ELEMENTY AUTOMATYKI STOSOWANE W
NOWOCZESNYCH CENTRALACH
WENTYLACYJNYCH
I KLIMATYZACYJNYCH
Opracowała:
Katarzyna Wyżykowska
SiUChKl, Wydział Mechaniczny Politechniki Gdańskiej
GDAC
SK, 2009
Spis treści
ZADANIE WSPÓA
CZESNEGO UKA
ADU KLIMATYZACYJNEGO. .................................................................. 3
ZADANIE WSPÓA
CZESNEGO UKA
ADU WENTYLACYJNEGO. ..................................................................... 3
REGULACJA. ............................................................................................................................................. 4
STEROWANIE. .......................................................................................................................................... 4
STEROWANIE/REGULACJA  STOSOWANE POJ
CIA. .............................................................................. 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 zabezpieczajÄ…ce ................................................................................................................... 9
Termostat przeciwzamrożeniowy po stronie powietrza. ................................................................ 9
Termostat zabezpieczajÄ…cy przed przegrzaniem. ............................................................................ 9
Napędy nastawcze............................................................................................................................... 9
Regulator prędkości obrotowej. ........................................................................................................ 10
Zawory nastawcze. ............................................................................................................................ 10
Przemiennik częstotliwości (falownik). ............................................................................................. 11
Sternik cyfrowy. ................................................................................................................................. 11
KORZYÅšCI WYNIKAJ
CE Z AUTOMATYZACJI. ......................................................................................... 11
y
RÓDA
A .................................................................................................................................................. 12
2 | S t r o n a
ZADANIE WSPÓA
CZESNEGO UKA
ADU 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 WSPÓA
CZESNEGO UKA
ADU 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.
3 | 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 pomocÄ… 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).
4 | S t r o n a
STEROWANIE/REGULACJA  STOSOWANE POJ
CIA.
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.
5 | 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 mierzÄ… temperaturÄ™
bezpośrednio w pomieszczeniu. Wytwarzać
mogą sygnał aktywny bądz
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.
6 | S t r o n a
Czujniki wilgotności i higroskopijne.
Higrostat Higrostat
kanałowy 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
bÄ…dz
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.
7 | S t r o n a
Czujniki entalpii.
Czujniki entalpii sÄ… 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 wykorzystujÄ…
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.
8 | S t r o n a
Elementy zabezpieczajÄ…ce:
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 nagrzewnicÄ™ wodnÄ… przed
zamarznięciem czynnika grzewczego w nagrzewnicy.
Czujnik mierzy temperaturę powietrza wypływającego z nagrzewnicy, następnie dokonywane jest
porównanie z minimalnÄ… dopuszczalnÄ… temperaturÄ… (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 zabezpieczajÄ…cy przed przegrzaniem.
Termostat zabezpieczajÄ…cy 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
9 | S t r o n a
nastawczy (zawór lub klapę) za pośrednictwem przekładni zębatej lub przełożenia dz
wigniowego.
Stosowane są również pneumatyczne siłowniki nastawcze. Mogą być napędzane membraną lub
korpusem sprężystym. Ruch wywoływany ciśnieniem sterującym jest przenoszony poprzez
przełożenie dz
wigniowe 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 siÄ™ w tym przypadku poprzez
wykorzystanie układów tyrystorowych.
Zawory nastawcze.
Zawór przelotowy Zawór
kulowy z trójdrogowy z
siłownikiem 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.
10 | 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
urzÄ…dzeniem. 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
KORZYÅšCI WYNIKAJ
CE 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.
11 | S t r o n a
y
RÓDA
A:
" 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.
12 | S t r o n a