ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov. Regulace. Co je to regulace?

Transkript

1 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Regulace 242 Co je to regulace? Zařízení, na jehož impuls se mění jeden nebo více provozních parametrů otopné soustavy teplota hmotnostní průtok tlak 243 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 1

2 Proč se reguluje vytápěcí zařízení? Regulace výkonu podle okamžité potřeby Bezpečnost provozu Omezení provozními parametry zdroje nebo prvku OS Vyrovnání nepřesností návrhu 244 Základní princip regulace Regulovaná veličina x Akční veličina y Poruchová veličina z Řídící veličina w Zpětná vazba Regulátor W Y Akční člen Regulovaná soustava Z X 245 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 2

3 Monitorování Měření regulované veličiny Bez akčního členu Nepřímá Zpětná vazba Regulovaná soustava Z X 246 Ovládání Pomocí akčního členu se mění regulovaná veličina bez zpětné vazby, bez regulátoru? Akční člen Regulovaná soustava Z X 247 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 3

4 Ruční regulace Na místě regulátoru je člověk. Ví jaký je dopad jeho regulačních zásahů a podle toho reguluje soustavu Zpětná vazba W Y Akční člen Regulovaná soustava Z X 248 Automatická regulace Podle W a/nebo X dává automaticky impuls akčnímu členu ve snaze dosáhnout žádané hodnoty x Zpětná vazba Regulátor W Y Akční člen Regulovaná soustava 249 Z X (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 4

5 Regulátor W Y Akční člen Zpětná vazba Z X Podklady k přednáškam 125 Vzájemné propojení více systémů budov Energetické a ekologické Bezpečnostní Dopravní Zábavní Inteligentní budovy Vytápění Regulovaná soustava Regulátor W Y Osvětlení Akční člen Regulátor W Zpětná vazba Regulovaná soustava Zabezpečení Y Z Akční člen Zpětná vazba Regulovaná soustava Z X X Vzduchotechnika Zpětná vazba Regulátor W Y Akční člen Regulovaná soustava 250 Z X Regulační obvod Technické provedení Měření regulované veličiny, resp. řídící veličiny elektrický teploměr, tlakoměr, průtokoměr apod. Regulátor porovnává naměřené hodnoty se žádanými a podle toho aktivuje akční člen Akční člen fyzicky mění akční veličinu - např uzavírací nebo směšovací ventil se servopohonem, elektromagnetický prof.karel Kabele uzávěr na přívodu plynu do kotle 125ESB1,ESBB 2011/ (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 5

6 Regulátory nespojité akční veličina má omezený počet hodnot - dvě a více regulovaná veličina kolísá kolem žádané hodnoty v rozmezí regulační odchylky příklad - prostorový termostat 252 Regulátory spojité akční veličina se mění spojitě v závislosti na regulované veličině podle tzv. přechodové charakteristiky P - proporcionální (akční veličina je přímo úměrná regulované veličině) I - integrační (akční veličina je úměrná regulační odchylce) D - derivační (akční veličina je úměrná derivaci regulované veličiny podle času) T - zpožďující (akční veličina se začne měnit až po určité časové prodlevě) Poznámka - je možná i kombinace charakteristik např. PI regulátor Fuzzy 253 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 6

7 Regulátory podle pohonu Rozdělení podle používané energie pro chod regulátoru přímočinné regulátory nepřímé regulátory elektřina, stlačený vzduch 254 Akční členy Elektromagnetické ventily Regulační ventily Směšovací (rozdělovací) ventily trojcestné a čtyřcestné 255 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 7

8 ZAREGULOVÁNÍ OS 257 A. Návrh dimenzí potrubí souhrn Přirozený oběh metoda daného tlaku účinný tlak + přídavný vztlak etážová soustava? Nucený oběh metoda ekonomického tlakového spádu 60 až 200 Pa.m -1 metoda optimálních rychlostí 0,05 až 1,0 m.s -1 (!!! Hluk) metoda daného tlaku čerpadlo + přídavný vztlak, kpa 258 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 8

9 B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav Výpočet tlakové ztráty pro navržené dimenze potrubí třením místními odpory Tlakové ztráty okruhu porovnáme s dispozičním tlakem (přirozený oběh x nucený oběh) Přebytek tlaku regulujeme nastavením regulačních armatur Nedostatek tlaku buď zvýšením tlaku nebo snížením tlakových ztrát 259 B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav Regulační ventily u těles ve většině případů Regulační ventily v okruhu při rozsáhlých soustavách, kde je nutné vyvážit více objektů nebo částí Clonky v potrubí nedoporučuje se (zarůstání, koroze) 260 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 9

10 B.Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav k v V p k v, k vs hodnota průtok V v m 3.h -1 regulační armaturou při jednotkovém rozdílu tlaku p=1bar=100kpa slouží k volbě přednastavení regulační armatury z daného průtoku V a požadované tlakové ztráty p určím potřebnou k v hodnotu armatury 261 B.Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav Příklad: Hledáme nastavení ventilu u tělesa s výkonem 1580W a přetlakem 0,1 bar = 10 kpa Q 3600 V c t k v V p ,070 m h , ,22 m h 0, (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 10

11 B.Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav Hmotnostní průtok + dopravní tlak Stanovení příkonu čerpadla P (W) pv P V - Dopravní množství (m 3 /s) Účinnost čerpadla (-)!!! dopravní tlak (Pa) x dovolený přetlak!!! 1m v.s.=10kpa 263 REGULACE VÝKONU OS 264 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 11

12 Termostatická hlavice + ventil Běžná S odděleným čidlem S dálkovým nastavením Regulační ventil 265 Příklady regulace teplovodních otopných soustav Přímá regulace podle referenční místnosti regulace zdroje podle vnitřní teploty (prostorový termostat, který zapíná a vypíná kotel) PV Č (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 12

13 Příklady regulace teplovodních otopných soustav Ekvitermní regulace přímá regulace výstupní teploty vody na zdroji žádaná hodnota je nastavena dle venkovní teploty ekvitermní křivka + T Č1 - PV 267 Příklady regulace teplovodních otopných soustav Ekvitermní regulace nepřímá kotlový termostat + centrální regulace teploty otopné vody směšováním nebo rozdělováním trojcestným nebo čtyřcestným ventilem podle vnější teploty (ekvitermní regulace) + T T R (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 13

14 Místní ruční ovládání Legenda: 1 Ručně ovládaný ventil 2 Otopné těleso 3 Přívodní potrubí 4 Zpětné potrubí Regulační systém pro regulaci vnitřní teploty s místním ručním ovládáním v rodinném domě Regulační systém pro regulaci vnitřní teploty s místním ručním regulováním a ústřední regulací v rodinném domě Legenda: 1 Ručně ovládaný ventil 2 Otopné těleso 3 Přívodní potrubí 4 Zpětné potrubí 5 Směšovací ventil (trojcestný) 6 Oběhové čerpadlo 7 Ústřední jednotka automatické regulace 8 Čidlo vnitřní teploty (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 14

15 Regulační systém pro regulaci vnitřní teploty s venkovním čidlem, s místním automatickým regulováním a ústřední regulací ve vícepodlažním bytové budově Legenda: 1 Ventil s termostatickou hlavicí 2 Otopné těleso 3 Přívodní potrubí 4 Zpětné potrubí 5 Směšovací ventil (trojcestný) 6 Oběhové čerpadlo 7 Ústřední jednotka automatické regulace 9 Čidlo venkovní teploty Regulační systém pro regulaci vnitřní teploty s místním automatickým regulováním a automatickou zónovou regulací v dvoupodlažní obchodní budově Legenda: 1 Ručně ovládaný ventil 2 Otopné těleso 3 Přívodní potrubí 4 Zpětné potrubí 5 Směšovací ventil (trojcestný) 6 Oběhové čerpadlo 7 Ústřední jednotka automatické regulace 8 Čidlo vnitřní teploty (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 15

16 Regulační systém pro regulaci vnitřní teploty s venkovním čidlem, místním automatickým regulováním a automatickou regulací s optimalizačním programem ve vícepodlažní administrativní budově Legenda: 1 Ventil s termostatickou hlavicí 2 Otopné těleso 3 Přívodní potrubí 4 Zpětné potrubí 5 Směšovací ventil (trojcestný) 6 Oběhové čerpadlo 7 Ústřední jednotka automatické regulace 8 Čidlo vnitřní teploty 9 Čidlo venkovní teploty 11 Optimizátor HYDRAULICKÁ STABILITA 275 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 16

17 Hydraulická stabilita DVs Proč? Ve výpočtu uvažujeme ustálený stav x proměnná realita způsobená především: proměnlivými hodnotami přídavného vztlaku vlivem měnící se teploty otopné vody proměnlivými tlakovými poměry v OS vlivem funkce termostatických ventilů Řešení: pasivní vyregulování přesným výpočtem aplikace automatických regulačních prvků 276 Hydraulická stabilita DVs Pasivní regulace výpočtem pravidla pro navrhování jednotlivých částí OS např. u soustav s přirozeným oběhem: nejvíce tlaku spotřebovat na tělesech tlaková ztráta ve stoupačce = účinnému tlaku vzniklému ve stoupačce tlaková ztráta v ležatých rozvodech = účinnému tlaku vzniklému v ležatých rozvodech náročné početně, problém realizace 277 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 17

18 Hydraulická stabilita DVs Aplikace automatických regulačních prvků přepouštěcí ventily otvírá se podle odchylky diferenčního tlaku, umisťuje se do obtoku čerpadla nebo mezi přívodní a vratné potrubí OS regulátory diferenčního tlaku škrtící (!) ventil v potrubí řízený diferenčním tlakem čerpadla s řízenými otáčkami konstantní tlak čerpadla při proměnném průtoku 278 Příklady zapojení zdrojů Příklad 1: Klasický kotel s výkonem > než 4 násobek tepelné ztráty budovy, pouze vytápění. Zdroj s minimální požadovanou teplotou vratné vody. Zapojení umožňuje práci zdroje v optimálních podmínkách a přerušovaný chod zdroje s přestávkami v řádu dnů. 279 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 18

19 Zdroje - příklady řešení 2 Příklad 2: Klasický kotel s výkonem > než 4 násobek tepelné ztráty budovy, vytápění a průtočný ohřev TUV.Zdroj s minimální požadovanou teplotou vratné vody. Zapojení umožňuje práci zdroje v optimálních podmínkách a přerušovaný chod zdroje s přestávkami v řádu dnů.průtočný ohřev TUV je ve srovnání se zásobníkovým příznivý z hlediska stagnace TUV (legionella). 280 Zdroje - příklady řešení 3 TRB Č3 Č2 Č4 PV Č1 E N Č5 RS 2xTRV 3xZV PV Příklad 3: Bivalentní zdroj - např.kondenzační kotel v kombinaci s vysokoteplotními kolektory.teplovzdušné větrání a nízkoteplotní vytápění,průtočný ohřev TUV. 281 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 19

20 Zdroje - příklady řešení 4 Příklad 4: Bivalentní zdroj - klasický kotel v kombinaci s nízkoteplotními kolektory.teplovodní vytápění,průtočný ohřev TUV. Použití teplotně stratifikovaného zásobníku umožňuje využití nízkopotenciálního tepla kolektorů k předehřevu teplé vody. 282 Příklad regulace tlakové diference 283 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 20

21 284 REGULACE ODBĚRŮ TEPLA 285 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 21

22 Příklad regulace teplovodních otopných soustav Termohydraulická spojka Ochrana proti nízkoteplotní korozi 286 Regulace Zásobník teplé vody Protimrazová ochrana 287 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 22