Prowadzący: Jan Syposz

Transkrypt

1 Automatyzacja w klimatyzacji i ciepłownictwie Prowadzący: Ćwiczenia audytoryjne Jan Syposz

2 Ćwiczenie 3 automatyzacja centrali klimatyzacyjnej Schemat układu automatycznej regulacji K/NC M Z/W-I/II bieg (DO+AO+DI) H ΔP K/NC M Z/W-I/II bieg DO+AO+DI) H n=f(w), w=f(z) K M ΔP ~ ΔP ~ A0R N AI AO DI DO

3 Klasyfikacja układów sterowania Ze względu na pełnione funkcje: -układy regulacyjne, -układy zabezpieczające, -układy optymalizujące.

4 Regulacja temperatury powietrza w pomieszczeniu W zależności od struktury układu może być stosowana regulacja: -pośrednia, -bezpośrednia (prosta i sekwencyjna), -nadążna (kaskadowa).

5 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 ti. Wahania temp. wewnętrznej można kompensować poprzez automatykę instalacji c.o. wodne. z y u 1 y m w z 2

6 Regulacja bezpośrednia temperatury powietrza 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 i24 C).

7 Regulacja bezpośrednia prosta ti Układ regulacji temperatury powietrza w wentylowanym pomieszczeniu. Regulator wzależności od wartości temperatury powietrza wpomieszczeniu wysyła sygnał nastawiającydo siłownika nagrzewnicy. y=t i u g y w

8 Regulacja bezpośrednia prosta twywiewu Regulacja bezpośrednia z utrzymywaniem jako stałej wartości regulowanej temperatury powietrza wywiewanego z ograniczeniem temperatury powietrza nawiewanego (tnmax.i tnmiń. np. 12 i 24 C). Zalety: duża dynamika pomiaru, niższy koszt okablowania i czujników. t W t i t N u1 R y 1 y 2

9 Regulacja bezpośrednia sekwencyjna Układ regulacji temperatury powietrza w wentylowanym pomieszczeniu. Regulator wzależności od wartości temperatury powietrza wpomieszczeniu wysyła sygnał nastawiającydo siłownika nagrzewnicy lub do siłownika chłodnicy. Załączanietych sygnałów odbywa się sekwencyjnie (dwa urządzenia wykonawcze) y=t i u ch u g y w

10 Regulacja bezpośrednia sekwencyjna z odzyskiem ciepła w postaci recyrkulacji Sterowanie odzyskiem ciepła w>zew(chłodu w<zew) w + -

11 Regulacja bezpośrednia sekwencyjna z odzyskiem ciepła w postaci recyrkulacji Regulator wzależności od wartości temperatury powietrza wpomieszczeniu 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 ichłodu zpowietrza wywiewanego poprzez recyrkulację (największa dopuszczalna,nie 100%). Następnie ogrzewanie lub chłodzenie powietrza nawiewanego (nagrzewnica wodna zimą, chłodnicalatem). Oszczędnościna energii cieplnejichłodniczej. RECYRKULACJA CIEPŁA RECYRKULACJA CHŁODU NAGRZEWNICA CHŁODNICA 20 C i C

12 Regulacja nadążna kaskadowa Regulacja nadążna kaskadowa stosowana jest do regulacji temperatury wsystemach wentylacji i klimatyzacji wcelu 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 wregulatorach cyfrowych mogą być zaprogramowane wjednym urządzeniu.

13 Schemat układu kaskadowej regulacji temperatury powietrza w pomieszczeniu wentylowanym emperatura powietrza nawiewanego t N (jako wielkość pomocnicza y 1 ) utrzymywana jest przez regulator 1 na poziomie zadawanym przez regulator 2 nadążnie za aktualną wartością temperatury powietrza wywiewanego t W (główna wielkość regulowana y 2 ). t W t i t N u 1 1 y 1 u 2 2 y 2 w=t i

14 Przykład zastosowania regulacji kaskadowej Wykres zależności temperatury powietrza nawiewanego od temperatury powietrza wywiewanego stosowany w układach regulacji kaskadowej, w klimatyzacji komfortu (Δti=±1K) a b t N [ C] 30 t N max t N =f(±δt) t N t N max 12 t N min t N min -Δt t i +Δt t W [ C] -1K t i +1K t W

15 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 iuzyskać wysoką jakość regulacji.

16 Zakres automatyzacji 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).

17 Zakres automatyzacji 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).

18 Zakres automatyzacji 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 <n).

19 Napęd wentylatora ze sprzęgłem paskowym

20 Zakres automatyzacji 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.

21 Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej - sterowanie odzyskiem ciepła A. Recyrkulacja: płynne sterowanie przepustnicami W+C-sygnał AO oraz zał/wył. Warunkiem załączenia odzysku jest w>zew, (2xAI) w zew +

22 Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej - sterowanie odzyskiem ciepła B. Wymiennik krzyżowy: płynne sterowanie przepustnicami ( wymiennik plus obejście ( by-pass ) sygnał AO. Recyrkulacja rozruchowa przepustnicami: zał./wył. DO M M M M M p M Zabezpieczenie przed oszronieniem: tw, p,

23 Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej - 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

24 Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej - sterowanie odzyskiem ciepła D. Wymiennik z czynnikiem pośrednim (glikolowy): sterowanie zaworem regulacyjnym (sygnał AO) oraz zał/wył pompą cyrkulacyjną (DO) g -2 C

25 Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -zabezpieczenie przed szronieniem i odszranianie 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 iczasu 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.

26 Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -zabezpieczenie przed szronieniem i odszranianie 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 4do 5ºC. Możliwe jest także stałe utrzymywanie temperatury powietrza za wymiennikiem powyżej 5ºC, powoduje to jednak obniżenie jego sprawności.

27 Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -zabezpieczenie przed szronieniem i odszranianie wymienników Wymiennikiobrotowe: - 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 wwentylowanym 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.

28 Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej - zabezpieczenie przed szronieniem i odszranianie wymienników: Wymiennikipłytowe: - wymagają odszraniania gdy temperatura powietrza zewnętrznego spada poniżej -3ºC, - 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. Wymiennikiciepła zczynnikiem pośredniczącym:

29 Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -zabezpieczenie przed szronieniem i odszranianie wymienników: Wymienniki ciepła z czynnikiem pośredniczącym: Wukładach 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.

30 KONIEC do zobaczenia za DWA tygodnie J