Automatyzacja w klimatyzacji i
Automatyzacja w klimatyzacji i
ciepłownictwie
ciepłownictwie
Ćwiczenie audytoryjne nr 4
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Schemat układu automatycznej regulacji
Z/W-I/II bieg
(DO+AO+DI)
TK/NTC
M
H
T
"P
Z/W-I/II bieg
DO+AO+DI)
T TK/NTC
Tn=f(Tw),
M
Tw=f(Tz)
+
+
- T H
T T
T T
K
NT
M
M
~
"P
A0R
"P
~
AI
7
AO
4
DI
5
DO
6
Klasyfikacja układów sterowania
Klasyfikacja układów sterowania
Ze względu na pełnione funkcje:
-układy regulacyjne,
-układy zabezpieczające,
-układy optymalizujące.
Zakres automatyzacji centrali klimatyzacyjnej 
Zakres automatyzacji centrali klimatyzacyjnej 
realizowane funkcje
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..
z1
+
y
5
T
4 2
ym
3 u
1 w
z2
Regulacja bezpośrednia temperatury powietrza
Regulacja bezpośrednia temperatury powietrza
wewnętrznego (stałowartościowa)
wewnętrznego (stałowartościowa)
Regulacja bezpośrednia polega na utrzymywaniu temperatury
wewnętrznej jako stałej wartości regulowanej.
Wielkością mierzoną możebyć temperaturapowietrza:
-wewnętrznego,
- wywiewanego (z ewentualnym pomiarem temperatury
powietrza nawiewanego w celu ograniczenia zakresu zmian
temperaturypowietrza nawiewanego (np. 12do24 °C).
Regulacja bezpośrednia prosta z pomiarem temperatury
Regulacja bezpośrednia prosta z pomiarem temperatury
powietrza w pomieszczeniu ti
powietrza w pomieszczeniu ti
Regulator wzależności od wartości temperatury powietrza wpomieszczeniu wysyła
sygnał nastawiającydosiłownikanagrzewnicy.
Zalety i wady lokalizacji czujnika temperatury powietrza w wentylowanym
pomieszczeniu:
zalety: bezpośredni pomiar 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 okablowaniaczujnik - sterownik.
y=ti
T
y
ug
w
Regulacja bezpośrednia prosta z pomiarem temperatury
Regulacja bezpośrednia prosta z pomiarem temperatury
powietrza w kanale wywiewnym twywiewu
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 tNmiÅ„ 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).
tW T
ti
T
tN
y2
y1
u1
R
w
Regulacja bezpośrednia sekwencyjna
Regulacja bezpośrednia sekwencyjna
Układ regulacji temperatury powietrza w wentylowanym pomieszczeniu (z
pomiarem wielkości regulowanej w pomieszczeniu lub kanale wywiewnym).
Regulator w zależności od wartości temperatury powietrza w pomieszczeniu (lub
kanale wywiewnym) wysyła sygnał nastawiający do siłownika nagrzewnicy lub do
siłownikachłodnicy.
Załączanietych sygnałówodbywa się sekwencyjnie(dwa urządzeniawykonawcze)
y=ti
T
uch y
w
ug
Regulacja bezpośrednia sekwencyjna z
Regulacja bezpośrednia sekwencyjna z
odzyskiem ciepła w postaci recyrkulacji
odzyskiem ciepła w postaci recyrkulacji
Sterowanie odzyskiem ciepła Tw>Tzew(chłodu TwTrzy urządzenia wykonawcze.
Tw
T
+
-
Tzew
Regulacja bezpośrednia sekwencyjna z
Regulacja bezpośrednia sekwencyjna z
odzyskiem ciepła w postaci recyrkulacji
odzyskiem ciepła w postaci recyrkulacji
Regulator w zależności od wartości temperatury powietrza w pomieszczeniu
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 i chłodu z powietrza wywiewanego poprzez
recyrkulację (ze względówhigienicznychodzysk musi być niższy od100%).
Następnie ogrzewanie lub chłodzenie powietrza nawiewanego (nagrzewnica
wodnazimą, chłodnicalatem).
Oszczędności naenergii cieplnej i chłodniczej.
RECYRKULACJA CIEPA
A RECYRKULACJA CHA
ODU
NAGRZEWNICA
CHA
ODNICA
Ti °C
20°C
Regulacja nadążna
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
powietrzawywiewanego tw lub tzew (wartością zadaną w)
Regulacjata jest nazywana także regulacją kompensacyjną.
Schemat regulacji temperatury nadążnej
Schemat regulacji temperatury nadążnej
powietrza w pomieszczeniu wentylowanym
powietrza w pomieszczeniu wentylowanym
Temperatura powietrza nawiewanego tN (jako wielkość regulowana y1)
utrzymywana jest przez regulator na poziomie zadawanym nadążnie za
aktualną wartością temperatury powietrza wywiewanego tW.
tW T
ti
T
tN
y2
y1
u1
R
Przykład zastosowania regulacji nadążnej
Przykład zastosowania regulacji nadążnej
Wykres zależności temperatury powietrza nawiewanego od temperatury powietrza
wywiewanego stosowany w układach regulacji nadążnej
tN [°C]
tN max tN=f(tW)
30
tN min
12
12 ti 30 tW [°C]
Regulacja nadążna kaskadowa
Regulacja nadążna kaskadowa
Regulacja nadążna kaskadowa stosowana jest do regulacji temperatury
w systemach wentylacji i klimatyzacji w celu 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 w regulatorach cyfrowych mogą być zaprogramowane
wjednymurzÄ…dzeniu.
Schemat układu kaskadowej regulacji temperatury
Schemat układu kaskadowej regulacji temperatury
powietrza w pomieszczeniu wentylowanym
powietrza w pomieszczeniu wentylowanym
Temperatura powietrza nawiewanego tN (jako wielkość pomocnicza y1)
utrzymywana jest przez regulator 1 na poziomie zadawanym przez regulator 2
nadążnie za aktualną wartością temperatury powietrza wywiewanego tW (główna
wielkość regulowana y2).
tW T
ti
T
tN
y2
y1
u1
1 u2 2
w=ti
Przykład zastosowania regulacji
Przykład zastosowania regulacji
kaskadowej
kaskadowej
Wykres zależności temperatury powietrza nawiewanego od temperatury powietrza
wywiewanego stosowany w układach regulacji kaskadowej, w klimatyzacji komfortu
("ti=Ä…1K)
a
b
tN [°C]
tN max tN=f(Ä…"t) tN tN max
30
tN min tN min
12
-"t ti +"t tW [°C] -1K ti +1K tW
Regulacja kaskadowa
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 instalacjÄ… wentylacyjnÄ…) stosujÄ…c regulacjÄ™
kaskadową można znacznie poprawić własności dynamiczne układu
regulacji i uzyskać wysoką jakość regulacji.
Zakres automatyzacji centrali klimatyzacyjnej 
Zakres automatyzacji centrali klimatyzacyjnej 
realizowane funkcje c.d.
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
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
zimÄ…).
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
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 TNapęd wentylatora ze sprzęgłem paskowym
Napęd wentylatora ze sprzęgłem paskowym
Zakres automatyzacji  realizowane funkcje
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
Sygnały obsługiwane przez sterownik
centrali klimatyzacyjnej
centrali klimatyzacyjnej
Z/W-I/II bieg
(DO+AO+DI)
TK/NTC
M
H
T
"P
Z/W-I/II bieg
DO+AO+DI)
T TK/NTC
Tn=f(Tw),
M
Tw=f(Tz)
+
+
- T H
T T
K
NT
M
~
"P
A0R
"P
~
AI
7
AO
4
DI
7
DO
5
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -
sterowanie odzyskiem ciepła
sterowanie odzyskiem ciepła
A. Recyrkulacja: płynne sterowanie przepustnicami W+C- sygnał AO
oraz zał./wył. DO.
Warunkiem załączenia odzysku ciepła jest Tw>Tzew, (2xAI)
T
Tw
DO
AO
T
+
Tzew T
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -
sterowanie odzyskiem ciepła
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 M
M
AO M
M
+
T
"p
tw
M
DO
Zabezpieczenie przed oszronieniem, pomiary: tw (AI), "p (DI).
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -
sterowanie odzyskiem ciepła
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), "p (DI).
Tw
T
+
T
AO
M
"p
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -
sterowanie odzyskiem ciepła
sterowanie odzyskiem ciepła
D. Wymiennik z czynnikiem pośrednim (glikolowy): sterowanie zaworem
regulacyjnym (sygnał AO) oraz zał/wył pompą cyrkulacyjną (DO)
Tw
T
T
Tge"-2°C
AO
DO M
+
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -zabezpieczenie
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -zabezpieczenie
przed szronieniem i odszranianie wymienników
przed szronieniem i odszranianiewymienników
" Niewielkie szronienie obniża jedynie sprawność układu odzysku ciepła i
powoduje wzrost oporówprzepływu powietrza.
" Silne zaszronienie powoduje niedrożność wymiennika oraz może
spowodować jego uszkodzenie mechaniczne.
" W praktyce nie dopuszcza siÄ™ do silnego zaszronienia powierzchni
albo stosujesiÄ™ cykliczne odszranianie.
" Sterowanie procesem odszraniania może być realizowane przy
zastosowaniu sterowania programowego ze ściśle określonym cyklem
czasu pracy i czasu odszraniania. Czasy te powinny być ustalone dla
najbardziej niekorzystnych warunkówpracy układu.
" Dodatkowo w takim przypadku stosuje siÄ™ termostat lub czujnik
temperatury powietrza zewnętrznego uniemożliwiający załączenie cyklu
odszraniania powyżej zadanych temperatur powietrza zewnętrznego.
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -zabezpieczenie
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -zabezpieczenie
przed szronieniem i odszranianie wymienników
przed szronieniem i odszranianiewymienników
" 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
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -zabezpieczenie
przed szronieniem i odszranianie wymienników
przed szronieniem i odszranianiewymienników
" Wymienniki obrotowe:
" - zwykłe wirniki aluminiowe muszą być odszraniane gdy temperatura
powietrza zewnÄ™trznego jest niższa od -8 ºC,
" - wirniki z powłoką higroskopijną muszą być odszraniane gdy
temperaturapowietrza zewnÄ™trznego jest niższa od-18 ºC.
" Odszranianie na zasadzie programowania czasowego może być
realizowane poprzez obniżenie obrotówsilnika wentylatora nawiewnego
(metoda ta może powodować powstanie podciśnienia w wentylowanym
obiekcie) lub redukcję obrotówwirnika 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 -
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -
zabezpieczenie przed szronieniem i odszranianie
zabezpieczenie przed szronieniem i odszranianie
wymienników:
wymienników:
" Wymienniki płytowe:
" - wymagają odszraniania gdy temperatura powietrza zewnętrznego
spadaponiżej - 3 ºC,
" - 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
wymiennikiemna wywiewie.
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -zabezpieczenie przed
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej -zabezpieczenie przed
szronieniem i odszranianie wymienników:
szronieniem i odszranianie wymienników:
" Wymienniki ciepła z czynnikiem pośredniczącym:
" Wukładach tych nie stosuje się odszraniania lecz zabezpiecza przed
szronieniem przez regulacjÄ™ temperatury glikolu tak aby temperatura
glikolu przed wymiennikiemna wywiewie nie spadÅ‚a poniżej -2°C.
" Do regulacji temperatury glikolu wykorzystuje się zawór trójdrogowy
przeznaczony głównie do regulacji temperatury powietrza.
KONIEC
KONIEC
do zobaczenia