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!