Automatyzacja w klimatyzacji i Automatyzacja w klimatyzacji i ciepłownictwie ciepłownictwie

Automatyzacja w klimatyzacji i Automatyzacja w klimatyzacji i

ciepłownictwie ciepłownictwie

Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenia audytoryjne

Prowadzący:

Jan Syposz

Ćwiczenie 3

Ćwiczenie 3 –– automatyzacja centrali automatyzacja centrali klimatyzacyjnej

klimatyzacyjnej

Schemat układu automatycznej regulacji

T

M ΔP

T

T

M

ΔP

T T

H T H

ΔP M

+ - +

~

K

NT T H

T H

T T

M

AI AO DI DO

~

Z/W-I/II bieg DO+AO+DI) Z/W-I/II bieg (DO+AO+DI) TK/NTC

TK/NTC

7 4 5 6 Tn=f(Tw),

Tw=f(Tz)

A0R

Klasyfikacja układów sterowania Klasyfikacja układów sterowania

Ze względu na pełnione funkcje:

-układy regulacyjne,

-układy zabezpieczające,

-układy optymalizujące.

Regulacja temperatury powietrza w Regulacja temperatury powietrza w

pomieszczeniu pomieszczeniu

W zależności od struktury układu może być stosowana regulacja:

- pośrednia,

- bezpośrednia (prosta i sekwencyjna),

- nadążna (kaskadowa).

Regulacja pośrednia temperatury powietrza w pomieszczeniu (stałowartościowa powietrza

nawiewanego)

Regulacja pośrednia polega na utrzymaniu stałej wartości temperatury powietrza nawiewanego. W przypadku zmian wartości wewnętrznych i

zewnętrznych zakłóceń (strat, zysków ciepła) nie ma możliwości uzyskania stałej temperatury wewnętrznej. Regulacja może być stosowana przy

dopuszczeniu dużych wahań temperatury powietrza wewnętrznego t^i.

Wahania temp. wewnętrznej można kompensować poprzez automatykę instalacji c.o. wodne.

+

T

w y_m u

y

1

2

3 4

5 z₁

z₂

Regulacja bezpośrednia temperatury powietrza Regulacja bezpośrednia temperatury powietrza

wewnętrznego (stałowartościowa) wewnętrznego (stałowartościowa)

Regulacja bezpośrednia polega na utrzymywaniu temperatury wewnętrznej jako stałej wartości regulowanej.

Wielkością mierzoną może być temperatura powietrza:

-wewnętrznego (wady , zalety), - wywiewanego, (wady , zalety),

- z ewentualnym ograniczeniem zakresu zmian temperatury

powietrza nawiewanego (np. 12 i 24 °C).

Regulacja bezpośrednia prosta Regulacja bezpośrednia prosta tt

Układ regulacji temperatury powietrza w wentylowanym pomieszczeniu.

Regulator w zależności od wartości temperatury powietrza w pomieszczeniu wysyła sygnał nastawiający do siłownika nagrzewnicy.

T

y w u_g

y=t_i

Regulacja bezpośrednia prosta

Regulacja bezpośrednia prosta tt

Regulacja bezpośrednia z utrzymywaniem jako stałej wartości regulowanej temperatury powietrza wywiewanego z ograniczeniem temperatury

powietrza nawiewanego (t^Nmax.i t^Nmiń. np. 12 i 24 °C).

Zalety: duża dynamika pomiaru, niższy koszt okablowania i czujników.

T

T

R y₁ u₁

t_i t_W

t_N y₂

Regulacja bezpośrednia sekwencyjna Regulacja bezpośrednia sekwencyjna

Układ regulacji temperatury powietrza w wentylowanym pomieszczeniu.

Regulator w zależności od wartości temperatury powietrza w pomieszczeniu wysyła sygnał nastawiający do siłownika nagrzewnicy lub do siłownika chłodnicy.

Załączanie tych sygnałów odbywa się sekwencyjnie (dwa urządzenia wykonawcze)

T

y w u_ch

u_g

y=t_i

Regulacja bezpośrednia sekwencyjna z Regulacja bezpośrednia sekwencyjna z odzyskiem ciepła w postaci recyrkulacji odzyskiem ciepła w postaci recyrkulacji

Sterowanie odzyskiem ciepła Tw>Tzew(chłodu Tw<Tzew)

Tw

+ T

-

Regulacja bezpośrednia sekwencyjna z Regulacja bezpośrednia sekwencyjna z odzyskiem ciepła w postaci recyrkulacji odzyskiem ciepła w postaci recyrkulacji

Regulator w zależności od wartości temperatury powietrza w pomieszczeniu wysyła sygnał nastawiający do siłowników przepustnic powietrza, do siłownika nagrzewnicy lub do siłownika chłodnicy.

Załączanie tych sygnałów odbywa się sekwencyjnie (trzy urządzenia wykonawcze)

Priorytetowy jest odzysk ciepła i chłodu z powietrza wywiewanego poprzez recyrkulację (największa dopuszczalna, nie 100%).

Następnie ogrzewanie lub chłodzenie powietrza nawiewanego (nagrzewnica wodna zimą, chłodnica latem).

Oszczędności na energii cieplnej i chłodniczej.

20°C Ti °C

RECYRKULACJA CHŁODU

CHŁODNICA NAGRZEWNICA

RECYRKULACJA CIEPŁA

Regulacja nadążna kaskadowa Regulacja nadążna kaskadowa

Regulacja nadążna kaskadowa stosowana jest do regulacji temperatury w systemach wentylacji i klimatyzacji w celu uzyskania wysokiej jakości regulacji poprzez kompensację własności dynamicznych obiektu regulacji.

W procesie regulacji zakłada się kaskadowe działanie dwu regulatorów, regulatora głównego (wiodącego) oraz regulatora pomocniczego (nadążnego).

Obydwa regulatory w regulatorach cyfrowych mogą być zaprogramowane w jednym urządzeniu.

Schemat układu kaskadowej regulacji temperatury Schemat układu kaskadowej regulacji temperatury

powietrza w pomieszczeniu wentylowanym powietrza w pomieszczeniu wentylowanym

Temperatura powietrza nawiewanego t_N (jako wielkość pomocnicza y₁) utrzymywana jest przez regulator 1 na poziomie zadawanym przez regulator 2 nadążnie za aktualną wartością temperatury powietrza wywiewanego t_W (główna wielkość regulowana y₂).

T

T

1 y₁

w=t_i u₁

t_i t_W

t_N

2 y₂ u₂

Przykład zastosowania regulacji Przykład zastosowania regulacji

kaskadowej kaskadowej

Wykres zależności temperatury powietrza nawiewanego od temperatury powietrza wywiewanego stosowany w układach regulacji kaskadowej, w klimatyzacji komfortu

(Δti=±1K)

t_W [°C]

t_N[°C]

30 t_{N max}

t_i 12

-Δt +Δt

t_{N min}

a b

-1K t_i +1K t_{N max}

t_{N min} t_N

t_W t_N=f(±Δt)

Regulacja kaskadowa Regulacja kaskadowa

Regulacja kaskadowa korzystna jest szczególnie wówczas gdy własności dynamiczne obu obwodów regulacji różnią się znacznie między sobą.

Dzięki małej inercyjności pierwszego obiektu regulacji (nagrzewnica powietrza) mimo dużej bezwładności cieplnej głównego obiektu regulacji (pomieszczenie wraz z instalacją wentylacyjną) stosując regulację kaskadową można znacznie poprawić własności dynamiczne układu regulacji i uzyskać wysoką jakość regulacji.

Zakres automatyzacji

Zakres automatyzacji – – realizowane funkcje realizowane funkcje

1. Regulacja temperatury powietrza w pomieszczeniu:

W zależności od struktury układu może być stosowana regulacja:

a) pośrednia,

b) bezpośrednia (prosta i sekwencyjna) c) regulacja kaskadowa (tn = f(tw)).

2. Zdalna korekta wartości zadanej temperatury

3. Zdalne załączanie/wyłączanie urządzenia wentylacyjnego

(jednoczesne załączenie wentylatora nawiewnego i wywiewnego) 4. Przełączanie obrotów silników wentylatorów (I bieg/II bieg).

Zakres automatyzacji

Zakres automatyzacji – – realizowane funkcje realizowane funkcje

5. Płynna regulacja wydajności wentylatorów (falownik – przetwornik częstotliwości).

6. Załączanie pompy cyrkulacyjnej przy nagrzewnicy.

7. Zabezpieczenie nagrzewnicy wodnej przed zamrożeniem (termostat przeciwzamrożeniowy, minimum 10% otwarcia zaworu regulacyjnego zimą).

8. Funkcja „odmrażania”( wentylator stop, przepustnica 0% otwarcia, zawór regulacyjny 100% otwarcia –sygnalizacja awarii).

9. W centralach dachowych dodatkowe grzałki elektryczne przy

nagrzewnicy oraz przewody grzejne z termostatem wzdłuż rurociągów wodnych.

10. Sterowanie przepustnicą powietrza zewnętrznego (siłownik z funkcją bezpieczeństwa).

Zakres automatyzacji

Zakres automatyzacji – – realizowane funkcje realizowane funkcje

10. Zabezpieczenie silnika wentylatora przed zerwaniem klinowych pasków napędowych (presostaty wentylatorów przy spadku sprężu wyłączają silniki – sygnalizacja awarii, dobór nastawy presostatu).

11. Sygnalizacja zabrudzenia filtra powietrza (presostat filtra).

12. Sygnalizacja pracy/awarii silników wentylatorów.

13. Zabezpieczenie silników wentylatorów od zwarć i przeciążeń (przegrzania): zabezpieczenia elektryczne i czujniki temperatury uzwojenia silnika.

14. Regulacja wilgotności powietrza w pomieszczeniu (na wywiewie z ograniczeniem wilgotności na nawiewie).

15. Sterowanie pracą nawilżacza parowego (załącz/wyłącz wytwornicę, zaworem regulacyjnym na przewodzie parowym, termostat

nawilżacza dla T<Tn).

Napęd wentylatora ze sprzęgłem paskowym

Napęd wentylatora ze sprzęgłem paskowym

Zakres automatyzacji

Zakres automatyzacji – – realizowane funkcje realizowane funkcje

16. Sterowanie chłodzeniem:

- załączanie /wył. agregatu chłodnicy freonowej (typu split), - sterowanie zaworem regulacyjnym chłodnicy wodnej,

- załączanie do pracy agregatu ziębniczego i pompy wody lodowej, - termostat powietrza zewnętrznego zezwalający na pracę agregatu ziębniczego,

17. Sterowanie pracą nagrzewnicy wstępnej: stałowartościowa regulacja temperatury powietrza tn=9°C.

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --

sterowanie odzyskiem ciepła sterowanie odzyskiem ciepła

A. Recyrkulacja: płynne sterowanie przepustnicami W+C- sygnał AO oraz zał/wył .

Warunkiem załączenia odzysku jest Tw>Tzew, (2xAI)

+ T

T

Tw

Tzew

T

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --

sterowanie odzyskiem ciepła sterowanie odzyskiem ciepła

B. Wymiennik krzyżowy: płynne sterowanie przepustnicami ( wymiennik plus obejście („by-pass”) – sygnał AO.

Recyrkulacja rozruchowa przepustnicami: zał./wył. –DO

Zabezpieczenie przed oszronieniem: tw, ∆p,

M

M

M

T

M M M

∆p

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --

sterowanie odzyskiem ciepła sterowanie odzyskiem ciepła

C. Wymiennik obrotowy: płynne sterowanie obrotami lub napędem dwu-, (trzy-)biegowym – sygnał AO lub 2(3)xDO.

Odszranianie: AI, DI.

M

Δp T

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --

sterowanie odzyskiem ciepła sterowanie odzyskiem ciepła

D. Wymiennik z czynnikiem pośrednim (glikolowy): sterowanie zaworem regulacyjnym (sygnał AO) oraz zał/wył pompą cyrkulacyjną (DO)

T Tg≥-2°C

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --zabezpieczenie zabezpieczenie przed szronieniem i

przed szronieniem i odszranianie odszranianie wymienników wymienników

• Niewielkie szronienie obniża jedynie sprawność układu odzysku ciepła i powoduje wzrost oporów przepływu powietrza.

• Silne zaszronienie powoduje niedrożność wymiennika oraz może spowodować jego uszkodzenie mechaniczne.

• W praktyce nie dopuszcza się do silnego zaszronienia powierzchni albo stosuje się cykliczne odszranianie.

• Sterowanie procesem odszraniania może być realizowane przy zastosowaniu sterowania programowego ze ściśle określonym cyklem czasu pracy i czasu odszraniania. Czasy te powinny być ustalone dla najbardziej niekorzystnych warunków pracy układu.

• Dodatkowo w takim przypadku stosuje się termostat lub czujnik temperatury powietrza zewnętrznego uniemożliwiający załączenie cyklu odszraniania powyżej zadanych temperatur powietrza zewnętrznego.

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --zabezpieczenie zabezpieczenie przed szronieniem i

przed szronieniem i odszranianie odszranianie wymienników wymienników

• Zabezpieczenie przed zaszronieniem wymienników może być realizowane poprzez kontrolę oporów (stratę ciśnienia) wymiennika po stronie powietrza wywiewanego oraz pomiar temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem.

• Np. zarejestrowany przez presostat różnicy ciśnień wzrost oporów wymiennika inicjuje proces odszraniania. Proces odszraniania zostanie zakończony gdy temperatura powietrza za wymiennikiem osiągnie wartość 4 do 5ºC.

• Możliwe jest także stałe utrzymywanie temperatury powietrza za wymiennikiem powyżej 5ºC, powoduje to jednak obniżenie jego sprawności.

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --zabezpieczenie zabezpieczenie przed szronieniem i

przed szronieniem i odszranianie odszranianie wymienników wymienników

• Wymienniki obrotowe:

• - zwykłe wirniki aluminiowe muszą być odszraniane gdy temperatura powietrza zewnętrznego jest niższa od -8 ºC,

• - wirniki z powłoką higroskopijną muszą być odszraniane gdy temperatura powietrza zewnętrznego jest niższa od -18 ºC.

• Odszranianie na zasadzie programowania czasowego może być realizowane poprzez obniżenie obrotów silnika wentylatora nawiewnego (metoda ta może powodować powstanie podciśnienia w wentylowanym obiekcie) lub redukcję obrotów wirnika wymiennika.

• Zabezpieczenie przed zaszronieniem wymienników może być realizowane poprzez kontrolę oporów (stratę ciśnienia) wymiennika po stronie powietrza wywiewanego oraz pomiar temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem.

• zarejestrowany przez presostat różnicy ciśnień wzrost oporów wymiennika inicjuje proces odszraniania. Proces odszraniania zostanie zakończony gdy temperatura powietrza za wymiennikiem osiągnie wartość 4 do 5ºC.

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -- zabezpieczenie przed szronieniem i

zabezpieczenie przed szronieniem i odszranianie odszranianie wymienników:

wymienników:

• Wymienniki płytowe:

• - wymagają odszraniania gdy temperatura powietrza zewnętrznego spada poniżej - 3 ºC,

• - odszranianie realizowane jest poprzez zmianę ilości powietrza świeżego na wymienniku (zmniejszenie) i obejściu wymiennika (zwiększenie).

• Odszranianie może być realizowane jako programowe lub poprzez kontrolę oporów wymiennika oraz temperaturę powietrza za wymiennikiem na wywiewie.

• Wymienniki ciepła z czynnikiem pośredniczącym:

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --zabezpieczenie przed zabezpieczenie przed szronieniem i

szronieniem i odszranianieodszranianie wymienników:wymienników:

• Wymienniki ciepła z czynnikiem pośredniczącym:

• W układach tych nie stosuje się odszraniania lecz zabezpiecza przed szronieniem przez regulację temperatury glikolu tak aby temperatura glikolu przed wymiennikiem na wywiewie nie spadła poniżej -2°C.

• Do regulacji temperatury glikolu wykorzystuje się zawór trójdrogowy przeznaczony głównie do regulacji temperatury powietrza.

KONIEC KONIEC

do zobaczenia za DWA tygodnie

J