ESBT Měření a regulace ve vzduchotechnice

Transkript

1 České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební ESBT Měření a regulace ve vzduchotechnice Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. Katedra technických zařízení budov

2 Obsah prezentace Základní terminologie MaR Regulace jednotlivých částí Řídící systémy Inteligentní systémy

3 Způsoby řízení: Základní terminologie MaR Ovládání řízení bez zpětné kontroly měřením (vypnutí a zapnutí ventilátoru) Ruční regulace nastavená hodnota regulované veličiny se udržuje ručně Regulační odchylku (rozdíl mezi požadovanou a skutečnou hodnotou) vyrovnává člověk ručním zásahem (zavření vyústky) Automatická regulace regulační odchylku vyrovnává automaticky regulační systém

4 Základní terminologie MaR Názvosloví: X regulovaná veličina (teplota) y akční veličina (signál ovládacímu členu) R REGULÁTOR K komparátor (porovnává skutečnou a zadanou hodnotu regulované veličiny regulační odchylka) Z VENKOVNÍ VZDUCH PORUCHOVÁ VELIČINA OVLÁDACÍ ČLEN y M R K + ZADANÁ HODNOTA T SKUTEČNÁ HODNOTA X

5 Rozdělení MaR ve vzduchotechnice Monitorování stavu zařízení - kontrola chodu, stavu a provozního režimu zařízení Regulace zařízení úprava parametrů vzduchu

6 Rozdělení MaR ve vzduchotechnice Monitorování stavu zařízení - kontrola chodu, stavu a provozního režimu zařízení Tlaková ztráta filtrů měření rozdílu tlaků před a za filtrem signalizuje stupeň znečištění Tepelná ochrana elektromotorů (ochrana vinutí) Tepelná ochrana elektrických ohřívačů obvykle bezpečnostní termostat měřící teplotu vzduchu Zjištění chodu/zastavení ventilátoru rozdíl tlaků na vstupu a výstupu ventilátoru Krajní polohy požárních a uzavíracích klapek signalizace zavřené klapky (zejména požární) Protimrazová ochrana vodních a ZZT výměníků ochrana proti promrznutí, stálé měření teploty vzduchu za výměníkem

7 Rozdělení MaR ve vzduchotechnice Regulace zařízení úprava parametrů vzduchu Vzduchový výkon a ventilátory Tlaková diference mezi interiérem a exteriérem Vodní ohřívače a chladiče Elektrické ohřívače (Výměníky ZZT) Vlhčení a odvlhčování Směšování proudů vzduchu

8 MaR ve vzduchotechnice Vzduchový výkon a ventilátory Škrcení uzavíráním klapky před nebo za ventilátorem, zvyšuje se tlaková ztráta a tím se mění charakteristika potrubní sítě - Způsobuje vyšší hlučnost větracího zařízení (převzato z Statické charakteristiky prvků regulovaných soustav, K. Hemzal)

9 MaR ve vzduchotechnice Vzduchový výkon a ventilátory Změna otáček plynule, nebo stupňovitě regulací elektromotorů - mění se některá z elektrických veličin napětí, nebo frekvence proudu - Napěťové změna napětí odporem v obvodu motoru, obvykle stupňovité (různé charakteristiky ventilátoru), ztrátová regulace - Frekvenční obvykle plynulé s velkým rozsahem, není vhodné pro všechny motory (větší namáhání magnetických obvodů, a vinutí) M R M M

10 MaR ve vzduchotechnice Vzduchový výkon a ventilátory Natáčení lopatek ventilátoru možné u axiálních ventilátorů - provádí se změnou úhlu náběhu listu oběžného kola ventilátoru - Posune se charakteristická křivka ventilátoru Statický tlak Průtok vzduchu

11 MaR ve vzduchotechnice Tlaková diference mezi interiérem a exteriérem Pokud potřebujeme zajistit přetlak nebo podtlak mezi interiérem a exteriérem, případně mezi sousedícími prostory - Řízení podle nastaveného rozdílu tlaků - Tlakový rozdíl je obvykle zajišťován změnou otáček ventilátoru X = p 12 X = p 12 P1 P2 R P2 Chráněný prostor R Odvod vzduchu P1 Odvod vzduchu Prostor udržovaný v Prostor udržovaný v podtlaku vůči podtlaku proti exteriéru sousedící chráněné místnosti

12 Vodní ohřívače a chladiče MaR ve vzduchotechnice Řídí se podle teploty v obsluhované místnosti, nebo podle požadované výstupní teploty - Kvalitativně směšováním ohřívače řízení vstupní teploty topné vody - Kvantitativně rozdělováním chladiče řízení průtoku chladicí vody Regulace ohřívače směšováním Regulace chladiče rozdělováním (převzato z Vzduchotechnika, G. Gebauer, ERA, 2005)

13 MaR ve vzduchotechnice Vodní ohřívače a chladiče regulace výkonu na straně vzduchu obtokem Vyžaduje dvojici klapek, v proudu vzduchu výměníkem a v jeho obtoku. Podmínka: Odpor regulovaného úseku musí zůstat konstantní bez ohledu na nastavení klapek. Velikost obtoku se určí z podmínky zachování stejné tlakové ztráty v krajních polohách klapek výměníku. R t M t Tlaková ztráta konstantní

14 Vodní ohřívače a chladiče MaR ve vzduchotechnice Protimrazová ochrana vodních výměníků ochrana proti promrznutí, - vzhledem k malému vodnímu objemu může ohřívač zamrznout během pár minut - stálé měření teploty vzduchu za výměníkem a vody na výstupu z výměníku - Při poklesu teploty pod stanovené hodnoty: - spuštění OČ - otevření trojcestného ventilu na 100 % - pokud teplota stále klesá, odstaví se ventilátory a zavřou vstupní klapky (VZT je mimo provoz)

15 Elektrické ohřívače MaR ve vzduchotechnice Obvykle se používá jeden ze tří způsobů: dvoupolohová regulace vypnuto/zapnuto, sepnutí plného výkonu při požadovaném ohřevu dvoupolohová s pulzní šířkovou modulací spínání plného topného výkonu pouze na krátký čas, podle aktuálního požadavku (kolísání teploty ±0,5 K) spínání jednotlivých sekcí pro větší výkony (nad 10 kw), spínání postupně jednotlivých sekcí ohřívače. Vhodné zejména jsou-li vyšší požadavky na rozložení příkonu podle zatížení rozvodné sítě

16 Výměníky ZZT MaR ve vzduchotechnice Nejedná se o regulaci tepelného výkonu. Výjimkou jsou rotační výměníky, kdy lze změnou otáček měnit přenesený tepelný tok. Zabezpečení výměníku protimrazovou ochranou: T (převzato z Vzduchotechnika, G. Gebauer, ERA, 2005) Vybavení obtokem výměníku řízení pomocí dvou klapek střídavě otevřené a uzavřené. Měření teploty odpadního vzduchu za výměníkem. Měření tlakového rozdílu před a za výměníkem na straně čerstvého vzduchu. Pokud teplota odpadního vzduchu klesne pod určitou mez otevírá obtok.

17 Vlhčení vzduchu MaR ve vzduchotechnice - Mezní je stav nasyceného vzduchu Vlhčení vzduchu vodou dostatečně nízká relativní vlhkost (zajištěné předehřevem), omezení teplotou vlhkého teploměru t wb. Vyplývají požadavky na řízení předehřevu vodní ohřívač Vlhčení parou omezení mezí sytosti při počáteční teplotě vzduchu Přívod páry nebo vody je řízen na základě: požadované relativní vlhkosti vzduchu v místnosti (vzduchu za vlhčící komorou), aktuální relativní vlhkosti vzduchu v místnosti, obvykle je nutný nadřazený systém definující RH za zvlhčovací komorou podle stavu v místnosti,

18 Vlhčení vzduchu MaR ve vzduchotechnice - Mezní je stav nasyceného vzduchu Vlhčení vzduchu vodou dostatečně nízká relativní vlhkost (zajištěné předehřevem), omezení teplotou vlhkého teploměru t wb. - Řízení průtokem rozprašované vody (dvoupolohově, stupňovitě) - Účinnost řízení průtoku vody závisí na minimálním tlaku vody a typu trysek. - Upravená voda (snížit výskyt bakterií) Vyplývají požadavky na řízení předehřevu vodní ohřívač Vlhčení parou omezení mezí sytosti při počáteční teplotě vzduchu - Regulace průtoku syté páry (plynule) - Přesná regulace - Omezené riziko výskytu bakterií

19 Odvlhčování vzduchu MaR ve vzduchotechnice Snížení obsahu vodní páry ve vlhkém vzduchu. Nejčastěji kondenzační odvlhčování na chladiči s povrchovou teplotou pod teplotou rosného bodu vzduchu. Případně adsorpce vlhkosti regeneračními entalpickými výměníky tepla s vrstvou silikagelu (SiCl) (desikační výměníky) Vyplývají požadavky na řízení chladiče vodní chladič, přímý výparník Obvykle se určuje požadovaný pokles měrné vlhkosti v závislosti na venkovních podmínkách. Spojité řízení odvlhčování je velmi komplikované a vyžaduje provádět v regulátoru psychrometrické výpočty. Po ochlazení a odvlhčení může být nutné vzduchu zpětně zvýšit teplotu.

20 MaR ve vzduchotechnice Směšování proudů vzduchu Nastavení vhodné kombinace venkovního a cirkulačního vzduchu. Obvykle v závislosti na venkovní teplotě, případně koncentraci škodlivin ve venkovním vzduchu se mění zastoupení čerstvého vzduchu. Vzduchová množství řízena klapkami ve směšovací komoře podle teploty venkovního vzduchu a výsledné teploty smíšení nesmí být pod 0 C (ochrana výměníků). (převzato z Měření a automatická regulace systémů, M. Jokl, 1990)

21 Řídící systémy ve vzduchotechnice Skládá se z jednotlivých regulátorů. Funkcí regulátoru je: Porovnání skutečné a požadované hodnoty regulované veličiny Vyhodnocení regulační odchylky Udává výstupní akční veličinu působí na akční členy soustavy Obvykle každý prvek VZT systému má vlastní regulátor. samostatné a samostatně ovládané (malé systémy VZT) součást celého systému řízení VZT jednotky fyzicky zahrnuté do řídícího systému, nebo jen podřízené v logické struktuře řízení

22 Řídící systémy ve vzduchotechnice Řídící jednotka plní tyto funkce: Ovládá a reguluje funkce úpravy vzduchu Komunikace s ŘJ ostatních systémů vytápění, chlazení, aj. Zabezpečuje napájení prvků systému Slouží k monitorování stavů zařízení (filtry, požární klapky, ventilátory) Signalizace poruch Celková vizualizace provozních stavů. ŘJ malých systémů instalované v rozvaděči MaR ŘJ velkých systémů regulační a silové prvky v rozvaděči ve strojovně, řízení chodu a monitoring vzdáleně (pult obsluhy)

23 Řídící systémy ve vzduchotechnice Příklad řídící jednotky: Vzduchotechnická jednotka v Demonstrační laboratoři TZB Svorkovnice pro přívod el. proudu do jednotky Regulátory ventilátorů přívodu a odvodu vzduchu Základní deska ŘJ Regulátor ohřívače vzduchu Regulátor chladiče vzduchu Silová rozvodnice

24 Řídící systémy ve vzduchotechnice Jak se navrhuje řídící systém VZT? Regulační schéma řídící jednotky: vyjádření představy o provozu systému projektantem VZT musí zobrazovat jednotlivé komponenty VZT se soupisem měřených a regulovaných veličin

25 Řídící systémy ve vzduchotechnice Jak se navrhuje řídící systém VZT? Regulační schéma řídící jednotky: slouží jako podklad pro návrh unikátního MaR, nebo volbu vhodného řídícího systému z nabídky výrobce nejedná se o elektrické schéma Není nutné se děsit! - Obvykle při návrhu VZT jednotky pomocí firemního software probíhá generování podkladů pro budoucí MaR, kterou dále dopracuje specialista od výrobce. v každém případě nutná komunikace s projektantem MaR u větších systémů, případně s výrobcem VZT zařízení

26 Řídící systém VZT jako součást komplexní MaR V moderních budovách se setkávají řídící systémy různých systémů: Vytápění, chlazení, osvětlení, výtahy, EPS, monitoring technologie, monitoring pobytu osob, zabezpečení objektu, kamerový systém, aj. Dnes už nemusí být doménou jen rozlehlých budov. Zavádí se nadřazený systém správy a řízení. Inteligentní budovy!?

27 Řídící systém VZT jako součást komplexní MaR V moderních budovách se setkávají řídící systémy různých systémů: Historický vývoj integrace jednotlivých systémů zajímavost nyní - Plná integrace všech systémů v jediném řízeném pomocí počítače Systémy správy budovy HVAC+ další systémy vnitřního prostředí HVAC Částečná integrace do základních skupin Multifunkční systémy Systémy řízení s jednou funkcí Samostatné řízení VZT Před 1980 Autonomní systémy

28 Řídící systém VZT jako součást komplexní MaR V moderních budovách se setkávají řídící systémy různých systémů: Různá struktura propojení jednotlivých řídících systémů centrální uspořádání distribuované uspořádání hierarchické uspořádání Inteligentní budovy!? Obrázky převzaty z článku Inteligentní budovy luxus nebo nezbytnost?, Šmejkal, L., Automatizace, 52,4,

29 Řídící systém VZT jako součást komplexní MaR V moderních budovách se setkávají řídící systémy různých systémů: Systém vzduchotechniky je jednou součástí z mnoha. Výhody, které může toto řešení přinést: Prohloubení vazeb mezi jednotlivými systémy TZB velmi důležité u VZT, jelikož je obsluhována mnoha ostatními systémy. Rychlejší společná reakce na okolní vlivy (uživatel budovy, venkovní prostředí). Lepší přehled o chování systému VZT a jeho částech. Přehled o spotřebě energie (i dílčích prvků). Optimalizace provozu.

30 Děkuji za pozornost Daniel Adamovský ČVUT Fsv, katedra TZB