ما هي لوحات التحكم بأنظمة HVAC وكيف تعمل؟

تُعدّ أنظمة التدفئة والتبريد من المتطلبات الأساسية للمباني الحديثة. فبدونها لا يمكن توفير بيئة صالحة للسكن، وتصبح ممارسة الأعمال التجارية أمراً متعذراً.

ومع ذلك، فإن امتلاك أحدث أنظمة تحكم HVAC يُمكّنك من تحويل مبناك إلى مكان مناسب للحياة.

في هذا المقال، ستتعرف على ما يلي:

• ما هي أنظمة تحكم HVAC؟
• كيف تعمل أنظمة تحكم HVAC؟
• فوائد أنظمة تحكم HVAC
• مميزات أنظمة تحكم HVAC

تابع القراءة لمعرفة كل شيء.

ماذا تعني كلمة HVAC؟

HVAC اختصار لـ Heating, Ventilation, and Air Conditioning، أي التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. وبالتالي، تقوم أنظمة تحكم HVAC بتنظيم الأجهزة والإشراف عليها للحفاظ على مستويات مناسبة من الرطوبة ودرجة الحرارة في البيئة المحيطة، فضلاً عن إدارة عمليات التبريد والتدفئة.

ما هي أنظمة تحكم HVAC؟

يتفاوت تعريف أنظمة تحكم HVAC تبعاً لما إذا كان التطبيق بسيطاً للغاية كالاستخدام السكني، أو بالغ التعقيد كالمنشآت الكبيرة الحجم. غير أنه بوجه عام، تُعرَّف أنظمة تحكم HVAC بأنها أجهزة تنظّم تشغيل معدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.

في المنازل عادةً، يوجد منظم حرارة (ثرموستات) متصل بوحدة تكييف مستقلة. ويمكنك التحكم في تشغيل هذه الوحدة عن طريق ضبط درجة الحرارة (أو نقطة الضبط). فمثلاً، إذا ضبطت الثرموستات على 75 درجة في الصيف، فإن ذلك يُخبر مكيف الهواء بالتشغيل حتى تصل غرفتك إلى تلك الدرجة، ثم يتوقف تلقائياً.

في هذا المثال البسيط، يعمل الثرموستات بوصفه مستشعراً ووحدة تحكم HVAC في آنٍ واحد، إذ يقيس درجة حرارة منزلك. وسنتناول دور المستشعرات بمزيد من التفصيل عند الحديث عن الأنظمة الأكثر تعقيداً.

وقد تكون أنظمة تحكم HVAC أحياناً جزءاً من منظومة أكبر تُعرف بنظام أتمتة المباني أو نظام إدارة الطاقة، وذلك في المنشآت الكبيرة.

أنظمة أتمتة المباني

تحتوي المنشآت الكبيرة في الغالب على أنظمة ميكانيكية بالغة التعقيد يجب أن تعمل بكفاءة عالية لضمان الأداء السليم وتجنب هدر الطاقة. وعادةً ما تشمل الأجهزة التي تُديرها أنظمة أتمتة المباني (BAS): أنظمة HVAC والإضاءة وإنذار الحريق وأنظمة الدخول والحماية الأمنية.

قد يكون دمج هذه الأنظمة تحت منصة برمجية واحدة مفيداً عند إنشاء تسلسلات تشغيل لجعل المبنى "ذكياً". بيد أن بعض مشغّلي المباني يرون في ذلك خطورة، إذ يضعون "كل البيض في سلة واحدة". وسنقصر حديثنا في هذا المقال على أنظمة تحكم HVAC المستقلة.

كيف تعمل أنظمة تحكم HVAC؟

لفهم آلية عمل أنظمة تحكم HVAC، لا بد أولاً من استيعاب مفهوم تسلسل العمليات. ويُقصد بتسلسل العمليات، المعروف أيضاً بالتعبير المنطقي، التعليمات التي تُستخدم لأتمتة أنشطة أنظمة HVAC بناءً على بيانات المدخلات الواردة من المستشعرات وعمل الأجهزة الأخرى في الوقت ذاته.

مثال توضيحي آخر

افترض أن لديك مكتباً في مبنى تجاري وأن الثرموستات في جانبك من المبنى مضبوط على 75 درجة. تُرسل الثرموستات هذه المعلومة إلى وحدة التحكم عبر البنية التحتية للشبكة، وتستخدم وحدة التحكم تلك المعلومة لتنفيذ التسلسل التالي:

• إذا تجاوزت درجة الحرارة داخل المبنى 75 درجة،
• يتم تشغيل وحدة التكييف.
• إذا كانت درجة الحرارة داخل المبنى 75 درجة أو أقل،
• يتم إيقاف تشغيل التكييف.

يمكننا ضبط هذه التسلسلات لضمان أفضل مستويات الراحة وكفاءة استهلاك الطاقة، وذلك بصياغة تعليمات توجّه المعدات نحو طريقة العمل المثلى في كل سيناريو. كما تُغنينا عن الحاجة إلى تشغيل الأجهزة وإيقافها يدوياً.

وكما يمكنك أن تتوقع، فإن أنظمة HVAC الكبيرة والمعدات الأكثر تعقيداً تتطلب تسلسلات تشغيل أوسع وأكثر تعقيداً. كما توجد في هذه الأنظمة الكبيرة عدة مستويات للأولوية تحكم التعليمات التي يجب أن تمتثل لها المعدات. ولتبسيط الأمر، لنفترض أن ثمة 3 مستويات للأولوية:

1. المشغّل
2. البرمجة المنطقية
3. الجدول الأسبوعي

المشغّل: الشخص المسؤول عن تشغيل النظام يُصدر تعليمات صريحة حول طريقة عمله.

البرمجة المنطقية: تعمل الأجهزة وفق تسلسل العمليات المذكور آنفاً.

الجدول الأسبوعي: يحدد الأيام والأوقات التي يجب فيها تشغيل الأجهزة أو إيقافها.

في هذه الحالة، يحظى المشغّل بالأولوية القصوى على المستويَين الآخرَين، في حين يُمنح الجدول الأسبوعي أدنى الأولويات. وسنستخدم وحدة معالجة الهواء (AHU) لتبريد طابق بعينه في هذا المثال، بدءاً من الصباح.

ستتحقق وحدة التحكم في وحدة معالجة الهواء (AHU) أولاً مما إذا كان المشغّل يُصدر أوامر لها. ولا يكون تدخل المشغّل ضرورياً إلا إذا لاحظ مهندس المبنى حالات شاذة تستوجب تشغيل الوحدة قبل الموعد المعتاد أو إيقافها كلياً.

بعد ذلك، ستتحقق وحدة التحكم في الـ AHU من البرمجة المنطقية التي تنص على أن الوحدة تعمل إذا تجاوزت درجة حرارة الهواء الداخلي 80 درجة عند الساعة السادسة صباحاً. وقد صُمّم هذا التسلسل تحديداً للصبوات الحارة جداً، كي تبدأ الوحدة عملها مبكراً عند الحاجة.

وإن لم يكن ذلك ضرورياً، فستتحقق وحدة التحكم في الـ AHU من الجدول الأسبوعي لمعرفة التعليمات المُدرجة فيه. ووفقاً للجدول الأسبوعي، تعمل وحدة معالجة الهواء من الساعة 7 صباحاً حتى الساعة 5 مساءً، من الاثنين إلى الجمعة.

وعلى الرغم من وجود مستويات منطقية أكثر وعدة مستويات أولوية أخرى في التطبيقات الفعلية، إلا أن هذا المثال يوضح بجلاء آلية عمل مستويات الأولوية.

أنواع أنظمة تحكم HVAC

تستخدم وحدات تحكم HVAC مجموعة متنوعة من استراتيجيات التحكم، من بينها: التحكم بالحدود، والتحكم الخطي، والتحكم PID، والتحكم التقدمي، والمنطق الضبابي، والتحكم المتقدم أو غير الخطي.

• عند الوصول إلى نقطة أو حد معين، ترسل وحدة تحكم HVAC إشارة لإيقاف أو تشغيل متغير العملية. يُعرف هذا بالتحكم بالحدود.
• في التحكم الخطي، تتوافق إشارة التحكم المتغيرة مع إشارة الإدخال المتغيرة.
• يستلزم التحكم PID (التناسبي-التكاملي-التفاضلي) تغذية راجعة فورية من النظام.
• يوفر التحكم التقدمي تعويضاً مباشراً من إشارة المرجع.
• المنطق الضبابي هو نوع من أنواع تحكم HVAC يتيح للمتغيرات أن تأخذ قيماً غير محددة (كالصحة الجزئية) في مقابل الحالة الثنائية (صح تماماً أو خطأ تماماً).
• تستخدم وحدات تحكم HVAC أيضاً أساليب تحكم متقدمة وغير خطية، كالشبكات العصبية والكسب التكيفي.

فوائد أنظمة تحكم HVAC

تُعدّ أنظمة تحكم HVAC ركيزة أساسية لتوفير بيئة عمل صحية وآمنة، وتعزيز كفاءة العمليات التجارية.

1. خفض فواتير المرافق واستهلاك الطاقة
2. سحب الحرارة الناتجة عن العمليات الإنتاجية
3. توفير هواء نقي ونظيف لتحسين التهوية
4. بيئة عمل مريحة وملائمة
5. إعادة تدوير الحرارة من جميع مناطق العمل
6. الحفاظ على درجة الحرارة عند المستوى المطلوب
7. رفع مستوى الإنتاجية
8. تحقيق وفورات في الوقت والتكلفة من خلال موازنة درجات الحرارة
9. توفير ظروف عمل آمنة
10. المراقبة المستمرة للمعدات

مميزات وحدات تحكم HVAC

تتلقى وحدات تحكم HVAC مدخلاتها من منظمات الحرارة ومستشعرات الرطوبة، وتُصدر مخرجاتها إلى مبردات HVAC وسائر أنظمة HVAC. ويمكن برمجة معظم منظمات الحرارة الصناعية أو التحكم فيها عن بُعد أو كليهما معاً. وقد تحتوي واجهة المستخدم في وحدة تحكم HVAC على عناصر تماثلية كالمقابض والمفاتيح، أو لوحة أمامية رقمية بقائمة تنقل أو لوحة مفاتيح. وكثيراً ما تتوفر وحدات تحكم HVAC قابلة للبرمجة عبر الحاسوب وتدعم الاتصال بالإنترنت وجاهزة للاتصال بشبكة Ethernet. وتتضمن بعض وحدات تحكم HVAC وحدة تحكم منطقي قابلة للبرمجة (PLC)، فيما توفر وحدات أخرى وظائف الاستحواذ والتحكم الإشرافي على البيانات (SCADA) أو برنامج واجهة الإنسان والآلة (HMI). ومن الخصائص الأخرى التي قد تتوفر في وحدة تحكم HVAC: الإشارة إلى معدل التدفق، وتسجيل البيانات، وإمكانيات الجمع التراكمي.

خلاصة

الآن أصبح لديك فهم شامل لأنظمة تحكم HVAC لاختيار الأنسب لمبناك.

تذكر أن عملياتك ستتوقف تماماً في حال تعطل نظام تحكم HVAC الخاص بك.

تفضل بزيارة صفحات منتجاتنا للاطلاع على أفضل منتجات تحكم HVAC لجميع أنواع المنشآت.

الأسئلة الشائعة

س1: ما هي المكونات الأساسية لنظام تحكم HVAC؟

أبرز 6 مكونات لا غنى عنها في نظام HVAC:

• المبادل الحراري
• محرك المروحة
• غرفة الاحتراق
• ملف المكثف أو الضاغط
• ملف المبخر
• منظم الحرارة (الثرموستات)

س2: ما أسباب فشل لوحة تحكم HVAC؟

يمكن أن يتسبب كل من العمر الافتراضي للجهاز، والكهرباء الساكنة، وارتفاعات الجهد الكهربائي في إلحاق الضرر بالترانزستورات الموجودة على لوحة التحكم. وكثيراً ما تكون الترانزستورات أول ما يتعطل في لوحة التحكم. أما الأسلاك غير المستقرة، فقد تتسبب اهتزازات الفرن بمرور الوقت في إفقاد الأسلاك الموصولة بلوحة التحكم استقرارها.

س3: كيف أعرف إذا كانت لوحة الدوائر الكهربائية في نظام HVAC معطلة؟

تعمل لوحة التحكم لديك إذا كانت تتلقى 120 فولت من التيار المتردد. أما إذا كانت اللوحة تعمل ولا يظهر أي ضوء تشخيصي، فمن المرجح أنها تالفة وتحتاج إلى استبدال. ملاحظة: ستحتاج إلى جهاز قياس متعدد (مولتيميتر) للتحقق من الكهرباء.

س4: كيف أُعيد ضبط لوحة تحكم HVAC؟

• أوقف تشغيل نظام التكييف باستخدام الثرموستات.
• حدد مكان لوحة قواطع الدوائر الكهربائية (صندوق الكهرباء).
• أوقف تشغيل وحدة التكييف من خلال قاطع الدائرة.
• انتظر دقيقة كاملة على الأقل قبل إعادة القاطع إلى وضع "التشغيل".
• انتظر 30 دقيقة قبل إعادة تشغيل وحدتك عبر الثرموستات.