ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e ria ? INŻYNIERIA SANITARNA z 0 10
1 9 6 6
Nr k o l. 164
STANISŁAW MIERZWIŃSKI, JANUSZ PIOTROWSKI
DYNAMICZNE WŁASNOŚCI SZKLARNI JAKO OBIEKTU REGULACJI TEMPERATURY
1 . Cel i zak res badań
Opracowanie poprawnej i n s t a l a c j i ogrzewczej kombinatu s z k la r niowego n a le ż y rozpocząć od sch arak tery zo w an ia dynamicznych w łaściw o ści s z k la r n i jak o o b ie k tu ogrzewanego. Tym w łaściw o
ściom o b iek tu powinny z o s ta ć podporządkowane?
- k o n s tru k c ja i n s t a l a c j i wewnętrznej w nawie s z k la rn io w e j;
- k o n s tru k c ja układu ź ró d ła c ie p ła i s i e c i r o z d z ie lc z e j kom
b in a tu .
D la ta k opracowanego o b iek tu można n a s tę p n ie dobrać odpo
w iedni system r e g u l a c j i i w łaściw y r e g u l a t o r .
Należy przede wszystkim o k r e ś lić wpływ d z ia ła n ia oporów i pojem ności w ystępujących w o b ie k c ie na podatność tego o b ie k tu d la r e g u l a c j i . Warto zaznaczyć, że odmienne znaczenie p o siad ać będą o p ó źn ien ia związane z tra n sp o rte m oraz' o p ó źn ien ia i n e r
c y jn e .
Duże zn aczenie przy ocenie p o d atn o śc i o b ie k tu na r e g u la c ję ma sto su n ek o p ó źn ien ia (c h a ra k te ry s ty k i o b iek tu ) do s t a ł e j cza
sowej (p a trz r y s . 1 ), a tak że bezwzględne w a rto ś c i ty ch czasów.
Im m n ie jsz a j e s t w arto ść stosunku T /T zastępczego op ó źn ien ia do z a s tę p c z e j s t a ł e j czasowej tym le p s z a j e s t podatność obiek
tu n a r e g u la c ję .
Rozpatrywany o b ie k t s k ła d a się ?
- ze ź r ó d ła c ie p ła (k otłow nia lu b wymiennikownia), zazwyczaj znaczn ie oddalonego od s z k la r n i;
- z r o z d z ie lc z e j s i e c i c ie p ln e j o d łu g o śc i dochodzącej do k ilk u s e t metrów;
- ze s z k la r n i jak o właściwego o b ie k tu r e g u l a c j i tem p eratu ry .
114 Stan isław M ierzw iński, Janusz Piotrow ski
Dynamiczne w łasn o ści s z k la r n i ja k o o b ie k tu » »» 115
Z tego względu k o rzy stn e j e s t w c h a ra k te ry s ty c e czasowej o b ie k tu jak o c a ło ś c i wyodrębnić dwie c z ę ś c i składowe o odmien
nych w łasnościach,, Mianowicie w c z ę ś c i obejm ującej ź ró d ło c i e p ła i s ie ć dominują o p ó źn ien ia tra n sp o rto w e j n a to m ia st w czę
ś c i d r u g ie j, d o ty czącej samej s z k l a r n i , w ystępują przede wszy
stkim o p ó źn ien ia in e rc y jn e »
Wprowadzenie ta k ie g o r o z d z ia łu c h a ra k te ry s ty k i o b ie k tu d a je możność w y c ią g n ię c ia wniosków co do p r z y ję c ia systemu r e g u la c j i i samych regulatorów » W s z c z e g ó ln o śc i będziemy m ogli o - k r e ś l i ć n a jb a r d z ie j n ie k o rz y stn y , a le je s z c z e dopuszczalny s t o sunek zastępczego o p ó źn ien ia do z a s tę p c z e j s t a ł e j czasowej Tu /T , a s tą d uzyskać wskazówki co do d opuszczalnej w a rto ś c i o - pó źn ień transportow ych w u k ła d z ie ciepłowniczym kombinatu»
Należy zauważyć, że ze wzrostem opóźnień transportow ych po
za s z k la r n ią w z ra sta rów nież sto su n ek T^/T, a dynamiczny współ
czynnik r e g u l a c j i szybko z b liż a s i ę do je d n o ś c i, kiedy to r e g u la to r n ie oddziaływ uje ju ż n a p aram etr regulow any0
Zatem, w przypadku gdyby n ie u d ało s i ę w kombinacie s z k la r niowym zm niejszyć o p ó źn ien ia poza samą s z k la r n ią , trz e b a bę
d zie odpowiednio zmodyfikować system r e g u l a c j i p rzez odrębne regulow anie ogrzew ania lo co s z k la r n ia i o d d zieln e regulow anie w ydajności ź ró d ła c ie p ła kombinatu»
P rz y stę p u ją c do a n a liz y tr a n s n d ta n c ji o b ie k tu pozbawionej wpływu zew nętrznych członów przenoszących możemy doszukać s i ę wniosków co do wymienionych cech ko n stru k cy jn y ch i n s t a l a c j i wewnętrznej» Można o g ó ln ie pow iedzieć, że da s i ę stw orzyć sz e re g k o n s tr u k c ji i n s t a l a c j i , k tó re przy z b liżo n y ch w łasnościach sta ty c z n y c h będą znaczn ie r ó ż n iły s i ę w łasnościam i dynamicz
nymi»
D la w y ja ś n ie n ia tego w o d n ie s ie n iu do różnych systemów o - grzew ania s z k la r n i n a le ż y ro z p a trz y ć wpływ i l o ś c i elementów pojemnościowych zaw artych w o b ie k c ie n a podatność r e g u la c ji»
Wpływ te n i l u s t r u j e rysunek 2»
W przypadku s z k la r n i p rzy r e g u l a c j i ja k o śc io w e j, kiedy to w ie lk o ś c ią regulow aną może być te m p e ra tu ra p o w ie trz a w n ętrza, przeciw staw ieniem in e r c y jn e j i n s t a l a c j i rurow ej (or) j e s t o - grzew anie pow ietrzne (OP)»
Funkcja p r z e j ś c i a o b iek tu d la ogrzew ania pow ietrznego te o r e ty c z n ie b io rą c j e s t obrazem rów nania rzęd u zerowego, ponie
waż te m p e ra tu ra wewnętrznego p o w ietrza regulow ana j e s t praw ie b e z in e r c y jn ie te m p e ra tu rą tego samego p o w ie trz a , po jeg o p r z e j
ś c iu p rzez a p a ra ty ogrzewcze»
Rys. 2* Porównanie obrazów funkcji przejścia od zerowego do czwartego rzęd u
a 0 - bez pojemności (najlepszy obiekt do regulacji), n ='1 - p o siad a ty lk o s t a ł ą czasową f » 0, T /T — ■**0, n = 2 - T /T spada prawie do 1 /9 , n a 3 i 4 - T /T spada d a le j do o-
u u koło 1/3 U
StanisławMierzwiński, JanuszPiotrowski
Dynamiczne w łasn o ści s z k la r n i ja k o obiektu» 117
Przy ogrzewaniu rurowym w ystępuje pow iązanie członów i n e r cyjnych o b ie k tu i tra n s m ita n c ja p o sia d a wtedy rz ą d w iększy od je d n o ś c i. Przez w sp ó łd z ia ła n ie dwu wymienionych systemów i n s t a l a c j i (ORP) można poprawić w ła sn o śc i dynamiczne o b ie k tu r e g u l a c j i , k tó ry zazwyczaj d a je s i ę o p isa ć równaniem rzędu od zerowego do tr z e c ie g o .
Przy ta k ic h jed n ak ro zw iązan iach n a le ż y obrać słu sz n y kom
promis p am iętając o uw zględnieniu dodatkowych warunków zw iąza
nych z e k s p lo a ta c ją o b ie k tu , ja k n p , pozo staw ien ie pewnej po
jem ności w c e lu z a b e z p ie c z e n ia s i ę przed aw arią pow ietrznego system u ogrzew ania i t p .
Można t u rów nież wyobrazić so b ie rów noległą w spółpracę dwu układów r e g u l a c j i n iez a le żn y c h od s i e b i e , z k tó ry c h je d e n b y ł
by układem działający m okresowo i wspomagającym p ra c ę zasad n iczeg o systemu ogrzew ania, n p .: ogrzewanie kombinowane r u r o - w o-pow ietrzne, ogrzewanie kombinowane pow ietrzne + ogrzewanie g ru n tu i t p .
P o d k re śla s i ę , że wyżej podane rozw ażania odnoszą s i ę do r e g u l a c j i jakościow ej w i n s t a l a c j a c h wodnych. N atom iast za
g a d n ie n ie r e g u l a c j i ilo ś c io w e j, w ystępującej przede wszystkim w ogrzew aniach parowych, wymaga odrębnego opracow ania.
D la sch arak tery zo w an ia o b ie k tu w podanym powyżej znaczeniu n a le ż y zatem o k r e ś lić dynamiczne odpowiedzi tem p eratu ry w nę
trza n a czasowe zmiany w ie lk o śc i n a s ta w ia ją c e j oraz ta k ic h za
k łó c eń , ja k te m p e ra tu ra zew nętrzna, w ia tr , zachm urzenie, p ro mieniowanie sło n e c z n e .
W związku z tym przeprowadzono b ad an ia p rzeb ieg u fu n k c ji p r z e j ś c i a poszczególnych elementów s z k la r n i ja k o o b ie k tu re g u l a c j i w odpowiedzi na wywołaną zmianę skokową czynników z a k łó c a ją c y c h , w c e lu w yznaczenia y ja rto śc i bezwzględnych z a s tę p c z e go o p ó ź n ie n ia , z a stę p c z e j s t a ł e j czasowej o b ie k tu oraz współ
czynnika wzmocnienia o b ie k tu .
Powyższym badaniom poddano n a s tę p u ją c e typy i n s t a l a c j i : - ogrzew ania po^detrznego s z k la r n i,
- ogrzew ania i n s t a l a c j ą kombinowaną w Pszczynie (ru ry 30%, po w ietrze 70% c a łk o w ite j w ydajności c ie p ln e j s z k la r n i d la warunków o b liczen io w y ch ),
- ogrzew ania samymi ruram i 0 40 i n s t a l a c j i kombinowanej, - ogrzew ania z tra d y c y jn ą i n s t a l a c j ą z ruram i 0 80-90 mm.
1 1 8 Stan isław M ierzw iński, Janusz Piotrow ski
2® K la s y fik a c ja parametrów i tr a n s m-itanejj s z k la r n i
Z badań cie p ln y c h , przeprowadzonych w s z k la rn ia c h w Pszczynie [ 1 ] i 1 2 ], uzyskano w y sta rc z a ją c e in fo rm acje co do stru m ien i c iep ln y c h sk ła d a ją cy c h s i ę na b ila n s ogrzewanej szk la rn i» S ch e
mat tego b ila n s u oraz pow iązania w ystępujące między param etra
mi cieplnym i w n ętrza s z k la r n i i j e j o to c z e n ia i l u s t r u j e ry su nek 3.
Parametrami cieplnym i w n ętrza, k tó re są ważne z punktu wi
d zen ia uprawy r o ś l i n , j e s t tem p eratu ra p o w ietrza wewnętrznego ( t ) oraz tem p eratu ra g ru n tu ( $ ) ®
W £>
Aby zorientow ać s i ę , z jakim zadaniem sp o tk a s i ę re g u la c ja i n s t a l a c j i ogrzewczej s z k la r n i , n a le ż y przeanalizow ać dyna
miczną za le ż n o ść powyższych parametrów od p rzeb ieg u stru m ie n i cie p ln y c h między s z k la r n ią a otoczeniem oraz pomiędzy i n s t a l a c j ą a s z k la rn ią »
W dalszym cią g u pracy przeanalizow ano te z a le ż n o ś c i d la je d nego typu s z k la r n i tzw , "poznańskiego, p rzy zastosow aniu poda
nych powyżej systemów ogrzewań®
Przy opracowaniu c h a ra k te ry s ty k d la wyżej wymienionych ty pów i n s t a l a c j i p rz y ję to uważać podane p o n iżej param etry za w ie lk o śc i n a s ta w ia ją c e , regulowane i zakłóceniow e, uważając s ta n c ie p ln y s z k la r n i za o b ie k t r e g u l a c j i w zamkniętym u k ła d zie r e g u l a c j i (rys® 4)»
- w ielk o ść regulow ana (y) - tem peratura p o w ietrza (t^ ) w zględnie tem p eratu ra g ru n tu ( $ _ )•
e>
- w ielk o ść n a s ta w ia ją c a (x) - te m p e ra tu ra r u r g rzejn y ch w i n s t a l a c j i rurow ej (A.) w zględnie i l o ś ć c ie p ła d o s ta rc z a na do p o w ietrza przez a p a ra ty OW przy ogrzewaniu po
w ietrznym (Qp),
- w ie lk o śc i z a k łó c a ją c e (z) - tem p eratu ra zew nętrzna ( t ) , naprom ieniowanie słoneczne (e) oraz prędkość w ia tru fw) i zachm urzenie (b) reprezentow ane przez zmiany konwekcyj
nego w spółczynnika w nikania c ie p ła na zew nętrznej po
w ierzch n i o s z k le n ia 0Ckz P l -
iiT schemacie układu r e g u l a c j i przedstawionym na rys® 4 za
stosowano n a s tę p u ją c e o znaczenia t r a n s m i t a n c j i ; . F - tra n s m ita n c ja n a s ta w ia ją c a o b ie k tu r e g u l a c j i , s F - tra n s m ita n c ja poszczególnych zak łó ceń ,2j
Dynamiczne w łasn o ści s z k la r n i jak o obiektu , , , 119
atmosfera
Rys* 3* Schemat strumieni cieplnych w ogrzewanej szklarni
RFeuifiTOR os/eter
Rys, 4* Schemat blokowy układu regulacji ogrzewanej szklarni
1 2 0 Stan isław Mierzwiński» Janusz P iotrow ski
Fn - tra n s m ita n c ja r e g u la to r a ,
Fm - tra n s m ita n c ja członu pomiarowego.
Dla scharakteryzow ania rozpatrywanego o b iek tu r e g u l a c j i tem
p e ra tu ry celowe J e s t zbadanie n iż e j w yszczególnionych z a le ż n o ś c i:
Dla ogrzewania pow ietrznego:
odpowiedź tem p eratu ry g ru n tu i szyb na zmianę skokową tem
p e ra tu ry w ew nętrznej,
- odpowiedź tem p eratu ry g ru n tu , szyb i p o w ietrza wewnętrz
nego na zmianę skokową tem peratury z ew n ętrzn ej,
- odpowiedź tem p eratu ry g ru n tu ,sz y b i p ow ietrza wewnętrz
nego na zmianę skokową współczynnika w nikania c ie p ła
$ = f ( t ) , $ = f ( t )
g w * SZ w
t s f ( t J , $ = f ( t ) , ^ = f ( t )
W Z S Z z g z
t = f t a ) , $ = f ( « = f(0P )
w kz SZ kz g kz
Dla ogrzewania in s ta la c .la kombinowana (ru ry P 40 mm + po
wie t r z e j :
- odpowiedź tem p eratu ry w nętrza na skokową zmianę tem pera- tm y r u r , tem p eratu ry zew n ętrzn ej, w spółczynnika w nikania
c ie p ła ( OC^ ) ,
Dynamiczne w łasn o ści s z k la r n i ja k o o b iek tu .»» 121
- odpowiedź tem p eratu ry g ru n tu i szyb na t e same z a k łó c e n ia i dodatkowo n a zmianę skokową tem p eratu ry w n ętrza,
= \ z i t < * J - 1 \
o ra z : 4 z =f ( f l W ' % = f ( a k z )
4 z = f i t wJ -
Dla ogrzew ania samymi ruram i 0 40 mm i n s t a l a c .i i kombinować
a s i *
- odpowiedź tem p eratu ry w n ę trz a , szyb i g ru n tu na zmiany skokowe tem p eratu ry r u r , p o w ie trza zewnętrznego i w spół
czynnika w nikania c ie p ł a (oC^j
*w - ^ s z = 4 °
* w - f ( t z b 4 z - 4 - f f V
K ’ i(ccJ ’
4 = f K z >Dla ogrzew ania tra d y cy jn eg o ;
p r z y ję to n a s tę p u ją c e c h a ra k te ry s ty k i wg [ 1 ]s
tw = f ą ) , # „ . * < * > .
t w - f . ( t 2 ), 4 z - f ( t z ) > 4 ° f i t 0 )
1 2 2 S tan isław Mierzwiński , Janusz Piotrow ski
Z punktu w id zen ia z d o ln o śc i re g u la c y jn e j o b iek tu szczeg ó l
n ie ważna j e s t fu n k c ja p r z e jś c ia parametrów w nętrza w odpowie
d z i na skokową zmianę w ie lk o śc i n a s ta w ia ją c e j (parametrem r e gulowanym może być tem p eratu ra w n ę trz a ), a więc w przypadku;
- ogrzew ania rurowego - odpowiedzi ty c h parametrów na skok tem p eratu ry r u r ,
- ogrzew ania pow ietrznego - odpowiedzi n a skok stru m ie n ia c ie p ła dostarczonego w prost do p o w ie trz a ,
- ogrzew ania pow ietrzno-rurow ego - parametrów w nętrza na skokową zmianę obu ty ch w ie lk o śc i razem albo każdej z o- sobna.
Zmianę tem p eratu ry w n ętrza w odpowiedzi n a skok stru m ie n ia c ie p ła przy ogrzewaniu powietrznym przebadano w o b iek cie r z e czywistym z uwagi na t o , że w modelu n ie można uw zględnić cza
su potrzebnego na przem ieszczenie s i ę i wymieszanie wewnątrz s z k la r n i p o w ietrza wewnętrznego i wypływającego z nagrzewnic«
Z a le żn o ści t e d la s z k la r n i pszczyńskich podaje przykładowo r y sunek 1 5 .
3« Doświadczenia przy u ży ciu modelu analogowego s z k la r n i
Badania przebiegów fu n k c ji p r z e j ś c i a dokonano na modelu a n alo gowym, k tó ry w tym wypadku b y ł an a liz a to re m równań ró ż n ic z k o wych o p isu jący c h poszczególne stany»
Model analogowy wykonano w o p a rc iu o a n a lo g ię hydrodyna- miczno-termodynamiczną między laminarnym przepływem c ie c z y lep
k ie j i przepływem c ie p ł a . Schemat modelu p rz e d sta w ia r y s , 5, jeg o widok r y s . 6.
Model zbudowano d la nawy szk larn io w ej typu poznańskiego wg danych uzyskanych z konkretnych pomiarów c ie p ln y c h w o b iek cie rzeczyw istym w PGO - Pszczyzna, dokonanych d la okresu zimowe
go n a przełom ie 1964/65 roku [ 2 ] , Po wykonaniu i uruchom ieniu modelu sprawdzono go drogą pow tórzenia bilansów uzyskanych w wyniku bezp o śred n ich pomiarów c ie p ln y c h w rzeczyw istym obiek
c i e .
Wywoływano skokową zmianę w ie lk o śc i n a sta w ia ją c e j (x) np.
1^ ,, a skutek owej zmiany rejestro w an o w punkcie B ( ry s . 7 ) , bezp o śred n io na w y jściu z o b ie k tu regulowanego , W te n sposób odpowiedź n a zmianę skokową otrzymano w u k ła d z ie otwartym (z pominięciem samego r e g u l a t o r a ) . Przy wykonywaniu ty c h badań za=
chowano warunki wymagane w takim u k ła d z ie .
Dynamiczne w łasn o ści s z k la rn i jako obiektu 12 3
1?n ostt/en/e
słonce - grunt
Rys. 5. Schemat funkcjonalny modelu analogowego ogrzewanej szklarni
124 Stan isław M ierzw iński, Janusz Piotrow ski
Itys. 6. Widok ogólny modelu
Rys* 7« Schemat blokowy układu do zdejmowania c h a ra k te ry s ty k i skokowej
Dynamiczne w łasn o ści s z k la r n i ja k o o b ie k t u ... 125
Z arejestrow any p rzeb ieg odpowiedzi praw ie-zaw sze stanow i krzywą w k s z ta łc ie l i t e r y S. Odpowiedź t ę można p rzed staw ić w sposób uproszczony dokonując pomiarów n astę p u ją c y c h w ie lk o śc i
(p a trz ry s o 1) s
A ( At ) = zmiany w ie lk o śc i regulow anej w jed n o stk ac h ( y ) , y
U - szy b k o ści r e a k c j i w je d n o stk a c h ( y /s e k ) , Tu - zastępczego o p ó ź n ie n ia ,
T^ - czy steg o o p ó źn ien ia,
A - zmiany w ie lk o śc i n a s ta w ia ją c e j w je d n o stk a c h ( x ) , A
Sposób te n wynika z z a ło ż e n ia u p ra sz c z a ją c e g o , że złożony układ dynamiczny może być z a stą p io n y układem prostym , złożonym z elem entu o p ó źn ien ia i z elem entu in e rc y jn e g o pierw szego r z ę du. Zastępcze o późnienie oraz z a stę p c z ą s t a ł ą czasową s to s u je s i ę n a stę p n ie do o b lic z e n ia w ła sn o śc i o b ie k tu .
Sprawdzenie aproksym acji może być dokonane n a stę p u ją c o sp ro s t a pozioma poprowadzona na wysokości 6 3 ,2 % c a łk o w ite j zmiany, powinna dać w arto ść T, równą w p rz y b liż e n iu w a rto ś c i i lo r a z u
A y / Ń * J e ż e l i w a rto ść t a n ie sprawdza s i ę w g ra n ic a c h 15$, to alb o p r o s ta pochyła w punkcie p rz e g ię c ia krzywej w ykreślona j e s t n ie w ła śc iw ie , albo j e s t to przejaw poważnej n ie lin io w o ś c i u k ład u .
N astępnie n a le ż y o b liczy ćs
W spółczynnik opóźnienias R
N T T
u u
i d y i
W spółczynnik wzmocnienia: K = ; K = Ą r^~
X /I X Z Zł z
Powyższe dane s ą potrzebne do prac nad określeniem k o n stru k cyjnych parametrów i n s t a l a c j i ogrzewczej oraz d la doboru re g u l a t o r a i optymalnych w a rto śc i jego nastaw .
Przyjmowane skoki i warunki brzegowe
Badanie przebiegów fu n k c ji p r z e j ś c i a na modelu dokonywane było p rzy normalnych d la rzeczy w isteg o o b ie k tu w a rto śc ia c h w szyst
k ic h zmiennych, przy czym c a ły u k ład na początku utrzymywany b y ł w s ta n ie ustalonym .
Zakres zmian tem peratury zew nętrznej zaw arty b y ł między w arto ściam i -3°C i -20°C, a p r z e c ię tn ie -3°C do -12°C, przy u
126 Stan isław M ie rz w iń s k iJa n u s z Piotrow ski
trzym aniu tem p eratu ry wewnętrznej w normalnym d la s z k la r n i z a k r e s ie0
Przy badaniach wpływu tem peratury zew nętrznej ( t ) na pa»
ra m etry w nętrza s z k la r n i przyjmowano w arto ść s tru m ie n ia c ie p ła traconego drogą prom ieniow ania długofalow ego do atm osfery Q =
OZ
3 0 lub zachowywano stru m ień C) » c o n st przez c a ły czas po=?
. Z
m r a r u o
Przy badaniu wpływu zak łó ceń zew nętrznych na pomiary wnę=
t r z a sz k la rn i, d la d z ia ła ją c e j i n s t a l a c j i rurow ej zachodzi po~
tr z e b a utrzym ania s t a ł e j tem p eratu ry r u r (Ą , s c o n s t) , n a to m iast d la d z ia ła ją c e j i n s t a l a c j i ogrzew ania powietrzem s t a ł e j dostawy c ie p ła przez a p a ra ty ogrzew czo=w entyllsyjne (Q^™const) celem u n ik n ię c ia wpływu ty c h o s ta tn ic h na p rz e b ie g fu n k c ji p r z e j ś c i a o b ie k tu0
Przez zmianę skokową w spółczynnika c ie p ła (#k z) z powierz»
chni zew nętrznej s z k l a r r i do o to c z e n ia n a le ż y rozum ieć łą c z n ą zmianę p ręd k o ści w ia tru oraz zachm urzenia, p rzy czym można brać pod uwagę różne u d z ia ły obu ty ch w ielk u śc io Należy przy tym pam iętać, że przy zm ianie p ręd k o ści w ia tru zm ienia s i ę stru = mieli c ie p ła wymieniany przez i n f i l t r a c j ę , co mogłoby wpływać dodatkowo na fu n k c ję p r z e j ś c i a obiektu« S trum ień te n j e s t jed=
nak n ie w ie lk i w porównaniu z ca łk o w itą s t r a t ą c ie p ła i jego zm iana, ja k stw ierdzono w tr a k c ie pomiarów, p ra k ty c z n ie n ie od»
b i j a s i ę na odpowiedziach parametrów wnętrza«
4« Omówienie wyników badań modelowych
Wyniki badań analogowych d la s z k la r n i z dośw iadczalną in s ta » l a c j ą podano w p o s ta c i wykresów charalct ery s ty k bezwymiarowych na rysunkach 8 do 13 oraz na rysunku 14 d la te j s z k la r n i z tra d y c y jn ą in s ta la c ją « Wyznaczone param etry dynamiczne o b iek tu podano w ta b lic a c h 1 i 20 Przy rozpatryw aniu uzyskanych wyni=
ków nasuw ają s i ę n a stę p u ją c e sp o strz e ż e n ia ?
1 o Odpowiedzi tem p eratu ry o s z k le n ia na w szy stk ie zak łó c e n ia skokowe z b liżo n e s ą do odpowiedzi elem entu in e rc y jn e g o pier»
wszego rz ę d u , t z n0 bez czasu zwłoki oraz ze stosunkowo małą s t a ł ą czasową«
2« Odpowiedzi te m p eratu ry p o w ietrza w s z k la r n i zachowują s ię ja k odpowiedzi elem entu in e rc y jn e g o drugiego rz ę d u ,p rz y wy»
stępow aniu n ie w ie lk ie g o o p ó źn ien ia i małych s ta ły c h czasc»
Dynamiczne w łasn o ści s z k la r n i ja k o o biektu . . . 127
0 Q5 10 15 2,0 15
Ifcrs* 8* Bezwymiarowe charakterystyki skokowe szklarni t - f(tz) dla QR, ORP,i PP
0 0,6 W W 2 fi 2,5
Rys. 9« Bezwymiarowe charakterystyki skokowe szklarni
1 2 8 Stanisław Mierzwiński, Janusz Piotrow ski
aU
Rys. 10. Bezwymiarowe charakterystyki skokowe szklarni t - f (oC^) dla QR, OBP i QP
4
Rys. 11. Bezwymiarowe charakterystyki skokowe szklarni
^ - f(tz) dla OR, ORP i OP
O . •
Dynamiczne w łasn o ści s z k la r n i jak o o biektu •• 12 9
Rys. 12. Bezwymiarowe charakterystyki skokowe szklarni - ftt } dla GP i ORP
g w
0 Q5 W tS 2.0 25
Rys. 13. Bezwymiarowe charakterystyki skokowe szklarni lA - f(l/) dla OR i ORP
S ar
... odpowiedź na zmianę skokową tze
— odpowiedź tN m zmianę skokową
Rys» 14» Charakterystyki skokowe szklarni w Pszczynie z tra d y c y jn ą i n s t a l a c j ą [1j
StanisławMierzwiński, JanuszPiotrowski
Dynamiczne w łasn o ści s z k la r n i jak o obiektu . . . 131
O p
kcalh
50000
■25000_
Wydo/nośc / noęrzecvn/ce/
Q p -- -12500 k co ///r
©
Q p
w25 czas
Ąjra, 15, Charakterystyka skokowa szklarni uzyskana w rzeczywi
stym obiekcie tw <* i(O^) <H.a OP przy tz = + 1,0°C (31«1*1965)
1 3 2 S tan isław M ierzw iński, Januęz Piotrow ski
T a b lica 1 Dynamiczne odpowiedzi tem peratury w nętrza s z k la r n i
(o p ó ź n ie n ie /z a stę p c z a s t a ł a czasowa)
Skok
Ogrzewanie rurowe
Ogrzewanie pow ietrzne
Ogrzewanie rurow o- -pow ietrzne
sekundy sekundy sekundy
<0 ' ł w - _ -
NU
-p * r 40/410 - 40/360
o 5 -
•rl tz 110/740 160/480 180/620
O * k z 200/700 260/1340 160/1280
ł w — 100/2500 60/960
-pc
3 * r 280/2220 - 180/1520
hfcO t
z 920/2200 800/3080 1300/2800
a kz 1380/1840 840/3020 600/2340
O) ł w - 460 210
ao 720 — 360
i—i
¿2N t
z 460 600 500
OUl a kz 460 640 600
wych* Dodatek ogrzew ania pow ietrznego do ogrzew ania ru ro wego wprawdzie p rz y śp ie s z a r e a k c ję tem peratury w nętrza ifc ) n a zmianę tem p eratu ry zew nętrznej ( t ) , a le równocześnie p rz y s p ie s z a rów nież r e a k c ję tem peratury w nętrza na zmia
nę tem p eratu ry r u r grzejnych« Wpływ na tem p eratu rę w nętrza p o zo sta ły c h czynników klim atycznych, ja k prędkość w ia tru i zachm urzenie, reprezentow ane przez w spółczynnik w nikania
¡dynamiczne w łasn o ści s z k la r n i ja k o o b iek tu .»» 133
Tablica 2
Współczynnik wzmocnienia
^ ymax _ ^ ymax
x = 4 x s k o k ’ y = 4 z S k o k
Skok
Ogrzewanie rurowe
Ogrzewanie powietrzne
Ogrzewanie rurowo“
-powietrzne
grd/grd grd/grd grd/grd
<1>
N
V
- - --p 0,156 — 0,140
•Hi-* t
Z 0,455 0,489 0,307
OPi o c .
kz 0,105 0,208 0,271
tw - 0,210 0,187
-PP T?
r 0,0720 - 0,0675
PP
bO t
z 0,133 0,182 0,109
“ kz 0,0167 0,0560 0,107
<D
•H t
w - 0,377 0,208
P (1) i—1
PJN t
z
0,128
0,690 0,649
0,046 0,600
U3O
“ kz 0,176 0,232 0,318
ciepła jest przy ogrzewaniu powietrznym wyraźnie o-
KZ
słabiony. Zatem dodatek ogrzewania powietrznego wpłynie korzystnie na proces regulacji,, Wynika to wyraźnie z ry
sunku 15 przedstawiającego przejście w rzeczywistych wa
runkach szklarni [2] temperatury wnętrza (t ) do nowego
O 10 20 BO 40 50 60 70 BO
Rys. 16. Procentowe charakterystyki skokowe szklarni -i* -
t ( tj
dla GP, ORP, OR (porównaj z rys. 11)Dynamiczne w łasn o ści s z k la r n i jak o o b ie k tu » ,. 135
s ta n u równowagi c ie p ln e j ju ż po upływ ie kilku, m inut od c h w ili w y stą p ie n ia skoku w ydajności nagrzew nic.
3 . Odpowiedzi tem p eratu ry g ru n tu na w szy stk ie zab u rz e n ia sko
kowe można o k r e ś lić jak o odpowiedzi elem entu in e rc y jn e g o trz e c ie g o lu b wyższych rzędów z dość dużym opóźnieniem i dużą s t a ł ą czasową.
?ńzy d z ia ła n iu samego ogrzew ania pow ietrznego r e a k c ja g ru n tu j e s t n a jb a r d z ie j oporna, n a to m ia st dodanie go do ogrzew ania rurowego popraw ia wpływ tego o s ta tn ie g o na g ru n t
* a mianowicie zm n iejsza w artość z a s tę p c z e j s t a ł e j czasowej w fu n k c ji jjH - f ( # J przy połączonych ogrzew aniach (ORP) w sto su n k u do samego rurowego (opJ oraz zw iększa w artość z a s tę p c z e j s t a ł e j czasowej f u n k c ji A a f [ t ) i j J a f (cc )
g Z g 1ŁZ
p rzy ORP w sto su n k u do OR.
4 . Wobec te g o , że r e g u la to r e lim in u je wpływ zak łó ceń zew
n ę trz n y c h na warunki c ie p ln e w n ętrza s z k la r n i poprzez zmia
nę tem p eratu ry r u r ) , a r e a k c ja tem p eratu ry p o w ietrza na zmianę t e j w ie lk o śc i j e s t znacznie szy b sza a n i ż e l i r e a k c ja tem p eratu ry g ru n tu , tem p eratu rę p o w ie trz a n a le ż y u - znać za w ielk o ść regulow aną. Niemniej p rzeb ieg r e a k c j i g ru n tu j e s t na t y l e powolny, że wprowadzenie dodatkowej i n s t a l a c j i pod pow ierzchnią g ru n tu n ie spowoduje tru d n o ś c i w r e g u l a c j i tem p eratu ry p o w ietrza wewnętrznego.
5. Należy w ziąć pod uwagę, że b ad an ia modelowe obejmowały o - b ie k t szklarniow y w P szczynie z konkretnymi rozwiązaniami, i n s t a l a c j i [ 2 ] . W o b ie k c ie tym wykonana z o s ta ła doświad
c z a ln a i n s t a l a c j a jak o ogrzewanie rurow o-pow ietrzne (ORP).
Obserwowane o d d z ie ln ie s k ła d n ik i t e j i n s t a l a c j i t z n . i n s t a l a c j a rurowa (OR) oraz i n s t a l a c j a ogrzew ania p o w ietrz
nego (OP) n ie p o sia d a ły zatem p e łn e j p o trz eb n ej tam wydaj
ności. c i e p l n e j . W związku z tym uzyskanych wyników n ie moż
na je sz c z e p rz y ją ć jak o o g ó ln ie ważnych d la wyprowadzenia ilo ścio w y ch porównań między podanymi powyżej systemami, i n s t a l a c j i , ponieważ d la c h a ra k te ry s ty k i o b ie k tu ważny j e s t n ie ty lk o system i n s t a l a c j i , a le rów nież j e j moc.
Uwidacznia s i ę to w te n sposób, że param etry dynamicz
ne i n s t a l a c j i ORP n ie zawsze p r z y b ie r a ją w a rto śc i p o śred n ie w sto su n k u do odpowiednich w a rto ś c i p rzy i n s t a l a c j a c h OP i OR. Dla u zy sk an ia danych porównawczych n a le ż a ło b y przeprow adzić b ad an ia modelowe d la jednakowych nominalnych mocy powyższych i n s t a l a c j i .
13 6 S tan isław Ii/Łerzwińsld., Janusz P iotrow ski
6# Przeprowadzono pewną próbę elim inow ania wpływu mocy i n s t a l a c j i przez podanie c h a ra k te ry s ty k
h ' f ( t J 1
*W " f ( t 2) w zmienionym u k ła d z ie w spółrzędnych, a mianowicie na o s i o d c ię ty c h rz e c z y w isty czas odpow iedzi, a także pom inięto opóźnienie ( ry s 6 16 i 11) 0 Uzyskane w te n sposób zależn o ś c i w ykazują, wprawdzie w sposób p rz y b liż o n y , a le ju ż p ra widłowe uszeregow anie w łaściw ości i n s t a l a c j i ORP w sto su n ku do OP i ORr7 o W przypadku i n s t a l a c j i rurowych uw idoczni s i ę również wpływ ro z w iązan ia konstrukcyjnego na c h a ra k te ry sty k ę o b iek tu (śre d n ic e r u r , ic h ro zm ieszczen ie i u k ład p o łą c z e ń )# Dla
tego badania ta k ic h obiektów wskazane j e s t przeprowadzać d la pewnych w stępnie sprecyzowanych rozw iązań i n s t a l a c j i #
LITERATURA.
[ i J M ierzw iński S .s Warunki ogrzew ania s z k la rn i^ P ra c a do k to r
sk a , Gliwice 1963, B ib lio te k a P o lite c h n ik i Ś l ą s k i e j . [2 J M ierzwiński S ., Jedynak M., Turkiewicz K.s Badania c ie p l
ne w s z k la r n i z dośw iadczalną i n s t a l a c j ą ogrzewczą# Zesz.
Nauk# P o lite c h « Ś lą s k ie j Inż# San. Nr 9.
[3 ] Eckman W.s R egulacja automatyczna procesów przemysłowych Warszawa 1961, WNT0
wa 1964, WNTo Dobór r é g u l â t orów autom atycznych, Warsza-
Dynamiczne w lasn o sci s z k la r n i ja k o obiektUo « « 1 3 7
ÆGIAMFIECKHE C3ÖKCT3A TEIUMUI
3 m S C T S E TEIUIOBOrO OEEEKTA PETyJMPOBKH TEMTiEPATypiI
P e 3 M m e
O ö cy x n e m i pe3yjn>T aT H M ccjreaoBaH K ii h s ä jumaMHHecKHMH c b o ë c t b h m h o rp e B a e M o ä T e - iuucuh b K a a e c T B e T e n Jio B o ro o Ö teK T a peryjm p oB K H T e m e p a T y p H .
3 t h KccJteÄOBaHHH npoBojoumct aacTuaHO Ha oöi>eKTe, a aacTiiaHO np« ynoTpeÖJie- hhh aHaJioroBoä m xem Teiunma.
IIojoyaeHH ÄHHaMHaecKHe xapaK T ep ucT H K H H ap aw eT p o B , xapaKTepst3yM ii(ne T e ra io B o e COOTQHHHe BHyrpeHHOOTH TeiUBÜIH RJŒI Tp&C CHCTeM OTOnHTeJTiHHX yCTaHOBOK, a T a ra te Æ®ï pa3HHX KJDTMaTKHeCKHX yCÆOBHH.
O öcyxw eH a h p h t ö ä h o c t b K ccjiesoBaH H H X OTomrreJEbHux cu cT eM b j h n o T p eÖ H O cieä
aBTOMaTH3aiora oTomreHUH remnnoi.
CHJie3CKHä nOJMTeXHHHeCKHË KHCTHTyT Kaÿeapa OTOiuieHKH x B e m K J i a m x
DYNAMO CHARACTERISTIC OP HEATED GLASSHOUSE AS A CONTROLLED MEMBER OP TEMPERATURE CONTROL
S u m m a r y
Th8 pap er d isc u s s e s th e r e s u l t s o f re s e a s c h on dynamic cha
r a c t e r i s t i c o f g la ssh o u se , as a therm al c o n tr o lle d member o f tem p eratu re c o n tr o l.
The measurements were ta k e n on a c tu a l o b je c t as w e ll as on analogy model0
Dynamic c h a r a c t e r i s t i c s were o b ta in e d o f param eters des
c rib in g th erm al c o n d itio n s o f th re e h e a tin g system s w ith r e l a t i o n to w eather c o n d itio n s .
The paper d is c u s s e s a ls o th e p r a c t i c a b i l i t y o f th o se hea
tin g system s f o r au to m atic c o n tr o l.
S i l e s i a n T ech n ical U n iv e rsity a t Gliwice C h air o f H eating and V e n tila tio n
