E ektyw y ność ne n rge rg tyc y zna sys y temó m w ó k lima lim tyz y acji ji w budy bud n y kach

Transkrypt

1 Efektywność energetyczna systemów klimatyzacji w budynkach Automatyka

2 LITERATURA 1. Kowal J.: Podstawy automatyki. Kraków Chmielnicki W.: Regulacja automatyczna urządzeń ciepłowniczych. Warszawa Ross H.: Zagadnienia hydrauliczne w instalacjach ogrzewania wodnego. Warszawa Zawada B.: Układy sterowania w systemach wentylacji i klimatyzacji. Warszawa Kostyrko K., Łobzowski A.: Klimat pomiary regulacja. Warszawa Praca zbiorowa.: Regelungs- und Steuerungstechnik in der Versorgungstechnik. C.F. Muller Horan T.:Control systems and applications for HVAC/R. New Jersey Underwood C.P.: HVAC control systems. New York, London Lewermore G.J.: Building Energy Management Systems. New York, London 2000.

3 Efektywność energetyczna systemów ogrzewania i klimatyzacji budynków a automatyka budynków 1. Zdotychczasowych doświadczeń dotyczących wdrażania ieksploatacji systemów kompleksowej automatyki i zarządzania energią wbudynkach wynika, że systemy te umożliwiają obniżenie zużycia energii wbudynku (ciepła, chłodu, energii elektrycznej) sięgające 50% (wartości maksymalne uzyskiwane sąwbudynkach biurowych -IBMS). 2. Zakres możliwej do zastosowania automatyki budynku zależy od jego konstrukcjiiprzeznaczenia. 3. Przykłady różnych zakresów automatyzacji budynków: - budynek mieszkalny jedno- iwielorodzinny (c.o. ic.w.u.), - budynek biurowy iużyteczności publicznej (następny slajd), - obiekty przemysłowe.

4 Systemy automatyki budynkowej w nowoczesnym budynku biurowym Kontrola dostępu Urządzenia ziębnicze Telewizja przemysłowa Inne systemy Bezpieczeństwo Ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja Sterowanie windami Ochrona p.poż.

5 WPROWADZENIE DO TECHNIKI REGULACJI I STEROWANIA (Podstawy automatyki)

6 Podstawowe definicje Automatyzacja Zastępowanie człowieka w czynnościach sterowniczych przez odpowiednie urządzenia sterujące. Przykłady automatyzacji systemów ogrzewania i klimatyzacji: np. automatyzacja instalacji c.o., źródła ciepła (kotłowni, węzła ciepłowniczego), centrali klimatyzacyjnej. Automatyka Dziedzina nauki obejmująca teorię i praktykę budowy urządzeń sterujących i regulacyjnych, np. automatyka budynkowa, przemysłowa. 6

7 Podstawowe pojęcia Układ regulacji jest połączeniem elementów automatyki, które współdziałają ze sobą realizując wyznaczone zadanie. Schemat blokowy układu regulacji z w +_ e regulator u urządzenie wykonawcze obiekt regulacji obiekt regulacji y y m element pomiarowy y

8 Element automatyki Element automatyki jest to urządzenie posiadające sygnał wejściowy i wyjściowy x sygnał wejściowy element automatyki y sygnał wyjściowy

9 Elementy i sygnały w typowym systemie automatyki - BAS (Building Automation System) Każdy typowy schemat układu regulacji (funkcjonalny) składa się z następujących elementów składowych: 1 = REGULATOR 2 = ELEMENT POMIAROWY 3 = URZĄDZENIE WYKONAWCZE 4 = OBIEKT REGULACJI z = wielkości zakłócające (zewnętrzne i wewn.) y = wielkość regulowana w = wartość zadana u = wielkość nastawna 2 Z 1 Z 2 Z 3 T y w 1 4 u 3

10 Obiekt regulacji zakłócenia Z w e Regulator u Człon wykonawczy Obiekt regulacji y y Człon pomiarowy

11 Obiekt regulacji Obiektem regulacji może być urządzenie, zespół urządzeń lub proces technologiczny, w którym w wyniku zewnętrznych oddziaływań realizuje się pożądany algorytm działania. Na obiekt regulacji oddziałują: zmienne wejściowe nazywane sygnałami nastawiającymi u, zmienne szkodliwe nazywane sygnałami zakłócającymi z. Sygnały wejściowe wpływają na sygnały wyjściowe nazywane zmiennymi regulowanymi y.

12 Wartość zadana, zakłócenie Wartość zadana w wielkości regulowanej jest określona przez wielkość wiodącą w procesie regulacji. Zakłócenie z jest sygnałem wywierającym niekorzystny wpływ na wartość wielkości regulowanej.

13 Regulator zakłócenia Z w e Regulator u Człon wykonawczy Obiekt regulacji y ym Człon pomiarowy

14 Regulator Regulator jest to element układu regulacji, którego zadaniem jest wytworzenie sygnału sterującego wpływającego na przebieg wielkości regulowanej. Sygnałem wejściowym regulatora jest uchyb regulacji e, a sygnałem wyjściowym wielkość sterująca (nastawiająca) u. Uchyb regulacji e otrzymuje się wregulatorze wwyniku porównania wartości zadanej w oraz wartości wielkości regulowanej y. e = w y Regulator zależnie od uchybu regulacji odpowiednio zmienia sygnał sterujący u tak aby spełnić warunek równości wielkości regulowanej iwartości zadanej w=y.

15 Sygnały (wejściowe/wyjściowe) regulatora ym sygnał wejściowy AI, DI e = w y REGULATOR u sygnał wyjściowy AO, DO W regulatorach elektrycznych cyfrowych sygnały wprowadzane i wyprowadzane zregulatora dzielimy na: - sygnały analogowe AI/AO, - sygnały cyfrowe DI/DO. Wtechnicegrzewczo-wentylacyjnejjakostandardowe sygnały analogowe wejściowe iwyjściowe stosuje się: - napięcie ozakresie 0do 10 V, - prąd ozakresie 0do 20 ma lub 4do 20 ma. Sygnały cyfrowe wejściowe iwyjściowe interpretowane sąjako informacja lubpolecenie załącz/wyłącz (1/0).

16 Urządzenie wykonawcze Urządzenie wykonawcze składa się z elementu napędowego oraz elementu wykonawczego (np. zawór zsiłownikiem =napędem). Element wykonawczy jest to urządzenie wymuszające zmiany wielkości regulowanej. Wprzypadku układów ogrzewania iklimatyzacji elementem wykonawczym jest najczęściej zawór regulacyjny, przepustnica, pompa, wentylator. Element napędowy służy jako napęd elementu wykonawczego (siłownik zaworu, silnik pompy). Element pomiarowy (czujnik) jest to część układu regulacji, której zadaniem jest pomiar wielkości regulowanej y oraz wytworzenie sygnału ym dogodnego do wprowadzenia do regulatora. z w +_ e u obiekt urządzenie regulacji obiekt y regulator wykonawcze regulacji y m element pomiarowy y

17 Regulacja Regulacja jest definiowana jako proces, wtrakcie którego mierzy się jakąś wielkość fizyczną y, nazywaną wielkością regulowaną, porównuje z wartością wielkości zadanej w i wpływa na jego przebieg wcelu minimalizacji różnicy tych wielkości e. W procesie regulacji przebieg sygnałów odbywa się w obwodzie zamkniętym, nazywanym układem automatycznej regulacji. z w +_ e u obiekt urządzenie regulacji obiekt y regulator wykonawcze regulacji y m element pomiarowy y

18 Przykład układu regulacji Schemat układu regulacji temperatury powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu Zakłócenia zewnętrzne: z1, z2, z3, z4 iwewnętrzne: z5. z 1 z 2 z 3 z 5 2 T y w 1 u 3 z 4 4

19 Schemat: funkcjonalny -blokowy układu regulacji w e u zakłócenia Z y ym = REGULATOR 2 = CZUJNIK TEMPERATURY 3 = SIŁOWNIK Z ZAWOREM 4 = POMIESZCZENIE Z GRZEJNIKIEM T 2 z = wielkości zakłócające y = wielkość regulowana w = wartość zadana u = wielkość nastawna e = odchyłka regulacji

20 Układ sterowania ze sprzężeniem zwrotnym (zamknięty układ sterowania) W literaturze z zakresu automatyki układ regulacji jest definiowany również jako zamknięty układ sterowania lub układ sterowania ze sprzężeniem zwrotnym. Aby otrzymać zamknięty układ sterowania należy zamknąć pętlę oddziaływań, uzależniając sterowanie od skutków jakie to sterowanie wywołuje. z w _ e u y obiekt urządzenie regulacji regulator wykonawcze obiekt regulacji y m element pomiarowy y

21 Sterowanie Sterowanie jest to proces w układzie, w którym jedna wielkość lub ich większa ilość, jako wielkości wejściowe, wpływają na wielkości wyjściowe według prawidłowości właściwej układowi. Układ sterowania jest układem otwartym, w którym sygnał wyjściowy nie jest mierzony ani porównywany z sygnałem wejściowym i nie wpływa na akcję sterowania (brak sprzężenia zwrotnego). Otwarte układy sterowania stosowane są wówczas, gdy związek pomiędzy sygnałem wejściowym iwyjściowym jest znany. z w u człon obiekt urządzenie y wykonawczy sterowania sterujące

22 Regulacja i sterowanie. Różnice! zakłócenia Z w e Regulator u Człon wykonawczy Obiekt regulacji y Człon pomiarowy zakłócenia Z w Sterownik u Człon wykonawczy Obiekt sterowania

23 Przykład regulacji i sterowania y t i 6 u 1 w y m 2 T 3 4 y 5 Schemat technologiczny

24 Przykład sterowania Sterowanie czasowe (programowe) przełączaniem równolegle połączonych pomp w Zegar sterujący u 1 M P 1 y 1 P 2 y 2 u 2 M

25 Rodzaje regulacji

26 Rodzaje regulacji Ręczna Automatyczna Różnice w regulacji ręcznej i automatycznej. Przykład: - termostat grzejnikowy regulacja automatyczna ręczne nastawianie wielkości regulowanej, - zawór grzejnikowy regulacja ręczna.

27 Ręczna regulacja temperatury powietrza w pomieszczeniu Z 1 Z 2 Z 3 C C

28 Automatyczna regulacja temperatury powietrza w pomieszczeniu Z 1 Z 2 Z 3 2 T y 1 u w

29 Rodzaje regulacji automatycznej AUTOMATYCZNA REGULACJA STAŁOWARTOŚCIOWA NADĄŻNA PROGRAMOWA

30 Rodzaje regulacji Regulacja stałowartościowa polega na utrzymaniu stałej wartości wielkości regulowanej. Wartość zadana pozostaje na stałym poziomie niezależnie od zakłóceń działających na układ (jest zdeterminowana w = const). Działanie układu regulacji automatycznej prowadzi do eliminowania wpływu zakłóceń na wielkość regulowaną. Jest to najczęściej stosowany rodzaj regulacji. z y 4 T 2 3 u 1 y m w =t N =const z 2

31 Regulacja programowa Regulacja programowa utrzymuje zmienną w czasie wartość wielkości regulowanej zgodnie z zadanym programem zmiany wartości zadanej (w=w(t)). Typowym przykładem regulacji programowej wsystemach ogrzewania pomieszczeń jest okresowe obniżanie temperatury powietrza do poziomu temperatury dyżurnej w godzinach nocnych lub wdni wolne od pracy.

32 Regulacja programowa NOC praca instalacji ogrzewania z osłabieniem DZIEŃ normalna praca instalacji ogrzewania NOC praca instalacji ogrzewania z osłabieniem t i C :00 7:00 17:00 24:00 czas

33 Regulacja nadążna Regulacja nadążna ma za zadanie nadążne korygowanie wartości wielkości regulowanej stosownie do aktualnej wartości zadanej, która zmienia się wsposób niezdeterminowany, tzn. trudny do przewidzenia (w =w(?)) Wogrzewaniach wodnych temperatura czynnika grzejnego zasilającego instalację wewnętrzną tzco (jako wielkość regulowana y) w procesie regulacji nadąża za zmianami temperatury powietrza zewnętrznego tzew (wartością zadaną w) Regulacja ta uwzględnia wpływ parametrów klimatu zewnętrznego potocznie jest nazywana regulacją pogodową lub kompensacyjną.

34 Centrale wentylacyjne i klimatyzacyjne - automatyzacja

35 Centrale wentylacyjne i klimatyzacyjne - automatyzacja

36 Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej Schemat układu automatycznej regulacji i sterowania TK/NTC M Z/W-I/II bieg (DO+AO+DI) T H ΔP T T TK/NTC T M Z/W-I/II bieg DO+AO+DI) T H Tn=f(Tw), Tw=f(Tz) K M ΔP ~ ΔP ~ A0R NT AI AO DI DO

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

38 Zakres automatyzacji centrali klimatyzacyjnej 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) nadążna, d) regulacja kaskadowa (tn = f(tw)).

39 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 wodnego c.o. z y 4 T 2 3 u 1 y m w =t N =const z 2

40 Regulacja bezpośrednia temperatury powietrza wewnętrznego (stałowartościowa) Regulacja bezpośrednia polega na utrzymywaniu temperaturywewnętrznej jako stałej wartości regulowanej. Wielkością mierzoną może być temperatura powietrza: -wewnętrznego, -wywiewanego (z ewentualnym pomiarem temperatury powietrza nawiewanego wcelu ograniczenia zakresu zmian temperaturypowietrza nawiewanego np. 12 do 24 C).

41 Regulacja bezpośrednia prosta z pomiarem temperatury powietrza w pomieszczeniu ti Regulator wzależności od wartości temperatury powietrza wpomieszczeniu wysyła sygnał nastawiającydo siłownika nagrzewnicy. Zalety i wady lokalizacji czujnika temperatury powietrza w wentylowanym pomieszczeniu: zalety: bezpośrednipomiar wielkości regulowanej wmiejscujej regulacji, wady: problem wyznaczenia miejsca reprezentatywnego, duża liczba czujników (wysoki koszt) do pomiaru średniej temperatury powietrza dużych pomieszczeń, inercyjny charakter pomiaru (niekorzystne własności dynamiczne czujników pomieszczeniowych),wysoki koszt okablowania czujnik -sterownik. y=t i T u g y w =t i =const

42 Regulacja bezpośrednia prosta z pomiarem temperatury powietrza w kanale wywiewnym twywiewu Regulacja bezpośrednia z utrzymywaniem jako stałej wartości regulowanej temperatury powietrza wywiewanego (z ewentualnym ograniczeniem zakresu temperatury powietrza nawiewanego tnmax i tnmiń np. od 12 do 24 C). Zalety: duża dynamika pomiaru temperatury powietrza czujnikiem kanałowym, niższy koszt okablowania i tylko jednego czujnika. Wada : Konieczność korygowania wielkości regulowanej (różna od ti). t W T t i T t N u1 R y 1 y 2 w =t W =const

43 Regulacja bezpośrednia sekwencyjna Układ regulacji temperatury powietrza w wentylowanym pomieszczeniu (z pomiarem wielkości regulowanej w pomieszczeniu lub kanale wywiewnym). Regulator wzależności od wartości temperatury powietrza wpomieszczeniu (lub kanale wywiewnym) wysyła sygnał nastawiający do siłownika nagrzewnicy lub do siłownikachłodnicy. Załączanietych sygnałów odbywa się sekwencyjnie (dwa urządzenia wykonawcze) y=t i T u ch y w =t i =const u g

44 Regulacja bezpośrednia sekwencyjna z odzyskiem ciepła w postaci recyrkulacji Sterowanie odzyskiem ciepła Tw>Tzew(chłodu Tw<Tzew). Trzy urządzenia wykonawcze. Tw Tzew + T -

45 Regulacja bezpośrednia sekwencyjna z odzyskiem ciepła w postaci recyrkulacji Regulator wzależności od wartości temperatury powietrza wpomieszczeniu wysyła sygnał nastawiający do siłowników przepustnic powietrza (wywiew + recyrkulacja) oraz do siłownika zaworu regulacyjnego nagrzewnicy lub do siłownikazaworu chłodnicy. Załączanie tych sygnałów odbywa się sekwencyjnie (trzy urządzenia wykonawcze). Priorytetowy jest odzysk ciepła ichłodu zpowietrza wywiewanego poprzez recyrkulację (ze względów higienicznychodzysk musi być niższy od 100%). Następnie ogrzewanie lub chłodzenie powietrza nawiewanego (nagrzewnica wodna zimą, chłodnicalatem). Oszczędnościna energii cieplnejichłodniczej. RECYRKULACJA CIEPŁA RECYRKULACJA CHŁODU NAGRZEWNICA CHŁODNICA 20 C Ti C

46 Regulacja nadążna Regulacja nadążna ma za zadanie nadążne korygowanie wartości wielkości regulowanej stosownie do aktualnej wartości zadanej, która zmienia się wsposób niezdeterminowany,tzn. trudny do przewidzenia (w=w(?)) W okresie letnim (chłodzenie) temperatura wewnętrzna utrzymywana jest na poziomiezależnym od temperaturyzewnętrznej iiemperaturyokresu grzewczego. t wewn zewn W ogrzewaniach powietrznych temperatura powietrza nawiewanego tn (jako wielkość regulowana y) w procesie regulacji nadąża za zmianami temperatury powietrza wywiewanego tw lub tzew (wartością zadaną w). t N =f(t W ) = t Regulacjata jest nazywana także regulacją kompensacyjną. t 2 o wewn t N =f(tw)

47 Schemat regulacji temperatury nadążnej powietrza w pomieszczeniu wentylowanym Temperatura powietrza nawiewanego t N (jako wielkość regulowana y 1 ) utrzymywana jest przez regulator na poziomie zadawanym nadążnie za aktualną wartością temperatury powietrza wywiewanego t W. t W T t i T t N u1 R y 1 y 2 w=t N =f(t W )

48 Przykład zastosowania regulacji nadążnej Wykres zależności temperatury powietrza nawiewanego od temperatury powietrza wywiewanego stosowany w układach regulacji nadążnej t N [ C] 30 t N max t N =f(tw) t N min t i t W [ C]

49 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.

50 Schemat układu kaskadowej regulacji temperatury powietrza w pomieszczeniu wentylowanym Temperatura 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 t i T t N u 1 1 y 1 u 2 = t N 2 y 2 w=t N =f(t W )

51 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

52 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.

53 Zakres automatyzacji centrali klimatyzacyjnej realizowane funkcje c.d. 2. Zdalna korekta wartości zadanej temperatury 3. Zdalne załączanie/wyłączanie urządzenia wentylacyjnego (jednoczesne załączenie wentylatora nawiewnego i wywiewnego) TK/NTC M Z/W-I/II bieg (DO+AO+DI) T H ΔP T T TK/NTC T M Z/W-I/II bieg DO+AO+DI) T H Tn=f(Tw), Tw=f(Tz) K M ΔP ~ ΔP ~ A0R NT AI AO DI DO

54 Zakres automatyzacji realizowane funkcje 5. Przełączanie obrotów silników wentylatorów (I bieg/ii bieg). 6. Płynna regulacja wydajności wentylatorów (falownik przetwornica częstotliwości). 7. Załączanie pompy cyrkulacyjnej przy nagrzewnicy. 8. Zabezpieczenie nagrzewnicy wodnej przed zamrożeniem (termostat przeciwzamrożeniowy). 9. Funkcja odmrażania ( wentylator stop, przepustnica 0% otwarcia, zawór regulacyjny 100% otwarcia sygnalizacja awarii). 10. W centralach dachowych dodatkowe grzałki elektryczne przy nagrzewnicy oraz przewody grzejne z termostatem wzdłuż rurociągów wodnych. 11. Sterowanie przepustnicą powietrza zewnętrznego (siłownik z funkcją bezpieczeństwa).

55 Zakres automatyzacji realizowane funkcje 12. Zabezpieczenie silnika wentylatora przed zerwaniem klinowych pasków napędowych (presostaty wentylatorów przy spadku sprężu wyłączają silniki sygnalizacja awarii, dobór nastawy presostatu).

56 Zakres automatyzacji realizowane funkcje 13. Sygnalizacja zabrudzenia filtra powietrza (presostat filtra). 14. Sygnalizacja pracy/awarii silników wentylatorów. 15. Zabezpieczenie silników wentylatorów od zwarć i przeciążeń (przegrzania): zabezpieczenia elektryczne i czujniki temperatury (termostaty) uzwojenia silnika. 16. Regulacja wilgotności powietrza w pomieszczeniu (na wywiewie z ograniczeniem wilgotności na nawiewie). 17. Sterowanie pracą nawilżacza parowego (załącz/wyłącz wytwornicę, zaworem regulacyjnym na przewodzie parowym, termostat nawilżacza dla T<Tn).

57 Zakres automatyzacji realizowane funkcje 18. 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, 19. Sterowanie pracą nagrzewnicy wstępnej: stałowartościowa regulacja temperatury powietrza tn=9 C.

58 Sygnały obsługiwane przez sterownik centrali klimatyzacyjnej TK/NTC M Z/W-I/II bieg (DO+AO+DI) T H ΔP T T TK/NTC T M Z/W-I/II bieg DO+AO+DI) T H Tn=f(Tw), Tw=f(Tz) K M ΔP ~ ΔP ~ A0R NT AI AO DI DO

59 Efektywność energetyczna systemów klimatyzacji w budynkach

60 Sterowanie odzyskiem ciepła A. Recyrkulacja: płynne sterowanie przepustnicami N+C- sygnał AO oraz zał./wył. W sygnał DO. Warunkiem załączenia odzysku ciepła jest Tw>Tzew, (2xAI) Tw T DO AO T Tzew T +

61 Sterowanie odzyskiem ciepła B. Wymiennik krzyżowy: płynne sterowanie przepustnicami ( wymiennik plus obejście ( by-pass ) sygnał AO. Recyrkulacja rozruchowa, sterowanie przepustnicami: zał./wył. DO Tw T M AO M M M M + M T tw p DO Zabezpieczenie przed oszronieniem, pomiary: tw (AI), Δp (DI).

62 Sterowanie odzyskiem ciepła C. Wymiennik obrotowy: płynne sterowanie obrotami silnika - sygnał AO lub napędem 2, 3 - biegowym (sterowanie 2 lub 3xDO). Odszranianie, pomiary: tw (AI), Δp (DI). Δp Tw T T + M AO

63 Sterowanie odzyskiem ciepła D. Wymiennik z czynnikiem pośrednim (glikolowy): sterowanie zaworem regulacyjnym (sygnał AO) oraz zał/wył pompą cyrkulacyjną (DO) Tw T AO T Tg -2 C DO M +

64 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.

65 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.

66 Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -zabezpieczenie przed szronieniem i odszranianie wymienników Wymiennikiobrotowe -regeneratory: - 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.

67 Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -zabezpieczenie przed szronieniem i odszranianie wymienników: Wymiennikipłytowe -rekuperatory: - 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.

68 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.

69 Oprogramowanie aplikacyjne centrali wentylacyjnej

70 Monitoring centrali klimatyzacyjnej

71 ELEMENTY AUTOMATYKI Schemat blokowy układu regulacji z w +_ e u y obiekt urządzenie regulacji regulator wykonawcze obiekt regulacji y m element pomiarowy y

72 Konstrukcje zaworów regulacyjnych przelotowych (jednodrogowych)

73 Zastosowanie zaworów przelotowych Zco 5 Zcw c.w.u. WCO WCWII c.o. LC2 cyrk WCWI sieć LC1 ΔpRRC ZRRC 4 3 w.z.

74 Zawór trójdrogowy: a) mieszający, b) rozdzielający

75 Sposoby montażu zaworów trójdrogowych a) zawór mieszający, b) zawór mieszający pełniący funkcję zaworu rozdzielającego, c) zawór rozdzielający

76 Zastosowanie zaworów regulacyjnych trójdrogowych y=t i T u ch y w u g

77 Napędy Wtechnice ogrzewczej iklimatyzacji najczęściej stosowanymi napędami są siłowniki zaworów iprzepustnic oraz silniki pomp iwentylatorów. Siłowniki służą do zmiany stopnia otwarcia zaworów i przepustnic a silniki do utrzymania stałej lub zmiennej prędkości obrotowej pomp i wentylatorów.

78 Napędy zaworów regulacyjnych Jako napędy zaworów regulacyjnych stosuje się a) w układach nieelektrycznych siłowniki: mechaniczne, hydrauliczne, pneumatyczne, b) w układach elektrycznych siłowniki: elektryczne, elektrohydrauliczne, termoelektryczne, elektromagnetyczne,

79 ELEKTRYCZNE SIŁOWNIKI ZAWORÓW REGULACYJNYCH

80 ELEKTRYCZNE SIŁOWNIKI ZAWORÓW W siłownikach elektrycznych energia elektryczna przetwarzana jest na energię mechaniczną, która wykorzystywana jest do napędzania elementu nastawczego. Trzpień siłownika napędzany jest silnikiem za pośrednictwem przekładni redukcyjnej zębatej o dużym przełożeniu (zmniejszenie prędkości) oraz przekładni ślimakowej zamieniającej ruch obrotowy wruch posuwisty.

81 SIŁOWNIKI ELEKTROHYDRAULICZNE FIRMY LANDIS

82 SIŁOWNIKI ELEKTROHYDRAULICZNE FIRMY Landis & Gyr. Typowym przykładem siłownika elektrohydraulicznego jest pokazany na rys. siłownik firmy Landis &Gyr. Energia elektryczna w tym siłowniku służy do napędu pompy tłokowej przetłaczającej olej ze zbiornika nad tłokiem siłownika do cylindra pod tłokiem. Ciśnienie oleju pokonując opór sprężyny powoduje przemieszczanie się przymocowanego do cylindra trzpienia siłownika. Otwarcie zaworu elektromagnetycznego na przewodzie upustowym do zbiornika powoduje wyciskanie przez sprężynę powrotną oleju spod powierzchni tłoka iprzemieszczanie się trzpienia siłownika wkierunku przeciwnym. Siłowniki z funkcją bezpieczeństwa posiadają dodatkowy zawór elektromagnetyczny, który przy zaniku zasilania pozostaje w stanie otwartym powodując uwolnienie sprężyny przetłaczającej olej wcelu zamknięcia zaworu.

83 SIŁOWNIKI ELEKTROHYDRAULICZNE Elektrohydrauliczne elementy napędowe dobrze odpowiadają wymaganiom elementów nastawczych, gdyż umożliwiają łatwe realizowanie dużych sił ipowolnego ruchu elementu nastawczego. Siłowniki elektrohydrauliczne rozwijają dużą siłę nacisku w porównaniu z siłownikami elektrycznymi z zębatą przekładnią mechaniczną. Siłowniki elektrohydrauliczne są wielokrotnie lżejsze od elektrycznych przy tej samej mocy. Charakteryzują się także wysokim stopniem samohamowności.

84 SIŁOWNIKI TERMOELEKTRYCZNE

85 SIŁOWNIKI TERMOELEKTRYCZNE Siłowniki termoelektryczne powstały przez modyfikację termostatów przygrzejnikowych. Wsiłownikach tych sprzężony ztrzpieniem element zamykający zawór zwiększa swoją objętość przez podgrzewanie przy pomocy grzałki elektrycznej. Wzrost temperatury powoduje przemieszczanie się trzpienia siłownika izamykanie zaworu. Wyłączenie zasilania elektrycznego powoduje ochładzanie siłownika iotwieranie zaworu.

86 SIŁOWNIKI TERMOELEKTRYCZNE Siłownik ma wzasadzie działanie dwustawne. Jednak ze względu na czas potrzebny do podgrzania i ponownego schłodzenia siłownika działanie to przyjmuje charakter quasiciągły. Zaletą siłownika jest prostota konstrukcji, niezawodność i niska cena. Siłowniki tego typu stosowane są do regulacji przepływu czynnika grzejnego (ziębniczego) w wentylokonwektorach (fancoilach)wukładach wentylacji iklimatyzacji. Siłowniki cechuje mały skok przy stosunkowo małej sile potrzebnej do przestawiania zaworu. Temperatura pracy siłownika wynosi 100 do 200 C. Tak wysoka temperatura niezbędna jest dla uzyskania dużej szybkości przestawiania siłownika wobu kierunkach.

87 SIŁOWNIKI ELEKTROMAGNETYCZNE

88 SIŁOWNIKI ELEKTROMAGNETYCZNE Zasada działania siłownika (cewki elektromagnetycznej) polega na wykorzystaniu siły działającej na materiał ferromagnetyczny wpolu magnetycznym. Pole magnetyczne wytwarzane w rdzeniu wskutek przepływu prądu przez cewkę elektryczną powoduje powstanie siły działającej na rdzeń. Rdzeń przesuwa się, powodując przestawianie połączonego z nim grzybka zaworu. Po wyłączeniu zasilania cewki rdzeń i połączony z nim grzybek przesuwany jest pod wpływem sprężyny w położenie pierwotne. Wzależności od rodzaju uzwojenia cewki (lewoskrętne lub prawoskrętne) oraz usytuowania sprężyny zawory mogą być otwarte lub zamknięte wstanie beznapięciowym.

89 Elementy wykonawcze Przepustnice regulacyjne powietrza Przepustnice regulacyjne lub nastawcze stosuje się w instalacjach powietrznych do zmian ilości lub ciśnienia powietrza w zależności od zadanych wielkości np. temperatury, prędkości, ciśnienia. Są one jednoelementowe lub wieloelementowe, te zaś dzielą się na: a) przepustnice żaluzjowe z łopatkami współbieżnymi, b) przepustnice żaluzjowe z łopatkami przeciwbieżnymi.

90 jednoelementowe i wieloelementowe

91 Moment obrotowy przepustnic Moment obrotowy potrzebny do uruchomienia przepustnic zależy od prędkości powietrza, tarcia łożysk iprzepustnic. Wg BELIMO -jednego zczołowych producentów siłowników przepustnic moment obrotowy siłownika przepustnicy należy dobierać M = 5 A [Nm] gdzie: A -powierzchnia czołowa przepustnicy wm2.

92 Zastosowanie przepustnic Żaluzje do zewnętrznego powietrza i powietrza wywiewanego na początku ikońcu instalacji służą do zamykania imają ztego względu mają działanie dwupozycyjne zamknięty-otwarty. Przepustnice dławiące do zmiany ilości powietrza powinny z reguły posiadać przeciwbieżne łopatki.

93 Zastosowanie przepustnic Przepustnice mieszające są stosowane w urządzeniach klimatyzacyjnych do mieszania powietrza recyrkulacyjnego z powietrzem zewnętrznym (rys.). Przepustnice te są najczęściej sprzężone ze sobą i dodatkowo z przepustnicą powietrza wywiewanego (sterowane jednym sygnałem sterującym).

94 Przepustnica obejściowa dla wymiennika ciepła Przepustnice obejściowe powinny mieć opór przy otwarciu w przybliżeniu równy oporowi drugiej przepustnicy powiększonej oopór wymiennika ciepła, tak aby ilość powietrza pozostawała wprzybliżeniu stała (zwężenie, duża prędkość).

95 Siłowniki elektryczne przepustnic wentylacyjnych

96 Siłowniki elektryczne przepustnic wentylacyjnych

97 Charakterystyka siłowników przepustnic Funkcja bezpieczeństwa. Przepustnice, które muszą być zamykane lub otwierane po zatrzymaniu urządzenia wentylacyjnego powinny być wyposażane wsiłowniki ze sprężyną powrotną. Napięcie zasilania. Napięcie zasilania 24 V lub 230 V powinno być dostosowane do napięcia stosowanego wukładzie regulacji. Sygnał sterujący. Siłowniki przepustnic mogą być sterowane sygnałem zamknij/otwórz (dwustawnie), sygnałem krokowym - pulsacyjnym (trójstawnie), proporcjonalne - sygnałem analogowym (0 10V) lub binarnie np. magistralą LonWorks.

98 Charakterystyka siłowników przepustnic Kąt obrotu najczęściej można ustawiać mechanicznie w zakresie od 0do 95. Czas przejścia pomiędzy skrajnymi położeniami siłownika zależy od typu siłownika imoże mieścić się wprzedziale od 40 do 150 s. Czas zamykania sprężyną powrotną wynosi ok. 20s. Temperatura otoczenia podczas pracy siłownika szczególnie dla urządzeń wentylacyjnych zewnętrznych powinna uwzględniać lokalne warunki klimatyczne (najczęściej 30 do 50 C). Średnica uchwytu siłownika powinna być dopasowana do średnicy osi napędowej przepustnicy.

99 Podział i rodzaje czujników w OWK Automatyzacja instalacji budynkowych wymaga zastosowania czujników służących do pomiaru takich wielkości jak: temperatura, ciśnienie, wilgotność, prędkość przepływającego medium, strumień objętości, strumień ciepła, entalpia, jakość powietrza, zawartość CO2, poziom cieczy, ruch, obecność itp.

100 CZUJNIKI TEMPERATURY Czujniki temperatury posiadają element czuły na temperaturę, który przy zmianie temperatury (wejście) zmienia wartość sygnału wyjściowego. Wzależności od zastosowanej zasady pomiaru temperatury czujniki można podzielić na: rezystancyjne, termoelementy, bimetalowe, manometryczne icieczowe.

101 CZUJNIKI REZYSTANCYJNE Wtypowych układach zregulatorami cyfrowymi stosowane sączujniki rezystancyjne zelementami zmieniającymi swoją oporność elektryczną przy zmianie temperatury. Są to przeważnie oporniki drutowe lub warstwowe zplatyny lub niklu, jak również specjalne elementy półprzewodnikowe termistory. Opór elektryczny czujnika rezystancyjnego oznaczonego w literaturze symbolem RTD (ang. Resistance Temperature Device) zależy od temperatury, wzrasta ztemperaturą. Termometryrezystancyjne robione sąnajczęściej zplatyny iniklu. Wybór materiału na termometr rezystancyjny zależy od zakresu temperatury, wymagań antykorozyjnych, wymagań co do mechanicznej trwałości ikosztu.

102 Czujniki rezystancyjne platynowe Są najszerzej stosowane do pomiarów cieplnych, ponieważ platyna jest najbardziej trwała iodporna na korozję. Termometrem platynowym do dokładnych pomiarów jest termometr Pt1000, co oznacza, że rezystancja czujnika wtemperaturze 0 C wynosi 100 0Ω(R0= 1000 Ω).

103 Czujniki rezystancyjne platynowe Termometrrezystancyjny platynowy: a) zuzwojeniem umieszczonym wewnątrz obudowy ceramicznej, b) zuzwojeniem nawiniętym na zewnątrz, c) cienkowarstwowy

104 Czujniki rezystancyjne platynowe Rysunek a: Czujnik z platynowym uzwojeniem 1, umieszczonym w okrągłych studniach wywierconych w ceramicznej obudowie 2, uzwojenie uszczelnione jest w obudowie szklanym szczeliwem 3. Termometr tego typu przystosowany jest raczej do wyższych temperatur. Rysunek b: Typ czujnika oprostej konstrukcji stosowany do pomiaru temperatury umiarkowanego środowiska termicznego. Na pręcie ceramicznym 2 nawinięte jest uzwojenie platynowe 1 (z przyspawanymi przewodami zewnętrznymi 4 w obrębie czujnika), które jest pokryte szklaną polewą 5.

105 Czujniki rezystancyjne platynowe cienkowarstwowe Na rysunku cpokazano konstrukcję czujników platynowych temperatury firmy Heraeus Sensor-Nite (ang. New Innovative Technologies for the Environment). Czujnik zawiera (wykonaną techniką fotolitograficzną) cienką warstwę platynowego rezystora 1 naniesioną na płytkę 2pokrytą tlenkiem glinu Al2O3, którą przykrywa płytka szklana 3zwtopionymi stykami 4iprzewodami 5. Dla uszczelnienia strefę styków 4przykrywa warstwa 6z pasty szklano-ceramicznej.

106 Termistory Wykonywane są z polikrystalicznych półprzewodników, w postaci tlenków metali: chromu, manganu, żelaza, kobaltu, niklu imiedzi. Termistory typu NTC (ang. Negative Temperature Coefficient) charakteryzują się dużym jednostkowym spadkiem oporu elektrycznego przy wzroście temperatury. Dzięki wysokiej wartości oporności nie wymagają układów kompensacji oporności linii łączącej czujnik z regulatorem, co znacząco obniża koszt okablowania układu automatyki. Małe stałe czasowe oraz duża dokładność przyczyniła się do szerokiego stosowania tych czujników.

107 Temperatura C Rezystancja Ω

108 Pasywne i aktywne czujniki temperatury W zależności od typu regulatora czujniki rezystancyjne mogą być łączone bezpośrednio do regulatora jako czujniki pasywne (pomiar rezystancji), mogą być również wykonywane w połączeniu z przetwornikiem elektrycznym, ze standardowym sygnałem elektrycznym na wyjściu zczujnika 0-10 VDC lub 0(4)-20 ma, jako czujniki nazywane aktywnymi. Czujnik inteligentny wyjściu sygnał cyfrowy binarny np. w standardzie LonWorks

109 ZALECENIA DOTYCZĄCE MONTAŻU CZUJNIKÓW CZUJNIKI ZANURZENIOWE

110 ZALECENIA DOTYCZĄCE MONTAŻU CZUJNIKÓW Czujnik przylgowy

111 Czujnik kanałowy

112 Pomieszczeniowy czujnik temperatury powietrza oraz czujnik temperatury z nastawnikiem

113 ZALECENIA DOTYCZĄCE MONTAŻU CZUJNIKÓW Czujnik pomieszczeniowy

114 ZALECENIA DOTYCZĄCE MONTAŻU CZUJNIKÓW Czujnik temperatury powietrza zewnętrznego

115 ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI

116 ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI Zasada działania elektrycznych czujników wilgotności oparta jest na zastosowaniu substancji lub złożonych układów, które absorbują lub tracą wilgoć przy zmianie wilgotności względnej otoczenia, co powoduje zmianę właściwości elektrycznych układu jak impedancja i pojemność elektryczna lub inne parametry elektryczne. Czujniki elektryczne mogą mieć wyjście napięciowe lub częstotliwościowe, w przypadku którego stosuje się przetwornik częstotliwościowo-napięciowy dla uzyskania sygnału napięciowego proporcjonalnego do wilgotności.

117 ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI a) Czujnik rezystancyjny Dumnore'a, b) Czujnik pojemnościowy z tlenkiem glinu: model struktury czujnika i układ zastępczy czujnika.

118 Czujnik rezystancyiny Dunmor'a Zawiera dwie elektrody (rys.) naniesione na płytkę pokrytą warstwą zutrwalonym 2do 5% roztworem chlorku litu.

119 Czujniki pojemnościowe z tlenkiem glinu.

120 Czujniki pojemnościowe z tlenkiem glinu. Czujnikiem jest płytka aluminiowa znaniesioną elektrolitycznie warstwą tlenku glinu o dużej higroskopijności (ma strukturę włóknistą z podłużnymi porami skierowanymi ku powierzchni). Tlenek pokrywa przepuszczalna dla wilgoci mikrowarstewka naparowanego chromu lub złota. Nie trawiona część płytki aluminiowej oraz metalowa warstwa stanowiąca elektrodę tworzą dwie elektrody, okładki kondensatora złożonego zwarstwy tlenku glinu.

121 Czujniki ciśnienia

122 Czujniki ciśnienia Wprzetwornikach ciśnienia elementem pomiarowym jest membrana lub piezorezystor. Piezorezystorami nazywa się czujniki wykonane z materiałów półprzewodnikowych, których rezystancja zależy od naprężeń w materiale. Zachodzące pod wpływem zmian ciśnienia odkształcenia membrany lub zmiany rezystancji elementu piezorezystora w przetworniku przetwarzane są na standardowy sygnał elektryczny napięciowy lub prądowy.

123 CZUJNIK PRZEPŁYWU

124 Czujnik przepływu płynu Przełącznik elektryczny złopatką zanurzoną wmedium (w przewodzie) zwiera lub rozwiera styki elektryczne. Alarm przy przekroczeniu lub spadku wartości strumienia poniżej wartości zadanej (wielkością łopatki).

125 Pomiar zawartości CO2 w powietrzu Schemat blokowy czujnika optycznego zawartości CO2 wraz z układem przetwarzającym. Oznaczenia: 1,2 fotodiody odbiorcze, 3 dioda nadawcza emitująca światło, 4,5 wzmacniacze sygnałowe, 6 drajwer impulsowy, 7 mikrokontroler zasilający, 8 wyświetlacz, 9 interfejs RS232/485. Czujniki CO2 działają w oparciu o technologię nie rozproszonej podczerwieni (NDIR), dają sygnał wyjściowy Vdc lub cyfrowy odpowiadający koncentracji ppm (cząsteczek na milion) CO2

126 Czujnik jakości powietrza VOC Czujnik jakości powietrza w pomieszczeniu służy do pomiaru zawartości niekorzystnych składników w postaci łatwo utleniających się gazów organicznych lub par (VOC Volatile Organic Compounds -lotne składniki organiczne). Pomiar umożliwia optymalizację jakości powietrza w pomieszczeniu oraz ograniczenie zużycia energii poprzez określenie niezbędnego zapotrzebowania powietrza świeżego.

127 Czujnik jakości powietrza VOC-C7110A C7110A Czujnik C7110A przeznaczony jest do pomiaru jakości powietrza w pomieszczeniach zarówno biurowych jak i produkcyjnych. Wykrywa nieprzyjemne zapachy, dym tytoniowy, opary z obiektów takich jak: meble, dywany, farby, kleje,... Jak udowodniono w praktyce, czujnik tek wykrywa nieprzyjazne dla zdrowia ludzkiego składniki znajdujące się w powietrzu, nawet wtedy, gdy osoby będące w danym pomieszczeniu nie zdają sobie sprawy z obecności tych składników.

128 DZIAŁANIE Czujnik jakości powietrza VOC-C7110A C7110A Honewell Przewodność elektryczna półprzewodnikowego czujnika opartego na wzbudzonym dwutlenku cyny, zmienia się proporcjonalnie do ilości cząsteczek reduktora. Przetwarzana jest na wartość napięcia i wzmacniana do zakresu 0..10Vdc. Następujące gazy obecne w pomieszczeniu są wykrywane: dym papierosów, wodór, tlenek węgla, etanol, amoniak, itp. W porównaniu do czujników CO2, które mierzą koncentrację tego jednego rodzaju gazu, czujnik jakości powietrza jest czujnikiem szerokopasmowym. Zmienność zawartości różnych rodzajów gazów w powietrzu w pomieszczeniu, wymaga stosowania czujników wykrywających więcej niż jeden szkodliwy gaz.

129 System zliczania liczby osób Przykładowym zastosowaniem czujników pyroelektrycznych jest ustalanie liczby osób przebywających w danym momencie whali sprzedaży supermarketu iustalanie na tej podstawie w systemach wentylacji pomieszczeń ilości powietrza świeżego podawanego przez wentylatory nawiewne przy założeniu jednostkowego strumienia minimalnego przypadającego na jedną osobę.

130 System zliczania liczby osób Zasada działania Czujniki umieszczone w bramach wejściowych i wyjściowych działają na zasadzie pasywnych czujników podczerwieni reagujących na promieniowanie cieplne osób przechodzących wobu kierunkach wstrefie ich zasięgu. Informacje z czujników przesyłane są do mikroprocesorowego analizatora z możliwością dalszego przesyłania danych wformie cyfrowej, po RS 232, lub w formie niezależnych impulsów oddzielnie dla osób wchodzących iosób wychodzących.

131 System zliczania liczby osób zasada działania Główną część czujnika stanowi pyroelektryczny nadajnik. Elementy składowe czujnika wytwarzają wzakresie strefy roboczej po dwie kurtyny po stronie wewnętrznej bramy ipo stronie zewnętrznej. Osoby wchodzące w przestrzeń pomiędzy kurtyny wewnętrzne lub zewnętrzne generują sygnały informujące o ilości osób wchodzących iwychodzących.

132 System zliczania liczby osób

133 System zliczania liczby osób

134 System zliczania liczby osób

135 REGULATORY BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA

136 REGULATORY BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA - Regulatory bezpośredniego działania charakteryzują się tym, że energię niezbędną do działania pobierają za pomocą czujnika zobiektu regulacji. - Z tego powodu nazywane są również regulatorami bez energii pomocniczej. - W regulatorze bezpośredniego działania element pomiarowy, regulator, napęd i element wykonawczy najczęściej stanowią jedną całość. - Zaletą tych urządzeń jest prosta budowa iniski koszt. - Wadą ich jest mała dokładność regulacji spowodowana odchyłką statyczną i histerezą oraz możliwość realizacji wyłącznie regulacji stałowartościowej.

137 Zastosowanie regulatorów bezpośredniego działania Regulatory bezpośredniego działania w systemach ogrzewania iklimatyzacji stosowane sądo regulacji: temperatury (termostaty przygrzejnikowe, ograniczniki temperatury powrotu, regulatory temperatury ciepłej wody), ciśnienia (regulatory i reduktory ciśnienia), różnicy ciśnień ( regulatory różnicy ciśnień), przepływu (regulatory i ograniczniki przepływu), poziomu (regulatory poziomu wody). Wykonywane są również jako wielofunkcyjne regulatory bezpośredniego działania, na przykład w ciepłownictwie do jednoczesnej regulacji różnicy ciśnień i przepływu wody sieciowej w węźle.

138 Termostat grzejnikowy 1 - nastawnik temperatury, 2 - cieczowy czujnik temperatury, 3 zabezpieczenie przeciążeniowe, 4 skala nastawianych temperatur, 5 dławnica, 6 tuleja, 7 połączenie gwintowe.

139 Termostat grzejnikowy W czujnikach termostatów grzejnikowych wykorzystywane sąnastępujące zjawiska fizyczne zachodzącepod wpływem temperatury: -rozszerzalność cieplna cieczy, -rozszerzalność cieplna ciał stałych, -zmiana prężności pary nad powierzchnią cieczy, -zmiana objętości substancji wczasie krzepnięcia i topnienia.

140 Ograniczniki temperatury wody w instalacjach Na podobnej zasadzie działają ograniczniki temperatury wody winstalacjach centralnego ogrzewania i cyrkulacji ciepłej wody użytkowej. Wielkością regulowaną wtym przypadku nie jest jednak temperatura powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu lecz temperatura wody powrotnej w miejscu zamontowania ogranicznika.

141 Regulator temperatury c.w.u. bezpośredniego działania Termostat znastawnikiem wartości zadanej, kapilarą oraz czujnikiem temperatury pracującym na zasadzie adsorbcji.

142 Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień i przepływu Urządzenie regulacyjne składa się z regulatora, zaworu regulacyjnego isiłownika. Sterowanie zaworem regulacyjnym odbywa się przez wykorzystanie energii przepływającego medium bez konieczności doprowadzania energii zewnętrznej. Wzrost różnicy ciśnień zamyka lub otwiera zawór.

143 Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień»»»»»» Regulator różnicy ciśnień upustowy

144 Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień

145 Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień zasada działania Regulowana różnica ciśnień p wytwarza na powierzchni membrany siłownika siłę Fm = p A Siła ta porównywana jest na trzpieniu grzyba zsiłą napięcia sprężyny Fs odpowiadającą wartości zadanej. Siła napięcia sprężyny może być regulowana na nastawniku wartości zadanej lub zadana na stałe. Jeżeli zmienia się wartość różnicy ciśnień p, awraz znią również siła Fm, grzyb zaworu przesuwany jest do momentu, gdy Fm=Fs. Dla zadanej powierzchni membrany A stała sprężyny nastawczej określa wielkość współczynnika wzmocnienia Kp oraz zakres proporcjonalności Xp. Urządzenia sąregulatorami proporcjonalnymi sterowanymi za pomocą medium.

146 Regulator przepływu

147 Regulator przepływu Ciśnienie regulowanego medium może być przenoszone do siłowników przy pomocy przewodów impulsowych lub przez kanał nawiercony w trzpieniu grzyba. Podczas projektowania należy pamiętać o tym, że różnica ciśnień w instalacji obliczana jest ze spadku ciśnienia na dławiku ispadku ciśnienia przy obliczeniowym przepływie regulowanego medium winstalacji: p = pinstalacji + pmiernicze

148 Regulator przepływu - zastosowanie

149 Regulator różnicy ciśnień z ograniczeniem przepływu

150 Regulator różnicy ciśnień z ograniczeniem przepływu Podczas projektowania należy pamiętać o tym, że różnica ciśnień w instalacji obliczana jest ze spadku ciśnienia na dławiku ispadku ciśnienia przy obliczeniowym przepływie regulowanego medium w instalacji: p = pinstalacji + pmiernicze

151 Regulator różnicy ciśnień z ograniczeniem przepływu

152 Regulator różnicy ciśnień i przepływu

153 Regulator różnicy ciśnień i przepływu - zastosowanie

154 REGULATORY DWUSTAWNE

155 REGULATORY DWUSTAWNE Regulacja dwustawna jest regulacją nieciągłą, w której wielkość sterująca przyjmuje tylko dwie wartości minimalną lub maksymalną, w zależności od tego czy sygnał uchybu jest dodatni czy ujemny. Minimalna wartość wielkości sterującej jest zwykle oznaczana jako umowne 0amaksymalna jako 1. Wartość 0 oznacza wyłączenie sygnału wyjściowego z regulatora a wartość 1 pełne włączenie sygnału wyjściowego. Przełączenie sygnału sterującego następuje po przejściu sygnału uchybu przez obszar nazywany strefą histerezy. Histereza pełni w tym przypadku pozytywną rolę zapobiegania zbyt częstemu działaniu mechanizmu załączającego regulatora (np. styki elektryczne) oraz zmniejsza częstotliwość załączania urządzeń wykonawczych.

156 Przykładowy przebieg wartości regulowanej w układzie z regulatorem dwustawnym Sygnał wyjściowy układu regulacji oscyluje pomiędzy dwoma granicami strefyhisterezy. Jakość regulacji dwustawnej ocenia się na podstawie amplitudy, częstotliwości oraz wartości średniej oscylacji. Jak wynika z rys. amplituda drgań wielkości regulowanej może być zmniejszona przez ograniczenie szerokości obszaru histerezy.spowoduje to jednak zwiększenie częstotliwości przełączeń regulatora oraz liczby zadziałań elementów wykonawczych, co może niekorzystnie wpłynąć na trwałość tych urządzeń. załącz c.o. H = 2K y(τ) 14 C 12 C Histereza H = 2K wyłącz c.o. 12 C 14 C Te 0 τ

157 Regulatory dwustawne Regulatory dwustawne są proste w budowie i działaniu oraz niedrogie. Najczęściej wykonywane są jako regulatory elektryczne sterujące napędami silnikowymi lub elektromagnetycznymi. Wklimatyzacji iciepłownictwie znalazły szerokie zastosowanie jako urządzenia zabezpieczające przed niedopuszczalnym spadkiem lub wzrostem temperatury (termostaty) oraz ciśnienia (presostaty). Służą także jako regulatory wilgotności (higrostaty) oraz regulatory poziomu cieczy.

158 TERMOSTATY Różne termostaty elektryczne: a -bimetalowy, b -prętowy, c membranowy.

159 TERMOSTATY Sprężyna bimetalowa to zwinięte razem dwa metalowe paski oróżnej rozszerzalnościcieplnej. Czujnik prętowy stanowią dwa powiązane ze sobą pręty. Jeden z materiału o dużej rozszerzalności cieplnej, drugi wykonany z inwaru, charakteryzujący się znikomą rozszerzalnością cieplną. Czujniki membranowe (ew. z kapilarą) wykorzystują zjawisko rozszerzalności cieczy (nafta) igazów (butan, fluorowęglowodór np.freon) oraz zjawisko adsorbcji.

160 Termostaty-przykłady zastosowań w technice grzewczo-wentylacyjnej. wentylacyjnej. Termostaty pomieszczeniowe służą do sterowania aparatami grzewczowentylacyjnymi iklimakonwektorami.

161 Aparat grzewczo-wentylacyjnywentylacyjny

162 Termostaty-przykłady zastosowań w technice grzewczo-wentylacyjnej. wentylacyjnej. Termostaty pomieszczeniowe zastosowane do sterowania wentylokonwektorami, 1. mogą załączać nagrzewnice elektryczne, 2. otwierać lub zamykać zawory regulacyjne doprowadzające czynnik grzejny lub chłodniczy, 3. zmieniać obroty silników napędzających wentylatory, 4. sterować pracą gazowych urządzeń grzewczych.

163 Termostaty zabezpieczające Termostaty zabezpieczające stosowane sądo: zabezpieczania kotłów i wymienników ciepła przed nadmiernym wzrostem temperatury czynnika grzejnego: termostaty ze stykiem przełączającym iautomatycznym powrotem do zadanego położenia (STW), termostaty ze stykiem otwierającym i blokadą (powrót do zadanego położenia po naciśnięciu przycisku wyzwalacza tylko po spadku temperatury poniżej wartości granicznej -reset) - (STB), zabezpieczania nagrzewnic elektrycznych przed nadmiernym wzrostem temperatury, Termostat ogranicznik temperatury bezpieczeństwa (STB) firmy SAMSON, ze stykiem otwierającym i blokadą