AUTOMATYZACJA AUTOMATYZACJA
ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ CIEPŁA W BUDOWNICTWIE CIEPŁA W BUDOWNICTWIE
JEDNORODZINNYM JEDNORODZINNYM
Ćwiczenie 4
Układy automatycznej regulacji systemów Układy automatycznej regulacji systemów
zasilanych kolektorami
zasilanych kolektorami słonecznymi. słonecznymi.
Zasada działania Zasada działania
• W normalnie zmiennych warunkach nasłonecznienia oraz akumulacji ciepła w zasobniku praca pompy jest celowa wówczas, gdy temperatura wody w kolektorze jest wyższa o kilka stopni od temperatury wody w zasobniku. W innym przypadku praca pompy byłaby bezużyteczna, nawet mogłaby powodować chłodzenie wody w kolektorze.
• Elementem do sterowania pompy jest regulator, dla którego sygnałem jest różnica między temperaturą wody w górnej części kolektorów a temperaturą wody w zasobniku.
• Oprócz termostatu różnicowego do włączenia i wyłączenia pompy, instalacje słoneczne wyposażone są w urządzenia do sterowania dodatkowymi źródłami ciepła.
Zasada działania Zasada działania
• Sterowanie pracą systemu solarnego odbywa się więc na następującej prostej zasadzie: należy cały czas mierzyć temperaturę w absorberze kolektora i odbiorniku ciepła i jeśli tylko będzie ona wyższa niż temperatura odbiornika, należy włączyć pompę obiegową, która spowoduje przepływ ogrzanego płynu solarnego do chłodniejszego odbiornika.
• Dlatego nieodłącznym elementem instalacji solarnej są czujniki temperatury. Do tego celu używane są czujniki elektryczne. Są to elementy o zmiennej rezystancji w zależności od temperatury. Czujniki te są umieszczane w tulei metalowej, z której wychodzi przewód łączący czujnik z regulatorem.
• Każdy system solarny musi być wyposażony przynajmniej w dwa czujniki. Pierwszy służy do odczytywania temperatury kolektora, drugi zaś mierzy temperaturę w zasobniku, który ma być podgrzewany.
Informacja z czujników temperatury jest przesyłana do regulatora solarnego, a jego zadaniem jest włączenie w odpowiednim momencie pompy cyrkulacyjnej.
Zasada działania Zasada działania
• Najczęściej stosowane są sterowniki progowe z dwoma czujnikami temperatury, z których jeden umieszczany jest przy dnie zbiornika magazynującego, w pobliżu wylotu z wymiennika ciepła, drugi zaś przymocowany jest do płyty absorbera kolektora w pobliżu króćca wylotowego.
• W czasie pracy instalacji różnica temperatury między tymi czujnikami równa jest w przybliżeniu przyrostowi temperatury czynnika w kolektorze.
• Jeżeli pompa nie pracuje, czujnik w kolektorze pokazuje temperaturę płyty absorbera, której wartość kształtowana jest przez aktualne warunki zewnętrzne – temperaturę otoczenia i gęstość padającego na kolektor promieniowania słonecznego.
• Włączanie pompy obiegowej powinno nastąpić po przekroczeniu pewnego progowego przyrostu temperatury ΔTzał. Z kolei ten sam układ kontroli powinien wyłączyć pompę, gdy przyrost temperatury wody w kolektorze spadnie poniżej drugiej progowej wartości ΔTwył
Zasada działania Zasada działania
• Wartość różnicy temperatury powodującej włączenie pompy ΔTzał nie może być zbyt mała, gdyż spowoduje to oscylacje systemu (częste włączanie i wyłączanie).
• Nie przyjmuje się nigdy mniejszej różnicy włączającej pompę, niż ΔTzał = 5ºC, ale przyjęcie nawet ΔTzał = 20ºC praktycznie nie zmniejsza ciepła użytecznego zebranego przez kolektor w ciągu całego dnia, gdyż pojemność cieplna, a zarazem bezwładność cieplna absorbera kolektora jest znikomo mała w porównaniu z bezwładnością całego układu i skalą czasową zmiany warunków otoczenia.
• Przy ustalonym już przyroście temperatury włączenia można oszacować wartość ΔTwył.
• Czasami w instalacjach słonecznych aktywnych praca instalacji jest sterowana przez zmianę obrotów pompy (strumienia masy czynnika przepływającego przez kolektory). Jest to tzw. sterowanie proporcjonalne.
Zabezpieczenia Zabezpieczenia
• Regulator solarny, oprócz wcześniej wymienionych funkcji, ogranicza wartość maksymalnej temperatury w zbiorniku i kolektorze.
• Szczególnie niebezpiecznym jest stan stagnacji, gdy kolektor nie pracuje, nie ma odbioru ciepła, a napromieniowanie słoneczne jest duże. Dzieje się tak na przykład w lato, kiedy użytkownicy instalacji przykładowo wyjadą na dwutygodniowy urlop.
• Istnieje wówczas zagrożenie zagotowania się czynnika grzewczego i jego parowania.
• Ustawiana jest w regulatorze maksymalna wartość, do jakiej może wzrosnąć temperatura kolektora. Gdy zostanie osiągnięta ustawiona temperatura wymagana podgrzewacza, następuje wyłączenie pompy obiegu solarnego.
Zabezpieczenia Zabezpieczenia
• Jeżeli temperatura cieczy w kolektorze wzrośnie do poziomu ustawionej wartości maksymalnej, pompa obiegu solarnego zostanie włączona na tak długo, aż temperatura spadnie o 5 K poniżej wartości maksymalnej.
• Temperatura wody w podgrzewaczu może przy tym dalej wzrastać, jednak tylko do 90ºC.
• Wieczorem pompa kontynuuje pracę dotąd, aż pojemnościowy podgrzewacz wody za pośrednictwem kolektora i przewodów rurowych zostanie schłodzony do ustawionej temperatury wymaganej.
• Należy zagwarantować bezpieczeństwo instalacji solarnej także w przypadku przekroczenia wszystkich temperatur granicznych i dalszego wzrostu temperatury kolektora poprzez odpowiednie zwymiarowanie naczynia wzbiorczego oraz dobór zaworów bezpieczeństwa i zaworów zwrotnych.
Schemat przykładowej instalacji solarnej z Schemat przykładowej instalacji solarnej z
regulatorem
regulatorem
Schemat przykładowej instalacji solarnej z pompą ciepła
Schemat przykładowej instalacji solarnej z pompą ciepła
Zadania regulatora pompy ciepła Zadania regulatora pompy ciepła
• Do zadań regulatora pompy ciepła należą:
• pomiar temperatury w pomieszczeniu,
• pomiar temperatury zewnętrznej,
• pomiar temperatury górnego źródła,
• pomiar temperatury dolnego źródła,
• regulacja pracy pompy ciepła oraz zaworów trójdrogowych, w tym zaworu rozdzielającego przepływ czynnika z kolektorów słonecznych do zasobnika ciepłej wody użytkowej oraz do wymiennika wspomagającego dolne źródło pompy ciepła.
Zabezpieczenia Zabezpieczenia
• Do regulatora należą następujące zadania:
• badanie najniższej dopuszczalnej temperatury źródła ciepła,
• sprawdzanie czy układ grzewczy odbiera przesyłane ciepło,
• kontrola szczelności obiegu wewnętrznego
• oraz nadzór nad czasem pracy sprężarki.
• rejestracja wszystkich istotnych parametrów, które potrzebne są do celów diagnostycznych w przypadku ewentualnej awarii systemu. Wtedy osoba posiadająca odpowiednie kwalifikacje jest w stanie odczytać krok po kroku wszystkie stany nadzwyczajne z okresu przed awarią oraz w chwili jej wystąpienia i na tej podstawie może łatwo wskazać miejsce instalacji, odpowiedzialne za ten stan rzeczy.
• Rejestracja stanów nadzwyczajnych jest także potrzebna do ustalenia ważności gwarancji. W pamięci regulatora są zachowane (także przy zaniku napięcia) wszystkie niezbędne dane, za pomocą których można łatwo określić chwilę włączenia do eksploatacji, sumaryczny czas pracy, liczbę i rodzaj występujących błędów, w tym także błędów obsługi.
