה עם הדרגות התקינות.
  • יציאת תקלה – במידה ומתרחשת תקלה, הבקר ידע להתריע על כך.
  • פרוטוקול תקשורת פתוח כדוגמת RS485, ModBus.

איור 4 מדגים לוח חשמל אופייני של מערכת בקרה להפעלה של משאבות חום:

איור 4

לוח החשמל באיור 4, מתוכנן להפעיל 3 משאבות חום 62 קו"ט כול אחת, ומכיל:

  • בקר דרגות פרופורציונאלי השולט על משאבות החום ומאפשר שליטה עד רמה של עשיריות המעלה, מבחינת אספקת מים חמים וחיבורו לתנור הסקה כגיבוי.
  • בקר מתוכנת המאפשר שליטה ובקרה מרחוק על בקר הדרגות דרך מסכי HMI, המאפשרים צפייה נוחה בנתונים, סטטיסטיקות,  וסטאטוס המערכת (מסך תקלות) דרך רשת האינטרנט מכול מקום בעולם.

למרות שניתן היה לשלב את שני הבקרים בבקר P.L.C  אחד, 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.

מניית אנרגיה: פן נוסף של מערכת הבקרה, הנו מערכת המנייה, המאפשרת לעקוב אחר צריכת האנרגיה תוך השוואה למערכת הקודמת שפעלה במקום ומעקב אחר אחוז החיסכון שהושג.

 תרשים מס 5 להלן, מדגים מערכת מנייה במפעל בו הותקנו משאבות חום ואת אחוז החיסכון שנחסך:

 

איור 5

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:

  1. המערכת תעמוד בדרישות החיסכון המצופה ממנה, ולאורך זמן.
  2. המערכת תדע לספק מים חמים בכול תנאי מזג אוויר, תוך עדיפות לחימום במשאבות החום וגיבוי מינימאלי של התנור.
  3. 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 המתקן.

* גדיר מערכות בע"מ: עוסקת ביבוא, אספקה והתקנה של מערכות של משאבות חום בתעשייה, בארגונים עסקיים ומוסדיים.

כתיבת תגובה