Urządzenia wentylacyjne i klimatyzacyjne z nagrzewnicami strefowymi o stałych i
zmiennych przepływach powietrza
Powietrze uzdatniane w jednym, centralnym urządzeniu wentylacyjnym bądź klimatyzacyjnym może prawidłowo kształtować mikroklimat w kilku do kilkunastu pomieszczeniach gdy ich charakterystyki cieplne są podobne. Podobieństwo to powinno dotyczyć zarówno wielkości jak i dynamiki wahań obciążeń cieplnych. W takim przypadku możliwa jest regulacja parametrów pracy urządzeń oraz procesów uzdatniania powietrza w oparciu o średnie parametry powietrza wywiewanego i nawiewanego do wszystkich pomieszczeń.
Jednak takie warunki spełnione są rzadko. Zwykle poszczególne pomieszczenia bądź niewielkie ich grupy wymagają indywidualnego kształtowania parametrów powietrza nawiewanego o zmiennych stanach fizycznych dostosowanych do chwilowych obciążeń cieplnych i wilgotnościowych.
Zatem system wentylacji bądź klimatyzacji powinien mieć możliwość indywidualnych reakcji adekwatnych do zmian obciążeń cieplnych i wilgotnościowych zachodzących w poszczególnych pomieszczeniach. Jednym z takich systemów jest wentylacja bądź klimatyzacja realizowana za pomocą urządzeń z nagrzewnicami strefowymi. Urządzenia te mogą być ze stałymi bądź zmiennymi strumieniami powietrza. Ze względu na sterowanie, urządzenia z nagrzewnicami strefowymi można podzielić na:
urządzenia z pośrednią regulacją części centralnej i bezpośrednią regulacją części strefowej.
●
urządzenia z pełną regulacją bezpośrednią.
●
Z uwagi na wykorzystanie energii z powietrza wywiewanego omawiane urządzenia można podzielić na urządzenia:
z otwartym przepływem powietrza,
●
z recyrkulacją powietrza wywiewanego,
●
z odzyskiem energii w wymiennikach (regeneracyjnych, rekuperacyjnych, z czynnikiem
●
pośredniczącym).
Obecnie stosowane są zwykle urządzenia z pośrednią regulacją części centralnej i bezpośrednią regulacją części strefowej. Niemniej jednak zaczęto stosować urządzenia z regulacją bezpośrednią. Z uwagi na możliwości jakie stwarza pełna regulacja bezpośrednia należy liczyć się z coraz
powszedniejszym stosowaniem urządzeń strefowych z taką regulacją.
Urządzenia z pośrednią regulacją części centralnej
Na rysunku 1 przedstawiono schemat urządzenia wentylacyjnego z otwartym przepływem powietrza i nagrzewnicami strefowymi. Centrala wentylacyjna sterowana jest regulatorem temperatury Rt.
Regulator ten steruje procesami podgrzewania i chłodzenia powietrza w nagrzewnicy N i chłodnicy CH w funkcji temperatury zewnętrznej. Temperatura powietrza na wyjściu z centrali wentylacyjnej mierzona jest czujnikiem temperatury powietrza Ct i temperatura ta jest ustalana oraz regulowana w funkcji temperatury powietrza zewnętrznego.
Rysunek 1.Schemat układu wentylacyjnego z otwartym przepływem powietrza, nagrzewnicami strefowymi oraz pośrednią regulacją części centralnej i bezpośrednią strefowej.
W okresach zimowych nagrzewnica N w centrali oraz nagrzewnice strefowe N1, N2 i N3 pracują zapewniając wymagane temperatury powietrza nawiewanego do poszczególnych pomieszczeń.
Regulacja indywidualnego podgrzewania powietrza do wymaganych temperatur nawiewu realizowana jest regulatorami Rtp w nagrzewnicach strefowych N1, N2 i N3. W okresach letnich powietrze chłodzone w centrali wentylacyjnej może być nawiewane bezpośrednio do pomieszczeń lub po podgrzaniu w nagrzewnicach strefowych. Podgrzewanie powietrza w nagrzewnicach strefowych nie jest potrzebne w przypadkach gdy bilanse cieplne zbliżone są do maksymalnych.
Natomiast przy obniżonych bilansach cieplnych pomieszczeń konieczne jest podgrzewanie powietrza w nagrzewnicach strefowych. W okresach letnich uzdatnianie powietrza w centrali (jego ochładzanie) jest niezależne od pracy nagrzewnic strefowych. W okresie letnim mogą być sytuacje, że powietrze wentylujące po ochłodzeniu w centrali podgrzewane jest we wszystkich nagrzewnicach strefowych do wymaganych indywidualnych temperatur nawiewnych. W omawianym urządzeniu część wspólna, centralna, sterowana jest pośrednio w funkcji temperatury zewnętrznej, natomiast części strefowe - bezpośrednio sygnałami z pomieszczeń.
Na rysunku 2 przedstawiono schemat urządzenia wentylacyjnego z otwartym przepływem powietrza oraz strefowymi nagrzewnicami i regulatorami przepływu powietrza.
Rysunek 2. Schemat układu wentylacyjnego z otwartym przepływem powietrza, strefowymi nagrzewnicami i regulatorami przepływu oraz pośrednią regulacją części centralnej.
Centrala wentylacyjna sterowana jest regulatorem temperatury Rt. Regulator ten steruje procesami podgrzewania i chłodzenia powietrza w nagrzewnicy N i chłodnicy CH w funkcji temperatury zewnętrznej. Temperatura powietrza na wyjściu z centrali wentylacyjnej mierzona jest czujnikiem temperatury powietrza Ct i zadawana jest w funkcji temperatury zewnętrznej.
Regulator ciśnienia Rc, niezależnie od wartości strumienia powietrza nawiewanego utrzymuje w miejscu zainstalowania czujnika ciśnienia Cc stałe ciśnienie powietrza. Uzyskiwane jest to przez płynną regulację wentylatora nawiewnego. Wentylator wywiewny sterowany jest odpowiednio do wentylatora nawiewnego. Czyli wydajność wentylatora wywiewnego odpowiada wydajności wentylatora nawiewnego.
W okresie letnim powietrze zewnętrzne ochładzane jest do wartości zależnej od temperatury powietrza zewnętrznego i o takiej dopływa do strefowych regulatorów przepływu powietrza. Przy maksymalnych bilansach cieplnych maksymalny dla całej strefy strumień powietrza przepływa przez regulatory strefowe do pomieszczeń. Przy zmniejszaniu się bilansu cieplnego następuje ograniczenie przepływu powietrza do wartości utrzymującej przyjęty maksymalny przyrost temperatury powietrza.
To zmniejszanie strumienia powietrza wentylującego następuje do osiągnięcia wartości minimalnej (dla danego pomieszczenia). Następnie przy minimalnym strumieniu powietrza wentylującego i dalszym obniżaniu się bilansu cieplnego utrzymanie temperatury powietrza w pomieszczeniach uzyskuje się przez jego podgrzewanie w nagrzewnicach strefowych do indywidualnie wymaganych temperatur nawiewu w poszczególnych strefach.
W okresie zimowym regulacja przepływu powietrza jest podobna jak w okresie letnim. Po obniżeniu strumieni powietrza do wartości minimalnych (np.: Vmin = 0,5×V), przy tendencji do obniżenia temperatury w pomieszczeniach poniżej zadanej, następuje włączenie nagrzewnic strefowych i podgrzewanie powietrza nawiewanego do wymaganej temperatury w każdej strefie.
Wzrost temperatury powietrza w pomieszczeniu powoduje ograniczenie mocy nagrzewnicy strefowej do jej wyłączenia. Dalsze utrzymywanie się temperatury powietrza w pomieszczeniu powyżej zadanej
powoduje wzrost strumienia powietrza wentylującego strefę.
Należy zaznaczyć, że zadana temperatura powietrza uzdatnionego w centrali mierzona czujnikiem Ct jest zawsze niższa od temperatury powietrza w pomieszczeniach. Można przyjmować, że różnica ta odpowiada maksymalnemu przyrostowi temperatury powietrza nawiewanego w pomieszczeniach.
Na rysunku 3 przedstawiono schemat urządzenia klimatyzacyjnego ze stałymi strumieniami
powietrza klimatyzującego z recyrkulacją powietrza wywiewanego, nagrzewnicami strefowymi oraz pośrednim sterowaniem części centralnej urządzenia i bezpośrednim nagrzewnic strefowych.
Rysunek 3. Schemat układu klimatyzacyjnego ze stałym przepływem powietrza z recyrkulacją powietrza wywiewanego nagrzewnicami strefowymi oraz pośrednią regulacją części centralnej i
bezpośrednią nagrzewnic strefowych.
Procesy uzdatniania powietrza w centrali klimatyzacyjnej, nagrzewnicach strefowych oraz jego przemiany w pomieszczeniach klimatyzowanych przy warunkach obliczeniowych okresu zimowego i letniego pokazano na wykresie i-x na rysunku 4.
W warunkach obliczeniowych pomieszczenia klimatyzowane są mieszaniną powietrza zewnętrznego i obiegowego. W okresie zimowym mieszanina powierza zewnętrznego Zoz i wywiewanego Poz o parametrach Moz podgrzewana jest w nagrzewnicy N do stanu 1oz następnie nawilżana parą do stanu 2oz. Zawartość wilgoci powietrza o stanie punktu 2oz jest równa zawartości wilgoci powietrza nawiewanego. W nagrzewnicach strefowych powietrze wentylujące podgrzewane jest od stanu 2oz odpowiednio do parametrów powietrza nawiewanego do poszczególnych stref N1oz, N2oz i N3oz. Przemiany powietrza od stanów N1oz, N2oz i N3oz do P1oz, P2oz i P3oz zachodzą w pomieszczeniach stref odpowiednio 1, 2 i 3. Punkt Poz przedstawia średnie parametry powietrza wywiewanego z
pomieszczeń wszystkich stref.
W okresie letnim następuje mieszanie powietrza zewnętrznego Zoc i wywiewanego Poc do stanu Moc. Mieszanina ta ochładzana i osuszana jest w chłodnicy CH do stanu 1oc, który określa parametry powietrza dopływającego do nagrzewnic strefowych. W nagrzewnicach tych powietrze podgrzewane jest odpowiednio do parametrów nawiewu N1oc, N2oc i N3oc odpowiednio do strefy 1, 2 i 3.
Rysunek 4. Proces uzdatniania powietrza w centrali, klimatyzacyjnej pokazanej schematycznej na rysunku 3.
Regulacja wilgotności względnej prowadzona jest w funkcji średniej wilgotności względnej powietrza wywiewanego, mierzonej czujnikiem wilgotności Cφw. W zakresie wilgotności względnych powietrza wywiewanego od wartości minimalnej do maksymalnej, układ regulacji wilgotności nie oddziałuje w kierunku zmiany tej wilgotności. Po przekroczeniu wilgotności względnej powietrza wywiewanego ponad wartość maksymalną, następuje osuszanie powietrza w chłodnicy CH, której praca sterowana jest zarówno regulatorem temperatury Rt jak i wilgotności Rφp. Sumator D, w oparciu o sygnały z regulatorów temperatury Rt i wilgotności Rφp, steruje pracą chłodnicy CH. W zależności od wartości tych sygnałów praca chłodnicy jest w funkcji obniżania temperatury lub osuszania powietrza.
Jeżeli średnia temperatura powierzchni ścianki chłodnicy jest niższa od temperatury punktu rosy powietrza przed chłodnicą to przy pracy chłodnicy występuje osuszanie powietrza niezależnie od sygnału sterującego. Natomiast przy pracy chłodnicy w funkcji osuszania należy liczyć się z koniecznością jego podgrzewania we wszystkich nagrzewnicach strefowych.
Na rysunku 5 przedstawiono schemat urządzenia klimatyzacyjnego ze zmiennymi strumieniami powietrza oraz strefowymi nagrzewnicami i regulatorami przepływu.
Rysunek 5. Schemat urządzenia klimatyzacyjnego ze zmiennymi strumieniami powietrza klimatyzującego, recyrkulacją powietrza wywiewanego, strefowymi nagrzewnicami i regulatorami
przepływu oraz pośrednią regulacją części centralnej i bezpośrednią strefowej.
Procesy uzdatniania powietrza oraz jego przemiany w pomieszczeniach zachodzące w układzie klimatyzacyjnym - którego schemat pokazano na rysunku 5 – zobrazowano na wykresie i-x, rysunek 6.
Rysunek 6. Procesy przemian powietrza w urządzeniu klimatyzacyjnym i pomieszczeniach schematycznie pokazanych na rysunku 5.
Procesy uzdatniania powietrza w centrali klimatyzacyjnej sterowane są regulatorami temperatury Rt i wilgotności Rφp. Regulator temperatury Rt steruje mieszaniem powietrza przez ustawienie
przepustnic regulacyjnych P1, P2 i P3, podgrzewaniem powietrza w nagrzewnicy N oraz
ochładzaniem powietrza w chłodnicy CH. Powyższe procesy sterowane są w funkcji temperatury powietrza zewnętrznego (mierzonej czujnikiem Ctz) oraz temperatury powietrza uzdatnionego w centrali (mierzonej czujnikiem Ct). Temperatura powietrza uzdatnianego sterowana jest w funkcji temperatury powietrza zewnętrznego. Regulator wilgotności względnej powietrza Rφp steruje pracą nawilżacza parowego NP w funkcji nawilżania powietrza i podwyższania wilgotności względnej do wartości zadanej (minimalnej), przekroczenie której powoduje wyłączenie nawilżacza. Ponadto regulator wilgotności Rp steruje pracą chłodnicy CH w funkcji osuszania powietrza klimatyzującego.
Po przekroczeniu maksymalnej zadanej wilgotności maksymalnej zadanej wilgotności względnej powietrza następuje jego osuszanie przez ochładzanie w chłodnicy.
Regulacja wilgotności względnej prowadzona jest w funkcji średniej wilgotności względnej powietrza wywiewanego ze wszystkich pomieszczeń klimatyzowanych, mierzonej czujnikiem wilgotności Cφp zainstalowanym w zbiorczym kanale wywiewnym.
Regulator ciśnienia Rc, niezależnie od wartości strumienia powietrza nawiewanego, utrzymuje w miejscu zainstalowania czujnika ciśnienia Cc stałe ciśnienie powietrza. Realizowane jest to przez płynną regulację wentylatora nawiewnego WN. Praca wentylatora wywiewnego WW sterowana jest odpowiednio do pracy wentylatora nawiewnego. Czyli wydajność wentylatora wywiewnego
odpowiada wydajności wentylatora nawiewnego.
Regulatory temperatury Rtp sterują indywidualnie pracą nagrzewnic (N1, N2 i N3) i regulatorów przepływu Rv1, Rv2 i Rv3) w odpowiednich strefach.
Regulacja wartości strumieni powietrza regulatorami przepływu jest regulacją ilościową. Natomiast regulacja temperatury powietrza nawiewanego do poszczególnych pomieszczeń, przez sterowanie pracą nagrzewnic strefowych, jest regulacją jakościową.
Urządzenia z regulacją bezpośrednią
Regulacja bezpośrednia pozwala na sterowanie procesami uzdatniania powietrza w funkcji
temperatury powietrza w pomieszczeniach. Zatem ogranicza się procesy jednoczesnego ochładzania i podgrzewania powietrza nawiewanego.
Na rysunku 7 przedstawiono schemat urządzenia wentylacyjnego z otwartym przepływem powietrza, odzyskiem energii z powietrza wywiewanego w wymienniku obrotowym, nagrzewnicami strefowymi i bezpośrednim sterowaniem procesami uzdatniania powietrza. W całorocznym cyklu pracy
urządzenia wentylacyjnego układ sterownia i regulacji minimalizuje zapotrzebowanie energii do uzdatniania powietrza.
Rysunek 7. Schemat urządzenia wentylacyjnego ze stałym strumieniem powietrza wentylującego, odzyskiem energii z powietrza wywiewanego w wymienniku obrotowym, nagrzewnicami strefowymi i
regulacją bezpośrednią.
Minimalizację zapotrzebowania energii do uzdatniania powietrza uzyskuje się przez ścisłą
współpracę regulatorów strefowych Rtp z regulatorem centralnym Rt. Priorytetem jest maksymalne wykorzystanie odzysku energii w wymienniku obrotowym do uzdatniania powietrza. W okresie zimowym, po maksymalnym podgrzaniu powietrza w wymienniku WO następuje podgrzanie powietrza w nagrzewnicy N do najniższej temperatury nawiewu. Zatem powietrze podg zane w nagrzewnicy N ma temperaturę powietrza nawiewanego do strefy o największym obciążeniu
cieplnym. Natomiast powietrze nawiewane do pozostałych stref podgrzewane jest w nagrzewnicach strefowych. Wraz ze wzrostem temperatury zewnętrznej następuje ograniczanie mocy nagrzewnicy N (przy maksymalnej sprawności odzysku energii w wymienniku WO). Przy dalszym wzroście temperatury zewnętrznej następuje wyłączenie nagrzewnicy N i ograniczanie sprawności odzysku energii w taki sposób by po podgrzaniu w wymienniku do odzysku WO temperatura powietrza była temperaturą nawiewu do strefy o największym obciążeniu cieplnym. Powietrze nawiewane do pozostałych stref podgrzewane jest w nagrzewnicach strefowych.
W okresie letnim powietrze zewnętrzne wstępnie ochładzane jest w wymienniku do odzysku energii WO (przy temperaturze powietrza zewnętrznego wyższej od temperatury powietrza wywiewanego).
Następnie powietrze ochładzane jest w chłodnicy CH do temperatury powietrza nawiewanego do strefy o najwyższym obciążeniu cieplnym, czyli do najniższej temperatury powierza nawiewanego.
Powietrze nawiewane do pozostałych stref podgrzewane jest w nagrzewnicach strefowych do wymaganych w tych strefach temperatur.
Współpraca regulatorów strefowych Rtp z regulatorem Rt powoduje ograniczenie pracy nagrzewnic strefowych przez centralne uzdatnianie powietrza do temperatury nawiewu w strefie o największym obciążeniu cieplnym. Zatem w trakcie całorocznej eksploatacji urządzenia wentylacyjnego zawsze co najmniej jedna nagrzewnica strefowa nie jest eksploatowana. Pozostałe nagrzewnice pracują z minimalnymi mocami cieplnymi. Mogą być stany gdy udziały chwilowych zysków cieplnych do zysków maksymalnych we wszystkich strefach są podobne. Wówczas temperatury powietrza nawiewanego do poszczególnych stref są takie same a nagrzewnice strefowe nie pracują.
Ograniczenie pracy nagrzewnic strefowych jest szczególnie istotne gdy w centrali klimatyzacyjnej powietrze jest ochładzane oraz przy stosowaniu elektrycznych nagrzewnic strefowych.
Schemat urządzenia klimatyzacyjnego ze stałym strumieniem powietrza, recyrkulacją powietrza wywiewanego i nagrzewnicami strefowymi przedstawiono na rysunku 8. Natomiast procesy
uzdatniania powietrza w warunkach obliczeniowych okresu zimowego i letniego oraz jego przemiany w pomieszczeniach pokazano na wykresie i-x, rysunek 9.
Rysunek 8. Schemat urządzenia klimatyzacyjnego ze stałym strumieniem powietrza klimatyzującego, recyrkulacją powietrza wywiewanego, nagrzewnicami strefowymi oraz bezpośrednim sterowaniem
procesami uzdatniania powietrza.
Rysunek 9. Procesy przemian powietrza w urządzeniu klimatyzacyjnym i pomieszczeniach schematycznie pokazanych na rysunku 8.
W warunkach obliczeniowych, pomieszczenia klimatyzowane są mieszaniną powietrza zewnętrznego i obiegowego, która o parametrach punktu Moz (zimą) lub Moc (latem) poddawana jest odpowiednim procesom uzdatniania.
W okresie zimowym mieszanina powietrza zewnętrznego Zoz i wywiewanego Poz o parametrach Moz podgrzewana jest w nagrzewnicy N do stanu 1oz. Następnie powietrze to nawilżane jest parą do stanu N3oz – o parametrach powietrza nawiewanego do strefy 3. Część tego powietrza nawiewane jest do strefy 3, w której zachodzi przemiana N3ozP3oz. Pozostała część powietrza o stanie N3oz dopływa do nagrzewnic strefowych N1 i N2, w których jest podgrzewana odpowiednio do stanu N1oz oraz N2oz i nawiewana do pomieszczeń stref 1 i 2. W pomieszczeniach tych stref zachodzą
odpowiednio przemiany N1ozP1oz i N2ozP2oz. Powietrze wywiewane ze wszystkich pomieszczeń miesza się w instalacji wywiewnej. Średnie parametry powietrza wywiewanego na omawianym wykresie i-x obrazuje punkt Poz.
W okresie letnim mieszanina powietrza zewnętrznego Zoc i obiegowego Poc o stanie Moc
ochładzana jest w chłodnicy CH do stanu N3oc, który określa parametry powietrza nawiewanego do pomieszczeń strefy 3. Powietrze o takich parametrach dopływa do nagrzewnic N1 i N2, w których jest podgrzewane do parametrów nawiewu N1oc i N2oc. Tak uzdatnione powietrze nawiewane jest do pomieszczeń stref 1 i 2, w których zachodzą przemiany odpowiednio N1ocP1oc oraz N2ocP2oc.
Parametry powietrza oznaczone punktem Poc są średnimi parametrami powietrza wywiewanego ze wszystkich pomieszczeń klimatyzowanych.
Na rysunku 10 przedstawiono schemat urządzenia wentylacyjnego ze zmiennymi strumieniami powietrza wentylującego, odzyskiem energii z powietrza wywiewanego oraz strefowymi
nagrzewnicami i regulatorami. Uzdatnianie powietrza w centrali i odzysk energii w wymienniku obrotowym sterowane są regulatorem temperatury Rt w oparciu o sygnały ze strefowych
regulatorów temperatury Rtp oraz czujników temperatury powietrza zewnętrznego Ctz, powietrza uzdatnianego centralnie Ct i powietrza wywiewanego Ctw. Regulator Rt steruje odzyskiem energii w wymienniku obrotowym z powietrza wywiewanego w oparciu o sygnały temperatury powietrza mierzonego czujnikami Ct, Ctz i Ctw. Wykorzystanie odzysku energii z powietrza wywiewanego jest priorytetowym w procesie uzdatniania powietrza nawiewanego. Jego udział w procesie uzdatniania powietrza jest zmienny a przy wzroście temperatury powietrza zewnętrznego powyżej temperatury obliczeniowej okresu zimowego – udział ten wzrasta i może być podstawowym bądź jedynym źródłem energii cieplnej w procesie centralnego uzdatniania powietrza. Temperatura powietrza uzdatnionego centralnie mierzona czujnikiem Ct, jest zmienna i jest najniższą temperaturą powietrza nawiewanego do strefy chwilowo wymagającej najniższej temperatury. Powietrze nawiewane do pozostałych stref, wymagających wyższych temperatur nawiewu jest podgrzewane w nagrzewnicach strefowych.
Rysunek 10. Schemat urządzenia wentylacyjnego ze zmiennymi strumieniami powietrza wentylującego, odzyskiem energii z powietrza wywiewanego w wymienniku obrotowym, strefowymi
regulatorami przepływu i nagrzewnicami przy pośredniej regulacji procesami uzdatniania i transportu powietrza.
Strefowe regulatory temperatury Rtp sterują pracą odpowiednich nagrzewnic strefowych (N1, N2, N3) oraz odpowiadających im strefowych regulatorów przepływu (Rv1, Rv2, Rv3). Wartości
strumieni powietrza nawiewanego do poszczególnych stref regulowane są odpowiednimi strefowymi regulatorami przepływu (Rv1, Rv2, Rv3) w oparciu o przyrosty temperatury powietrza mierzone na strefowych regulatorach temperatury Rtp. Regulatory te współpracują z regulatorami przepływu (Rv1, Rv2, Rv3). Strumienie powietrza nawiewanego zmieniają się wraz ze zmianą obciążenia
cieplnego pomieszczenia przy stałym przyroście temperatury powietrza nawiewanego. Zmieniają się od wartości maksymalnych do minimalnych (np. 50% strumienia maksymalnego). Dalsze obniżanie się bilansu cieplnego powoduje włączenie nagrzewnicy i przy utrzymywaniu minimalnego strumienia powietrza wentylującego następuje zmniejszanie przyrostu temperatury powietrza w
pomieszczeniach. Zatem nagrzewnice strefowe pracują dopiero przy minimalnych (dla danych stref) strumieniach powietrza wentylującego. Sprzężenie strefowych regulatorów temperatury Rtp z regulatorem centralnym Rt powoduje, że temperatura powietrza na wyjściu z centrali jest równa najniższej nawiewanej do strefy wiodącej (wymagającej w danej chwili najniższej temperatury nawiewu).
Sprzężenie strefowych regulatorów przepływu (Rv1, Rv2, Rv3) z regulatorem parametrów pracy wentylatorów RF ma zapewnić minimalizację obrotów wentylatorów przez minimalizację oporów przepływu przez regulatory strefowe. Niezależnie od warunków pracy jeden z regulatorów
strefowych ma w pełni otwarte przepustnice regulacyjne. Dotyczy to zawsze regulatora w obiegu o największych oporach przepływu.
Taka regulacja strefowa z indywidualnie sterowanymi zmianami strumieni powietrza nawiewanego do poszczególnych stref pozwala na wyrównanie temperatur powietrza nawiewanego do wszystkich stref i zwiększenie czasu pracy urządzenia wentylacyjnego bez wykorzystywania nagrzewnic
strefowych.
Na rysunku 11 przedstawiono urządzenie ze zmiennym strumieniem powietrza klimatyzującego, recyrkulacją powietrza wywiewanego, strefowymi nagrzewnicami i regulatorami przepływu powietrza z bezpośrednią regulacją procesami uzdatniania i transportu powietrza.
Rysunek 11. Schemat urządzenia klimatyzacyjnego ze zmiennymi strumieniami powietrza klimatyzującego, recyrkulacją powietrza wywiewanego, strefowymi nagrzewnicami i regulatorami
przepływu z pośrednią regulacją procesów uzdatniania i transportu powietrza.
Procesami uzdatniania powietrza w centrali sterują regulator temperatury Rt i wilgotności R p.
Regulator temperatury steruje recyrkulacją powietrza wywiewanego (ustawienie przepustnic regulacyjnych P1, P2, P3) w funkcji temperatury powietrza zewnętrznego, wywiewanego i uzdatnianego za centralą mierzonych czujnikami temperatury odpowiednio: Ctz, Ctw i Ct.
Układ recyrkulacji minimalizuje zapotrzebowanie energii do uzdatniania powietrza w centrali. W centrali klimatyzacyjnej uzdatniana jest mieszanina powietrza zewnętrznego z obiegowym z minimalnym udziałem powietrza zewnętrznego gdy:
w nagrzewnicy N powietrze podgrzewane jest celem uzyskania wymaganej temperatury przed
●
regulatorami strefowymi,
temperatura powietrza wywiewanego (mierzona czujnikiem Ctw) jest niższa od temperatury
●
powietrza zewnętrznego.
W okresach przejściowych wymaganą temperaturę powietrza za centralą klimatyzacyjną (przed regulatorami strefowymi) uzyskuje się przez zwiększenie udziału powietrza zewnętrznego od wartości minimalnej aż do klimatyzacji tylko powietrzem zewnętrznym. Klimatyzacja powietrzem zewnętrznym (bez recyrkulacji) realizowana jest przy temperaturach zewnętrznych równych i większych od wymaganych temperatur powietrza za centralą i jednocześnie niższych od średniej temperatury powietrza wywiewanego ze wszystkich pomieszczeń. Regulator temperatury Rt steruje pracą chłodnicy, w funkcji obniżania temperatury powietrza przed strefowymi regulatorami
przepływu (Rv1, Rv2, Rv3).
Regulator wilgotności Rφp steruje pracą nawilżacza parowego NP i chłodnicy CH. Regulator ten włącza nawilżacz parowy przy spadku wilgotności względnej powietrza wywiewanego poniżej wartości minimalnej. Natomiast chłodnica CH włączana i regulowana jest przez regulator Rφp przy wzroście wilgotności względnej powietrza wywiewanego powyżej zadanej wartości maksymalnej.
Zatem regulator ten steruje pracą chłodnicy przy jej pracy w funkcji osuszania powietrza klimatyzującego.
Regulatory strefowe Rtp zapewniają utrzymanie zadanej temperatury powietrza w poszczególnych
strefach przez zapewnienie odpowiedniej temperatury powietrza nawiewanego do poszczególnych stref. Uzyskuje się to przez:
zapewnienie wymaganej temperatury powietrza na wyjściu z centrali klimatyzacyjnej. Temperatura
●
ta jest równa temperaturze powietrza nawiewanego do strefy, która chwilowo wymaga temperatury najniższej,
ograniczenie strumieni powietrza nawiewanego do stref, w których bilanse cieplne są niższe od
●
wartości maksymalnych,
podgrzewanie powietrza nawiewanego do stref klimatyzowanych minimalnymi strumieniami
●
powietrza wymagającymi wyższych temperatur nawiewu.
Sprzężenie strefowych regulatorów temperatury Rtp z regulatorem centralnym Rt pozwala na dynamiczny wybór wartości temperatury powietrza uzdatnionego za centralą klimatyzacyjną.
Ponadto strefowe regulatory temperatury sterują pracą strefowych regulatorów przepływu Rv, przez uzależnienie strumieni powietrza klimatyzującego od bilansów cieplnych pomieszczeń. Pozwala to na sterowanie strumieni powietrza od wartości maksymalnych (przy maksymalnych bilansach ciepła) do wartości minimalnych niezbędnych do prawidłowego przewietrzania pomieszczeń.
Sprzężenie strefowych regulatorów powietrza Rv z regulatorem parametrów pracy wentylatorów RF ma na celu ograniczenie obrotów wentylatorów do wartości minimalnej przy której zapewniony jest wymagany przepływ powietrza do wszystkich stref. Sterowanie obrotami wentylatora realizowane jest przez regulator RF w oparciu o sygnały z regulatorów strefowych Rv. Sygnał sterujący
przekazywany jest w danej chwili z jednego regulatora przepływu, który zainstalowany jest na instalacji powietrznej (odgałęzieniu) o największych chwilowych oporach przepływu. Regulator ten ma całkowicie otwarte przepustnice regulacyjne. Pozostałe regulatory zainstalowane na
odgałęzieniach o mniejszych oporach przepływu powietrza mają przepustnice regulacyjne
przymknięte tak by zwiększony opór przepływu powietrza przez te regulatory wyrównywał opory przepływu powietrza przez wszystkie odgałęzienia.
Podsumowanie
Przedstawione przykładowe rozwiązania urządzeń wentylacyjnych i klimatyzacyjnych z nagrzewnicami strefowymi pozwalają na ocenę możliwości stosowania tego typu urządzeń do wentylacji i klimatyzacji szeregu pomieszczeń jednym urządzeniem.
Obecnie powszechnie stosowane są urządzenia z nagrzewnicami strefowymi o stałych strumieniach powietrza z pośrednia regulacją uzdatniania powietrza w centrali.
Przedstawione urządzenia z bezpośrednią regulacją całych systemów pozwalają na wentylację i klimatyzację szeregu pomieszczeń. Koszty uzdatniania i transportu powietrza w tych urządzeniach są niższe w porównaniu z urządzeniami z regulacja pośrednią. Obecnie istnieją możliwości techniczne, głównie po stronie sterownia i regulacji, stosowania przedstawionych rozwiązań urządzeń
strefowych. Niemniej jednak należy mieć na uwadze, że produkowane obecnie regulatory przepływu wymagają dostosowania do układów ze zmiennymi strumieniami powietrza i dynamicznym
ustawianiem przepustnic regulacyjnych.
LITERATURA:
[1] Przydróżny S.: Ferencowicz J. „Klimatyzacja”, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1988.
[2] Recknagel, Sprenger, Honmmann, Schramek: „Poradnik Ogrzewanie i Klimatyzacja”, EWFE Gdańsk 1994.
[3] Przydróżny E., Szczęśniak S., 2002. „Systemy wentylacji i klimatyzacji z nagrzewnicami
strefowymi”, X International Conference Air Conditioning Protection & District Heating, Szklarska Poręba
[4] Przydróżny E., Sompoliński M., 2002. „Urządzenia klimatyzacyjne i wentylacyjne z centralami strefowymi”, XIV Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna, Zakopane-Kościelisko
Autorzy:
dr inż. Edward Przydróżny mgr inż. Sylwia Szczęśniak mgr inż. Marcin Sompoliński
KONTAKT
Chłodnictwo & Klimatyzacja
E-mail: chlodnictwo@chlodnictwoiklimatyzacja.pl WWW: chlodnictwoiklimatyzacja.pl
Tel: +48 22 53 53 229 Fax: +4822 53 53 043 Adres:
Rosoła 10A 02-786 Warszawa
