Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov
Regulace
125ESB1,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
242
Co je to regulace ?
Zařízení, na jehož impuls se mění jeden nebo více provozních parametrů otopné soustavy teplota hmotnostní průtok tlak
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
243
1
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
Proč se reguluje vytápěcí zařízení?
Regulace výkonu podle okamžité potřeby Bezpečnost provozu Omezení provozními parametry zdroje nebo prvku OS Vyrovnání nepřesností návrhu
125ESB1,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
244
Základní princip regulace
Regulovaná veličina x Akční veličina y Poruchová veličina z Řídící veličina w
Regulátor W 125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
Y
Akční člen
Zpětná vazba
Regulovaná soustava
X
Z prof.Karel Kabele
245
2
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
Monitorování
Měření regulované veličiny Bez akčního členu Nepřímá Zpětná vazba
Regulovaná soustava
X
Z 125ESB1,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
246
Ovládání
Pomocí akčního členu se mění regulovaná veličina bez zpětné vazby, bez regulátoru
?
Akční člen
Regulovaná soustava
X
Z 125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
247
3
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
Ruční regulace
Na místě regulátoru je člověk. Ví jaký je dopad jeho regulačních zásahů a podle toho reguluje soustavu
Zpětná vazba Akční člen
Regulovaná soustava
Y
Z
W 125ESB1,ESBB 2011/2012
X
prof.Karel Kabele
248
Automatická regulace
Podle W a/nebo X dává automaticky impuls akčnímu členu ve snaze dosáhnout žádané hodnoty x Zpětná vazba
Regulátor W
Y
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
Akční člen
Regulovaná soustava Z
prof.Karel Kabele
X 249
4
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
Inteligentní budovy
Osvětlení
Vzájemné propojení více systémů budov
Zpětná vazba
Regulátor
Energetické a ekologické Bezpečnostní Dopravní Zábavní … Vytápění
Akční člen
W
Y
Regulovaná soustava
X
Z
Zabezpečení
Zpětná vazba
Zpětná vazba
Regulátor W
Y
Akční člen
Regulovaná soustava
Regulátor
X
Z
W
Y
Akční člen
Regulovaná soustava
X
Z
Vzduchotechnika Zpětná vazba
Regulátor W
125ESB1,ESBB 2011/2012
Y
Akční člen
Regulovaná soustava
X
Z
prof.Karel Kabele
250
Regulační obvod Technické provedení
Měření regulované veličiny, resp. řídící veličiny
Regulátor
elektrický teploměr, tlakoměr, průtokoměr apod. 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 125ESB1,ESBB 2011/2012 prof.Karel Kabele uzávěr na přívodu plynu do kotle
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
251
5
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
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,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
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
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
253
6
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
Regulátory podle pohonu
Rozdělení podle používané energie pro chod regulátoru přímočinné regulátory nepřímé regulátory
elektřina, stlačený vzduch
125ESB1,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
254
Akční členy
Elektromagnetické ventily Regulační ventily Směšovací (rozdělovací) ventily trojcestné a čtyřcestné
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
255
7
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
ZAREGULOVÁNÍ OS
125ESB1,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
257
A. Návrh dimenzí potrubí souhrn
Přirozený oběh
– metoda daného tlaku
účinný tlak + přídavný vztlak etážová soustava ?
Nucený oběh
metoda ekonomického tlakového spádu
metoda optimálních rychlostí
60 až 200 Pa.m-1 0,05 až 1,0 m.s-1 (!!! Hluk)
metoda daného tlaku
čerpadlo + přídavný vztlak, 10-70 kPa
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
258
8
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
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,ESBB 2011/2012
Nedostatek
tlaku buď zvýšením tlaku nebo snížením tlakových ztrát
prof.Karel Kabele
259
B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav
Regulační ventily u těles
Regulační ventily v okruhu
ve většině případů při rozsáhlých soustavách, kde je nutné vyvážit více objektů nebo částí
Clonky v potrubí
nedoporučuje se (zarůstání, koroze)
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
260
9
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
B.Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav
V kv p
kv, kvs hodnota průtok V v m3.h-1 regulační armaturou při jednotkovém rozdílu tlaku p=1bar=100kPa
slouží k volbě přednastavení regulační armatury
125ESB1,ESBB 2011/2012
z daného průtoku V a požadované tlakové ztráty p určím potřebnou kv hodnotu armatury
prof.Karel Kabele
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 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,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
262
10
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
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,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
263
REGULACE VÝKONU OS
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
264
11
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
Termostatická hlavice + ventil
Běžná S odděleným čidlem S dálkovým nastavením
Regulační ventil
125ESB1,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
265
Příklady regulace teplovodních otopných soustav
Přímá regulace podle referenční místnosti
regulace zdroje podle vnitřní teploty (prostorový termostat, který zapíná a vypíná kotel) Č1 PV
+
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
266
12
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
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
-
125ESB1,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
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
-
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
268
13
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
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
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
5 Směšovací ventil (trojcestný) 6 Oběhové čerpadlo 7 Ústřední jednotka automatické regulace 8 Čidlo vnitřní teploty
14
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
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
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
5 Směšovací ventil (trojcestný) 6 Oběhové čerpadlo 7 Ústřední jednotka automatické regulace 8 Čidlo vnitřní teploty
15
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
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
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
275
16
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
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,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
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
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
277
17
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
Hydraulická stabilita DVs
Aplikace automatických regulačních prvků
přepouštěcí ventily
regulátory diferenčního tlaku
otvírá se podle odchylky diferenčního tlaku, umisťuje se do obtoku čerpadla nebo mezi přívodní a vratné potrubí OS škrtící (!) ventil v potrubí řízený diferenčním tlakem
čerpadla s řízenými otáčkami
konstantní tlak čerpadla při proměnném průtoku
125ESB1,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
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. 125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
279
18
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
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,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
280
Zdroje - příklady řešení 3
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,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
281
19
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
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 tepléprof.Karel vody. Kabele 125ESB1,ESBB 2011/2012
282
Příklad regulace tlakové diference
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
283
20
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
125ESB1,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
284
REGULACE ODBĚRŮ TEPLA
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
285
21
Podklady k přednáškam 125 ESB1,125ESBB
Příklad regulace teplovodních otopných soustav
Termohydraulická spojka Ochrana proti nízkoteplotní korozi
125ESB1,ESBB 2011/2012
prof.Karel Kabele
286
Regulace Zásobník teplé vody Protimrazová ochrana
125ESB1,ESBB 2011/2012
(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze
prof.Karel Kabele
287
22
