Gdańsk, 08.01.2009 Automatyka chłodnicza i klimatyzacyjna Seminarium Temat 10: Układy automatyki nowoczesnych central klimatyzacyjnych z odzyskiem i bez odzysku ciepła: budowa + działanie + przykłady rozwiązań. Referat dotyczy części III tematu: Układy automatyki nowoczesnych central klimatyzacyjnych z odzyskiem ciepła. Spis treści: 1. Wprowadzenie..2 2. Układ automatyki nawiewnej centrali klimatyzacyjnej z nagrzewnicą i chłodnicą wodną oraz recyrkulacją...2 3. Układ automatyki nawiewno wyciągowej centrali klimatyzacyjnej z nagrzewnicą elektryczną i chłodnicą freonową oraz recyrkulacją.....4 4. Układ automatyki nawiewno wywiewnej centrali wentylacyjna z nagrzewnicą elektryczną i wymiennikiem obrotowym......5 5. Układ automatyki nawiewno wywiewnej centrali wentylacyjnej z nagrzewnicą wodną i wymiennikiem krzyŝowym. 7 6. Układ automatyki nawiewno wywiewnej centrali klimatyzacyjnej z nagrzewnicą wodną, chłodnicą freonową, nawilŝaczem i recyrkulacją. 8 7. Literatura. 10 Student: Adam Sawala Specjalność: SUChiKl, rok ak. 2008/2009 Prowadzący: Dr inŝ. Zenon Bonca 1
1. Wprowadzenie. Automatyka do nowoczesnych central klimatyzacyjnych zazwyczaj spełnia dwie podstawowe funkcje: a) zabezpieczającą - nagrzewnicę wodną przed zamarznięciem, - nagrzewnicę elektryczną przed przegrzaniem, - wymiennik krzyŝowy i obrotowy z odzyskiem ciepła przed zeszronieniem, - sygnalizowanie stanu awarii, - utrzymaniu minimalnej temperatury w pomieszczeniu podczas pracy w okresie czuwania. b) sterującą Funkcja ta polega na sterowaniu dzięki regulatorowi programowalnemu, który steruje pracą centrali z zaprogramowanymi wytycznymi. W zaleŝności od ustawień zegara następuje włączenie centrali do pracy i utrzymanie określonych parametrów, lub przejście zespołu w stan czuwania. Z regulatora sygnał przekazywany jest do: - wymienników ciepła (nagrzewnicy elektrycznej, agregatu chłodniczego, załączenia pompy wody i sterowania siłownikami zaworów nagrzewnicy wodnej lub układu chłodniczego, - sterowania siłownikami przepustnic, - sterowania nawilŝaniem i odzyskiem ciepła. W przypadku central klimatyzacyjnych z recyrkulacją moŝna zastosować następujące urządzenia słuŝące do odzysku ciepła: komora mieszania, wymiennik krzyŝowy, wymiennik obrotowy, wymiennik z cieczą pośredniczącą, układ pompy ciepła, rurka ciepła. 2. Nawiewna centrala klimatyzacyjna z nagrzewnicą i chłodnicą wodną oraz recyrkulacją. Rys. 1. Nawiewna centrala klimatyzacyjna z nagrzewnicą i chłodnicą wodną oraz recyrkulacją, [1]. Układ automatyki do omawianej centrali: 2
XD/1-01 siłownik przepustnicy nawiewu, XD/1-02 siłownik przepustnicy recyrkulacji, DPS/1-01 presostat filtra, XV/1-01 zawór 3-drogowy nagrzewnicy, TS/1-01 termostat przeciwzamroŝeniowy, XV/1-02 zawór 3-drogowy chłodnicy, DPS/1-02 presostat wentylatora, XM/1-01 silnik wentylatora, TT/1-01 kanałowy czujnik temperatury, TT/1-02 pomieszczeniowy czujnik temperatury. Rys. 2. Schemat automatyki do nawiewnej centrali klimatyzacyjnej z nagrzewnicą i chłodnicą wodną oraz recyrkulacją, [1]. Układ automatyki ma tutaj za zadanie utrzymać stałą temperaturę pomieszczenia lub stałą temperaturę nawiewanego powietrza przy pomocy mikroprocesorowego regulatora temperatury pracującego w systemie PI. Pracą całej centrali klimatyzacyjnej steruje rozdzielnica elektryczna RC. Podczas pracy centrali siłowniki przepustnicy nawiewu XD/1-01 i przepustnicy recyrkulacji XD/1-02 sterują stopniem recyrkulacji powietrza (czyli odpowiednio otwierają przepustnice), tak aby uzyskać wymagane parametry powietrza w pomieszczeniu. W przypadku, gdy będzie ustawiony maksymalny dopuszczalny stopień recyrkulacji, a temperatura w pomieszczeniu mimo to będzie zbyt niska, to otwarty zostanie zawór nagrzewnicy przy pomocy siłownika XV/1-01, co spowoduje uruchomienie nagrzewnicy w wyniku czego będzie moŝna ogrzać powietrze nawiewane do pomieszczenia, do zadanej temperatury. W przypadku nadmiernego wzrostu temperatury w pomieszczeniu otworzy się zawór chłodnicy XV/1-02 powodując napełnienie chłodnicy zimną wodą i schłodzenie nawiewanego powietrza. Kanałowy czujnik temperatury TT//1-01 kontroluje minimalną temperaturę nawiewanego powietrza, natomiast pomieszczeniowy czujnik temperatury TT/1-02 reguluje temperaturę klimatyzowanego powietrza. Nagrzewnica posiada zabezpieczenie przed zamarzaniem, czyli termostat przeciwzamroŝeniowy TS/1-01, który w przypadku odnotowania za nagrzewnicą temperatury niŝszej niŝ dopuszczalna nastawiona (zwykle około 5 C), wyłączy pracę centrali, zamknie przepustnice i otworzy dopływ gorącej wody do nagrzewnicy. Zabezpieczenie to działa równieŝ w przypadku kiedy centrala nie pracuje, wówczas termostat przeciwzamroŝeniowy powoduje jedynie otwarcie zaworu nagrzewnicy. Presostat DPS/1-01 informuje o nadmiernym zanieczyszczeniu filtra. Presostat DPS/1-02 kontroluje róŝnicę ciśnień za i przed wentylatorem, a w przypadku nadmiernego spadku spręŝu na wentylatorze wyłączy pracę instalacji. 3
3. Nawiewno wyciągowa centrala klimatyzacyjna z nagrzewnicą elektryczną i chłodnicą freonową oraz recyrkulacją. Rys. 3. Nawiewno wyciągowa centrala klimatyzacyjna z nagrzewnicą elektryczną i chłodnicą freonową oraz recyrkulacją, [1]. Układ automatyki do omawianej centrali: XD/2-01 siłownik przepustnicy nawiewu, XD/2-02 siłownik przepustnicy wyciągu, XD/2-03 siłownik przepustnicy recyrkulacji, DPS/2-01 presostat filtra, XV/1-01 zawór 3-drogowy nagrzewnicy, TS/1; TS/2-1; TS/2-2; TS/3 termostaty zapezp., XM/2-01 silnik wentylatora nawiewu, DPS/2-02 presostat wentylatora nawiewu, TT/2-01 kanałowy czujnik temperatury, TT/2-02 pomieszczeniowy czujnik temperatury, XM/2-02 silnik wentylatora wyciągu, DPS/2-02 presostat wentylatora wyciągu. Rys. 4. Schemat automatyki do nawiewno wyciągowej centrali klimatyzacyjnej z nagrzewnicą elektryczną i chłodnicą freonową oraz recyrkulacją, [1]. 4
Układ automatyki ma tutaj za zadanie utrzymać stałą temperaturę pomieszczenia przy pomocy mikroprocesorowego regulatora temperatury pracującego w systemie PI. Pracą całej centrali klimatyzacyjnej steruje rozdzielnica elektryczna RC. Podczas pracy centrali siłowniki przepustnicy nawiewu XD/2-01 i przepustnicy recyrkulacji XD/2-02 sterują stopniem recyrkulacji powietrza (czyli odpowiednio otwierają przepustnice), tak aby uzyskać wymagane parametry powietrza w pomieszczeniu. W przypadku, gdy będzie ustawiony maksymalny dopuszczalny stopień recyrkulacji, a temperatura w pomieszczeniu mimo to będzie zbyt niska, to regulator włączy zasilanie grzałek elektrycznych nagrzewnicy w wyniku czego będzie moŝna ogrzać powietrze nawiewane do pomieszczenia, do zadanej temperatury. W przypadku nadmiernego wzrostu temperatury w pomieszczeniu zostanie włączony agregat chłodniczy umoŝliwiając schłodzenie nawiewanego powietrza. Kanałowy czujnik temperatury TT//2-01 kontroluje minimalną temperaturę nawiewanego powietrza, natomiast pomieszczeniowy czujnik temperatury TT/2-02 reguluje temperaturę klimatyzowanego powietrza. Termostaty TS/1, TS/2-1, TS/2-2, TS/3 zabezpieczają przed nadmiernym wzrostem temperatury nagrzewnicy. Presostat DPS/2-01 informuje o nadmiernym zanieczyszczeniu filtra. Presostat DPS/2-02 i DPS/2-03 kontroluje róŝnicę ciśnień za i przed wentylatorem, a w przypadku nadmiernego spadku spręŝu na wentylatorze wyłączy pracę instalacji. 4. Nawiewno wywiewna centrala wentylacyjna z nagrzewnicą elektryczną i wymiennikiem obrotowym. Rys. 5. Nawiewno wywiewna centrala wentylacyjna z nagrzewnicą elektryczną i wymiennikiem obrotowym, [1] 5
Układ automatyki do omawianej centrali: Rys. 6. Schemat automatyki do nawiewno wywiewnej centrali wentylacyjnej z nagrzewnicą elektryczną i wymiennikiem obrotowym, [1]. Układ automatyki ma tutaj za zadanie utrzymać stałą temperaturę pomieszczenia lub stałą temperaturę nawiewanego powietrza przy pomocy mikroprocesorowego regulatora temperatury pracującego w systemie PI. Pracą całej centrali wentylacyjnej steruje rozdzielnica elektryczna RC. Po włączeniu centrali do pracy otwierają się siłowniki przepustnicy nawiewu XD/2-01 i przepustnicy wyciągu XD/2-02. Pracą wymiennika obrotowego, w zaleŝności od temperatury pomieszczenia, steruje regulator na podstawie sygnałów otrzymywanych z czujników temperatury. W przypadku, gdy przy maksymalnej wydajności wymiennika, temperatura w pomieszczeniu będzie wciąŝ zbyt niska, to regulator włączy zasilanie grzałek elektrycznych nagrzewnicy w wyniku czego będzie moŝna ogrzać powietrze nawiewane do pomieszczenia, do zadanej temperatury. Kanałowy czujnik temperatury TT//2-01 kontroluje minimalną temperaturę nawiewanego powietrza, natomiast pomieszczeniowy czujnik temperatury TT/2-02 reguluje temperaturę wentylowanego powietrza. Termostaty TS/1, TS/2-1, TS/2-2, TS/3 zabezpieczają przed nadmiernym wzrostem temperatury nagrzewnicy. Presostat DPS/2-01 i DPS/2-04 informuje o nadmiernym zanieczyszczeniu filtra. Presostat DPS/2-02 i DPS/2-03 kontroluje róŝnicę ciśnień za i przed wentylatorem, a w przypadku nadmiernego spadku spręŝu na wentylatorze wyłączy pracę instalacji. Presostat DPS/2-05 kontroluje róŝnicę ciśnień za i przed wymiennikiem obrotowym. W przypadku kiedy przepływ przez wymiennik jest za mały, najczęściej 6
w wyniku jego oszronienia, presostat ten zmniejszy sprawność odzysku ciepła wymiennika aŝ do czasu jego odszronienia, a jeśli wirnik nie ma regulacji obrotów to wyłącza go całkowicie (do momentu odszronienia). 5. Nawiewno wywiewna centrala wentylacyjna z nagrzewnicą wodną i wymiennikiem krzyŝowym Rys. 7. Nawiewno wywiewna centrala wentylacyjna z nagrzewnicą wodną i wymiennikiem KrzyŜowym, [1]. Układ automatyki do omawianej centrali: XD/2-01 siłownik przepustnicy nawiewu, XD/2-02 siłownik przepustnicy wyciągu, XD/2-03 siłownik przepustnicy recyrkulacji, DPS/2-01 presostat filtra nawiewu, DPS/2-02 presostat wentylatora nawiewu DPS/2-03 presostat wentylatora wyciągu, DPS/2-04 presostat filtra wyciągu, DPS/2-05 presostat wymiennika krzyŝowego, XM/2-01 silnik wentylatora nawiewu, XM/2-02 silnik wentylatora wyciągu, XV/2-01 zawór 3-drogowy nagrzewnicy, TS/2-01 termostat przeciwzamroŝeniowy, TT/2-01 kanałowy czujnik temperatury, TT/2-02 pomieszczeniowy czujnik temperatury. Rys. 8. Schemat automatyki do nawiewno wywiewnej centrali wentylacyjnej z nagrzewnicą wodną i wymiennikiem krzyŝowym, [1]. 7
Układ automatyki ma tutaj za zadanie utrzymać stałą temperaturę pomieszczenia lub stałą temperaturę nawiewanego powietrza przy pomocy mikroprocesorowego regulatora temperatury pracującego w systemie PI. Pracą całej centrali wentylacyjnej steruje rozdzielnica elektryczna RC. Po włączeniu centrali do pracy otwierają się siłowniki przepustnicy nawiewu XD/2-01 i przepustnicy wyciągu XD/2-02. Na sygnał z czujników temperatury regulator steruje stopniem odzysku wymiennika krzyŝowego przy pomocy siłownika przepustnicy recyrkulacji XD/2-03. W przypadku, gdy będzie ustawiony maksymalny przepływ przez wymiennik krzyŝowy, a temperatura w pomieszczeniu mimo to będzie zbyt niska, to otwarty zostanie zawór nagrzewnicy przy pomocy siłownika XV/2-01, co spowoduje uruchomienie nagrzewnicy w wyniku czego będzie moŝna ogrzać powietrze nawiewane do pomieszczenia, do zadanej temperatury. Kanałowy czujnik temperatury TT//2-01 kontroluje minimalną temperaturę nawiewanego powietrza, natomiast pomieszczeniowy czujnik temperatury TT/2-02 reguluje temperaturę wentylowanego powietrza. Nagrzewnica posiada zabezpieczenie przed zamarzaniem, czyli termostat przeciwzamroŝeniowy TS/2-01, który w przypadku odnotowania za nagrzewnicą temperatury niŝszej niŝ dopuszczalna nastawiona (zwykle około 5 C), wyłączy pracę centrali, zamknie przepustnice i otworzy dopływ gorącej wody do nagrzewnicy. Zabezpieczenie to działa równieŝ w przypadku kiedy centrala nie pracuje, wówczas termostat przeciwzamroŝeniowy powoduje jedynie otwarcie zaworu nagrzewnicy. Presostat DPS/2-01 i DPS/2-04 informuje o nadmiernym zanieczyszczeniu filtra. Presostat DPS/2-02 i DPS/2-03 kontroluje róŝnicę ciśnień za i przed wentylatorem, a w przypadku nadmiernego spadku spręŝu na wentylatorze wyłączy pracę instalacji. Presostat DPS/2-05 kontroluje róŝnicę ciśnień za i przed wymiennikiem krzyŝowym. W przypadku kiedy przepływ przez wymiennik jest za mały, najczęściej w wyniku jego oszronienia, presostat ten wyłączy przepływ zimnego powietrza przez wymiennik aŝ do czasu jego odszronienia. 6. Nawiewno wywiewna centrala klimatyzacyjna z nagrzewnicą wodną, chłodnicą freonową, nawilŝaczem i recyrkulacją. Rys. 9. Schemat automatyki do nawiewno wywiewnej centrali klimatyzacyjnej z nagrzewnicą wodną, chłodnicą freonową, nawilŝaczem i recyrkulacją, [2]. 8
Przedstawiony powyŝej układ automatycznej regulacji i sterowania oraz zasilania siłowego przeznaczony jest do obsługi central klimatyzacyjnych z nagrzewnicą wodną, chłodnicą freonową, nawilŝaczem i recyrkulacją. W jego skład wchodzą: stacyjka zasilająco - sterująca, zawory regulacyjne nawilŝacza i nagrzewnicy z siłownikami elektrycznymi, termostat przeciwzamroŝeniowy, siłowniki przepustnic powietrza, regulator mikroprocesorowy, czujniki temperatury i wilgotności, czujniki zabrudzenia filtrów powietrza i czujniki działania wentylatorów. Obwody zasilania i automatyki wbudowane są w stacyjkę zasilająco - sterującą STK. Stacyjka zawiera wyłącznik główny, zabezpieczenia nadmiarowo - prądowe i termiczne odbiorników siłowych, regulator mikroprocesorowy oraz obwody automatyki sterującej i zabezpieczającej. Stacyjka posiada wejście do współpracy z instalacją przeciwpoŝarową. Układ automatyki realizuje następujące funkcje: Zasilanie silnika wentylatora WN, WW i pompy PN. Zabezpieczenie zwarciowe i termiczne odbiorników siłowych. Kontrola zabrudzenia filtrów powietrza czujnikami DPF1, DPF2 i DPF3. Otwieranie przepustnicy powietrza sterowanej siłownikiem SPZ przy pracującym silniku wentylatora nawiewu. Regulacja nagrzewania powietrza za pomocą zaworu regulacyjnego, przestawianego siłownikiem SNP, poprzez zmianę ilości wody płynącej przez nagrzewnicę. Regulacja stopnia ochładzania poprzez podanie sygnału załączenia dwusekcyjnej chłodnicy powietrza z podziałem mocy 1/2 i 1/2. Regulacja wilgotności poprzez załączenie pompy nawilŝania PN lub sterowanie siłownikiem nawilŝacza parowego SKN. Wilgotność regulowana mierzona jest czujnikiem WILG. MoŜliwe jest równieŝ płynne sterowanie wydajnością elektrycznej wytwornicy pary. Zabezpieczenie przeciwzamroŝeniowe nagrzewnicy termostatem TPZ. Kontrola prawidłowego działania wentylatorów czujnikami CPN i CPW. Regulacja stopnia recyrkulacji za pomocą płynnego przestawiania przepustnic powietrza, sterowanych siłownikami SPZ, SPR i SPW. Regulacja według kryterium ilości powietrza zapewnia maksymalną ilość świeŝego powietrza, gdyŝ recyrkulacja zwiększana jest dopiero po całkowitym otwarciu siłownika nagrzewnicy. Regulacja według kryterium oszczędności zapewnia minimalne zuŝycie energii cieplnej, gdyŝ otwieranie siłownika nagrzewnicy moŝliwe jest dopiero po całkowitym otwarciu recyrkulacji. W obu przypadkach otwieranie siłownika recyrkulacji jest ograniczone, co zapewnia uzyskanie minimalnej ilości świeŝego powietrza. Ręczne załączanie i wyłączanie całego układu z kasetki zdalnego sterowania i sygnalizacji KZS, zamontowanej w dowolnym pomieszczeniu. Na kasetce sygnalizowana jest gotowość do załączenia, praca klimatyzacji lub jej awaria. Automatyczne załączanie i wyłączanie całego układu o dowolnej godzinie w cyklu tygodniowym, przez regulator mikroprocesorowy RM, wbudowany w rozdzielnicę. Pomiary temperatur i wilgotności czujnikami TZEW, TWST, TNAW, TPOM, WILG z automatyczną kompensacją wartości zadanych w funkcji TZEW, TNAW. Wyświetlanie przez regulator mikroprocesorowy aktualnego czasu, dnia tygodnia, temperatur i wilgotności, uchybów regulacji, wartości zadanych, rejestru zakłóceń pracy instalacji. Programowane zestawy parametrów hydrotermicznych w cyklu tygodniowym. 9
7. Literatura. 1) VBW Clima Typowe układy automatyki central nawiewnych i nawiewno wywiewnych katalog producenta 2) IPPU MASTA Automatyka klimatyzacyjna katalog producenta 10