ESBT Měření a regulace ve vzduchotechnice

České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební

ESBT Měření a regulace ve vzduchotechnice Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. Katedra technických zařízení budov Fakulta stavební, ČVUT v Praze

Katedra technických zařízení budov, Fakulta stavební, ČVUT v Praze

Obsah prezentace

• • • •

Základní terminologie MaR Regulace jednotlivých částí Řídící systémy Inteligentní systémy

Přednáška předmětu Energetické systémy budov 2 – Měření a regulace ve vzduchotechnice


Základní terminologie MaR Způsoby řízení: • 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



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

Z

+

X

VENKOVNÍ VZDUCH PORUCHOVÁ VELIČINA



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



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 Přednáška předmětu Energetické systémy budov 2 – Měření a regulace ve vzduchotechnice


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



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)



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 Přednáška předmětu Energetické systémy budov 2 – Měření a regulace ve vzduchotechnice


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 Přednáška předmětu Energetické systémy budov 2 – Měření a regulace ve vzduchotechnice


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 = ∆p12

R P1

X = ∆p12 P2

Chráněný prostor

P1

Odvod vzduchu

P2

Odvod vzduchu

Prostor udržovaný v podtlaku proti exteriéru

Prostor udržovaný v podtlaku vůči sousedící chráněné místnosti


R


MaR ve vzduchotechnice Vodní ohřívače a chladiče 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)



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



MaR ve vzduchotechnice Vodní ohřívače a chladiče 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)



MaR ve vzduchotechnice Elektrické ohřívače 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



MaR ve vzduchotechnice Výměníky ZZT 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.



MaR ve vzduchotechnice Vlhčení vzduchu - Mezní je stav nasyceného vzduchu Vlhčení vzduchu vodou – dostatečně nízká relativní vlhkost (zajištěné předehřevem), omezení teplotou vlhkého teploměru twb. 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, Přednáška předmětu Energetické systémy budov 2 – Měření a regulace ve vzduchotechnice


MaR ve vzduchotechnice Vlhčení vzduchu - Mezní je stav nasyceného vzduchu Vlhčení vzduchu vodou – dostatečně nízká relativní vlhkost (zajištěné předehřevem), omezení teplotou vlhkého teploměru twb. - 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 Přednáška předmětu Energetické systémy budov 2 – Měření a regulace ve vzduchotechnice


MaR ve vzduchotechnice Odvlhčování vzduchu 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.



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)


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 Přednáška předmětu Energetické systémy budov 2 – Měření a regulace ve vzduchotechnice


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) Přednáška předmětu Energetické systémy budov 2 – Měření a regulace ve vzduchotechnice


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



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


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



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!? Přednáška předmětu Energetické systémy budov 2 – Měření a regulace ve vzduchotechnice


Řídící systém VZT jako součást komplexní MaR V moderních budovách se setkávají řídící systémy různých systémů: Historický vývoj integrace jednotlivých systémů – zajímavost. 1995 – nyní - Plná integrace všech systémů v jediném řízeném pomocí počítače Systémy správy budovy

HVAC+ další systémy vnitřního prostředí

1990 – 1995 – Částečná integrace do základních skupin 1985 – 1990 – Multifunkční systémy

HVAC

1980 – 1985 – Systémy řízení s jednou funkcí Samostatné řízení VZT

Před 1980 – Autonomní systémy



Řídící systém VZT jako součást komplexní MaR V moderních budovách se setkávají řídící systémy různých systémů: Různá struktura propojení jednotlivých řídících systémů • centrální uspořádání – Inteligentní • distribuované uspořádání – budovy!? • hierarchické uspořádání –

Obrázky převzaty z článku Inteligentní budovy – luxus nebo nezbytnost?, Šmejkal, L., Automatizace, 52,4,


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.



Děkuji za pozornost

Daniel Adamovský ČVUT – Fsv, katedra TZB email: [email protected]

ESBT Měření a regulace ve vzduchotechnice

Recommend Documents