ELEMENTY AUTOMATYKI STOSOWANE W

NOWOCZESNYCH CENTRALACH

WENTYLACYJNYCH

I KLIMATYZACYJNYCH

Opracowała:

Katarzyna Wyżykowska

SiUChKl, Wydział Mechaniczny Politechniki Gdańskiej

GDAŃSK, 2009

2 |

S t r o n a

Spis treści

ZADANIE WSPÓŁCZESNEGO UKŁADU KLIMATYZACYJNEGO. .................................................................. 3

ZADANIE WSPÓŁCZESNEGO UKŁADU WENTYLACYJNEGO. ..................................................................... 3

REGULACJA. ............................................................................................................................................. 4

STEROWANIE. .......................................................................................................................................... 4

STEROWANIE/REGULACJA – STOSOWANE POJĘCIA. .............................................................................. 5

WYBRANE ELEMENTY AUTOMATYKI. ...................................................................................................... 6

Kanałowe czujniki i przetworniki temperatury. .................................................................................. 6

Pokojowe czujniki i przetworniki temperatury. .................................................................................. 6

Czujniki wilgotności i higroskopijne..................................................................................................... 7

Czujniki ciśnienia. ................................................................................................................................ 7

Czujniki entalpii. .................................................................................................................................. 8

Czujniki tlenku węgla. .......................................................................................................................... 8

Czujniki zanieczyszczenia powietrza. ................................................................................................... 8

Elementy zabezpieczające ................................................................................................................... 9

Termostat przeciwzamrożeniowy po stronie powietrza. ................................................................ 9

Termostat zabezpieczający przed przegrzaniem. ............................................................................ 9

Napędy nastawcze. .............................................................................................................................. 9

Regulator prędkości obrotowej. ........................................................................................................ 10

Zawory nastawcze. ............................................................................................................................ 10

Przemiennik częstotliwości (falownik). ............................................................................................. 11

Sternik cyfrowy. ................................................................................................................................. 11

KORZYŚCI WYNIKAJĄCE Z AUTOMATYZACJI. ......................................................................................... 11

ŹRÓDŁA .................................................................................................................................................. 12

3 |

S t r o n a

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.

4 |

S t r o n a

REGULACJA.

Regulacja jest procesem w wyniku którego wielkości fizyczne (takie jak np. temperatura

powietrza, ciśnienie powietrza itp.) utrzymywane są na stałym poziomie lub przybierają określone, z

góry założone wartości, mimo wpływu czynników zakłócających. W skutek zakłóceń układ podlegać

może oscylacjom, podczas których wielkość regulowana nie zachowuje stałej wartości, lecz wartość

ta waha się wokół określonej wartości średniej.

W technice ogrzewniczej, wentylacyjnej i klimatyzacyjnej występują następujące wielkości

zakłócające:

•

Pogoda (wpływ temperatury wewnętrznej, promieniowania słonecznego i wiatru);

•

Wahania temperatury i ciśnienia czynników (zakłócenia temperatury pomieszczeń przez

ludzi).

STEROWANIE.

Sterowanie to proces w którym jedna wielkość reguluje pracą drugiej (np. termostat

temperatury powietrza zewnętrznego sterujący położeniem zaworu mieszającego wody).

Urządzenie sterujące realizuje następujące funkcje:

1.

Pomiar (np. temperatury za pomocą czujnika – elementu pomiarowego w miejscu

nastawiania);

2.

Porównanie wartości rzeczywistej z wartością zadaną;

3.

Wzmacnianie i ewentualne przetwarzanie sygnałów w regulatorze (element wzmacniający);

4.

Przestawianie elementu nastawczego (np. grzybka zaworu).

5 |

S t r o n a

STEROWANIE/REGULACJA – STOSOWANE POJĘCIA.

Wielkość regulowana – wielkość, którą zamierza się regulować lub taką która ma być sterowana

przez inny parametr. W wentylacji i klimatyzacji regulacją są objęte:

•

Temperatura;

•

Wilgotność;

•

Ciśnienie oraz natężenie przepływu powietrza (w miarę potrzeb).

Obiekt regulacji – część urządzeń, których działanie ma zamierza się regulować.

Zamknięte układy regulacji – połączenie obiektu regulacji z urządzeniem regulacji automatycznej.

Wielkość sterująca, miejsce pomiaru oraz miejsce umieszczenia przyrządu pomiarowego ze względu

na stosowany rodzaj regulacji.

Miejsce przekazu sygnału z regulatora ze względu na rodzaj zabezpieczenia.

6 |

S t r o n a

WYBRANE ELEMENTY AUTOMATYKI.

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).

Pokojowe czujniki i przetworniki temperatury.

Czujniki pokojowe mierzą temperaturę

bezpośrednio w pomieszczeniu. Wytwarzać

mogą sygnał aktywny bądź pasywny.

Wyposażone mogą być w wbudowany

nastawnik temperatury formujący sygnał

0…10V. Należy pamiętać o montowaniu

czujnika w prawidłowym miejscu (w miejscu reprezentatywnym, z dala od okien, drzwi, w miejscach

nienasłonecznionych).

Najprostszym połączeniem czujnika i regulatora jest

termostat.

7 |

S t r o n a

Czujniki wilgotności i higroskopijne.

Higrostat

kanałowy

Higrostat

pokojowy

nastawiany

wewnętrznie

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.

Czujniki ciśnienia.

Presostaty różnicowe

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.

8 |

S t r o n a

Czujniki entalpii.

Czujniki entalpii są potrzebne do energetycznej

optymalizacji pracy urządzeń klimatyzacyjnych.

Stosuje się je np. do ujęcia różnic entalpii między

powietrzem

zewnętrznym

i

powietrzem

wywiewanym głównie do regulacji regeneracyjnych

wymienników odzysku ciepła. Stosowany jest jeden

czujnik wilgotności względnej i jeden temperatury, entalpię natomiast wylicza układ elektroniczny.

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 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.

9 |

S t r o n a

Elementy zabezpieczające:

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.

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.

Napędy nastawcze.

Silnik elektryczny przepustnicy powietrza

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

10 |

S t r o n a

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.

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.

Zawory nastawcze.

Zawór przelotowy

kulowy z

siłownikiem

Zawór

trójdrogowy z

siłownikiem

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.

11 |

S t r o n a

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.

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

KORZYŚCI WYNIKAJĄCE Z AUTOMATYZACJI.

Automatyzacja urządzeń klimatyzacyjnych i wentylacyjnych pozwala na:

•

Uzyskanie wysokiego komfortu przebywania w pomieszczeniach, w których nawet bez żadnej

ingerencji człowieka zawsze będą utrzymywane zadane parametry powietrza;

•

Znaczne oszczędności ekonomiczne związane z eksploatacją urządzeń (zużycie energii może

być mniejsze nawet o 15%);

•

Kontrolę pracy i zabezpieczenie elementów urządzeń przed uszkodzeniami.

12 |

S t r o n a

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.