سیستم‌های HVAC (گرمایش و تهویه هوا) یکی از بالاترین هزینه های جاری یک ساختمان را دارد و بخشی کلیدی از بهره‌وری عملیاتی ساختمان شماست. سیستم اتوماسیون ساختمان تضمین می‌کند که محیط یک ساختمان برای ساکنان آن مناسب و مطبوع باشد و این کار را از طریق کنترل رطوبت، دما، کیفیت هوا، تمیزی هوا و مواردی از این دست انجام می‌دهد؛ و همزمان این سیستم تلاش می‌کند تا برای کاهش هزینه‌های انرژی انتظارات صاحب ساختمان را محقق سازد. ناکارآمدی‌ها در یک سیستم HVAC، هزینه‌های مدیریتی یک ساختمان را بالا می‌برد و سنسورهایی که برای بهینه‌سازی عملکرد به آن‌ها تکیه می‌کنید، شاید به حدی که فکر می‌کنید دقیق نباشند!
یک روش برای اطمینان از اینکه سیستم HVAC کارآمد است، بررسی و تایید دقت ابزارهای فشار استفاده شده در سیستم است (همچون سنسورهای فشار و ترانسدیوسرها).
سنسورهای فشار در سیستم‌های اتوماسیون ساختمان با هدف کنترل جریان هوا داخل کانال هوا (داکت‌ها)، کنترل آب داغ داخل المنت‌های حرارتی و آب سرد داخل چیلرها و المنت‌های رطوبت‌گیر استفاده می‌شوند.
تمام این فرآیندها از انرژی استفاده می‌کنند و هزینه مالی ایجاد می‌کنند. هرچقدر این فرآیندها کارآمدتر و بهینه‌تر پیش بروند، هزینه عملیاتی ساختمان کاهش پیدا می‌کند. صاحبان ساختمان‌ها به دنبال بهینه‌سازی عملکرد HVAC خود هستند و از هوای گرم و سردی که مورد نیاز ساکنان نیست پرهیز شود.
در این مطلب، من به این مورد می‌پردازم که چرا دقت و صحت در ابزار کم‌فشار برای سیستم‌های HVAC مهم است و چطور بیانیه‌های دقت و درستی که تولیدکنندگان سنسور HVAC منتشر می‌کنند را تفسیر کنید.
چرا دقت و درستی مهم است؟
منظور از دقت، درستی یا Accuracy این است که یک مقدار اندازه‌گیری‌شده از یک فشار مشخص، چقدر با خطای مجاز قابل قبول برای آن اندازه‌گیری فاصله دارد. دقت و درستی یک ابزار یا تجهیز فشار توسط حداکثر تفاوت مثبت و منفی بین مقدار اندازه‌گیری‌شده و مقدار واقعی تعیین می‌شود. این خطای مجاز، به عنوان درصدی از اسپن خروجی ایده‌آل (% از اسپن) بیان می‌شود.
تجهیزات فشار با دقت و درستی بالاتر، نسبت به تجهیزاتی با دقت پایین‌تر، نشانگر نزدیک‌تری به شرایط فشار واقعی هستند که این امکان را محقق می‌سازند که کنترلرهای HVAC بتوانند نیازهای حرارتی و خنک‌کنندگی ساختمان را بهتر مدیریت کنند.
از طرفی، بیانیه‌ی دقت و درستی که تولیدکننده منتشر می‌کند، به تنهایی توانایی تجهیز برای اندازه‌گیری فشار را به شکل کامل تعریف نمی‌کند، به همین دلیل است که تولیدکنندگان تجهیزات فشار، دقت و درستی را به عنوان جزئی از بیانیه‌ی عملکرد کلی در نظر می‌گیرند.
تمام بیانیه‌های دقت و درستی مشابه یکدیگر نیستند.
متاسفانه، صنعت HVAC به یک استاندارد مشخص و توافق‌شده برای محاسبه‌ی عملکرد تجهیزات فشار نرسیده است. در نتیجه، بیانیه‌های دقت و درستی بین هر تولیدکننده با تولیدکننده‌ی دیگر متفاوت و مختلف است و نیازمند نگاهی دقیق‌تر است تا واقعا متوجه شویم که در یک بیانیه‌ی دقت و درستی، چه چیزی بیان شده است.
تولیدکنندگان بسیاری از متدولوژی ریشه مجموع مجذور (RSS) یا بهترین خط مستقیم متناسب (BFSL) برای بیان دقت و درستی استفاده می‌کنند.
اگر بیانیه‌های دقت و درستی RSS یا BFSL را با دقت بیشتری بررسی کنید، متوجه می‌شوید که شاید چندان هم دقیق نباشند. هر چیزی که در یک بیانیه‌ی دقت بیان نشده باشد، ممکن است باعث شود که باند خطا بزرگ‌تر شود.
این مشخصات با استفاده از روش‌هایی محاسبه می‌شوند که کمترین میزان محافظه‌کاری را داشته باشند (از نظر جبری، ترکیبی از دو یا سه مشخصات)، یعنی تضمینی وجود ندارد که تمام مقادیر اندازه‌گیری‌شده نمایش‌داده شده توسط تجهیز فشار، داخل خطای باند اعلام شده باشد.
به علاوه، این روش شاید هر دو مورد نقطه تنظیم صفر یا zero set (محدوده پایینی اندازه‌گیری) یا نقطه تنظیم اسپن یا span set (خروجی موردانتظار در بازه کامل تجهیز) را در نظر نگیرند.
این معمولا یعنی نقاط تنظیم صفر و اسپن (zero set و span set) تجهیز، خطاهایی بیشتر را ایجاد می‌کنند که باید توسط نصاب در نظر گرفته شود، که شاید نیازمند بازتنظیم/کالیبراسیون در محل توسط تیم نصب باشد تا اطمینان حاصل شود که در محدوده‌ی دقت مطلوب عمل می‌کند.
در نتیجه، تکنسین HVAC که تجهیز را نصب می‌کند، شاید لازم باشد از یک استاندارد کالیبراسیون ثانویه برای تنظیم هر دو نقطه تنظیم صفر و اسپن استفاده کند، که بلافاصله هزینه‌های نصب و برپایی سیستم را افزایش می‌دهد و قابلیت تعویض راحت و دست آزاد (out-of-box) را از بین می‌برد و عملکرد کلی مجموع سیستم را مرکب می‌سازد.
این «تنظیمات کوچک» برای تایید عملکرد محصول، به افزایش هزینه برای صاحب ساختمان منجر می‌شود، فردی که تا همین الان هم به تامین‌کنندگان سنسور مبالغی را پرداخته کرده است تا محصولی کالیبره‌شده به او ارائه کنند اما عملکرد تجهیزات ارائه‌شده هنوز هم کافی نیست!
در یک بیانیه دقت و درستی دقیق چه چیزهایی وجود دارد؟
در تعیین دقت تجهیزات فشار، باید تمام عوامل مرتبط با کاربردی مشخص را در نظر بگیرید که ممکن است به خطاهای اندازه‌گیری منتهی شود. برخی از رایج‌ترین منابع خطا عبارتند از:
- خطای غیرخطی (غیرخطی بودن) Non-linearity Error
انحراف بین خط روند خطی تجهیز و خط خروجی ایده‌آل آن. - خطای هیسترزیس Hysteresis Error
انحراف بین خروجی تجهیز در پاسخ به فشار در حال افزایش در مقایسه با فشار رو به کاهش. معمولا به شکل درصدی از اسپن کامل یا اسپن خروجی بیان می‌شود. - خطای غیرتکرارپذیری Non-repeatability Error
این خطا با تست کردن یک تجهیز سه بار پشت سر هم در بازه‌ی آن در شرایطی یکسان و تعیین حداکثر تفاوت بین نتایج اندازه‌گیری محاسبه می‌شود. عموما به عنوان درصدی از اسپن کامل بیان می‌شود. - خطای افست صفر (Zero Offset) و خطای اسپن ستینگ (Span Setting)
خطاهایی که در آن تجهیز، صفر را نمی‌خواند، وقتی که فشاری که باید اندازه‌گیری شود صفر است. خطاهای اسپن ستینگ، تفاوت‌های بین خروجی فول‌اسکیل مطلوب و مقدار فول‌اسکیل واقعی از ترانسدیوسر هستند. - خطای ضریب دمای اسپن و صفر Zero and Span Temperature Coefficient Error
باند خطای حداکثر انحراف در خروجی افست و صفر، چون دما نسبت به تنظیم دما کالیبره‌شده در کارخانه با هر دمای دیگری داخل بازه تعیین‌شده متفاوت است.
بهترین روش تعیین دقت و درستی
روش‌های بسیاری برای محاسبه بیانیه‌های دقت و درستی برای تجهیزات فشار وجود دارد، اما تمام آن‌ها به بیانیه‌های دقت و درستی دقیقی منتهی نمی‌شوند.
در حالت ایده‌آل، یک بیانیه دقت و درستی باید یک مجموعه‌ای از تمام منابع خطا را شامل شود – که این مساله در صنعت HVAC رایج نیست. حداقل، بیانیه‌های دقت باید موارد غیرخطی بودن، هیسترزیس، غیرتکرارپذیری، افست صفر و اسپن ستینگ را شامل شوند، چون این موارد تاثیر بسیار قابل توجهی روی عملکرد تجهیزات دارند.
تمام روش‌های تجمیع، تمام این خطاها را در نظر نمی‌گیرند، اما روش ترمینال‌پوینت (terminal point) این کار را با در نظر گرفتن تنظیمات صفر و اسپن به عنوان بخشی از بیانیه دقت محقق می‌سازد. این متدولوژی واقعا خطای واقعی را برای یک تجهیز فشار تعیین می‌کند، و به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد که دقت محصولات خود را بهتر نمایش دهند و پیمانکاران هم بهتر بتوانند گرمایش، سرمایش و جریان هوای کم ناشی از آن را در ساختمان‌ها مدیریت کنند.