شیرآلات کنترلی چیست و چه کاربردی در تهویه مطبوع و تأسیسات دارد؟
شیرآلات کنترلی (Control Valve) یکی از انواع شیرهای صنعتی‌اند که از ترکیب چند نوع شیر مختلف با کاربری متفاوت با یکدیگر، ساخته شده‌اند. استفاده از شیر کنترلی به دلیل فراهم آوردن امکان استفاده از چندین کاربری شیرآلات در قالب تنها یک شیر، باعث صرفه‌جویی در هزینه‌های نصب و راه‌اندازی می‌شود و کارآیی سیستم گرمایشی و سرمایشی را نیز افزایش می‌دهد.
شیرآلات کنترلی برای دستیابی به دو هدف اصلی در سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی مورد استفاده قرار می‌گیرند:
1. کنترل جریان سیال جاری در شبکه‌ی لوله‌کشی و پایپینگ سیستم
2. کنترل و تنظیم تغییرات فشار جریان سیال به منظور دسترسی به جریانی ثابت و پایدار در تمام مدت زمان فعالیت دستگاه
خرید شیرآلات کنترلی در چه مدل‌هایی امکان‌پذیر است؟
امکان خرید شیرآلات کنترلی در انواع و مدل‌های مختلفی برای استفاده و نصب در پروژه‌های متفاوت وجود دارد، عموما با تغییر اندازه‌ی شیر کنترلی و بزرگ‌تر شدن مقیاس این شیر صنعتی، طراحی شیر کنترلی نیز تغییر می‌کند. اما در تمام انواع و مدل‌های مختلف این شیر، کارآیی شیر کنترلی تقریبا یکسان و بدون تغییر باقی می‌ماند.
در ادامه‌ی مطلب، ساز و کار یکی از مدل‌های کوچک‌تر شیرآلات کنترلی را مورد بررسی قرار خواهیم داد:
در هر شیر کنترلی با یک بدنه‌ی اصلی شیر و یک ورودی و خروجی، مواجهیم. جریان سیال با ورود و خروج از همین ورودی و خروجی در شیر کنترلی، تنظیم می‌شود. قسمت دیگری که روی شیرآلات کنترلی مشاهده می‌شود، دو پورت یا درگاه است که با رنگ‌های متفاوت از یکدیگر مشخص شده‌اند، هر کدام از این رنگ‌ها یکی از فشارهای بالا یا پایین جریان سیال را نمایندگی می‌کنند که معمولا رنگ قرمز برای فشار بالا و رنگ آبی نیز برای فشار پایین استفاده می‌شود.
شیرآلات کنترلی و قابلیت‌های عملگر یا Actuator
در مدل‌های کوچک‌تر، اهرم شیر کنترلی در قسمت بالای این نوع شیر تعبیه شده است. و با چرخاندن اهرم بر مبنای تنظیمات پیشفرض شیر کنترلی، امکان تنظیم فشار جریان سیال بر مبنای نیاز سیستم وجود دارد. علاوه بر این اهرم، مهره‌ای نیز روی شیر کنترلی نصب شده است تا امکان نصب یک عملگر یا Actuator نیز روی شیر کنترلی وجود داشته باشد.
عملگر یا Actuator امکان تنظیم دمای جریان سیال از راه دور را در سیستم‌های BMS یا سیستم مدیریت هوشمند ساختمان فراهم می‌آورد. داخل بدنه‌ی اصلی شیرهای کنترل، دو قسمت اصلی وجود دارد، یکی قسمت فوقانی شیر که وظیفه‌ی کنترل جریان سیالی را برعهده دارد که داخل شیر کنترلی جاری و ساری است و در قسمت تحتانی شیر نیز، کنترلر اختلاف فشار قرار دارد که به طور خودکار متناسب با شدت و ضعف جریان برای عملکرد بهینه سیستم، در مواقع ضروری عمل می‌کند.
البته وجود کنترلر اختلاف فشار در شیرآلات کنترلی به این معنا نیست که تمام ساز و کار این شیرآلات به صورت خودکار انجام می‌شود و برای استفاد از این نوع خاص شیرآلات در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی یا باید شیر کنترلی را به صورت دستی تنظیم نمود و یا اینکه با استفاده از عملگر یا Actuator از راه دور این تنظیمات دستی را انجام داد.
شیرآلات کنترلی چه کاربردهایی در تهویه مطبوع دارند؟
از شیرآلات کنترلی به طور عام در سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی تمام آب و به طور خاص در سیستم‌های هیدرونیک و با هدف جلوگیری از توزیع نامناسب و غیر یکنواخت جریان و حذف جریان اضافی موجود استفاده می‌شود. با توجه به این مسأله از شیرآلات کنترلی در پروژه‌های مختلف و با کاربری‌های گوناگون مسکونی، اداری و تجاری می‌توان استفاده کرد. در ادامه چند نمونه از موارد کاربردی استفاده از شیرآلات کنترلی در سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی را برای آشنایی بیشتر با عملکرد این شیرها معرفی خواهیم کرد:
در دستگاه‌های هواساز با جریان سیال ناپایدار که از چند پمپ تقویت فشار برای گردش جریان سیال هنگام خنک کردن کویل و پره‌های دستگاه استفاده می‌کنند، شیرهای کنترلر نقش کلیدی در تنظیم فشار جریان سیال در سیستم ایفا می‌کنند.
به همین ترتیب در سیستم‌هایی که با جریان سیال پایدار کار می‌کنند، از یک پمپ برای تقویت فشار جریان سیال، اما در سرعت‌های متغیر بهره می‌گیرند.
- معمولا از شیرآلات کنترلی 3 پورت، برای بای پس جریان سیال و محافظت از پمپ در مقابل نوسانات ناگهانی فشار آب استفاده می‌شود.
در این شرایط استفاده از شیرآلات کنترلی به ما کمک می‌کند تا به صورت خودکار فشار جریان سیال را در سیستم تنظیم کنیم و در هنگام نوسان فشار سیال از سرریز سیستم جلوگیری کند.
هنگام لوله‌کشی رادیاتورهای ساختمان به صورت برگشت مستقیم نیز از شیرهای کنترلی استفاده می‌شود، اما اگر لوله‌کشی رادیاتور به صورت برگشت معکوس باشد و از شیرهای ترموستاتیک یا TRV نیز استفاده شده باشد، نمی‌توان از شیر کنترل استفاده کرد، چرا که عملکرد هر کدام از شیرهای ترموستاتیک و شیرآلات کنترلی در تقابل با همدیگر قرار خواهد گرفت.
چرا به شیرآلات کنترل مستقل از فشار در صنعت تأسیسات و تهویه مطبوع استفاده می‌کنیم؟
داخل سیستم‌های هدرونیک گرمایشی و سرمایشی عموما از پمپ‌هایی استفاده می‌شود که فشار آب را تقویت می‌کنند تا گردش جریان سیال به سادگی اتفاق بیفتد. در این سیستم‌ها در کنار پمپ، از شیرهای کنترلی نیز استفاده می‌شود تا متناسب با نیاز، مقدار و زمان ورود جریان سیال را به سیستم کنترل و تنظیم کند.
در غیاب شیرآلات کنترلی مستقل از فشار PICV در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی، همزمان با باز و بسته شدن شیرها یا زیاد و کم شدن سرعت پمپ، فشار سیستم نیز تغییر می‌کند. چرا این مشکل به وجود می‌آید؟
زیرا در این شرایط شیر کنترلی که برای محدود کردن جریان سیال ورودی به شیر نصب شده است. مدام در معرض افزایش و افت فشار جریان سیال قرار خواهد گرفت و در صورتی که از یک عملگر یا Actuator ریموت نیز برای تنظیم دما استفاده شود. این وضعیت بغرنج‌تر هم خواهد شد، چرا که شیر کنترل بی‌وقفه باید برای تنظیم حجم سیال در گردش اقدام کند و ثانیه‌ای از حرکت و فعالیت باز نایستد.
شیرآلات کنترل و از کار افتادن عملگر یا Actuator
این شرایط در نهایت به از کار افتادن شیر کنترل یا عملگر منجر خواهد شد. چرا که شیر کنترل مدام در حرکت خواهد بود و همین مسأله نیز سبب اختلال در عملکرد آن خواهد شد. برای اجتناب از این شرایط به ابزار و تمهیدی نیاز داریم تا صرف نظر از شدت و حدت فشار سیال در گردش درون سیستم، میزان فشار آب را در اطراف شیر کنترل مهار کنیم.
با ذکر یک مثال بهتر می‌توان این فرآیند را درک کرد:
اگر یک منبع را با آب پر کنیم، هر در عمق به سمت پایین حرکت کنیم، به دلیل نیروی وارد شده آب از سطوح بالاتر، فشار آب نیز بیشتر می‌شود، در این شرایط اگر چند سوراخ با ابعاد یکسان روی دیواره‌ی منبع در ارتفاع‌های متفاوت ایجاد شود، فشار باعث خواهد شد تا آب از ظرف بیرون بریزد.
هر چه روی سوراخ‌ها به سمت پایین حرکت کنیم، فشار آبی که از سوراخ بیرون می‌زند، شدیدتر خواهد بود و برعکس هر چه به طرف بالا حرکت کنیم، فشار آب خروجی و شتاب آن کم‌تر خواهد بود.
شیرآلات کنترلی و تنظیم فشار آب ورودی و خروجی
در یک نمونه‌ی دیگر، منبع آبی را در نظر بگیرید که تنها یک سوراخ در پایین دیواره‌ی آن ایجاد شده باشد، در این حالت هر چه منبع پرتر باشد، جریان آب با فشار بیشتری از منبع به بیرون می‌ریزد و هر چه ظرف خالی‌تر شود، از فشار درون ظرف و شتاب آب خروجی نیز کاسته خواهد شد. علت این تغییر و افت فشار آب به دلیل این است که فشار داخل و خارج ظرف با یکدیگر متفاوت است.
در این مثال برای اینکه فشار آب را در وضعیت ثابت و پایدار نگه داریم، می‌توانیم از طریق ثابت نگه داشتن سطح آب داخل ظرف و جایگزین کردن آب خروجی با آب ورودی جدید، ضمن ثابت نگه داشتن فشار داخل منبع، میزان شتاب آب خروجی را نیز همواره ثابت نگه داریم.
بعد از اینکه با مدیریت حجم آب داخل منبع، به میزان ثابتی از فشار آب دست پیدا کردیم، به راهکاری ساده، از طریق کوچک و بزرگ کردن ابعاد محل خروجی آب، حجم آب خروجی را نیز کنترل و مدیریت کنیم.
مثال بالا در سیستمی بسیار ساده، ساز و کار کنترل و تنظیم فشار و حجم جریان سیال را در یک چرخه توضیح می‌دهد، در مثال بالا تنها با ثابت نگه داشتن حجم آب داخل ظرف، فشار آب را یکسان نگه داشتیم، البته مکانیسم شیرهای کنترل برای مدیریت و تنظیم فشار و حجم آب، مقداری از ساز و کار تشریح شده در مثال بالا پیچیدهتر است.
شیرآلات کنترلی و تنظیم دمای جریان سیال
هدف از تشریح مثال بالا این است که نشان دهیم، صرف نظر از اینکه چندین پمپ یا شیر در قسمت‌های مختلف یک سیستم گرمایشی یا سرمایشی نصب شده باشد، در هر صورت امکان تنظیم و مدیریت فشار آب وجود خواهد داشت. کنترل فشار در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی به ما این امکان را می‌دهد تا اختلاف دما را نیز درون سیستم مدیریت و کنترل کنیم.
این اختلاف دما دقیقا از اختلاف دما میان آب سرد یا گرم ورودی یا خروجی حاصل می‌شود. برای مثال دستگاه کویلی را در نظر بگیرید که برای خنک کردن هوا استفاده می‌شود، در چنین دستگاهی در شرایط ایده‌آل آب در دمای 6 درجه سانتیگراد وارد کویل می‌شود و بعد از خنک کردن هوای اطراف در دمای 12 درجه خارج می‌شود. در این شرایط میزان اختلاف دمای آب سرد و گرم دستگاه، تنها 6 درجه سانتیگراد است که دمایی ایده‌آل به حساب می‌آید.
شیرآلات کنترلی و سندرم اختلاف دمای پایین
اما اگر در همین دستگاه امکان کنترل فشار جریان سیال و به تبع آن حجم سیال در گردش وجود نداشته باشد، احتمالا دستگاه به سندرم اختلاف دمای پایین دچار خواهد شد، به این معنا که آب با دمای 9 درجه از کویل خارج شود و تنها اختلاف دمایی 3 درجه‌ای را ایجاد کند.
با توجه به این مشکل هر چه میزان اختلاف دما در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی میان سیال ورودی و خروجی، بیشتر باشد، دستگاه عملکرد بهتری از خود نشان خواهد داد. در واقع نقش کلیدی شیر کنترل نیز در همینجاست که مشخص می‌شود چرا که با استفاده از شیر کنترل مستقل از فشار و تنظیم حجم سیال در گردش داخل سیستم می‌توانیم از ابتلا به سندرم اختلاف دمای پایین اجتناب کنیم.
شیر کنترل و شیر کنترل اختلاف فشار چطور کار می‌کند؟
در‌ابتدا ساز و کار شیرهای کنترل را مورد بررسی قرار می‌دهیم. در نگاه اول شیر کنترل شباهت‌های زیادی با شیرهای معمولی دارد. در این مدل شیرها نیز اهرم قیفی شکلی وجود دارد که با بالا و پایین رفتن، مجرای ورودی حجم آب مورد نظر را تنظیم می‌کند.
این اهرم قیفی شکل به یک ماسوره و دستگیره متصل شده است. هر زمان که به صورت دستی یا با کمک عملگر دستگیره‌ی شیر کنترلی را بچرخانیم، اهرم، بالا و پایین شده و مجرای ورودی آب یا جریان سیال را باز و بسته می‌کند. با بسته شدن شیر کنترلی از حجم سیال در گردش کاسته می‌شود و با باز شدن شیر کنترل، حجم سیال در گردش افزایش پیدا می‌کند.
به این ترتیب با باز و بسته نمودن شیر کنترل در زمان مناسب امکان مدیریت حجم سیال سیستم و به تبع آن کنترل فشار سیستم امکان‌پذیر می‌شود.
شیر کنترل اختلاف فشار چگونه کار می‌کند؟
در این نوع از شیرآلات کنترلی یک درپوش به عنوان شاتر تعبیه شده که با بالا و پایین شدن نوسانات فشار سیستم را کنترل می‌کند. ساز و کار باز و بسته شدن این شاتر تحت تأثیر میزان مقاومت فنری که به آن متصل شده است. و در مواجهه با فشار آب ورودی به مجرای شیر، اتفاق می‌افتد.
با استفاده از شیر کنترلی می‌توان مقدار عددی آب در گردش درون سیستم و لوله‌ها را نیز تنظیم و کنترل کرد. البته برای این کار باید از تنظیم دستی دستگیره‌ی شیر یا ریموت عملگر آن استفاده کرد، در حالی که کنترل میزان فشار سیال در جریان توسط این شیر به صورت خودکار اتفاق می‌افتد.
در واقع ترکیب این دو کارکرد در کنار هم به صورت خطی است که شیرآلات کنترلی مستقل از فشار را تشکیل می‌دهد.
شیر آلات کنترلی عرضه شده توسط شرکت مبنا
شیر Cocon QTZ شیر کنترلی است که شرکت مبنا متناسب با نیازمندی‌های هر پروژه از این نوع شیر در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی استفاده می‌کند.
شیرآلات کنترلی Cocon QTZ برای تنظیم جریان و تضمین فشار ثابت عملکردی در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی طراحی شده است.
این شیر قابلیت تنظیم جریان برای کاربری از 30 کیلوگرم بر ساعت تا 120 کیلوگرم بر ساعت را دارد. با استفاده از آن می‌توان مجموعه‌ای از نرخ‌های جریان کم را برای به دست آوردن نرخ جریان مطلوب، ترکیب و تنظیم نمود.
در صورت نیاز به اطلاعات بیشتر درباره‌ی ویژگی‌های فنی و امکان سفارش و خرید شیرآلات کنترلی و شیرآلات کنترلی مستقل از فشار مبنا با بخش فروش و بازاریابی شرکت مبنا تماس بگیرید.
منبع: theengineeringmindset.com ؛
