Gdańsk 2010 AUTOMATYKA CHŁODNICZA I KLIMATYZACYJNA Temat 12: Systemy sterowania stosowane w układach ogrzewania wolnostojących budynków mieszkalnych z wykorzystaniem powietrznej pompy ciepła: budowa + działanie + przykłady rozwiązań. Jakub Turek SUChiKl sem.ix Wydział Mechaniczny
Spis treści: 1. Przypomnienie zasady działania pompy ciepła 2. Sterowanie przez mikroprocesorowy sterownik pompy ciepła [PLC] 3. Przykład sterowania za pomocą regulatora Hibernatus 4. System Danfoss On-Line Bibliografia
1. Pompa ciepła Pompa ciepła jest urządzeniem umożliwiającym wykorzystanie energii cieplnej źródeł o niskich temperaturach. Jej podstawowa rola polega na pobieraniu ciepła ze źródła dolnego o niższej temperaturze i przekazywaniu go do źródła o wyższej temp. Proces ten wymaga dostarczenia energii z zewnątrz. Pompa ciepła różni się od urządzenia chłodniczego poziomem temperatur przy których pracuje. tzn. w urządzeniu chłodniczym wykorzystuje się ciepło odebrane przy niskiej temperaturze w P.C. wykorzystuje się ciepło oddane przy wysokiej temp. Obiegiem porównawczym dla P.C może być lewobieżny obieg Carnotta. Zasada działania: 1. Czynnik obiegu dolnego źródła, płynąc w wężownicy, odbiera energię cieplną z gruntu, powietrza lub wody. 2. W parowniku pompy podgrzany czynnik obiegu dolnego źródła oddaje ciepło zimnemu czynnikowi chłodniczemu obiegu wewnętrznego pompy ciepła. Czynnik chłodniczy podgrzewa się i odparowuje, stając się gazem. 3. Czynnik zostaję sprężony przez sprężarkę. Wytworzone w tym procesie ciepło jest przekazywane w skraplaczu do systemu instalacji centralnego ogrzewania budynku. 4. Skroplony czynnik po przejściu przez zawór rozprężny obniża swoje ciśnienie oraz temperaturę i przepływa do parownika, gdzie ponownie odbiera ciepło od czynnika obiegu dolnego źródła i proces zaczyna się ponownie.
Dolnymi odnawialnymi źródłami ciepła w PC mogą być: wody gruntowe, woda z naturalnych zbiorników wodnych, powietrze atmosferyczne. 2. Sterowanie przez mikroprocesorowy sterownik pompy ciepła [PLC] W mikroprocesorowych sterownikach pomp ciepła pod kontrolą systemu operacyjnego czasu rzeczywistego: - korzystając z uzyskanych danych o sterowanym procesie lub maszynie na podstawie wejść analogowych i cyfrowych wykonują programy użytkownika, zawierające zakodowane algorytmy sterowania i przetwarzania danych; - generują sygnały sterujące odpowiednie do wyników obliczeń tych programów i przekazują je na wyjścia cyfrowe i analogowe do elementów i urządzeń wykonawczych; - a ponadto mają możliwość transmitowania danych za pomocą portów komunikacyjnych; Wartości pomiarów zmiennych procesowych stanowią wejścia sterownika, zaś obliczone zmienne sterujące są jego wyjściami. Sterownik programowalny (PLC) to urządzenie, które może być zaprogramowane przez użytkownika do przyjęcia sekwencji zdarzeń. Zdarzenia te są wyzwalane przez zewnętrzne bodźce wprowadzane na wejścia sterownika. Sterownik programowalny będzie wykonywał pętlę wewnątrz zdefiniowanego przez użytkownika programu w oczekiwaniu na sygnał wejściowy lub generował sygnał wyjściowy w określonym programowo czasie. Ogólnym zadaniem sterowników Minitherm jest: -zbieranie pomiarów za pośrednictwem wejść z analogowych i cyfrowych czujników, czy urządzeń pomiarowych, -transmitowanie danych za pomocą portów komunikacyjnych,
-wykonywanie programów aplikacyjnych na podstawie przyjętych parametrów i danych o sterowanym procesie, -generowanie sygnałów sterujących, zgodnie z wynikami obliczeń programów i przekazywanie ich do elementów i urządzeń wykonawczych za pośrednictwem wyjść analogowych i cyfrowych. Integruje on w sobie wszystkie niezbędne funkcje dla regulacji pompą ciepła, dwóch obwodów grzewczych, c.w.u., kolektora słonecznego, kominka, ogrzewania basenowego oraz centrali wentylacyjnej chłodu. Posiada jedno konfigurowalne wejście dla wykorzystania przez użytkownika. Sterownik składa się z następujących elementów: -Płyta sterownika wbudowana w PC, -Moduł pomieszczeniowy z wyświetlaczem LCD (2x16 znaków), -Czujniki (maksymalnie 2) pomieszczeniowe, -Urządzenia peryferyjne (czujniki,pompy,siłowniki, itp.), -Moduł komunikacji gsm (opcja), -Moduł komunikacji internetowej (opcja), PLC posiada między innymi następujące funkcje: -zaawansowana diagnostyka błędów i uszkodzeń; -wyliczanie współczynnika sprawności układu na bieżąco; -praca w systemie dwutaryfowym z funkcją buforowania energii; -sterowanie grzałkami elektrycznymi; -sterowanie dwoma strefami grzewczymi niezależnie; -zaawansowane programy czasowe (tygodniowe, wakacyjne, nieobecności); -sterowanie podstawowymi funkcjami za pomocą telefonu (także GSM); -zaawansowane algorytmy predykcji ciągle zmieniających się warunków pracy; -pokojowy panel sterowania z 32 znakowym wyświetlaczem, -menu w języku polskim; -możliwość aktualizacji oprogramowania bez utraty wcześniejszych ustawień i historii zdarzeń;
-sterowanie pomp kaskadowo; -możliwość monitorowania i sterowania za pomocą komputera poprzez port RS232/RS485 -współpraca z układem zasilania awaryjnego, Sterownik nie posiada żadnych przełączników, potencjometrów regulacyjnych ani elementów podłączeniowych dla użytkownika/instalarora. 3. Przykład sterowania za pomocą regulatora Hibernatus Jest to mikroprocesorowe urządzenie sterujące pracą pompy ciepła. Steruje załączaniem sprężarki, pompami obiegowymi dolnego i górnego źródła ciepła, załączeniem dodatkowego źródła ciepła (źródło biwalentne), pompą ładowania zasobnika CWU i alternatywnie pompą cyrkulacyjną CO lub w trybie CHŁODZENIA pompą dodatkowego dolnego źródła. Regulator mierzy temperatury: zewnętrzną lub wody lodowej, górnego źródła ciepła, dolnego źródła ciepła, temperaturę CWU oraz temperaturę wewnętrzną. We wszystkich trybach dodatkowe (biwalentne) źródło ciepła załączy się jeśli sprężarka pompy ciepła będzie pracowała bez przerwy przez czas dłuższy
niż zadany w parametrze czas do załączenia źródła biwalentnego. Regulator posiada wbudowany interfejs komputerowy. (dokonywanie odczytów temperatur zmierzonych i wyliczonych przez regulator, odczytywanie i wpisywanie wszystkich nastaw pracy regulatora). Współpraca przez interfejs może być prowadzona np. pomiędzy regulatorem a komputerem z odpowiednim oprogramowaniem, lub układem monitoringu temperatur. Drugim interfejsem regulatora jest interfejs 12C do sterowania modułami rozszerzeń. Wbudowany zegar elektroniczny pozwala na realizowanie 2 stref obniżeń temperatury w ciągu doby. Oddzielenie dla dni roboczych i dla soboty-niedzieli. Podłączenie do komputera lub modemu telefonicznego wykonywane jest na życzenie użytkownika na osobne zamówienie. Rys. Program do kontroli i sterowania pracy pompy ciepła przez regulator Hibernatus. 4. System Danfoss On-Line
System Danfoss On Line działa w sieci GSM (GPRS) i składa się z modułu elektronicznego, karty SIM oraz anteny zewnętrznej. Pierwszy system został zainstalowany w domu pod Bydgoszczą. Pompa podłączona do systemu komunikuje się przez GPRS z serwerem następnie użytkownik korzystając z przeglądarki intenetowej logując się na stronie www.heatpumps.online.danfoss.com może podejrzeć parametry pracy pompy ciepła oraz dokonać ich zmiany. Zalety dla użytkownika: możliwość sprawdzenia temperatury w domu i dokonanie jej korekty swobodne ustawienie krzywej grzewczej możliwość zmiany trybu pracy, przełączenia w tryb ogrzewanie lub tylko ciepła woda użytkowa możliwość ustawienia powiadomienia SMS lub mailem w razie problemów z ogrzewaniem Zalety dla instalatora: możliwość sprawdzenia paramatrów pracy pompy takich jak: temp. dolnego źródła, temp. zasilania ogrzewania, temp. w zasobniku, możliwość zmiany trybu pracy, przełączenia w tryb serwisowy możliwość ustawienia wysyłania alarmów przez SMS lub na adres mailowy podgląd stanu pracy wszystkich serwisowanych pomp przez jedna firmę pełna opieka nad Klientami zmniejszenie ilości wyjazdów serwisowych Bibliografia 1. Katalog firmy Danfoss 2. Katalog sirmy Solis (MiniTherm) 3. Katalog firmy Buderus 4. http://www.eko-instal.pl
5. http://www.pl.pompyciepla.danfoss.com 6. http://www.solis.pl 7. http://www.hibernatus.pl 8. http://www.buderus.p 9. http://www.izo-term.com.pl/pompy_ciepla_danfoss.htm