Seminarium z Automatyki Chłodniczej i Klimatyzacyjnej Temat: ELEMENTY AUTOMATYKI STOSOWANE W NOWOCZESNYCH CENTRALACH WENTYLACYJNYCH I KLIMATYZACYJNYCH WYKONAŁ: Marcin Zarwalski SUChiKl sem.ix Wydział Mechaniczny
Automatyka do nowoczesnych central klimatyzacyjnych zazwyczaj spełnia dwie podstawowe funkcje: 1. Zabezpieczenia -nagrzewnicę wodną przed zamarznięciem -nagrzewnicę elektryczną przed przegrzaniem -wymiennik krzyżowy i obrotowy odzysku ciepła przed zaszronieniem -sygnalizowanie stanu awarii -utrzymanie minimalnej temperatury w pomieszczeniu w czasie czuwania( przy spadku temperatury centrala uruchamia się i ogrzewa powietrze w pomieszczeniu do zadanej temperatury minimalnej.) 2. Sterowania -Parametrami powietrza steruje regulator programowalny poprzez odpowiednie zarządzanie pracą centrali zgodnie z zadanym przez Użytkownika programem. Regulatory mogą sterować i podawać sygnał np. do: -wymienników do odzysku ciepła -wymiennika ciepła -sterowania siłownikami przepustnic -sterowania nawilżaniem 3. Regulatory: -Najprostszą grupę regulatorów stanowią regulatory bezpośredniego działania, są to regulatory, które do działania wykorzystują energię procesu, którym sterują. - Jeżeli regulator zasilany jest z obcego źródła energii wówczas w zależności od jej postaci rozróżniamy regulatory pneumatyczne, hydrauliczne, elektryczne i elektroniczne. Najbardziej powszechne zastosowanie znalazły regulatory elektryczne i elektroniczne. -Regulatory bezpośredniego działania. Energię do przestawiania zaworu pobierają z procesu regulowanego za pośrednictwem czujnika pomiarowego. Pokrętło regulatora połączone ze skala służy do nastawiania wielkości zadanej. Zaletą tych regulatorów jest prosta i zwarta budowa oraz niska cena wadą zaś mała dokładność. (6 m czujnik). -Regulatory korzystające z energii pomocniczej dzielą się na: pneumatyczne, hydrauliczne, elektryczne i elektroniczne.
ZADANIE WSPÓŁCZESNEGO UKŁADU KLIMATYZACYJNEGO Zadaniem współczesnego układu klimatyzacyjnego jest zapewnienie środowisku powietrznemu pomieszczenia określonych właściwości i parametrów takich jak np. czystość, temperatura, wilgotność względna i prędkość ruchu powietrza. Parametry te powinny być odpowiednio dostosowane do sposobu wykorzystania pomieszczenia w każdych warunkach występujących dla danego budynku w danej lokalizacji. Klimatyzacja posiada lepszą jakość regulacji i sterowania urządzeń wchodzących w skład centrali niż w przypadku wentylacji. ZADANIE WSPÓŁCZESNEGO UKŁADU WENTYLACYJNEGO. Zadaniem współczesnego układu wentylacyjnego jest usuwanie z pomieszczeń zamkniętych powietrza zanieczyszczonego oraz dostarczenie w jego miejsce powietrza świeżego, czystego o określonej temperaturze. W części nawiewnej następuje przygotowanie powietrza poprzez jego oczyszczenie i ewentualne podgrzanie lub ochłodzenie do wymaganej temperatury przed wprowadzeniem do pomieszczeń, Wentylacja poprawia stan i skład powietrza przez jego wymianę w pomieszczeniu zgodnie z wymaganiami organizmu ludzkiego lub procesu technologicznego. Wentylacja powinna: Być ciągła pracować także podczas nieobecności ludzi; Obsługiwać każde pomieszczenie i zapewniać stałą wymianę powietrza we wszystkich przewidzianych strefach; Zapewniać automatyczne dostosowanie się zarówno do dynamicznie zmieniających się warunków wewnątrz pomieszczeń, jak i zmiennych warunków zewnętrznych (np. pogodowych); Dostosować parametry pracy w ujęciu ogólnym jak i dla pojedynczego pomieszczenia. Dla spełnienia tych celów tworzy się i wciąż udoskonala elementy i układy automatycznej regulacji.
Wybrane elementy automatyki: Elementy zabezpieczające: Sternik cyfrowy. Sternik cyfrowy służy do bezpośredniego komunikowania się użytkownika z urządzeniem. Realizuje pomiar temperatury powietrza w pomieszczeniu. Dodatkowo umożliwia zadawać i odczytywać parametry pracy centrali wentylacyjnej lub klimatyzacyjnej takie jak: Parametry powietrza Zmiany wydajności (płynna) Stopień recyrkulacji Ustawienie kalendarza pracy START/STOP Stany awarii Przemiennik częstotliwości (falownik). Zadaniem przemiennika częstotliwości jest płynna regulacja wydajności powietrza centrali wentylacyjnej poprzez proporcjonalną zmianę prędkości obrotowej zespołu silnik-wentylator. Zastosowanie falownika pozwala na utrzymywanie stałych parametrów pracy centrali przy zmiennych oporach przepływu powietrza przez instalację. Układ elektroniczny pozwalający na zmianę częstotliwości napięcia silnika oraz utrzymanie optymalnej zależności napięcie/częstotliwość.
Zawory nastawcze. Zawory nastawcze są takimi elementami, które pod wpływem sygnału z regulatora zmieniają strumień energii wody lub pary czy innego medium dostarczanego do centrali klimatyzacyjnej. Można wyróżnić zawory przelotowe jak i trójdrogowe. Te drugie mają trzy przyłącza i umożliwiają przepływ czynnika w dwóch kierunkach. Mogą być stosowane zarówno do rozdzielania jak i mieszania strumieni cieczy. Regulator prędkości obrotowej. Regulator prędkości obrotowej pozwala na utrzymywanie regulowanej wydajności powietrza centrali wentylacyjnej poprzez proporcjonalną zmianę prędkości obrotowej silnika sprzężonego z wentylatorem. Realizacja odbywa się w tym przypadku poprzez wykorzystanie układów tyrystorowych.
Napędy nastawcze. W elementach nastawczych stosuje się zwykle silniki elektryczne o stałej liczbie obrotów. W zależności od impulsu elektrycznego silnik obraca się w lewo lub w prawo, przestawiając człon nastawczy (zawór lub klapę) za pośrednictwem przekładni zębatej lub przełożenia dźwigniowego. Stosowane są również pneumatyczne siłowniki nastawcze. Mogą być napędzane membraną lub korpusem sprężystym. Ruch wywoływany ciśnieniem sterującym jest przenoszony poprzez przełożenie dźwigniowe bezpośrednio na przepustnicę lub zawór. Siła napędowa jest zwykle większa niż przy siłownikach elektrycznych. Termostat zabezpieczający przed przegrzaniem. Termostat zabezpieczający przezd przegrzaniem zapewnia zabezpieczenie nagrzewnicy elektrycznej przed nadmiernym wzrostem temperatury. W momencie przekroczenia temperatury dopuszczalnej następuje wyłączenie nagrzewnicy i zezwolenie na włączenie następuje dopiero po odpowiednim obniżeniu temperatury. Działanie termostatu oparte jest na właściwościach elementu bimetalowego. Włączony jest on w obwód sterowania nagrzewnicy elektrycznej.
Termostat przeciwzamrożeniowy po stronie powietrza. Przy ujemnych temperaturach zewnętrznych istnieje niebezpieczeństwo zamarznięcia nagrzewnicy powietrza, co łączy się z przykrymi następstwami: pękanie rur, zniszczenie nagrzewnicy, powstawanie nieszczelności. Termostat zabezpiecza nagrzewnicę wodną przed zamarznięciem czynnika grzewczego w nagrzewnicy. Czujnik mierzy temperaturę powietrza wypływającego z nagrzewnicy, następnie dokonywane jest porównanie z minimalną dopuszczalną temperaturą (zalecane 4 5 C). W momencie spadku temperatury poniżej dopuszczalnej wartości regulator centrali podejmuje zamknięcie przepustnic powietrza, wyłączenie wentylatorów i całkowite otwarcie zaworu nagrzewnicy. Czujniki zanieczyszczenia powietrza. Czujnik zanieczyszczenia powietrza włącza lub wyłącza wentylator, kiedy jakość powietrza spadnie poniżej nastawionego poziomu. Czujnik reaguje na: wyziewy, nieprzyjemne zapachy, dym z papierosów, zawilgocenie, itp. W urządzeniu można ustawić zwłokę czasową, po której wentylator zostanie wyłączony.
Czujniki tlenku węgla. Zadaniem czujnika tlenku węgla jest kontrola zawartości tlenku węgla (czadu) w powietrzu w pomieszczeniach zamkniętych. Zmiana stężenia CO powyżej wartości dopuszczalnej uaktywnia wyjścia sterujące wymuszające zmianę prędkości obrotowej wentylatora. Detektory wykorzystują czujniki elektrochemiczne i układy mikroprocesorowe. Czujniki ciśnienia. W czujnikach ciśnienia sygnał pomiarowy jest ujmowany pojemnościowo przez położenie membrany bądź przepony wewnątrz czujnika. Może on pełnić kilka funkcji. Dokonuje pomiaru różnicy ciśnień przed i za filtrem (spadek ciśnienia) dostarczając w ten sposób informacji o stopniu zanieczyszczenia filtra. Może dostarczać też informacji o prawidłowości działania wentylatora napędzanego paskiem klinowym (w razie zerwania paska sygnał o awarii), lub wentylatora napędzanego bezpośrednio, gdy w centrali występuje także nagrzewnica elektryczna. Czujniki wilgotności i higroskopijne.
W tego typu czujnikach elementem czułym jest kondensator z dielektrykiem wykonanym z polimeru o właściwościach higroskopijnych. Sygnał z czujnika zmienia się proporcjonalnie do zmian wilgotności względnej powietrza. Czujnikiem temperatury jest rezystor, w którym wartość rezystancji zmienia się proporcjonalnie do zmian mierzonej temperatury. Kanałowe czujniki i przetworniki temperatury. Czujniki temperatury służą do pomiaru temperatury powietrza nawiewanego, wywiewanego lub zewnętrznego. Posiadają element czuły na temperaturę, który przy zmianie temperatury (wejścia) zmienia swoje wyjście. Rozróżnić można czujniki kanałowe i pokojowe. Te pierwsze służą do pomiaru temperatury powietrza nawiewanego, wywiewanego lub zewnętrznego (wewnątrz samej centrali oraz bezpośrednio w kanałach wentylacyjnych. Mogą dostarczać sygnał aktywny 0 10V (przetworniki), lub sygnał pasywny oporowy (czujniki rezystancyjne). ŹRÓDŁA: Tymiński P.: Elementy automatyki nowoczesnych central wentylacyjnych i klimatyzacyjnych, Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna 08/2006; Perestaj G.: Układy automatyki nowoczesnych central klimatyzacyjnych z odzyskiem i bez odzysku ciepła: budowa + działanie + przykłady rozwiązań, strona specjalności (Osiągi studentów); Katalog firmowy VTS Clima.