Systemy sterowania stosowane w układach ogrzewania

Gdańsk 2010
AUTOMATYKA CHŁODNICZA
I KLIMATYZACYJNA
Temat 12: Systemy sterowania stosowane w układach
ogrzewania wolnostojących budynków mieszkalnych z
wykorzystaniem powietrznej pompy ciepła: budowa +
działanie + przykłady rozwiązań.
Jakub Turek
SUChiKl sem.IX
Wydział Mechaniczny
Spis treści:
1. Przypomnienie zasady działania pompy ciepła
2. Sterowanie przez mikroprocesorowy sterownik pompy ciepła [PLC]
3. Przykład sterowania za pomocą regulatora Hibernatus
4. System Danfoss On-Line
Bibliografia
1. Pompa ciepła
Pompa ciepła jest urządzeniem umożliwiającym wykorzystanie energii
cieplnej źródeł o niskich temperaturach. Jej podstawowa rola polega na
pobieraniu ciepła ze źródła dolnego o niższej temperaturze i przekazywaniu go
do źródła o wyższej temp. Proces ten wymaga dostarczenia energii z zewnątrz.
Pompa ciepła różni się od urządzenia chłodniczego poziomem temperatur przy
których pracuje. tzn. w urządzeniu chłodniczym wykorzystuje się ciepło
odebrane przy niskiej temperaturze w P.C. wykorzystuje się ciepło oddane przy
wysokiej temp. Obiegiem porównawczym dla P.C może być lewobieżny obieg
Carnotta.
Zasada działania:
1. Czynnik obiegu dolnego źródła,
płynąc w wężownicy, odbiera
energię cieplną z gruntu,
powietrza lub wody.
2. W parowniku pompy podgrzany
czynnik obiegu dolnego źródła
oddaje ciepło zimnemu
czynnikowi chłodniczemu
obiegu wewnętrznego pompy
ciepła. Czynnik chłodniczy podgrzewa się i odparowuje, stając się gazem.
3. Czynnik zostaję sprężony przez sprężarkę. Wytworzone w tym procesie
ciepło jest przekazywane w skraplaczu do systemu instalacji centralnego
ogrzewania budynku.
4. Skroplony czynnik po przejściu przez zawór rozprężny obniża swoje
ciśnienie oraz temperaturę i przepływa do parownika, gdzie ponownie
odbiera ciepło od czynnika obiegu dolnego źródła i proces zaczyna się
ponownie.
Dolnymi odnawialnymi źródłami ciepła w PC mogą być: wody gruntowe, woda
z naturalnych zbiorników wodnych, powietrze atmosferyczne.
2. Sterowanie przez mikroprocesorowy sterownik pompy ciepła
[PLC]
W mikroprocesorowych sterownikach pomp ciepła pod kontrolą systemu
operacyjnego czasu rzeczywistego:
- korzystając z uzyskanych danych o sterowanym procesie lub maszynie na
podstawie wejść analogowych i cyfrowych wykonują programy użytkownika,
zawierające zakodowane algorytmy sterowania i przetwarzania danych;
- generują sygnały sterujące odpowiednie do wyników obliczeń tych programów
i przekazują je na wyjścia cyfrowe i analogowe do elementów i urządzeń
wykonawczych;
- a ponadto mają możliwość transmitowania danych za pomocą portów
komunikacyjnych;
Wartości pomiarów zmiennych procesowych stanowią wejścia
sterownika, zaś obliczone zmienne sterujące są jego wyjściami. Sterownik
programowalny (PLC) to urządzenie, które może być zaprogramowane przez
użytkownika do przyjęcia sekwencji zdarzeń. Zdarzenia te są wyzwalane przez
zewnętrzne bodźce wprowadzane na wejścia sterownika. Sterownik
programowalny będzie wykonywał pętlę wewnątrz zdefiniowanego przez
użytkownika programu w oczekiwaniu na sygnał wejściowy lub generował
sygnał wyjściowy w określonym programowo czasie.
Ogólnym zadaniem sterowników Minitherm jest:
-zbieranie pomiarów za pośrednictwem wejść z analogowych i cyfrowych
czujników, czy urządzeń pomiarowych,
-transmitowanie danych za pomocą portów komunikacyjnych,
-wykonywanie programów aplikacyjnych na podstawie przyjętych parametrów i
danych o sterowanym procesie,
-generowanie sygnałów sterujących, zgodnie z wynikami obliczeń programów i
przekazywanie ich do elementów i urządzeń wykonawczych za pośrednictwem
wyjść analogowych i cyfrowych.
Integruje on w sobie wszystkie niezbędne funkcje dla regulacji pompą
ciepła, dwóch obwodów grzewczych, c.w.u., kolektora słonecznego, kominka,
ogrzewania basenowego oraz centrali wentylacyjnej chłodu. Posiada jedno
konfigurowalne wejście dla wykorzystania przez użytkownika.
Sterownik składa się z następujących elementów:
-Płyta sterownika wbudowana w PC,
-Moduł pomieszczeniowy z wyświetlaczem LCD (2x16 znaków),
-Czujniki (maksymalnie 2) pomieszczeniowe,
-Urządzenia peryferyjne (czujniki,pompy,siłowniki, itp.),
-Moduł komunikacji gsm (opcja),
-Moduł komunikacji internetowej (opcja),
PLC posiada między innymi następujące funkcje:
-zaawansowana diagnostyka błędów i uszkodzeń;
-wyliczanie współczynnika sprawności układu na bieżąco;
-praca w systemie dwutaryfowym z funkcją buforowania energii;
-sterowanie grzałkami elektrycznymi;
-sterowanie dwoma strefami grzewczymi niezależnie;
-zaawansowane programy czasowe (tygodniowe, wakacyjne, nieobecności);
-sterowanie podstawowymi funkcjami za pomocą telefonu (także GSM);
-zaawansowane algorytmy predykcji ciągle zmieniających się warunków pracy;
-pokojowy panel sterowania z 32 znakowym wyświetlaczem,
-menu w języku polskim;
-możliwość aktualizacji oprogramowania bez utraty wcześniejszych ustawień i
historii zdarzeń;
-sterowanie pomp kaskadowo;
-możliwość monitorowania i sterowania za pomocą komputera poprzez port
RS232/RS485
-współpraca z układem zasilania awaryjnego,
Sterownik nie posiada żadnych przełączników, potencjometrów regulacyjnych
ani elementów podłączeniowych dla użytkownika/instalarora.
3. Przykład sterowania za pomocą regulatora Hibernatus
Jest to mikroprocesorowe urządzenie sterujące pracą pompy ciepła.
Steruje załączaniem sprężarki, pompami obiegowymi dolnego i górnego źródła
ciepła, załączeniem dodatkowego źródła ciepła (źródło biwalentne), pompą
ładowania zasobnika CWU i alternatywnie pompą cyrkulacyjną CO lub w trybie
CHŁODZENIA pompą dodatkowego dolnego źródła. Regulator mierzy
temperatury: zewnętrzną lub wody lodowej, górnego źródła ciepła, dolnego
źródła ciepła , temperaturę CWU oraz temperaturę wewnętrzną.
We wszystkich trybach dodatkowe (biwalentne) źródło ciepła załączy się
jeśli sprężarka pompy ciepła będzie pracowała bez przerwy przez czas dłuższy
niż zadany w parametrze czas do załączenia źródła biwalentnego. Regulator
posiada wbudowany interfejs komputerowy. (dokonywanie odczytów temperatur
zmierzonych i wyliczonych przez regulator, odczytywanie i wpisywanie
wszystkich nastaw pracy regulatora). Współpraca przez interfejs może być
prowadzona np. pomiędzy regulatorem a komputerem z odpowiednim
oprogramowaniem, lub układem monitoringu temperatur. Drugim interfejsem
regulatora jest interfejs 12C do sterowania modułami rozszerzeń. Wbudowany
zegar elektroniczny pozwala na realizowanie 2 stref obniżeń temperatury w
ciągu doby. Oddzielenie dla dni roboczych i dla soboty-niedzieli. Podłączenie do
komputera lub modemu telefonicznego wykonywane jest na życzenie
użytkownika na osobne zamówienie.
Rys. Program do kontroli i sterowania pracy pompy ciepła przez regulator
Hibernatus.
4. System Danfoss On-Line
System Danfoss On Line działa w sieci GSM (GPRS) i składa się z
modułu elektronicznego, karty SIM oraz anteny zewnętrznej. Pierwszy system
został zainstalowany w domu pod Bydgoszczą. Pompa podłączona do systemu
komunikuje się przez GPRS z serwerem następnie użytkownik korzystając z
przeglądarki intenetowej logując się na stronie
www.heatpumps.online.danfoss.com może podejrzeć parametry pracy pompy
ciepła oraz dokonać ich zmiany.
Zalety dla użytkownika:
• możliwość sprawdzenia temperatury w domu i dokonanie jej korekty
• swobodne ustawienie krzywej grzewczej
• możliwość zmiany trybu pracy, przełączenia w tryb ogrzewanie lub tylko
ciepła woda użytkowa
• możliwość ustawienia powiadomienia SMS lub mailem w razie problemów z
ogrzewaniem
Zalety dla instalatora:
• możliwość sprawdzenia paramatrów pracy pompy takich jak: temp. dolnego
źródła, temp. zasilania ogrzewania, temp. w zasobniku,
• możliwość zmiany trybu pracy, przełączenia w tryb serwisowy
• możliwość ustawienia wysyłania alarmów przez SMS lub na adres mailowy
• podgląd stanu pracy wszystkich serwisowanych pomp przez jedna firmę –
pełna opieka nad Klientami
• zmniejszenie ilości wyjazdów serwisowych
Bibliografia
1. Katalog firmy Danfoss
2. Katalog sirmy Solis (MiniTherm)
3. Katalog firmy Buderus
4. http://www.eko-instal.pl
5. http://www.pl.pompyciepla.danfoss.com
6. http://www.solis.pl
7. http://www.hibernatus.pl
8. http://www.buderus.p
9. http://www.izo-term.com.pl/pompy_ciepla_danfoss.htm