Elementy automatyki stosowane w nowoczesnych centralach

Seminarium z
Automatyki Chłodniczej i Klimatyzacyjnej
Temat: ELEMENTY AUTOMATYKI STOSOWANE W
NOWOCZESNYCH CENTRALACH
WENTYLACYJNYCH I KLIMATYZACYJNYCH
WYKONAŁ:
Marcin Zarwalski
SUChiKl sem.IX
Wydział Mechaniczny
Automatyka do nowoczesnych central klimatyzacyjnych
zazwyczaj
spełnia dwie podstawowe funkcje:
1. Zabezpieczenia
-nagrzewnicę wodną przed zamarznięciem
-nagrzewnicę elektryczną przed przegrzaniem
-wymiennik krzyżowy i obrotowy odzysku ciepła przed zaszronieniem
-sygnalizowanie stanu awarii
-utrzymanie minimalnej temperatury w pomieszczeniu w czasie czuwania( przy spadku
temperatury centrala uruchamia się i ogrzewa powietrze w pomieszczeniu do zadanej
temperatury minimalnej.)
2. Sterowania
-Parametrami powietrza steruje regulator programowalny poprzez odpowiednie zarządzanie
pracą centrali zgodnie z zadanym przez Użytkownika programem.
Regulatory mogą sterować i podawać sygnał np. do:
-wymienników do odzysku ciepła -wymiennika ciepła
-sterowania siłownikami przepustnic
-sterowania nawilżaniem
3. Regulatory:
-Najprostszą grupę regulatorów stanowią regulatory bezpośredniego działania, są to
regulatory, które do działania wykorzystują energię procesu, którym sterują.
- Jeżeli regulator zasilany jest z obcego źródła energii wówczas w zależności od jej postaci
rozróżniamy regulatory pneumatyczne, hydrauliczne, elektryczne i elektroniczne. Najbardziej
powszechne zastosowanie znalazły regulatory elektryczne i elektroniczne.
-Regulatory bezpośredniego działania.
Energię do przestawiania zaworu pobierają z procesu regulowanego za pośrednictwem
czujnika pomiarowego. Pokrętło regulatora połączone ze skala służy do nastawiania wielkości
zadanej. Zaletą tych regulatorów jest prosta i zwarta budowa oraz niska cena wadą zaś mała
dokładność. (6 m czujnik).
-Regulatory korzystające z energii pomocniczej dzielą się na: pneumatyczne, hydrauliczne,
elektryczne i elektroniczne.
ZADANIE WSPÓŁCZESNEGO UKŁADU KLIMATYZACYJNEGO
Zadaniem współczesnego układu klimatyzacyjnego jest zapewnienie środowisku
powietrznemu pomieszczenia określonych właściwości i parametrów takich jak np. czystość,
temperatura, wilgotność względna i prędkość ruchu powietrza. Parametry te powinny być
odpowiednio dostosowane do sposobu wykorzystania pomieszczenia w każdych warunkach
występujących dla danego budynku w danej lokalizacji.
Klimatyzacja posiada lepszą jakość regulacji i sterowania urządzeń wchodzących w skład
centrali niż w przypadku wentylacji.
ZADANIE WSPÓŁCZESNEGO UKŁADU WENTYLACYJNEGO.
Zadaniem współczesnego układu wentylacyjnego jest usuwanie z pomieszczeń
zamkniętych powietrza zanieczyszczonego oraz dostarczenie w jego miejsce powietrza
świeżego, czystego o określonej temperaturze. W części nawiewnej następuje przygotowanie
powietrza poprzez jego oczyszczenie i ewentualne podgrzanie lub ochłodzenie do wymaganej
temperatury przed wprowadzeniem do pomieszczeń,
Wentylacja poprawia stan i skład powietrza przez jego wymianę w pomieszczeniu zgodnie z
wymaganiami organizmu ludzkiego lub procesu technologicznego.
Wentylacja powinna:
· Być ciągła – pracować także podczas nieobecności ludzi;
· Obsługiwać każde pomieszczenie i zapewniać stałą wymianę powietrza we wszystkich
przewidzianych strefach;
· Zapewniać automatyczne dostosowanie się zarówno do dynamicznie zmieniających się
warunków wewnątrz pomieszczeń, jak i zmiennych warunków zewnętrznych
(np. pogodowych);
· Dostosować parametry pracy w ujęciu ogólnym jak i dla pojedynczego pomieszczenia.
Dla spełnienia tych celów tworzy się i wciąż udoskonala elementy i układy automatycznej
regulacji.
Wybrane elementy automatyki:
Elementy zabezpieczające:
Sternik cyfrowy.
Sternik cyfrowy służy do bezpośredniego komunikowania się
użytkownika z urządzeniem. Realizuje pomiar temperatury
powietrza w pomieszczeniu. Dodatkowo umożliwia zadawać i
odczytywać parametry pracy centrali wentylacyjnej lub
klimatyzacyjnej takie jak:
· Parametry powietrza
· Zmiany wydajności (płynna)
· Stopień recyrkulacji
· Ustawienie kalendarza pracy
· START/STOP
· Stany awarii
Przemiennik częstotliwości (falownik).
Zadaniem przemiennika częstotliwości jest płynna
regulacja wydajności powietrza centrali
wentylacyjnej poprzez proporcjonalną zmianę
prędkości obrotowej zespołu silnik-wentylator.
Zastosowanie falownika pozwala na utrzymywanie
stałych parametrów pracy centrali przy zmiennych
oporach przepływu powietrza przez instalację.
Układ elektroniczny pozwalający na zmianę
częstotliwości napięcia silnika oraz utrzymanie
optymalnej zależności napięcie/częstotliwość.
Zawory nastawcze.
Zawory nastawcze są takimi elementami,
które pod wpływem sygnału z regulatora
zmieniają strumień energii wody lub pary
czy innego medium dostarczanego do
centrali klimatyzacyjnej. Można wyróżnić
zawory przelotowe jak i trójdrogowe. Te
drugie mają trzy przyłącza i umożliwiają
przepływ czynnika w dwóch kierunkach.
Mogą być stosowane zarówno do
rozdzielania jak i mieszania strumieni
cieczy.
Regulator prędkości obrotowej.
Regulator prędkości obrotowej pozwala na
utrzymywanie regulowanej wydajności
powietrza centrali wentylacyjnej poprzez
proporcjonalną zmianę prędkości obrotowej
silnika sprzężonego z wentylatorem. Realizacja
odbywa się w tym przypadku poprzez
wykorzystanie układów tyrystorowych.
Napędy nastawcze.
W elementach nastawczych stosuje się zwykle silniki elektryczne o stałej liczbie obrotów. W
zależności od impulsu elektrycznego silnik obraca się w lewo lub w prawo, przestawiając
człon nastawczy (zawór lub klapę) za pośrednictwem przekładni zębatej lub przełożenia
dźwigniowego. Stosowane są również pneumatyczne siłowniki nastawcze. Mogą być
napędzane membraną lub korpusem sprężystym. Ruch wywoływany ciśnieniem sterującym
jest przenoszony poprzez przełożenie dźwigniowe bezpośrednio na przepustnicę lub zawór.
Siła napędowa jest zwykle większa niż przy siłownikach elektrycznych.
Termostat zabezpieczający przed przegrzaniem.
Termostat zabezpieczający przezd
przegrzaniem zapewnia zabezpieczenie
nagrzewnicy elektrycznej przed nadmiernym
wzrostem temperatury. W momencie
przekroczenia temperatury dopuszczalnej
następuje wyłączenie nagrzewnicy i
zezwolenie na włączenie następuje dopiero po odpowiednim obniżeniu temperatury.
Działanie
termostatu oparte jest na właściwościach elementu bimetalowego. Włączony jest on w obwód
sterowania nagrzewnicy elektrycznej.
Termostat przeciwzamrożeniowy po stronie powietrza.
Przy ujemnych temperaturach zewnętrznych istnieje
niebezpieczeństwo zamarznięcia nagrzewnicy powietrza,
co łączy się z przykrymi następstwami: pękanie rur,
zniszczenie nagrzewnicy, powstawanie nieszczelności.
Termostat zabezpiecza nagrzewnicę wodną przed
zamarznięciem czynnika grzewczego w nagrzewnicy.
Czujnik mierzy temperaturę powietrza wypływającego z
nagrzewnicy, następnie dokonywane jest
porównanie z minimalną dopuszczalną temperaturą
(zalecane 4 ÷ 5°C). W momencie spadku
temperatury poniżej dopuszczalnej wartości regulator
centrali podejmuje zamknięcie przepustnic
powietrza, wyłączenie wentylatorów i całkowite otwarcie
zaworu nagrzewnicy.
Czujniki zanieczyszczenia powietrza.
Czujnik zanieczyszczenia powietrza włącza lub wyłącza
wentylator, kiedy jakość powietrza spadnie poniżej
nastawionego poziomu. Czujnik reaguje na: wyziewy,
nieprzyjemne zapachy, dym z papierosów, zawilgocenie,
itp. W urządzeniu można ustawić zwłokę czasową, po
której wentylator zostanie wyłączony.
Czujniki tlenku węgla.
Zadaniem czujnika tlenku węgla jest
kontrola zawartości tlenku węgla (czadu) w
powietrzu w pomieszczeniach zamkniętych.
Zmiana stężenia CO powyżej wartości
dopuszczalnej uaktywnia wyjścia sterujące
wymuszające zmianę prędkości obrotowej
wentylatora. Detektory wykorzystują
czujniki elektrochemiczne i układy mikroprocesorowe.
Czujniki ciśnienia.
W czujnikach ciśnienia sygnał pomiarowy jest ujmowany pojemnościowo przez położenie membrany
bądź przepony wewnątrz czujnika. Może on pełnić kilka funkcji. Dokonuje pomiaru różnicy ciśnień
przed i za filtrem (spadek ciśnienia) dostarczając w ten sposób informacji o stopniu zanieczyszczenia
filtra. Może dostarczać też informacji o prawidłowości działania wentylatora napędzanego paskiem
klinowym (w razie zerwania paska sygnał o awarii), lub wentylatora napędzanego bezpośrednio, gdy
w centrali występuje także nagrzewnica elektryczna.
Czujniki wilgotności i higroskopijne.
W tego typu czujnikach elementem czułym jest kondensator z dielektrykiem wykonanym z polimeru
o właściwościach higroskopijnych. Sygnał z czujnika zmienia się proporcjonalnie do zmian
wilgotności względnej powietrza. Czujnikiem temperatury jest rezystor, w którym wartość rezystancji
zmienia się proporcjonalnie do zmian mierzonej temperatury.
Kanałowe czujniki i przetworniki temperatury.
Czujniki temperatury służą do pomiaru temperatury
powietrza nawiewanego, wywiewanego lub
zewnętrznego. Posiadają element czuły na temperaturę,
który przy zmianie temperatury (wejścia) zmienia swoje
wyjście. Rozróżnić można czujniki kanałowe i pokojowe.
Te pierwsze służą do pomiaru temperatury powietrza
nawiewanego, wywiewanego lub zewnętrznego
(wewnątrz samej centrali oraz bezpośrednio w kanałach
wentylacyjnych. Mogą dostarczać sygnał aktywny
0…10V (przetworniki), lub sygnał pasywny oporowy
(czujniki rezystancyjne).
ŹRÓDŁA:
· Tymiński P.: „Elementy automatyki nowoczesnych central wentylacyjnych i
klimatyzacyjnych”, Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna 08/2006;
· Perestaj G.: „Układy automatyki nowoczesnych central klimatyzacyjnych z odzyskiem i bez
odzysku ciepła: budowa + działanie + przykłady rozwiązań”, strona specjalności (Osiągi
studentów);
· Katalog firmowy VTS Clima.