ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Měření a regulace vytápění Zpět na obsah 118 Co je to regulace? Zařízení, na jehož impuls se mění jeden nebo více provozních parametrů otopné soustavy teplota průtok tlak 119 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 1
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 120 Monitorování Měření regulované veličiny Bez akčního členu Nepřímá Zpětná vazba Regulovaná soustava X Z 121 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 2
Ovládání Pomocí akčního členu se mění regulovaná veličina bez zpětné vazby, bez regulátoru? Akční člen Regulovaná soustava Z X 125ESB1,ESBB 2014/2015 122 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 123 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 3
Regulátor W Y Akční člen Zpětná vazba Z X Podklady k přednáškam 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 Z X 124 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 Z X Zabezpečení Y Akční člen Zpětná vazba Regulovaná soustava Z X Vzduchotechnika Zpětná vazba Regulátor W Y Akční člen Regulovaná soustava Z X 125 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 4
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 uzávěr na přívodu plynu do kotle 126 Regulátory nespojité akční veličina má omezený počet hodnot - dvě a více regulovaná veličina kolísá kolem žádané hodnoty v rozmezí regulační odchylky příklad - prostorový termostat 127 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 5
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 128 Regulátory podle pohonu Rozdělení podle používané energie pro chod regulátoru přímočinné regulátory nepřímé regulátory elektřina, stlačený vzduch 129 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 6
Akční členy Elektromagnetické ventily Regulační ventily Směšovací (rozdělovací) ventily trojcestné a čtyřcestné 130 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Regulace II.část 131 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 7
Proč se reguluje vytápěcí zařízení? Zaregulování otopné soustavy Regulace výkonu podle okamžité potřeby Bezpečnost provozu Omezení provozními parametry zdroje nebo prvku OS 132 ZAREGULOVÁNÍ OTOPNÉ SOUSTAVY 133 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 8
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, 10-70 kpa 134 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 135 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 9
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) 136 B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav k v, k vs hodnota k v V p 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 137 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 10
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 1580 3600 3 V 0,070 m h c t 4196 20 970 k v V p 0,070 3 0,22 m h 0,10 1 1 138 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 139 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 11
REGULACE VÝKONU OTOPNÉ SOUSTAVY 140 Regulace výkonu otopné soustavy Přímá regulace regulace výkonu zdroje Nepřímá regulace regulace výkonu soustavy; zdroj je regulován na základě požadavků soustavy Místní regulace regulace jednotlivých místností Zónová regulace regulace po zónách Centrální regulace regulace celé budovy Regulace dle vnitřní teploty Regulace dle venkovní teploty (ekvitermní) Ruční regulace Automatická regulace 141 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 12
Příklady regulace teplovodních otopných soustav Přímá centrální regulace podle vnitřní teploty regulace zdroje podle vnitřní teploty (prostorový termostat, který zapíná a vypíná kotel) PV Č1 142 Příklady regulace teplovodních otopných soustav Přímá centrální regulace podle venkovní teploty (ekvitermní regulace přímá) regulace výstupní teploty vody na zdroji žádaná hodnota je nastavena dle venkovní teploty ekvitermní křivka T PV Č1 143 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 13
Příklady regulace teplovodních otopných soustav Nepřímá centrální regulace podle venkovní teploty (ekvitermní regulace nepřímá) kotlový termostat + centrální regulace teploty otopné vody směšováním nebo rozdělováním trojcestným nebo čtyřcestným ventilem podle vnější teploty (ekvitermní regulace) T R T + - 144 Příklady regulace teplovodních otopných soustav Nepřímá místní regulace podle vnitřní teploty ruční/automatická regulace jednotlivých těles regulačními ventily (1) ručními nebo s termostatickou hlavicí 145 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 14
Termostatická hlavice + ventil Běžná S odděleným čidlem S dálkovým nastavením Regulační ventil 146 Příklady regulace teplovodních otopných soustav Dvoustupňová regulace místní a centrální nepřímá podle vnitřní a venkovní teploty 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 147 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 15
Příklady regulace teplovodních otopných soustav Dvoustupňová regulace zónová a centrální nepřímá podle vnitřní teploty Legenda: 1 Ručně ovládaný ventil 2 Otopné těleso 3 Přívodní potrubí 4 Zpětné potrubí 5 Směšovací ventil (trojcestný) 6 Oběhové čerpadlo 7 Jednotka automatické regulace 8 Čidlo vnitřní teploty 148 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 154 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 16
Hydraulická stabilita DVs Pasivní regulace výpočtem pravidla pro navrhování jednotlivých částí OS 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 155 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 156 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 17
Regulace tlakové diference 157 Termohydraulický rozdělovač Oddělení kotlového okruhu od otopné soustavy Kdy použít? 158 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 18
Ochrana proti nízkoteplotní korozi Řešení problému náběhu kotle na pevná paliva Kdy použít? 159 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. 160 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 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). 161 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. 162 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 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. 163 164 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 21
Měření ve vytápění Měření provozních parametrů pro regulaci Tlak, teplota, průtok Měření tepla na patě objektu Teplo vyrobené ve vlastním zdroji měření spotřeby paliva Teplo dodané do objektu (dálkové vytápění) Kalorimetrické měření - průtok+rozdíl teplot 165 Měření tepla pro rozdělení nákladů na uživatele Kapalinové indikátory odpařování speciálně obarvené kapaliny v závislosti na teplotě otopného tělesa Přiložená stupnice umožňuje odečítání množství odpařené kapaliny. Po provedení odečtu je trubička s kapalinou nahrazena novou ampulí s roztokem jiné barvy Elektronické indikátory Jeden ze snímačů měří povrchovou teplotu otopného tělesa. další snímač měří okamžitou teplotu okolního prostoru. Naměřené hodnoty jsou předávány ke zpracování integrovanému mikroprocesoru Nejedná se o Měření tepla!!! 166 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 22
Rozúčtování nákladů na vytápění 104/2015 Sb., kterým se mění zákon č. 67/2013 Sb., kterým se upravují některé otázky související s poskytováním plnění spojených s užíváním bytů a nebytových prostorů v domě s byty, a zákon č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání a o výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů (energetický zákon), ve znění pozdějších předpisů 269/2015 Sb. Vyhláška o rozúčtování nákladů na vytápění a společnou přípravu teplé vody pro dům 167 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 23