Měření a regulace vytápění

Podklady k přednáškam 125 ESB1

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov

Měření a regulace vytápění

Zpět na obsah 125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

118

Co je to regulace? • Zařízení, na jehož impuls se mění jeden nebo více provozních parametrů otopné soustavy – teplota – průtok – tlak

125ESB1 2015/2016

(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze

prof.Karel Kabele

119

1


Základní princip regulace • • • •

Regulovaná veličina x Akční veličina y Poruchová veličina z Řídící veličina w

Regulátor W 125ESB1 2015/2016

Y

Zpětná vazba

Akční člen

Regulovaná soustava

X

Z prof.Karel Kabele

120

Monitorování • Měření regulované veličiny • Bez akčního členu • Nepřímá Zpětná vazba


X

Z 125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

121

2


Ovládání • Pomocí akčního členu se mění regulovaná veličina • bez zpětné vazby, bez regulátoru

? Akční člen


X

Z 125ESB1,ESBB 2014/2015

prof.Karel Kabele

122

Ruční regulace • Na místě regulátoru je člověk. Ví jaký je dopad jeho regulačních zásahů a podle toho reguluje soustavu

Zpětná vazba Akční člen


Y

Z

W 125ESB1 2015/2016


X

prof.Karel Kabele

123

3


Automatická regulace • Podle W a/nebo X dává automaticky impuls akčnímu členu ve snaze dosáhnout žádané hodnoty x Zpětná vazba

Regulátor Y

W


Akční člen

X

Z

125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

124

Inteligentní budovy • Vzájemné propojení více systémů budov – – – – –

Osvětlení

Zpětná vazba

Regulátor

Energetické a ekologické Bezpečnostní Dopravní Zábavní …

W

Y

Akční člen


X

Z

Zabezpečení

Zpětná vazba

Vytápění Zpětná vazba

Regulátor W

Y

Akční člen


Regulátor

X

Z

W

Y

Akční člen


X

Z

Vzduchotechnika Zpětná vazba

Regulátor W

Y

Akční člen


X

Z

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

125

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 125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

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

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

127

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 125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

128

Regulátory podle pohonu • Rozdělení podle používané energie pro chod regulátoru – přímočinné regulátory – nepřímé regulátory • elektřina, • stlačený vzduch

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

129

6


Akční členy • Elektromagnetické ventily • Regulační ventily • Směšovací (rozdělovací) ventily trojcestné a čtyřcestné

125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

130

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov

Regulace – II.část

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

131

7


Proč se reguluje vytápěcí zařízení? • • • •

Zaregulování otopné soustavy Regulace výkonu podle okamžité potřeby Bezpečnost provozu Omezení provozními parametry zdroje nebo prvku OS

125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

132

ZAREGULOVÁNÍ OTOPNÉ SOUSTAVY

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

133

8


A. Návrh dimenzí potrubí • Přirozený oběh

Souhrn

– 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 125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

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 125ESB1 2015/2016


Nedostatek

tlaku buď zvýšením tlaku nebo snížením tlakových ztrát prof.Karel Kabele

135

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)

125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

136

B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav • kv, kvs hodnota

V kv  p

•

průtok V v m3.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 kv hodnotu armatury

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

137

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   0,070 m3  h 1 c  t   4196  20  970 V 0,070 kv    0,22 m3  h 1 p 0,10

V



125ESB1 2015/2016





prof.Karel Kabele

138

B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav • Hmotnostní průtok + dopravní tlak • Stanovení příkonu čerpadla P (W) P

p  V



V - Dopravní množství (m3/s) Účinnost čerpadla (-)

!!! dopravní tlak (Pa) x dovolený přetlak !!! 1m v.s.=10kPa

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

139

11


REGULACE VÝKONU OTOPNÉ SOUSTAVY 125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

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 125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

141

12


Příklady regulace teplovodních otopných soustav – Přímá centrální regulace podle vnitřní teploty – regulace zdroje podle vnitřní teploty (prostorový termostat, který zapíná a vypíná kotel)

Č1 PV

125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

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 Č1 PV

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

143

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 T

R

– +

– 125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

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

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

145

14


Termostatická hlavice + ventil

Běžná

S odděleným čidlem S dálkovým nastavením

Regulační ventil

125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

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

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

147

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 125ESB1 2015/2016

5 Směšovací ventil (trojcestný) 6 Oběhové čerpadlo 7 Jednotka automatické regulace 8 Čidlo vnitřní teploty prof.Karel Kabele

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

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

154

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

125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

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

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

156

17


Regulace tlakové diference

125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

157

Termohydraulický rozdělovač – Oddělení kotlového okruhu od otopné soustavy – Kdy použít?

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

158

18


Ochrana proti nízkoteplotní korozi – Řešení problému náběhu kotle na pevná paliva – Kdy použít?

125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

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. 125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

160

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). 125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

161


TRB PV

Č3

Č2

Č1

Č4

2xTRV E N

Č5 RS

3xZV PV

Příklad 3: Bivalentní zdroj - např. kondenzační kotel v kombinaci s vysokoteplotními kolektory.Teplovzdušné větrání a nízkoteplotní vytápění,průtočný ohřev TUV.

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

162

20



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. 125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

163

125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

164


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

125ESB1 2015/2016

prof.Karel Kabele

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“ !!! 125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

166

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

125ESB1 2015/2016


prof.Karel Kabele

167

23

Měření a regulace vytápění

Recommend Documents