Automatyzacja w klimatyzacji i
Automatyzacja w klimatyzacji i
ciep
łownictwie
ciep
łownictwie
Ćwiczenia audytoryjne
Ćwiczenia audytoryjne
Jan Syposz
Ćwiczenie 3
Ćwiczenie 3 –– automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Schemat uk
ładu automatycznej regulacji
T
M
ΔP
T
T
M
ΔP
T
T
H
H
T
ΔP
M
+
-
+
~
K
NT
T H
T H
T
T
M
AI
AO
DI
DO
~
Z/W-I/II bieg
DO+AO+DI)
Z/W-I/II bieg
(DO+AO+DI)
TK/NTC
TK/NTC
7
4
5
6
Tn=f(Tw),
Tw=f(Tz)
A0R
Klasyfikacja uk
ładów sterowania
Klasyfikacja uk
ładów sterowania
Ze wzgl
ędu na pełnione funkcje:
-uk
łady regulacyjne,
-uk
łady zabezpieczające,
-uk
łady optymalizujące.
Zakres
Zakres automatyzacji
automatyzacji centrali klimatyzacyjnej
centrali klimatyzacyjnej –
–
realizowane funkcje
realizowane funkcje
1.
Regulacja temperatury powietrza w pomieszczeniu:
W zale
żności od struktury układu może być stosowana regulacja:
a) po
średnia,
b) bezpo
średnia (prosta i sekwencyjna),
c) nad
ążna,
c) regulacja kaskadowa (tn = f(tw)).
Regulacja po
średnia temperatury powietrza w
pomieszczeniu (sta
łowartościowa powietrza
nawiewanego)
Regulacja po
średnia polega na utrzymaniu stałej wartości temperatury powietrza
nawiewanego.
W przypadku zmian warto
ści wewnętrznych i zewnętrznych zakłóceń (strat, zysków
ciep
ła) nie ma możliwości uzyskania stałej temperatury wewnętrznej.
Regulacja mo
że być stosowana przy dopuszczeniu dużych wahań temperatury
powietrza wewn
ętrznego ti.
Wahania temp. wewn
ętrznej można kompensować poprzez automatykę instalacji
wodnego c.o..
+
T
w
y
m
u
y
1
2
3
4
5
z
1
z
2
Regulacja bezpo
średnia temperatury powietrza
Regulacja bezpo
średnia temperatury powietrza
wewn
ętrznego (stałowartościowa)
wewn
ętrznego (stałowartościowa)
Regulacja bezpo
średnia polega na utrzymywaniu temperatury
wewn
ętrznej jako stałej wartości regulowanej.
Wielko
ścią mierzoną może być temperatura powietrza:
-wewn
ętrznego,
- wywiewanego
(z
ewentualnym
pomiarem
temperatury
powietrza nawiewanego w celu ograniczenia zakresu zmian
temperatury powietrza nawiewanego (np. 12 do 24 °C).
Regulacja bezpo
średnia prosta
Regulacja bezpo
średnia prosta z pomiarem temperatury
z pomiarem temperatury
powietrza w pomieszczeniu
powietrza w pomieszczeniu ti
ti
Regulator w zale
żności od wartości temperatury powietrza w pomieszczeniu wysyła
sygna
ł nastawiający do siłownika nagrzewnicy.
Zalety i wady lokalizacji czujnika temperatury powietrza w wentylowanym
pomieszczeniu:
zalety: bezpo
średni pomiar wielkości regulowanej,
wady: problem wyznaczenia miejsca reprezentatywnego, du
ża liczba czujników
(wysoki koszt) do pomiaru
średniej temperatury powietrza dużych pomieszczeń,
inercyjny charakter pomiaru (niekorzystne
w
łasności dynamiczne czujników
pomieszczeniowych), wysoki koszt okablowania czujnik - sterownik.
T
y
w
u
g
y=t
i
Regulacja bezpo
średnia
Regulacja bezpo
średnia prosta
prosta z pomiarem temperatury
z pomiarem temperatury
powietrza
powietrza w kanale wywiewnym
w kanale wywiewnym tt
wywiewu
wywiewu
Regulacja bezpo
średnia z utrzymywaniem jako stałej wartości regulowanej
temperatury powietrza wywiewanego (z ewentualnym ograniczeniem zakresu
temperatury powietrza nawiewanego t
Nmax
i t
Nmi
ń
np. od 12 do 24 °C).
Zalety: du
ża dynamika pomiaru temperatury powietrza czujnikiem kanałowym,
ni
ższy koszt okablowania i tylko jednego czujnika.
Wada : Konieczno
ść korygowania wielkości regulowanej (różna od ti).
T
T
R
y
1
u
1
t
i
t
W
t
N
y
2
Regulacja bezpo
średnia sekwencyjna
Regulacja bezpo
średnia sekwencyjna
Uk
ład regulacji temperatury powietrza w wentylowanym pomieszczeniu (z
pomiarem wielko
ści regulowanej w pomieszczeniu lub kanale wywiewnym).
Regulator w zale
żności od wartości temperatury powietrza w pomieszczeniu (lub
kanale wywiewnym) wysy
ła sygnał nastawiający do siłownika nagrzewnicy lub do
si
łownika chłodnicy.
Za
łączanie tych sygnałów odbywa się sekwencyjnie (dwa urządzenia wykonawcze)
T
y
w
u
ch
u
g
y=t
i
Regulacja bezpo
średnia sekwencyjna z
Regulacja bezpo
średnia sekwencyjna z
odzyskiem ciep
ła w postaci recyrkulacji
odzyskiem ciep
ła w postaci recyrkulacji
Sterowanie odzyskiem ciep
ła Tw>Tzew(chłodu Tw<Tzew).
Trzy urz
ądzenia wykonawcze.
Tw
+
T
-
Tzew
Regulacja bezpo
średnia sekwencyjna z
Regulacja bezpo
średnia sekwencyjna z
odzyskiem ciep
ła w postaci recyrkulacji
odzyskiem ciep
ła w postaci recyrkulacji
Regulator w zale
żności od wartości temperatury powietrza w pomieszczeniu
wysy
ła sygnał nastawiający do siłowników przepustnic powietrza (wywiew +
recyrkulacja) oraz do si
łownika zaworu regulacyjnego nagrzewnicy lub do
si
łownika zaworu chłodnicy.
Za
łączanie tych sygnałów odbywa się sekwencyjnie (trzy urządzenia
wykonawcze).
Priorytetowy jest odzysk ciep
ła i chłodu z powietrza wywiewanego poprzez
recyrkulacj
ę (ze względów higienicznych odzysk musi być niższy od 100%).
Nast
ępnie ogrzewanie lub chłodzenie powietrza nawiewanego (nagrzewnica
wodna zim
ą, chłodnica latem).
Oszcz
ędności na energii cieplnej i chłodniczej.
20°C
Ti °C
RECYRKULACJA CH
ŁODU
CHŁODNICA
NAGRZEWNICA
RECYRKULACJA CIEP
ŁA
Regulacja nad
ążna
Regulacja nad
ążna
Regulacja nad
ążna ma za zadanie nadążne korygowanie wartości wielkości
regulowanej stosownie do aktualnej warto
ści zadanej, która zmienia się w sposób
niezdeterminowany, tzn. trudny do przewidzenia (w = w(?))
W ogrzewaniach powietrznych temperatura powietrza nawiewanego t
N
(jako
wielko
ść regulowana y) w procesie regulacji nadąża za zmianami temperatury
powietrza wywiewanego tw lub tzew (warto
ścią zadaną w)
Regulacja ta jest nazywana tak
że regulacją kompensacyjną.
Schemat regulacji temperatury nad
ążnej
Schemat regulacji temperatury nad
ążnej
powietrza w pomieszczeniu wentylowanym
powietrza w pomieszczeniu wentylowanym
Temperatura powietrza nawiewanego t
N
(jako wielko
ść regulowana y
1
)
utrzymywana jest przez regulator na poziomie zadawanym nad
ążnie za
aktualn
ą wartością temperatury powietrza wywiewanego t
W.
T
T
R
y
1
u
1
t
i
t
W
t
N
y
2
Przyk
ład zastosowania regulacji nadążnej
Przyk
ład zastosowania regulacji nadążnej
Wykres zale
żności temperatury powietrza nawiewanego od temperatury powietrza
wywiewanego stosowany w uk
ładach regulacji nadążnej
t
W
[°C]
t
N
[°C]
30
t
N max
t
i
12
12
30
t
N min
t
N
=f(t
W
)
Regulacja nad
ążna kaskadowa
Regulacja nad
ążna kaskadowa
Regulacja nad
ążna kaskadowa stosowana jest do regulacji temperatury
w systemach wentylacji i klimatyzacji w celu uzyskania wysokiej jako
ści
regulacji poprzez kompensacj
ę własności dynamicznych obiektu regulacji.
W procesie regulacji zak
łada się kaskadowe działanie dwu regulatorów,
regulatora
g
łównego
(wiod
ącego)
oraz
regulatora
pomocniczego
(nad
ążnego).
Obydwa regulatory w regulatorach cyfrowych mog
ą być zaprogramowane
w jednym urz
ądzeniu.
Schemat uk
ładu kaskadowej regulacji temperatury
Schemat uk
ładu kaskadowej regulacji temperatury
powietrza w pomieszczeniu wentylowanym
powietrza w pomieszczeniu wentylowanym
Temperatura
powietrza
nawiewanego
t
N
(jako
wielko
ść pomocnicza y
1
)
utrzymywana jest przez regulator 1 na poziomie zadawanym przez regulator 2
nad
ążnie za aktualną wartością temperatury powietrza wywiewanego t
W
(g
łówna
wielko
ść regulowana y
2
).
T
T
1
y
1
w=t
i
u
1
t
i
t
W
t
N
2
y
2
u
2
Przyk
ład zastosowania regulacji
Przyk
ład zastosowania regulacji
kaskadowej
kaskadowej
Wykres zale
żności temperatury powietrza nawiewanego od temperatury powietrza
wywiewanego stosowany w uk
ładach regulacji kaskadowej, w klimatyzacji komfortu
(
Δti=±1K)
t
W
[°C]
t
N
[°C]
30
t
N max
t
i
12
-Δt
+Δt
t
N min
a
b
-1K t
i
+1K
t
N max
t
N min
t
N
t
W
t
N
=f(±Δt)
Regulacja kaskadowa
Regulacja kaskadowa
Regulacja kaskadowa korzystna jest szczególnie wówczas gdy w
łasności
dynamiczne obu obwodów regulacji ró
żnią się znacznie między sobą.
Dzi
ęki małej inercyjności pierwszego obiektu regulacji (nagrzewnica
powietrza) mimo du
żej bezwładności cieplnej głównego obiektu regulacji
(pomieszczenie
wraz
z
instalacj
ą wentylacyjną) stosując regulację
kaskadow
ą można znacznie poprawić własności dynamiczne układu
regulacji i uzyska
ć wysoką jakość regulacji.
Zakres
Zakres automatyzacji
automatyzacji centrali klimatyzacyjnej
centrali klimatyzacyjnej –
–
realizowane
realizowane funkcje c.d.
funkcje c.d.
2.
Zdalna korekta warto
ści zadanej temperatury
3.
Zdalne za
łączanie/wyłączanie urządzenia wentylacyjnego
(jednoczesne za
łączenie wentylatora nawiewnego i wywiewnego)
4.
Prze
łączanie obrotów silników wentylatorów (I bieg/II bieg).
Zakres automatyzacji
Zakres automatyzacji –
– realizowane funkcje
realizowane funkcje
5.
P
łynna regulacja wydajności wentylatorów (falownik – przetwornik
cz
ęstotliwości).
6.
Za
łączanie pompy cyrkulacyjnej przy nagrzewnicy.
7.
Zabezpieczenie nagrzewnicy wodnej przed zamro
żeniem (termostat
przeciwzamro
żeniowy, minimum 10% otwarcia zaworu regulacyjnego
zim
ą).
8.
Funkcja „odmra
żania”( wentylator stop, przepustnica 0% otwarcia,
zawór regulacyjny 100% otwarcia –sygnalizacja awarii).
9.
W centralach dachowych dodatkowe grza
łki elektryczne przy
nagrzewnicy oraz przewody grzejne z termostatem wzd
łuż rurociągów
wodnych.
10.
Sterowanie przepustnic
ą powietrza zewnętrznego (siłownik z funkcją
bezpiecze
ństwa).
Zakres automatyzacji
Zakres automatyzacji –
– realizowane funkcje
realizowane funkcje
11. Zabezpieczenie silnika wentylatora przed zerwaniem klinowych
pasków nap
ędowych (presostaty wentylatorów przy spadku sprężu
wy
łączają silniki – sygnalizacja awarii, dobór nastawy presostatu).
12. Sygnalizacja zabrudzenia filtra powietrza (presostat filtra).
13. Sygnalizacja pracy/awarii silników wentylatorów.
14. Zabezpieczenie silników wentylatorów od zwar
ć i przeciążeń
(przegrzania): zabezpieczenia elektryczne i czujniki temperatury
uzwojenia silnika.
15. Regulacja wilgotno
ści powietrza w pomieszczeniu (na wywiewie z
ograniczeniem wilgotno
ści na nawiewie).
16.
Sterowanie prac
ą nawilżacza parowego (załącz/wyłącz wytwornicę,
zaworem regulacyjnym na przewodzie parowym, termostat
nawil
żacza dla T<Tn).
Nap
ęd wentylatora ze sprzęgłem paskowym
Nap
ęd wentylatora ze sprzęgłem paskowym
Zakres automatyzacji
Zakres automatyzacji –
– realizowane funkcje
realizowane funkcje
17.
Sterowanie ch
łodzeniem:
-
za
łączanie /wył. agregatu chłodnicy freonowej (typu split),
-
sterowanie zaworem regulacyjnym ch
łodnicy wodnej,
-
za
łączanie do pracy agregatu ziębniczego i pompy wody lodowej,
-
termostat powietrza zewn
ętrznego zezwalający na pracę agregatu
zi
ębniczego,
18.
Sterowanie prac
ą nagrzewnicy wstępnej: stałowartościowa regulacja
temperatury powietrza tn=9°C.
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --
sterowanie odzyskiem ciep
ła
sterowanie odzyskiem ciep
ła
A. Recyrkulacja: p
łynne sterowanie przepustnicami W+C- sygnał AO
oraz za
ł/wył .
Warunkiem za
łączenia odzysku jest Tw>Tzew, (2xAI)
+
T
T
Tw
Tzew
T
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --
sterowanie odzyskiem ciep
ła
sterowanie odzyskiem ciep
ła
B. Wymiennik krzy
żowy: płynne sterowanie przepustnicami ( wymiennik
plus obej
ście („by-pass”) – sygnał AO.
Recyrkulacja rozruchowa przepustnicami: za
ł./wył. –DO
Zabezpieczenie przed oszronieniem: tw,
∆p,
M
M
M
T
M
M
M
∆p
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --
sterowanie odzyskiem ciep
ła
sterowanie odzyskiem ciep
ła
C. Wymiennik obrotowy: p
łynne sterowanie obrotami lub napędem dwu-,
(trzy-)biegowym – sygna
ł AO lub 2(3)xDO.
Odszranianie: AI, DI.
M
Δp
T
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --
sterowanie odzyskiem ciep
ła
sterowanie odzyskiem ciep
ła
D. Wymiennik z czynnikiem po
średnim (glikolowy): sterowanie zaworem
regulacyjnym (sygna
ł AO) oraz zał/wył pompą cyrkulacyjną (DO)
T
Tg
≥-2°C
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --zabezpieczenie
zabezpieczenie
przed szronieniem i
przed szronieniem i odszranianie
odszranianie wymienników
wymienników
•
Niewielkie szronienie obni
ża jedynie sprawność układu odzysku ciepła i
powoduje wzrost oporów przep
ływu powietrza.
•
Silne zaszronienie powoduje niedro
żność wymiennika oraz może
spowodowa
ć jego uszkodzenie mechaniczne.
•
W praktyce nie dopuszcza si
ę do silnego zaszronienia powierzchni
albo stosuje si
ę cykliczne odszranianie.
•
Sterowanie
procesem
odszraniania
mo
że być realizowane przy
zastosowaniu sterowania programowego ze
ściśle określonym cyklem
czasu pracy i czasu odszraniania. Czasy te powinny by
ć ustalone dla
najbardziej niekorzystnych warunków pracy uk
ładu.
•
Dodatkowo w takim przypadku stosuje si
ę termostat
lub czujnik
temperatury powietrza zewn
ętrznego uniemożliwiający załączenie cyklu
odszraniania powy
żej zadanych temperatur powietrza zewnętrznego.
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --zabezpieczenie
zabezpieczenie
przed szronieniem i
przed szronieniem i odszranianie
odszranianie wymienników
wymienników
•
Zabezpieczenie
przed
zaszronieniem
wymienników
mo
że
by
ć
realizowane poprzez kontrol
ę oporów (stratę ciśnienia) wymiennika po
stronie powietrza wywiewanego oraz pomiar temperatury powietrza
wywiewanego za wymiennikiem.
•
Np. zarejestrowany przez presostat ró
żnicy ciśnień wzrost oporów
wymiennika inicjuje proces odszraniania. Proces odszraniania zostanie
zako
ńczony gdy temperatura powietrza za wymiennikiem osiągnie
warto
ść 4 do 5ºC.
•
Mo
żliwe jest także stałe utrzymywanie temperatury powietrza za
wymiennikiem powy
żej 5ºC, powoduje to jednak obniżenie jego
sprawno
ści.
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --zabezpieczenie
zabezpieczenie
przed szronieniem i
przed szronieniem i odszranianie
odszranianie wymienników
wymienników
•
Wymienniki obrotowe:
•
- zwyk
łe wirniki aluminiowe muszą być odszraniane gdy temperatura
powietrza zewn
ętrznego jest niższa od -8 ºC,
•
-
wirniki
z pow
łoką higroskopijną muszą być odszraniane gdy
temperatura powietrza zewn
ętrznego jest niższa od -18 ºC.
•
Odszranianie na zasadzie programowania czasowego mo
że być
realizowane poprzez obni
żenie obrotów silnika wentylatora nawiewnego
(metoda ta mo
że powodować powstanie podciśnienia w wentylowanym
obiekcie) lub redukcj
ę obrotów wirnika wymiennika.
•
Zabezpieczenie
przed
zaszronieniem
wymienników
mo
że
by
ć
realizowane poprzez kontrol
ę oporów (stratę ciśnienia) wymiennika po
stronie powietrza wywiewanego oraz pomiar temperatury powietrza
wywiewanego za wymiennikiem.
•
zarejestrowany
przez
presostat
ró
żnicy ciśnień wzrost oporów
wymiennika inicjuje proces odszraniania. Proces odszraniania zostanie
zako
ńczony gdy temperatura powietrza za wymiennikiem osiągnie
warto
ść 4 do 5ºC.
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --
zabezpieczenie przed szronieniem i
zabezpieczenie przed szronieniem i odszranianie
odszranianie
wymienników:
wymienników:
•
Wymienniki p
łytowe:
•
- wymagaj
ą odszraniania gdy temperatura powietrza zewnętrznego
spada poni
żej - 3 ºC,
•
- odszranianie realizowane jest poprzez zmian
ę ilości powietrza
świeżego na wymienniku (zmniejszenie) i obejściu wymiennika
(zwi
ększenie).
•
Odszranianie mo
że być realizowane jako programowe lub poprzez
kontrol
ę
oporów
wymiennika
oraz
temperatur
ę
powietrza
za
wymiennikiem na wywiewie.
•
Wymienniki ciep
ła z czynnikiem pośredniczącym:
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej --zabezpieczenie przed
zabezpieczenie przed
szronieniem i
szronieniem i odszranianie
odszranianie wymienników:
wymienników:
•
Wymienniki ciep
ła z czynnikiem pośredniczącym:
•
W uk
ładach tych nie stosuje się odszraniania lecz zabezpiecza przed
szronieniem przez regulacj
ę temperatury glikolu tak aby temperatura
glikolu przed wymiennikiem na wywiewie nie spad
ła poniżej -2°C.
•
Do regulacji
temperatury glikolu wykorzystuje si
ę zawór trójdrogowy
przeznaczony g
łównie do regulacji temperatury powietrza.
KONIEC
KONIEC
do zobaczenia za DWA tygodnie
J