Automatyzacja w OiK (ćwiczenie 4dla st).ppt [tryb zgodności]
Transkrypt
Automatyzacja w OiK (ćwiczenie 4dla st).ppt [tryb zgodności]
AUTOMATYZACJA ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ CIEPŁA W BUDOWNICTWIE JEDNORODZINNYM Ćwiczenie 4 Układy automatycznej regulacji systemów zasilanych kolektorami słonecznymi. Zasada działania • • • W normalnie zmiennych warunkach nasłonecznienia oraz akumulacji ciepła w zasobniku praca pompy jest celowa wówczas, gdy temperatura wody w kolektorze jest wyższa o kilka stopni od temperatury wody w zasobniku. W innym przypadku praca pompy byłaby bezużyteczna, nawet mogłaby powodować chłodzenie wody w kolektorze. Elementem do sterowania pompy jest regulator, dla którego sygnałem jest różnica między temperaturą wody w górnej części kolektorów a temperaturą wody w zasobniku. Oprócz termostatu różnicowego do włączenia i wyłączenia pompy, instalacje słoneczne wyposażone są w urządzenia do sterowania dodatkowymi źródłami ciepła. Zasada działania • • • Sterowanie pracą systemu solarnego odbywa się więc na następującej prostej zasadzie: należy cały czas mierzyć temperaturę w absorberze kolektora i odbiorniku ciepła i jeśli tylko będzie ona wyższa niż temperatura odbiornika, należy włączyć pompę obiegową, która spowoduje przepływ ogrzanego płynu solarnego do chłodniejszego odbiornika. Dlatego nieodłącznym elementem instalacji solarnej są czujniki temperatury. Do tego celu używane są czujniki elektryczne. Są to elementy o zmiennej rezystancji w zależności od temperatury. Czujniki te są umieszczane w tulei metalowej, z której wychodzi przewód łączący czujnik z regulatorem. Każdy system solarny musi być wyposażony przynajmniej w dwa czujniki. Pierwszy służy do odczytywania temperatury kolektora, drugi zaś mierzy temperaturę w zasobniku, który ma być podgrzewany. Informacja z czujników temperatury jest przesyłana do regulatora solarnego, a jego zadaniem jest włączenie w odpowiednim momencie pompy cyrkulacyjnej. Zasada działania • • • • Najczęściej stosowane są sterowniki progowe z dwoma czujnikami temperatury, z których jeden umieszczany jest przy dnie zbiornika magazynującego, w pobliżu wylotu z wymiennika ciepła, drugi zaś przymocowany jest do płyty absorbera kolektora w pobliżu króćca wylotowego. W czasie pracy instalacji różnica temperatury między tymi czujnikami równa jest w przybliżeniu przyrostowi temperatury czynnika w kolektorze. Jeżeli pompa nie pracuje, czujnik w kolektorze pokazuje temperaturę płyty absorbera, której wartość kształtowana jest przez aktualne warunki zewnętrzne – temperaturę otoczenia i gęstość padającego na kolektor promieniowania słonecznego. Włączanie pompy obiegowej powinno nastąpić po przekroczeniu pewnego progowego przyrostu temperatury ΔTzał. Z kolei ten sam układ kontroli powinien wyłączyć pompę, gdy przyrost temperatury wody w kolektorze spadnie poniżej drugiej progowej wartości ΔTwył Zasada działania • • • • Wartość różnicy temperatury powodującej włączenie pompy ΔTzał nie może być zbyt mała, gdyż spowoduje to oscylacje systemu (częste włączanie i wyłączanie). Nie przyjmuje się nigdy mniejszej różnicy włączającej pompę, niż ΔTzał = 5ºC, ale przyjęcie nawet ΔTzał = 20ºC praktycznie nie zmniejsza ciepła użytecznego zebranego przez kolektor w ciągu całego dnia, gdyż pojemność cieplna, a zarazem bezwładność cieplna absorbera kolektora jest znikomo mała w porównaniu z bezwładnością całego układu i skalą czasową zmiany warunków otoczenia. Przy ustalonym już przyroście temperatury włączenia można oszacować wartość ΔTwył. Czasami w instalacjach słonecznych aktywnych praca instalacji jest sterowana przez zmianę obrotów pompy (strumienia masy czynnika przepływającego przez kolektory). Jest to tzw. sterowanie proporcjonalne. Zabezpieczenia • • • • Regulator solarny, oprócz wcześniej wymienionych funkcji, ogranicza wartość maksymalnej temperatury w zbiorniku i kolektorze. Szczególnie niebezpiecznym jest stan stagnacji, gdy kolektor nie pracuje, nie ma odbioru ciepła, a napromieniowanie słoneczne jest duże. Dzieje się tak na przykład w lato, kiedy użytkownicy instalacji przykładowo wyjadą na dwutygodniowy urlop. Istnieje wówczas zagrożenie zagotowania się czynnika grzewczego i jego parowania. Ustawiana jest w regulatorze maksymalna wartość, do jakiej może wzrosnąć temperatura kolektora. Gdy zostanie osiągnięta ustawiona temperatura wymagana podgrzewacza, następuje wyłączenie pompy obiegu solarnego. Zabezpieczenia • • • • Jeżeli temperatura cieczy w kolektorze wzrośnie do poziomu ustawionej wartości maksymalnej, pompa obiegu solarnego zostanie włączona na tak długo, aż temperatura spadnie o 5 K poniżej wartości maksymalnej. Temperatura wody w podgrzewaczu może przy tym dalej wzrastać, jednak tylko do 90ºC. Wieczorem pompa kontynuuje pracę dotąd, aż pojemnościowy podgrzewacz wody za pośrednictwem kolektora i przewodów rurowych zostanie schłodzony do ustawionej temperatury wymaganej. Należy zagwarantować bezpieczeństwo instalacji solarnej także w przypadku przekroczenia wszystkich temperatur granicznych i dalszego wzrostu temperatury kolektora poprzez odpowiednie zwymiarowanie naczynia wzbiorczego oraz dobór zaworów bezpieczeństwa i zaworów zwrotnych. Schemat przykładowej instalacji solarnej z regulatorem Schemat przykładowej instalacji solarnej z pompą ciepła Zadania regulatora pompy ciepła • • • • • • Do zadań regulatora pompy ciepła należą: pomiar temperatury w pomieszczeniu, pomiar temperatury zewnętrznej, pomiar temperatury górnego źródła, pomiar temperatury dolnego źródła, regulacja pracy pompy ciepła oraz zaworów trójdrogowych, w tym zaworu rozdzielającego przepływ czynnika z kolektorów słonecznych do zasobnika ciepłej wody użytkowej oraz do wymiennika wspomagającego dolne źródło pompy ciepła. Zabezpieczenia • • • • • • • Do regulatora należą następujące zadania: badanie najniższej dopuszczalnej temperatury źródła ciepła, sprawdzanie czy układ grzewczy odbiera przesyłane ciepło, kontrola szczelności obiegu wewnętrznego oraz nadzór nad czasem pracy sprężarki. rejestracja wszystkich istotnych parametrów, które potrzebne są do celów diagnostycznych w przypadku ewentualnej awarii systemu. Wtedy osoba posiadająca odpowiednie kwalifikacje jest w stanie odczytać krok po kroku wszystkie stany nadzwyczajne z okresu przed awarią oraz w chwili jej wystąpienia i na tej podstawie może łatwo wskazać miejsce instalacji, odpowiedzialne za ten stan rzeczy. Rejestracja stanów nadzwyczajnych jest także potrzebna do ustalenia ważności gwarancji. W pamięci regulatora są zachowane (także przy zaniku napięcia) wszystkie niezbędne dane, za pomocą których można łatwo określić chwilę włączenia do eksploatacji, sumaryczny czas pracy, liczbę i rodzaj występujących błędów, w tym także błędów obsługi. Dziękuję za uwagę!