Ćwiczenie audytoryjne nr 3

Automatyzacja w ogrzewnictwie i klimatyzacji Ćwiczenie audytoryjne nr 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 7 4 8 5

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

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)).

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 1 + 5 y 4 2 3 u 1 y m w z 2

Regulacja bezpośrednia temperatury powietrza wewnętrznego (stałowartościowa) Regulacja bezpośrednia polega na utrzymywaniu temperatury wewnętrznej 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).

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, 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 u g y w

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 i t N u1 R y 1 w y 2

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 u ch u g y w

Regulacja bezpośrednia sekwencyjna z odzyskiem ciepła w postaci recyrkulacji Sterowanie odzyskiem ciepła w>zew(chłodu w<zew). rzy urządzenia wykonawcze. w zew + -

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 i C

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 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) Regulacjata jest nazywana także regulacją kompensacyjną.

Schemat regulacji temperatury nadążnej powietrza w pomieszczeniu wentylowanym emperatura 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 i t N u1 R y 1 y 2

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) 12 t N min 12 30 t i t W [ C]

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.

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

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

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.

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) 4. Przełączanie obrotów silników wentylatorów (I bieg/ii bieg).

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).

Zakres automatyzacji realizowane funkcje 11. Zabezpieczenie silnika wentylatora przed zerwaniem klinowych pasków napędowych (presostaty wentylatorów przy spadku sprężu wyłączają silniki sygnalizacja awarii, dobór nastawy presostatu). 12. Sygnalizacja zabrudzenia filtra powietrza (presostat filtra). 13. Sygnalizacja pracy/awarii silników wentylatorów. 14. Zabezpieczenie silników wentylatorów od zwarć i przeciążeń (przegrzania): zabezpieczenia elektryczne i czujniki temperatury (termostaty) uzwojenia silnika. 15. Regulacja wilgotności powietrza w pomieszczeniu (na wywiewie z ograniczeniem wilgotności na nawiewie). 16. Sterowanie pracą nawilżacza parowego (załącz/wyłącz wytwornicę, zaworem regulacyjnym na przewodzie parowym, termostat nawilżacza dla <n).

Napęd wentylatora ze sprzęgłem paskowym

Zakres automatyzacji realizowane funkcje 17. 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, 18. Sterowanie pracą nagrzewnicy wstępnej: stałowartościowa regulacja temperatury powietrza tn=9 C.

Sygnały obsługiwane przez sterownik centrali klimatyzacyjnej 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 7 4 8 5

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

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej - sterowanie odzyskiem ciepła B. Wymiennik krzyżowy: płynne sterowanie przepustnicami ( wymiennik plus obejście ( by-pass ) sygnał AO. Recyrkulacja rozruchowa, sterowanie przepustnicami: zał./wył. DO w M AO M M M M + M tw p DO Zabezpieczenie przed oszronieniem dla temp zewn. poniżej -3 ºC, pomiary: tw (AI), Δp (DI).

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej - sterowanie odzyskiem ciepła C. Wymiennik obrotowy: płynne sterowanie obrotami silnika - sygnał AO lub napędem 2, 3 - biegowym (sterowanie 2 lub 3xDO). Odszranianie, gdy temp. powietrza zewnętrznego jest niższa od -8 ºC lub od -18 ºC., pomiary: tw (AI), Δp (DI). w + M AO Δp

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

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.

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.

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.

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.

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.

KONIEC do zobaczenia J