SAŽETAK U završnom radu opisan je projekt automatske regulacije temperature

kućnog boravka i temperature sanitarne vode. Cilj automatske regulacije

temperature boravka i sanitarne vode je ušteda energije i energenata, koji bi

se na ovaj način regulacije uštedjeli i do 30%.

Sam projekt sadrži glavne principe i značajke automatske regulacije

temperature te osnovne smjernice za projektiranje jednog ovakvog sustava.

U nastavku opisana su sva potrebna tehnička i softverska rješenja za

izvođenje ovakvog sustava.

Logika upravljačkog programa realizirana je sa S7-MicroWIN

programskim paketom, a sustavom upravlja Siemens Simatic CPU S7-200

224XP. Pomoću programskog paketa Simatic WinCC 7.0 realizirana je

SCADA te je napravljen vizualni prikaz sustava preko kojeg je moguće

nadzirati i upravljati sustavom u realnom vremenu.

Uz male tehničke i programske preinake, ovaj se sustav može

primijeniti i u raznim proizvodnim procesima za održavanje temperature

nekog procesa ili prostora, dok izvor topline ne mora nužno biti bojler, nego

primjerice izmjenjivač topline koji se koristi za hlađenje proizvodnog pogona

(npr. talionica željeza).

SADRŽAJ

1 UVOD...........................................................................................................................................1

1.1 NAČIN REGULACIJE ..............................................................................................................1 1.1.1 Regulacija sobnim termostatom......................................................................................1 1.1.2 Potpuna automatska regulacija ......................................................................................2

2 GRIJANJE ZATVORENIH PROSTORA................................................................................4

2.1 TEMPERATURA .....................................................................................................................4 2.1.1 Pojam i mjerne jedinice ..................................................................................................4 2.1.2 Instrumenti za mjerenje temperature ..............................................................................5

2.2 TLAK ....................................................................................................................................6 2.2.1 Pojam i mjerne jedinice ..................................................................................................6 2.2.2 Instrumenti za mjerenje tlaka..........................................................................................8

2.3 PRIJELAZ TOPLINE ................................................................................................................8 2.3.1 Oblici prijelaza topline ...................................................................................................8

2.4 TOPLINA LJUDSKOG TIJELA...................................................................................................9 2.5 TEMPERATURA PROSTORIJA ...............................................................................................10 2.6 ZAHTJEVI SUSTAVA GRIJANJA.............................................................................................11 2.7 VRSTE CENTRALNIH GRIJANJA............................................................................................11 2.8 PREDNOSTI I MANE SUSTAVA CENTRALNIH GRIJANJA .........................................................12

2.8.1 Prednosti centralnih sustava grijanja...........................................................................12 2.8.2 Nedostaci centralnih sustava grijanja ..........................................................................13

3 VODENI SUSTAVI GRIJANJA .............................................................................................14

3.1 GLAVNE ZNAČAJKE I PRIMJENA VODENOG SUSTAVA GRIJANJA...........................................14 3.2 PODJELA VODENIH SUSTAVA ..............................................................................................16

3.2.1 Podjela prema cirkulaciji vode u sustavu .....................................................................17 3.3 UREĐAJI ZA ZAGRIJAVANJE VODE.......................................................................................18 3.4 ZATVORENI SUSTAVI CENTRALNIH GRIJANJA......................................................................19

3.4.1 Glavne značajke sustava ...............................................................................................19 3.4.2 Jednocjevni zatvoreni sustavi s gornjom raspodjelom vode .........................................21 3.4.3 Dvocijevni zatvoreni sustavi s donjom raspodjelom vode.............................................22

3.5 SIGURNOSNA OPREMA ........................................................................................................22

4 PRIJEDLOG IZVEDBE SUSTAVA UPRAVLJANJA.........................................................23

4.1 IDENTIFIKACIJA UREĐAJA PROCESNE INSTRUMENTACIJE ....................................................23 4.2 GRAFIČKI SIMBOLI..............................................................................................................24 4.3 P&ID DIJAGRAM ................................................................................................................25 4.4 POVRATNA I NEPOVRATNA VEZA ........................................................................................26

4.4.1 Upravljanje sustavnom bez povratne veze ....................................................................26 4.4.2 Upravljanje sustavnom sa povratnom vezom................................................................27

4.5 PROCESNI REGULATORI ......................................................................................................29 4.6 REGULATORI S IZRAVNIM DJELOVANJEM............................................................................29 4.7 REGULATORI S REVERZNIM DJELOVANJEM ........................................................................30 4.8 REGULATOR S DISKRETNIM NAČINOM RADA (ON/OFF) .....................................................31 4.9 REGULATOR S KONTINUIRANIM NAČINOM RADA ................................................................32

4.9.1 Regulator s proporcionalnim (P) djelovanjem..............................................................32 4.9.2 Regulator s integralnim (I) djelovanjem .......................................................................32 4.9.3 Regulator s derivacijskim (D) djelovanjem...................................................................33 4.9.4 Regulator s proporcionalno-integracijsko-derivacijskim djelovanjem (PID)...............33

5 PRIJEDLOG RJEŠENJA ........................................................................................................35

5.1 OPIS I RAZRADA RJEŠENJA ..................................................................................................35 5.1.1 Automatski mod.............................................................................................................35 5.1.2 Ručni mod .....................................................................................................................36 5.1.3 Tjedni program .............................................................................................................36 5.1.4 Postavke sustava ...........................................................................................................37 5.1.5 P&ID dijagram .............................................................................................................37

5.2 FUNKCIONALNI DIJAGRAM .................................................................................................39 5.2.1 Glavni program.............................................................................................................40 5.2.2 Inicijalizacija ................................................................................................................41 5.2.3 Prekid............................................................................................................................41 5.2.4 Tjedni program .............................................................................................................42 5.2.5 Sanitarna voda ..............................................................................................................42 5.2.6 Postavke RTC-a ............................................................................................................43 5.2.7 Ručni mod .....................................................................................................................43

5.3 UPUTE ZA KORIŠTENJE........................................................................................................44 5.3.1 Puštanje sustava u rad ..................................................................................................44 5.3.2 Upute za upravljanje sustavom .....................................................................................46

Automatski mod .................................................................................................................46 Ručni mod ..........................................................................................................................50 Tjedni program ..................................................................................................................52 Postavke sustava................................................................................................................53

5.4 SPISAK OPREME ..................................................................................................................55

6 ZAKLJUČAK............................................................................................................................58

7 POPIS LITERATURE..............................................................................................................59

1

1 UVOD

U veoma bliskoj budućnosti energija će biti veoma skupa i potrebe za

njom će biti sve veće te je svaki oblik uštede dobro došao. Uz pomoć

automatske regulacije grijanja možemo znatno utjecati na potrošnju energije

na različite načine. Ako pogledamo opću energetsku bilancu dolazimo do

zaključka da se najveći dio energije troši na zagrijavanje interijera (oko 42%).

Pravilnim odabirom i upotrebom automatske regulacije možemo smanjiti

potrošnju energenta i do 30%. Globalno gledano, na taj način uštedjeli bismo

i do približno 12% ukupne energije.

Zaključak je očit i govori da je ispravna automatska regulacija

temperature kod sustava grijanja najefikasniji način uštede energije. Kako

svakim danom osjećamo nedostatak energije, štednja je općedruštveni

zadatak.

1.1 Način regulacije

Svi sustavi regulacije temelje se na zahtjevu da temperatura u grijanoj

prostoriji bude jednaka željenoj, a osim toga treba poštivati i neke tehničke

zahtjeve koji ovise o sustavu grijanja.

1.1.1 Regulacija sobnim termostatom

Sobni termostat obično se sastoji od bimetalne ploče pričvršćene na

jednoj strani. Promjenom temperature bimetalna ploča, vezana elastičnom

oprugom za kućište termostata, mijenja svoj položaj te se prebacuje na drugi

električni kontakt. Na taj se način prekida, odnosno zatvara strujni krug.

Većina ugrađenih bimetala u sobne termostate je jako osjetljiva i reagira na

promjene od +-0,5°C.

Najpraktičniji i najštedljiviji sobni termostat je onaj koji možete podesiti

na minimalno dvije radne temperature, obično je to noćna i dnevna radna

temperatura. Rad se može podesiti u više dnevnih perioda, te u noćni eko

period kad se sustav održava na zadanoj minimalnoj sobnoj temperaturi.

2

Regulacija sa sobnim termostatom je najjeftinija i donosi znatne

uštede energije (i do 20%). Nedostatak mu je da se sve svodi na prostoriju u

kojoj je postavljen, te za efikasniju uštedu i ugodnost treba uravnotežiti

sustav (podesiti protok vode na grijaćim tijelima u ostalim prostorijama

prigušnim radijatorskim ventilom na povratnom vodu iz radijatora). Drugi je

nedostatak oscilacija temperature prostorije, te je preporučljivo izabrati što

osjetljiviji sobni termostat.

1.1.2 Potpuna automatska regulacija

To je najbolji, najkomforniji i najštedljiviji način regulacije u sustavu

centralnog grijanja. Za taj sustav regulacije postoje kompletni elektronski

uređaji sa satnim mehanizmom, zatim tu su elektromotorom pokretani

miješajući ventili (ili slavina), te vanjski senzor i senzor temperature polaznog

voda.

Postoje dva načina ove regulacije, koji u pravilu uvijek djeluju na

osnovi promjene temperature polaznog voda. Na taj način dovedena količina

topline u svako grijaće tijelo prilagođava se trenutnim transmisijskim

gubicima te prostorije. Time postižemo konstantnu sobnu temperaturu, bez

obzira na vanjske uvjete. Takvi se sustavi sastoje od senzora (vanjski, sobni i

tzv. potopni uronjen u polazni vod) koji rade na načelu promjene električnog

otpora neke žice pri promjeni temperature. Ovakve promjene električnog

otpora prenose se u centralni uređaj (programator) koji daje impuls

elektromotornom miješajućem ventilu da se on otvara ili zatvara. Na taj način

mijenja se odnos miješanja kotlovske topline s vodom iz sustava centralnog

grijanja. Centralni uređaj, programator ima satni mehanizam i obično se

može podesiti nekoliko intervala u toku dana i cijeli tjedan unaprijed, te s

opcijama rada za vrijeme godišnjeg odmora, izostanka iz kuće i mnoge druge

napredne opcije samog upravljanja prema željama korisnika.

• Regulacija ovisna o sobnoj temperaturi

3

Senzor u prostoriji diktira preko centralnog uređaja rad miješajućeg

ventila, te se mijenja temperatura polaznog voda sa zadatkom da

temperatura u prostoriji bude konstantna.

Ovaj sustav regulacije ima nedostataka. U prostoriji u koju je smješten

sobni senzor mogu biti i sekundarni izvori topline (rasvjeta, strojevi, boravak

više osoba, zračenje sunca i sl.), pa to utječe na režim rada. Takva dodatna,

sekundarna toplina, izazvat će sniženje temperature polaznog voda, što

može dovesti do pothlađenja ostalih prostorija.

• Regulacija ovisna o vanjskoj temperaturi

Ovaj sustav bolji je od prethodnog jer nema pothlađivanja ostalih

prostorija. Na centralnom uređaju namjesti se režim rada ovisno o vanjskoj

temperaturi. To je najsloženiji posao i treba ga pažljivo obaviti dok ne

pogodite upravo ovaj režim rada da biste pri svakoj vanjskoj temperaturi imali

u prostorijama projektnu (adekvatnu) temperaturu.

Miješajući ventili mogu biti različitih izvedbi, a najčešće su to

četveroputni miješajući ventili.Upotrebljavaju se i troputni ventili koji mogu biti

tzv. miješajući ili razdjelni. Ako se koriste prolazni (dvoputni) ventili nužno je

izvesti i liniju za miješanje u koju se stavlja odbojna zaklopka (nepovratni

ventil) da se omogući jednosmjerna ispravna cirkulacija. Kada se takav ventil

zatvori, tada voda iz povratnog voda struji kroz liniju za miješanje natrag u

polazni vod.

Bez obzira na investiciju u potpunu automatsku regulaciju, uzevši u

obzir visoku cijenu goriva te komfornost rada, ovakvi uređaji se brzo

amortiziraju te sve češće ugrađuju. [1]

4

2 GRIJANJE ZATVORENIH PROSTORA

2.1 Temperatura

2.1.1 Pojam i mjerne jedinice

Pod pojmom temperatura podrazumijeva se i definira fizičko toplinsko

stanje nekog tijela. Mjerna jedinica temperature je "stupanj" s oznakom

temperaturne ljestvice po kojoj je temperatura mjerena. U Europi se za

mjerenje relativnih temperatura upotrebljava Celsiusova ljestvica (°C), čije su

ishodišne točke ledište (0°C) i vrelište (100°C) vode pri atmosferskom tlaku

p=101 325 Pa. U Engleskoj i SAD upotrebljava se Fahrenheitova ljestvica

(°F), gdje je ledište vode na +32°F, a vrelište vode na +212°F. U

međunarodnom sustavu mjera uvedena je temperaturna ljestvica po Kelvinu.

Mjerna jedinica je stupanj Kelvina (K), a definira se kao 1/273,16-ti dio

temperaturne razlike između apsolutne nulte točke (0 K) i temperature trojne

točke kemijski čiste vode. Po ovoj se ljestvici temperature izražavaju kao

apsolutne temperature (T). Slika 2.1 pokazuje međusoban odnos ljestvica.

Stupanj Celsiusa i Kelvina su po veličini jednaki (1°C = 1 K). Celsiusova

ljestvica definirana je odnosom (2-1). [2]

KTTTCt 15,273)( 0 −=−=° (2-1)

Sl. 2.1 - Temperaturne ljestvice

5

2.1.2 Instrumenti za mjerenje temperature

Instrumente za mjerenje temperature nazivamo toplomjerima ili

termometrima. Ima ih više vrsta i konstrukcija prilagođenih različitim

potrebama. U termoenergetici najčešće se upotrebljavaju sljedeće vrste:

termometri punjeni tekućinama, metalni (bimetalni) termometri, otporni

termometri i termoelementi.

• Tekućinski termometri - U ovih se termometara koristi svojstvo nekih

tekućina da promjenom temperature vrlo pravilno mijenjaju obujam.

Često se upotrebljavaju termometri punjeni živom i alkoholom. Mogu

biti ravni i kutni. Mjerno područje živinog termometra je od -35°C do

+300°C, a alkoholnog od -100°C do +50°C.

• Bimetalni termometri - U bimetalnih termometara primjenjuje se za

mjerenje temperatura svojstvo metala da promjenom temperature

mijenjaju svoju duljinu. Budući da su međusobno spojeni, a imaju

različite koeficijente linearnog rastezanja, bimetalna traka ima na

slobodnom kraku s kazaljkom otklon, a bimetalna spirala uvijanje

proporcionalno s promjenom temperature. Upotrebljavaju se za

mjerenje temperatura do oko 300°C.

• Otpornički termometri - Mjerenje temperature temelji se na

termoelektričnom svojstvu metala da s promjenom temperature

mijenjaju svoj električni otpor proporcionalno s promjenom

temperature. Upotrebljavaju se za daljinsko mjerenje temperatura

tekućina, para i plinova u temperaturnim područjima: od -100°C do

+150°C sa žicom mjernog otpornika od nikla, od -200°C do +500°C sa

žicom mjernog otpornika od platine.

• Termoelementi - Ako se spojno mjesto dviju žica od različitih metala

zagrije tako da krajevi ostanu hladni, onda će između tih krajeva

ugrađeni voltmetar pokazati otklon, a to znači da vodičima teče

električna struja. Ta se struja zove termo-struja, a dva spojena

elementa koji takvu struju daju zove se termopar. Napon struje (termo-

6

napon), koji se mjeri mili-voltima, proporcionalan je s razlikom

temperatura "toplog spoja" (temperatura prostora ili medija u kojeg je

termopar ugrađen ili uronjen) i "hladnih krajeva" (temperatura okoliša).

Mjerno područje termoelementa je do -200°C, a najviše temperature

mjerenja ovise o materijalu termopara (npr. bakar - konstantan do

+800°C, platina - platinrodij do +1600°C).Temperatura priključne glave

termoelementa ne smije prelaziti 200°C. [2]

2.2 Tlak

2.2.1 Pojam i mjerne jedinice

Tlak je omjer sile F (N) i površine A (m2) na koju ta sila, jednoliko

raspoređena površinom, djeluje. Oznaka za tlak je p, a izračunava se prema

izrazu (2-2).

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= 2m

NAFp (2-2)

1 newton na kvadratni metar je pritisak sile 1N na površinu 1m2.

Ova se mjerna jedinica zove pascal, a označuje se s Pa. Pascal se definira

kao: " tlak što ga proizvodi sila od 1N koja je jednoliko raspoređena i djeluje

okomito na ravnu površinu 1 m2" Kao mjerna jedinica tlaka u tehnici se još

uvijek upotrebljava i bar (2-3).

kPahPaPabar 10010001000001 === (2-3)

• Atmosferski tlak - Djelovanjem zemljine sile teže na površinu Zemlje

stvara tlak Pamb (ambijent, okoliš) koji mjeren na razini mora iznosi (2-

4).

aaaamb kPhPPP 013.17073101325 === (2-4)

7

Smanjuje se s povišenjem nadmorske visine i mijenja ovisno o

meteorološkim uvjetima. Atmosferski tlak mjerimo instrumentom

zvanim barometar.

• Relativni tlak - Tlak plina, pare ili općenito medija u zatvorenom

prostoru često je potrebno izražavati kao razliku tlaka u odnosu na

neki drugi tlak stalne vrijednosti, tzv. referentni tlak. Ako je tlak u

nekom prostoru viši od referentnog tlaka, onda razliku tih tlakova

nazivamo nadtlak ili nadpritisak, ako je pak tlak niži, onda tu razliku

nazivamo podtlak ili podpritisak ili pak i vakuum. Referentni tlak je

često atmosferski tlak, no u sustavima vodenih zatvorenih grijanja

referentni tlak može biti i hidro-statički tlak.

• Apsolutni tlak - Tlak plina, pare ili općenito medija u zatvorenom

prostoru mjeren od tzv. apsolutnog nultog tlaka tj. od stanja kada u

prostoru nema nikakvog tlaka (zrakoprazan prostor, 100% vakuum).

Prema međunarodnom sustavu mjera, tlak se uvijek mora izražavati u

apsolutnoj vrijednosti mjernom jedinicom PamN

=2 . Međutim, u

svakodnevnoj pogonskoj praksi često je jednostavnije i razumljivije

izražavanje tlaka u relativnoj vrijednosti. Ako su tlakovi izraženi u relativnoj

vrijednosti, tada to mora biti posebno označeno. Grafički prikaz odnosa

pojedinih tlakova vidljiv je na slici 2.2. [2]

Sl. 2.2 - Grafički prikaz odnosa tlakova

8

2.2.2 Instrumenti za mjerenje tlaka

Instrumenti za mjerenje tlaka svrstavaju se prema namjeni u sljedeće

glavne skupine:

a) za mjerenje atmosferskog (apsolutnog) tlaka – barometri,

b) za mjerenje relativnog tlaka, nadpritiska iznad atmosferskog tlaka –

manometri,

c) za mjerenje relativnog tlaka, pritiska ispod atmosferskog tlaka,

(vakuuma), - vakuumetri,

d) za mjerenje razlike tlaka (diferencije) – diferencijalni manometri [2].

2.3 Prijelaz topline

2.3.1 Oblici prijelaza topline

Toplina može prirodnim načinom prelaziti s jednog mjesta na drugo

unutar samog tijela ili pak u prostoru s tijela na tijelo na sljedeća tri načina:

Provođenjem ili kondukcijom, prijelaz ili konvekcijom, te isijavanjem ili

radijacijom. Toplina se vrlo često prenosi na sva tri načina istovremeno. U

tom slučaju vrijede sljedeća pravila:

• toplina može prelaziti samo s mjesta ili tijela s višom temperaturom na

mjesto ili tijelo s nižom temperaturom, ali nikako obratno,

• prijelaz će topline trajati toliko dugo dok se temperature ne izjednače.

To stanje nazivamo stanje toplinske ravnoteže. [2]

Kondukcija ili vođenje - toplija područja nekog tijela, s većom

kinetičkom energijom molekula, prenijet će njihovu toplinsku energiju

dijelovima tijela s nižom kinetičkom energijom molekula, pomoću direktnog

sudaranja molekula u tijelu. Taj proces tipičan je za prijenos topline u

metalima.

Konvekcija ili prijelaz - kad se toplina dovodi u mirujući fluid (plin ili

tekućina) na mjestu dovođenja dolazi do lokalnog širenje fluida što izaziva

pojavu uzgona u fluidu. Zbog uzgona dolazi do strujanja fluida a time i do

prijenosa topline. Proces prijenosa topline gibanjem fluida naziva se

konvekcija ili prijelaz topline. Toplinom izazvano gibanje prethodno mirujućeg

9

fluida naziva se prirodna konvekcija. U slučaju kada je fluid prethodno već u

gibanju, toplina dovedena u fluid bit će odvedena uglavnom konvekcijom. Za

to je kao nadomjestak uzgonu potreban gradijent pritiska koji izaziva gibanje

fluida. Takovo gibanje fluida sa umjetno ostvarenim gradijentom pritiska

naziva se prisilna konvekcija.

Radijacija ili isijavanje - svako tijelo isijava toplinsku energiju određenu

njegovom temperaturom. Ovdje se toplina prenosi fotonima kao

elektromagnetski val od tijela s višom površinskom temperaturom na tijelo s

nižom površinskom temperaturom. Kad se površinske temperature tijela

izjednače prestaje prijenos topline zračenjem. [3]

2.4 Toplina ljudskog tijela

Čovjeku je za obavljanje osnovnih životnih funkcija stalno potrebna

stanovita količina topline koja se u tijelu stvara nizom fizikalnih i kemijskih

procesa izmjene tvari (metabolizam - prerada hrane, čime se održava

normalan rad organizma). Potrebna količina topline (bazalni metabolizam) za

održavanje osnovnih životnih funkcija u stanju mirovanja je oko 80W,

odnosno oko 45W/m2 površine kože. Kod fizičkog rada potrošnja se

toplinske energije povećava. Tablica 3.1 pokazuje nam neke prosječne

biofizičke podatke o čovjeku.

Masa 60...70 kg Bazalni metabolizam 70…80 W Volumen 60 1 Broj udisaja 16 /min. Površina kože 1,7…1,9 m2 Kol. udahnutog zraka 0.5m3/h Temperatura tijela 36.5…37 °C Prosječna temp. kože 32…33 °C Otkucaji srca 70…80 /min. Trajni učinak 85 W Izdisanje CO2 10…23 l/h

Tbl. 2.1 - Prosječni biofizički podaci

Rad je ljudskog organizma u cjelini ugođen tako da se sve funkcije

najpovoljnije odvijaju na tjelesnoj temperaturi koja je u zdrava čovjeka stalna,

od 36,5°C do 37°C. Održavanje normalne tjelesne temperature postiže se

samodjelujućim procesima fizičke i kemijske termoregulacije, a njihovu

usklađenost regulira "centar za termoregulaciju" koji se nalazi u hipotalamusu

10

međumozga. Zadaća je termoregulacije održavanje ravnoteže između

stvaranja topline u tijelu i prenošenja na okoliš, tako da je tjelesna

temperatura stalna bez obzira na temperaturu prostora u kojem čovjek boravi

i vrstu posla koji obavlja. Kemijska termoregulacija je skup kemijskih procesa

koji reguliraju oslobađanje topline u tijelu (pojačana izmjena tvari - djelovanje

hrane, osjećaj gladi ili sitosti, mišićni rad - drhtanje, pokreti). [2]

2.5 Temperatura prostorija

Kod temperatura prostorija, najbitniji su čimbenici: temperatura zraka,

stalnost održavanja temperature i raspodjela temperature.

Temperatura udobnosti u prostoriji odabire se prema namjeni

prostorija i težini rada koji se obavlja u prostoriji. Npr. U staračkim domovima

temperatura udobnosti iznosi 23…24°C, dok u namjenskim prostorijama koje

su propisane tehničkim propisima, za vrlo teški rad iznosi 10…12°C.

Stalnost održavanja temperature, ovisno o primijenjenom sustavu

grijanja ili klimatizacije temperature prostora, ne bi se smjela mijenjati više od

neke zadane vrijednosti koja je zadana prema DIN standardu. Primjerice,

kod toplovodnog grijanja i klima uređaja iznosi ±1.5K dok kod grijanja toplim

zrakom uz provjetravanje prostorija iznosi ±2°C.

Jednolikost temperatura po visini i površini prostorije zavisi od

položaja, vrste grijaćih tijela i primijenjenog sustava grijanja. Temperatura pri

podu mora biti viša ili barem jednaka temperaturi prostorije, a s visinom

prostorije morala bi opadati. Na slici 2.3 prikazan je idealan dijagram

rasporeda temperature po visini prostorije, dok nam slika 2.4 prikazuje smjer

cirkulacije zraka pri različitom položaju grijaćih tijela. [2]

Sl. 2.3 - Krivulje temperature zraka po visini prostorije. 1 - idealno, 2 - podno, 3 - zidno,

4 - stropno, 5 - radijatorsko (radijator uz vanjski zid prozora), 6 - konvektorsko (konvektor

uz vanjski zid prozora), 7 - radijatorsko (radijator uz unutarnji zid), 8 - grijanje toplim zrakom

11

2.6 Zahtjevi sustava grijanja

1. Da temperaturu grijanog prostora održavaju što stalnijom,

2. Da se toplinski učinak grijača može regulirati, po mogućnosti

automatski,

3. Ne smiju biti uzrokom kvarenja zraka u prostoriji i okolišu,

4. Moraju biti jednostavni za ugradnju i upravljanje, ekonomični,

pouzdani i bezopasni u svakom pogledu,

5. Moraju biti jeftini pri nabavi, montaži i tehničkom održavanju.

Obično svi ovi zahtjevi nisu jednakomjerno zastupljeni u konstrukcijama

uređaja današnje izvedba, pa svi imaju prednosti i mane.

2.7 Vrste centralnih grijanja

Centralna grijanja su takva vrsta grijanja kod kojih se toplina

oslobođena izgaranjem neke vrste goriva, pretvorbom električne ili solarne

energije, prenosi s mjesta proizvodnje na mjesta potrošnje pomoću neke tvari

ili medija. Centralna grijanja možemo podijeliti na nekoliko skupina.

• Prema vrsti tvari za prijenos topline: toplovodno, vrelovodno, parno,

grijanje toplim zrakom i vrelouljno grijanje,

Sl. 2.4 - Smjer cirkulacije zraka u prostorijama. Lijeva slika prikazuje

grijaće tijelo koje je smješteno uz vanjski, hladni zid i prozora. Smjer

cirkulacije zraka je odozgo prema dolje, uz pod je toplo te je to povoljan smjer

cirkulacije. Desna slika prikazuje grijaće tijelo smješteno uz unutarnji topliji

zid, nasuprot prozora. Smjer cirkulacije zraka je odozdo prema gore pa je

prema tome ovo nepovoljan smjer cirkulacije

12

• Prema vrsti goriva: grijanje na čvrsta, tekuća i plinovita goriva,

električno, solarno i grijanje toplinskim crpkama,

• Prema načinu prijenosa topline u trošilima: grijanje zračenjem i

konvekcijom (radijatorsko, podno, zidno, stropno, upuhavanjem toplog

zraka).

2.8 Prednosti i mane sustava centralnih grijanja

2.8.1 Prednosti centralnih sustava grijanja

1. Jednoliko zagrijavanje svih glavnih i sporednih prostorija, predvorja i

hodnika - po potrebi danju i noću, što čini boravak u zgradama

posebno ugodnim,

2. Smještaj grijaćih tijela (ili izlaznih otvora toplog zraka) nije uvjetovan

pa se mogu postaviti na najpovoljnijim mjestima, kao npr. na mjestima

prodora hladnog zraka, uz vrata i ispod prozora. Time je postignuta

podjednaka raspodjela topline po prostoriji,

3. Lakše održavanje čistoće prostorija,

4. Mogućnost jednostavne ručne i automatske regulacije zagrijavanja

prostorija, neovisno jedne o drugoj, a postoji i mogućnost automatske

centralne regulacije,

5. Jednostavnost u posluživanju postrojenja osobito kod automatiziranih

pogona u kojima pogonsko osoblje nadzire samo rad postrojenja,

6. Opasnost od nastanka požara, inače uvijek prisutna, ovdje je svedena

na najmanju moguću mjeru. Mjesta gdje bi mogao nastati požar

(kotlovnica i skladište goriva), mogu se lako nadzirati, a primjenom

tehničkih rješenja izvedbe i osiguranja protiv požara on ovdje može

biti gotovo potpuno onemogućen,

7. Minimalno zagađivanje zraka zbog manjeg broja ložišta i dimnjaka.

Centralno se može zagrijavati i nekoliko blokova kuća, ulica, gradske

četrvrti i cijeli grad, pa se u tom slučaju izrađuje samo jedna kotlovnica

koja može biti smještena i izvan naselja.

8. Veća ekonomičnost pogona, jer su veća ložišta kotlova za grijanje

savršenija od ložišta manjih peći pa se u njima mogu postići i bolji

13

uvjeti izgaranja. Osim toga je izbor primjene raznih goriva veći pa to

pojeftinjuje nabavku goriva i smanjuje troškove grijanja.

9. Grijaća tijela zauzimaju mali prostor, a raznovrsnost mogućnosti

njihove ugradnje omogućava raspored predmeta i namještaja u

prostoriji prema želji. Grijaća se tijela mogu postaviti u udubinama u

zidu, u zidovima, podovima i stropovima te tako biti nevidljiva, što je

povoljno s estetskog stanovišta. U tom pogledu prednjače toplozračna

grijanja, jer se izlazni otvori mogu smjestiti na najrazličitija mjesta,

10. Zagrijavanje može trajati neprekidno i to bez većih promjena u

temperaturi,

11. Pogodna su za zagrijavanje većih prostora,

12. Pojedini sustavi veoma su lako prilagodljivi i drugim funkcijama i

uvjetima udobnosti. Tako se npr. sustavi toplozračnog grijanja

redovno izvode i kao zimsko-ljetni ventilacijski sustavi i s regulacijom

relativne vlažnosti zraka (klima-uređaji).

2.8.2 Nedostaci centralnih sustava grijanja

1. Visoka investicijska ulaganja u izgradnju ograničavaju, barem zasad,

njihovu širu primjenu, iako su u prednosti pred drugim načinima

zagrijavanja očite. Međutim, uzmu li se u obzir nedostaci drugih

načina zagrijavanja, tada se nešto viši troškovi izgradnje centralnih

sustava ubrzo amortiziraju, iako ne uvijek i financijski. U pojedinih pak

stambenih i poslovnih objekata zbog njihove veličine ili namjene, u

bolnicama i sl. potpuno je isključena mogućnost primjene bilo kojeg

drugog načina grijanja,

2. U izvjesnim slučajevima ono postaje manje ekonomično od lokalnog

grijanja pećima, npr. u slučaju kratkotrajnog zahlađenja, u jesen ili u

proljeće, kada postrojenje nije u stalnom pogonu. U tom se slučaju

cijelo postrojenje mora ponovo stavljati u pogon, a to nije

najekonomičnije. Ako je pak zgrada samo djelomično nastanjena,

nepotrebno se zagrijavaju prazne prostorije. Taj se nedostatak može

izbjeći, djelomično, na taj način da se sustav tako izvede da se

pojedini dijelovi zgrade mogu prema potrebi isključiti.

14

3. Veća postrojenja neminovno zahtijevaju posluživanje od strane

stručnog osoblja. Manja postrojenja mogu biti pod nadzorom priučene

osobe, ali svako postrojenje ipak zahtjeva barem povremeni pregled

stručnjaka. Tijekom vremena dolazi do većih troškova u održavanju,

ali ne u jednakoj mjeri kod svih sustava. Tako je npr. toplovodno

grijanje vrlo trajno, a održavanje je takvog postrojenja moguće bez

većih novčanih izdataka. Kod parnih grijanja, međutim, troškovi

održavanja rastu, kvarovi mogu biti česti, pa stoga takva postrojenja

trebaju češći nadzor stručne osobe,

4. Pri radu je nekih sustava karakteristična pojava sniženja relativne

vlažnosti zagrijanog zraka u prostorijama. To, međutim, za primjenu

nije odlučujući faktor, jer se brojnim načinima dovlaživanja relativna

vlažnost zraka u prostorijama ipak može zadržati u povoljnom

rasponu. [2]

3 VODENI SUSTAVI GRIJANJA

3.1 Glavne značajke i primjena vodenog sustava grijanja

Sredstvo za prijenos topline je voda. Prema temperaturi i vezi s

okolnom atmosferom razlikujemo:

a) toplovodne otvorene sustave s najvišom dopuštenom

temperaturom vode do 90°C,

b) toplovodne zatvorene sustave s najvišom dopuštenom

temperaturom vode do 100°C,

c) niskotlačne vrelovodne sustave s najvišom dopuštenom

temperaturom vode iznad 100°C do najviše 120°C,

d) visokotlačne vrelovodne sustave s najvišom dopuštenom

temperaturom vode iznad 120°C do najčešće 160°C.

Primjena: Zbog svojih izuzetnih prednosti imaju najširu primjenu za grijanje

stambenih i drugih objekata, pri upotrebi svih vrsta goriva, električne i solarne

15

energije, kod grijanja pojedinačnih zgrada pomoću vlastite kotlovnice i

gradskim toplanama.

Prednosti: Mogućnost prijenosa topline na veće udaljenosti, najšire

mogućnosti pojedinačne, skupne i središnje regulacije toplinskog učinka, što

povećava stupanj ekonomičnosti takvih pogona, slaba korozija materijala

izrade s najširim mogućnostima djelotvorne zaštite, što produžuje vijek

trajanja takvih postrojenja i smanjuje troškove održavanja i dr.

Mane: Opasnost od smrzavanja vode pri dužem prekidu pogona, pa je

potrebno stalno zagrijavanje ili pak pražnjenje sustava, tromost pri

zagrijavanju osobito kod sustava s velikom količinom vode, što zahtijeva

duže vrijeme za postizanje potrebne temperature, mogućnost poplave kod

propuštanja instalacija i dr.

Otvoreni sustavi su jednostavni za posluživanje i velike pogonske sigurnosti

jer su u stalnoj vezi s okolnom atmosferom, pa ne može doći do opasnog

povišenja tlaka.

Zatvoreni sustavi su u pojedinim slučajevima jednostavniji za izvedbu jer se

sustav za ekspanziju vode i održavanje tlaka može ugraditi u izdvojenoj

kotlovnici, pa se ovi sustavi upotrebljavaju i kod najviših toplinskih učinaka

postrojenja. Pogodni su za sustave s višim radnim tlakom cirkulacijskih crpki,

kao što su npr. zidna, podna i stropna grijanja, tzv. "katna" grijanja

pojedinačnih stanova, kod upotrebe protočnih grijača vode, zatim kod

"krovnih" kotlovnica, solarnog grijanja drugdje gdje je nepogodan smještaj

otvorene ekspanzijske posude, mini-toplane i dr. kao i jedno od rješenja

kvalitetnije zaštitne vodenih sustava od korozije djelovanjem agresivnih

plinova O2 i CO2, budući da je zatvoreni sustav odvojen od atmosfere i nema

nekontrolirane apsorbcije agresivnih plinova.

Temperatura vode do 90°C je najprikladnija za sustave gdje su strožiji uvjeti

grijanja i regulacije temperature (stanovi, škole, bolnice i dr.), posebice pri

upotrebi radijatora kao grijaćih tijela, jer zbog prosječno niske temperature

površine trošila (oko 80°C) ne dolazi do prženja organske prašine i

neugodnih mirisa, zbog niske temperature površine najmanje je izražen

osjećaj "suhoće zraka", pa je stupanj udobnosti najviši, mogućnost opeklina

na vrućim površinama je najmanja i dr.

16

Temperatura vode do 120°C je zbog većeg sadržaja topline u vodi

pogodnija u sustavima gdje se vrši prijenos topline na veće udaljenosti (manji

promjer cjevovoda i druge opreme, manja snaga crpki i dr.), npr. kod toplana,

zatim u postrojenjima grijanja toplim zrakom i klimatizacije, pri upotrebi

grijaćih tijela kao što su konvektori i kaloriferi (povišenjem se temperature

vode smanjuje potrebna površina grijača), te u primarnom dijelu kotlovskog

cirkulacijskog kruga zbog ostvarivanja bolje zaštite kotla od

niskotemperaturne korozije.

Temperatura vode iznad 120°C pogodna je za industrijske potrošače i

prijenos topline na veće udaljenosti kod gradskih toplana. Ova se postrojenja

smatraju visokotlačnima i za njih vrijede posebni (stroži) tehnički propisi.

Vrela se voda ne upotrebljava neposredno u sustavima centralnih grijanja

zbog visoke temperature i tlaka već posredstvom kućne toplinske stanice

gdje se vodi snizuje temperatura i tlak, ili se pak voda kućne instalacije

zagrijava posredstvom izmjenjivača topline.

3.2 Podjela vodenih sustava

Prema najvišoj dopuštenoj temperaturi polazne vode: 1. toplovodni, s najvišom dopuštenom temperaturom vode do 100°C,

2. niskotlačni vrelovodni sa najvišom dopuštenom temperaturom vode

iznad 100°C pa do 120°C.

Prema vezi s okolnom atmosferom: - otvoreni i zatvoreni (tlačni) sustavi

Prema cirkulaciji vode u sustavu: - s prirodnom i prisilnom cirkulacijom vode

Prema položaju glavnih razdjelnih cjevovoda: - s gornjom, s donjom i horizontalnom raspodjelom

Prema izvedbi cijevnog sustava: - jednocjevni i dvocijevni

Prema izvedbi sigurnosno-tehničke opreme: 1. otvorena i zatvorena fizikalna osigurana toplinska postrojenja s

temperaturom-polazne vode do 120°C (u nas do 110°C),

17

2. zatvorena termostatski osigurana toplinska postrojenja s

temperaturom polazne vode do 120°C (u nas do 110 C),

3. zatvorena termostatski osiguranja postrojenja nazivnog toplinskog

učinka do 50 kW se prisilnom cirkulacijom i temperaturom vode do

95°C.

3.2.1 Podjela prema cirkulaciji vode u sustavu

Jednocjevni sustav – konstantan protok vode kroz ogrjevna tijela, mali pad

temperature u ogrjevnim tijelima, važno je precizno balansiranje protoka u

cijevnoj mreži. Jednocjevni sustav prikazan je na slici 3.1.

Dvocijevni sustav – promjenjiv protok vode kroz ogrjevna tijela, veći pad

temperature u ogrjevnim tijelima (u usporedbi s jednocjevnim sustavom).

Dvocjevni sustav prikazan je na slici 3.2. [4]

Sl. 3.1 - Jednocjevni sustav

18

3.3 Uređaji za zagrijavanje vode

Voda se u sustavima vodenih grijanja može zagrijavati neposrednim

(direktnim) i posrednim (indikretnim) načinom.

Neposrednim (direktnim) načinom voda se zagrijava u: - kotlovima s prirodnom višekratnom cirkulacijom vode u kotlu, koji su loženi

krutim, tekućim ili plinovitim gorivom ili zagrijavani električnom strujom,

- protočnim kotlovima s prisilnom cirkulacijom vode u kojima se voda

zagrijava plinom ili tekućim gorivom.

Posrednim (indirektnim) načinom voda se zagrijava u: - izmjenjivačima topline, a za grijanje se vode može upotrijebiti vodena para,

vrela voda ili vrelo ulje iz vlastite kotlovnice ili pak kotlovnice područne ili

gradske toplane.

Sl. 3.2 - Dvocijevni sustav

19

3.4 Zatvoreni sustavi centralnih grijanja

3.4.1 Glavne značajke sustava

Zatvorenim sustavima smatraju se oni sustavi koji nemaju stalnu

neposrednu vezu s okolnom atmosferom (kao što je npr. imaju otvoreni

sustavi). Ta su postrojenja pod tlakom koji je viši od hidrostatičkog i

atmosferskog tlaka. Potrebni se tlak postiže i trajno održava na jedan od

sljedećih načina:

1. kada je ekspanzijska posuda spojena s generatorom topline s dva

sigurnosna voda;

• niskotlačnom parom iznad vode u visokopoloženoj ekspanzijskoj

posudi bez membrane,

• širenjem vode pri zagrijavanju u visokopoloženoj ekspanzijskoj

posudi s membranom,

2. kada je ekspanzijska posuda spojena s generatorom topline samo

jednim ekspanzijskim vodom;

• tlakom inertnog plina u niskopoloženoj ekspanzijskoj posudi sa

membranom,

• tlakom inertnog plina u niskopoloženoj ekspanzijskoj posudi bez

membrane,

• tlakom posebne crpke za održavanje tlaka i ekspanzijskom

posudom s membranom i bez membrane.

Prednosti:

• bolja mogućnost zaštite cjelokupnog sustava od korozije, jer voda

u sustavu nema stalan dodir s agresivnim plinovima iz atmosfere

(CO2 i O2) i ne postoji mogućnost njihovog otapanja,

• nema opasnosti od smrzavanja vode u ekspanzijskim posudama

tijekom pogona, jer je voda u ekspanzijskim posudama uvijek

topla, a posude pod st. 2 su smještene u toplim prostorijama,

najčešće u kotlovnici,

• mogućnost izvedbe dvokružnih cirkulacijskih krugova s različitim

temperaturama vode: primarnog, s temperaturom vode iznad

20

100°C, što poboljšava uvjete zaštite kotlova od niskotemperaturne

korozije te sekundarnog kruga s nižom temperaturom vode i

regulacijom grijanja prema vanjskoj ili unutrašnjoj temperaturi,

• kod više temperature primarnog cirkulacijskog kruga mogući su

manji promjeri cjevovoda, što je važno kod prijenosa topline na

veće udaljenosti.

Mane:

• zbog toga jer je sustav zatvoren, nema prirodnog izdvajanja

agresivnih plinova (O2 i CO2), stupanj korozije progresivno raste s

povišenjem temperature, pa se moraju primijeniti sredstva za

zaštitu od korozije,

• zbog mogućnosti porasta temperature te porasta ili pada tlaka i s

tim u vezi mogućih oštećenja, potrebna je posebna sigurnosno-

tehnička oprema.

Zavisno od izvedbe kotlova, vrste goriva i djelovanja uređaja za

održavanje tlaka, dozvoljeni pogonski tlak u ovim sustavima iznosi najviše do

3 bar ili do 5 bar. Cirkulacija se vode uvijek ostvaruje prisilno, protočnim

crpkama, koje se zbog povoljnijih hidrauličkih uvjeta uvijek ugrađuju u polazni

vod. Budući da su zatvoreni sustavi pod tlakom koji je viši od hidrostatičkog

(pa i atmosferskog) tlaka, potrebni početni tlak u shemama koje slijede

označen je s pa.

Pritom je:

pa - potrebni početni tlak u ekspanzijskoj posudi i sustavu u stanju

početka pogona, dok je voda u sustavu još hladna, odnos (3-1)

[ ]barppp nsta += (3-1)

pst - hidrostatički tlak (tlak „stupca“ žive) na priključku ekspanzijske

posude s instalacijom, odnos (3-2)

[ ]barhpst 10Δ

= (3-2)

21

Δh - visinska razlika između priključka ekspanzijske posude s

instalacijom do najviše točke sustava, u metrima

pn - narinuti tlak, dodatak tlaka iznad hidrostatičkog, potreban za

učinkovitost odzračivanja, sprječavanja kavitacije cirkulacijskih crpki i

sprječavanja isparivanja vode

3.4.2 Jednocjevni zatvoreni sustavi s gornjom raspodjelom vode

Održavanje potrebnog tlaka u sustavu postiže se inertnim plinom

(dušik) u ekspanzijskoj posudi s membranom, središnje odzračivanje preko

odzračne posude sa ručnim i automatskim odzračnim ventilom.

Na slici 3.3 prikazana je shema jednocjevnog zatvorenog sustava s gornjom

raspodjelom vode.

Sl. 3.3 – Jednocjevni zatvoreni sustav s gornjom raspodjelom vode. AV - automatski

odzračno-dozračni ventil, 0 - odzračna cijev, OP - odzračna posuda, RV - regulacijski troputni

razdjelni ventil koji može biti povezan i sa sobnim termostatom ST, R - radijator, RT - regulator

temperature, SGT - sigurnosni graničnik temperature, T - termometar, SV - kutni sigurnosni

ventil opterećen oprugom izvedbe H, C - cirkulacijska crpka, M - manometar, K -kotao, GRV -

graničnik razine vode, MEP - membranska ekspanzijska posuda priključena na ekspanzijski vod

ventilom osiguranim protiv nesmotrenog zatvaranja (s kapom, žicom i plombom), PR -

pražnjenje, P - armatura za punjenje i dopunjavanje sustava s priključkom za gumeno crijevo, pa

- tlak plina u ekspanzijskoj posudi u stanju pred početkom pogona, Δh - hidrostatički tlak

sustava, pn - nadtlak plina iznad hidrostatičkog tlaka

22

3.4.3 Dvocijevni zatvoreni sustavi s donjom raspodjelom vode

Središnje odzračivanje preko odzračne posude s automatskim

odzračno-dozračnim ventilom i ručno, preko odzračne cijevi. Na slici 3.4

prikazana je shema dvocijevnog zatvorenog sustava s donjom raspodjelom

vode. [2]

3.5 Sigurnosna oprema

Opseg sigurnosno tehničke opreme: postrojenja prema izvedbi, a

generatori topline prema konstrukciji i načinu zagrijavanja odnosno upotrebi

vrste goriva moraju imati odgovarajuću opremu za:

• kontrolu tlaka i temperature

Sl. 3.4 - Dvocijevni zatvoreni sustav s donjom raspodjelom vode. AV - automatski

odzračno-dozračni ventil, OC - odzračna cijev s ručnim ventilom, OP -središnja odzračna

posuda, RO - ručni odzračni ventil, ZO - zaporni ventil osiguran protiv nesmotrenog

zatvaranja (npr. sa kapom, žicom i plombom), MEP - membranska ekspanzijska posuda, pa

- tlak plina u ekspanzijskoj posudi u stanju pred početak pogona, PR - ventil za pražnjenje,

Δh - hidrostatički tlak sustava, pn -nadtlak plina iznad hidrostatičkog tlaka

23

• sprječavanje prekoračenja dopuštene temperature vode

• sprječavanje prekoračenja i/ili potkoračenja dopuštenog

pogonskog tlaka

• održavanje potrebnog tlaka

• izjednačenje promjene obujma vode

• osiguranje protoka vode

4 PRIJEDLOG IZVEDBE SUSTAVA UPRAVLJANJA

4.1 Identifikacija uređaja procesne instrumentacije

Da bi se osiguralo sigurno i pouzdano rukovanje, održavanje i

upravljanje nekim postrojenjem svi strojevi, uređaji, instrumenti te ostali

sastavni dijelovi postrojenja trebaju biti jednoznačno identificirani odnosno

označeni, kako u dokumentaciji tako i u samom postrojenju. Takova

jedinstvena oznaka se naziva identifikacijski broj ili broj dijela (Item number

odnosno za instrumente se naziva Tag number).

Identifikacijski broj ili broj dijela sastoji se od kombinacije slova i

brojeva gdje svako slovo i broj ima svoje značenje. Identifikacijski broj

odnosno broj dijela nekog uređaja ili instrumenta nosi slijedeće informacije:

• Identifikaciju dijela postrojenja ili procesa kojemu instrument pripada tj.

identifikacija sustava kojemu instrument pripada. Za identifikacija

sustava se koriste tri slova ili troznamenkasta brojka kao na primjer:

WCS - sustav rashladne vode (water cooling supply) SDS - sustav

distribucije vodene pare (steam distribution system) itd.

• Identifikaciju mjerno regulacijske petlje kojoj instrument pripada.

Identifikacija petlje je jedinstvena kombinacija brojki i slova koja nosi

informaciju na koju procesnu veličinu se petlja odnosi, funkcije koje se

izvršavaju u petlji, da li u sustavu ima više istovjetnih paralelnih petlji i

da li u sustavu ima više istovjetnih zamjenskih (stand-by) petlji. Na

primjer:

24

2TICAL – 014 B

druga petlja od više paralelnih petlji

procesna varijabla (temperatura)

funkcije petlje (indication control alarm low)

redni broj petlje

druga od više zamjenskih petlji

Vidljivo je da u broju djela (identifikacijski broj) brojevi daju informaciju o

rednom broju petlje i o kojoj se od više paralelnih petlji radi, dok slovne

oznake daju sve ostale informacije. Značenje pojedinih slova ovisno o

mjestu na kojem se nalaze u identifikacijskom broju petlje dano je u tablici

4.1.

Prva Slova (2) Varijable Slijedeća Slova (15) - Funkcije Kolona 1 Kolona 2 Kolona 3 Kolona 4 Kolona

Varijabla Prefiks Pasivne Aktivne Prefiks A Analiza Alarm C Po izboru regulacija D diferencijal devijacijE Napon osjetilo F Protok (flow) omjer H visoko I Struja pokazivan J Snaga skeniranje K Vrijeme kontrolno mjesto L Razina (Level) sijalica nisko O blenda otvorenoP Tlak (pressure) Q Količina totalizirano totalizator R Radijacija pisač S Brzina (speed) sklopka T Temperatura prenijeti V Vibracije ventil w Težina (weight)

Tbl. 4.1 - Značenje slovnih oznaka u identifikacijskom broju petlje

4.2 Grafički simboli

Grafički simboli su standardizirani i omogućavaju prikazivanje uređaja i

instrumenata te njihove funkcije na crtežima i shemama u standardnom

obliku, što vidimo na tablici 4.2.

25

Lokalni instrument smješten u polju

Instrument smješten na prednjoj strani glavne ploče u kontrolnoj sobi

Instrument smješten na stražnjoj strani glavne ploče u kontrolnoj sobi

Instrument smješten na prednjoj strani glavne lokalnog kontrolnog ormara

Instrument smješten na stražnjoj strani lokalnog kontrolnog ormara

Instrument smješten na glavnom upravljačkom pultu Vidljiv na zaslonu kontrolnog računala Dostupan operateru preko računala

Instrument smješten na glavnom upravljačkom pultu Nije vidljiv na zaslonu kontrolnog računala Dostupan operateru preko računala

Instrument smješten na lokalnom upravljačkom pultu Vidljiv na zaslonu kontrolnog računala Dostupan operateru preko računala

Instrument smješten na lokalnom upravljačkom pultu Nije vidljiv na zaslonu kontrolnog računala Nije dostupan operateru preko računala

Tbl. 4.2 - Grafički simboli instrumenata

4.3 P&ID dijagram

Proces i instrument dijagram je bazni dokument mjerno regulacijskog

sustava na kojem se baziraju svi ostali dokumenti. On shematski prikazuje

proces, mjesta gdje se u procesu nalaze mjerno regulacijski uređaji te

26

njihovu funkciju, daje nam jednostavnu ilustraciju u kojoj se koriste procesni

simboli koji opisuju primarni tok procesa našeg sustava. P&ID dijagrami se

mogu podijeliti u dvije glavne skupine:

• proces dijagrama toka (PFDs – process flow diagrams)

• proces i instrument dijagram (P&IDs – process and

instrumentation drawings )

Dijagram toka omogućava i osigurava nam brzi pregled naše

operativne jedinice. Sekundarni ili manje bitni dijelovi sustava, kompleksne

kontrole instrumentacije itd. u ovom dijagramu nisu uključeni. [3]

4.4 Povratna i nepovratna veza

4.4.1 Upravljanje sustavnom bez povratne veze

Princip djelovanja sustava bez povratne veze objašnjen je na slici 4.1.

Procedura je sljedeća: Prvo se izmjeri vanjska temperatura Aυ , tada se taj

signal dovodi na upravljački uređaj, koji djeluje na motor M ventila V, mijenja

njegovu karakteristiku tj. otvorenost te na taj način utječe na protok Q koji

protječe radijatorom.

Kod promatranog slučaja imamo 2 poremećaja na sustav:

• z1' - temperaturni poremećaj uvjetovan otvaranjem prozora (u

ovakvom upravljanju ne može se kompenzirati)

Sl. 4.1 - Upravljanje bez povratne veze

27

• z2' - vanjska temperatura (koja se mjeri)

Blokovski prikaz ovog sustava pokazuje nam slika 4.2

Dakle ovaj blokovski prikaz sustava nam zapravo predstavlja otvoreni

tok djelovanja (upravljački lanac). On kompenzira utjecaj samo one smetnje s

obzirom na koju se projektira upravljački uređaj. Ako je upravljani objekt sam

po sebi stabilan, ostaje stabilan i uz djelovanje ovakvog upravljanja.

Ovaj sustav regulacije je u konačnici jeftiniji za izvedbu, ali se zbog svojih

nedostataka gotovo više ne upotrebljava u suvremenim regulacijama grijanja.

4.4.2 Upravljanje sustavnom sa povratnom vezom

Princip djelovanja sustava sa povratnom vezom objašnjen je na slici

4.3. U ovom slučaju mogu se pomoću regulatora R kompenzirati utjecaji svih

poremećaja.

Sl. 4.2 - Upravljanje u otvorenoj petlji

28

Na slici 4.4 vidimo blokovski prikaz upravljanja u zatvorenoj petlji tj. sa

povratnom vezom. Pomoću ovog sustava možemo kompenzirati utjecaj svih

smetnji na sustav (negativna povratna veza koja stabilizira sustav). Teoretski,

ovaj sustav može postati i nestabilan, to se dešava kad regulirana veličina

počne oscilirati izvan određenih granica. Sustav povratne veze koristi se

gotovo kod svih suvremenijih elektronika grijanja. Iako je u početku potrebno

izdvojiti više financijskih sredstava, ovaj sustav sa povratnom vezom

pridonosi znatnoj uštedi energije, te se dugoročno gledano, financijski itekako

isplati. [4]

Sl. 4.3 - Upravljanje sa povratnom vezom

Sl. 4.4 - Upravljanje u zatvorenoj petlji

29

4.5 Procesni regulatori

Zadaća je regulatora da kompenzira utjecaj smetnji koje djeluju na

proces i koje ga destabiliziraju. Pri tome upravljačka veličina treba ostati na

vrijednosti određenoj postavnom (željenom) vrijednošću regulatora. Ima više

vrsta regulatora, a vrsta regulatora koja će se izabrati ovisi o ponašanju

samog sustava.

Regulatori se s obzirom na djelovanje dijele na:

• regulatore s izravnim djelovanjem

• regulatore s reverznim djelovanjem

, a s obzirom na način rada dijele se na:

• regulatore s diskretnim načinom rada

• regulatore s kontinuiranim načinom rada

4.6 Regulatori s izravnim djelovanjem

To su regulatori čija se upravljačka veličina povećava povećanjem

procesne veličine, kako bi se procesna veličina svela na vrijednost postavne

veličine. Primjer ovakve regulacije je proces miješanja dva materijala na

stalnoj temperaturi koja se održava hladnom vodom, prikazan na slici 4.5.

Sl. 4.5 - Regulacija temperature regulatorom s izravnim djelovanjem

30

Na slici se vidi sljedeće: ako se otvorenost ventila povećava

(povećava se upravljačka veličina) temperatura sustava se smanjuje, i

obrnuto, dakle, ako se otvorenost ventila smanjuje (smanjuje se upravljačka

veličina), temperatura sustava se povećava. Ako se procesna veličina

(temperatura) povećava, regulator povećava svoju upravljačku veličinu

(otvorenost ventila) kako bi procesnu veličinu sveo na postavnu veličinu.

Regulatori s izravnim djelovanjem povećavaju svoj izlaz kako regulacijsko

odstupanje sustava postaje sve negativnije, a smanjuju svoj izlaz kako

regulacijsko odstupanje sustava postaje sve pozitivnije.

4.7 Regulatori s reverznim djelovanjem

To su regulatori čija se upravljačka veličina smanjuje povećanjem

procesne veličine, kako bi se procesna veličina svela na vrijednost postavne

veličine. Primjer ovakve regulacije je proces miješanja dva materijala na

stalnoj temperaturi koja se održava parom, prikazan na slici 4.6.

Ako se otvorenost ventila povećava (povećava se upravljačka

veličina), temperatura sustava se povećava, i obrnuto, ako se otvorenost

ventila smanjuje (smanjuje se upravljačka veličina), temperatura sustava se

smanjuje. Ako se procesna veličina (temperatura) povećava, regulator

Sl. 4.6 - Regulacija temperature regulatorom s reverznim djelovanjem

31

smanjuje svoju upravljačku veličinu (otvorenost ventila) kako bi procesnu

veličinu sveo na postavnu veličinu. Regulatori s reverznim djelovanjem

smanjuju svoj izlaz kako regulacijsko odstupanje sustava postaje sve

negativnije, a povećavaju svoj izlaz kako regulacijsko odstupanje sustava

postaje sve pozitivnije.

4.8 Regulator s diskretnim načinom rada (ON/OFF)

Regulatori s diskretnim načinom rada su regulatori koji na svome

izlazu daju diskontinuirani ON/OFF signal, kako je prikazano na slici 4.7. Ovi

regulatori daju uvjetnu stabilnost sustava, a regulacijsko odstupanje mijenja

se unutar naprijed određenih intervala (mrtvog pojasa). Najčešće pojavljivani

regulator s diskretnim načinom rada je dvo-pozicijski (još nazivan i ON/OFF

regulator). Tipičan primjer upotrebe ovog regulatora je kod sustava

zagrijavanja (npr. zagrijavanje sanitarne vode u sustavu grijanja). Princip

rada ON/OFF regulatora prikazan je na slici 4.8.

Grijač (U) se uključuje kada temperatura sustava padne ispod

unaprijed određene postavne vrijednosti (u ovom slučaju iznosi 68˚C), a

Sl. 4.7 - Diskretni regulator

Sl. 4.8 – Ponašanje veličina u sustavu zagrijavanja

32

isključuje se kada temperatura dosegne zadovoljavajuću, opet unaprijed

određenu temperaturu (u ovom slučaju iznosi 72˚C).

4.9 Regulator s kontinuiranim načinom rada

Regulatori s kontinuiranim načinom rada danas se koriste u većini

sustava upravljanja. Jedna od prednosti ovih regulatora je ta da se izbjegava

oscilatorni odziv sustava koji je prouzročen ON/OFF regulacijom, pa s time

na izlazu imamo konstantnu promjenu izlaznog signala koja je direktno

ovisna o promjeni ulaza, vidljivo na slici 4.9. Ovaj regulator koristi sljedeća

djelovanja: proporcionalno (P) djelovanje, integralno (I) djelovanje te

derivacijsko (D) djelovanje.

4.9.1 Regulator s proporcionalnim (P) djelovanjem

Regulator sa proporcionalnim djelovanjem osigurava da se

upravljačka veličina mijenja proporcionalno s odstupanjem regulacijskog

odstupanja. Koristi se za sustave s malim promjenama opterećenja i malim

vremenom kašnjenja. Upravljačka veličina (U(t)) proporcionalnog regulatora

dana je izrazom (4-1).

)0()( =+= Ept UEKU (4-1)

• pK - proporcionalno pojačanje regulatora

• E - regulacijsko odstupanje

• )0( =EU - izlaz regulatora za regulacijsko odstupanje jednako 0

4.9.2 Regulator s integralnim (I) djelovanjem

Regulator sa integralnim djelovanjem osigurava da se promjena

upravljačke veličine temelji na trenutnim i prošlim stanjima regulacijskog

Sl. 4.9 – Kontinuirani regulator

33

odstupanja. Koristi se za sustave s malim vremenom kašnjenja i malim

kapacitetima. Upravljačka veličina (U(t)) integralnog regulatora dana je

izrazom (4-2).

)0(0

)( =+= ∫ t

t

It UEdtKU (4-2)

• IK - integralno pojačanje regulatora

• E - regulacijsko odstupanje

• )0( =tU - početno stanje

4.9.3 Regulator s derivacijskim (D) djelovanjem

Regulator s derivacijskim djelovanjem osigurava da se promjena

upravljačke veličine temelji na brzini promjene regulacijskog odstupanja. Ovaj

se regulator ne koristi samostalno u aplikacijama. Upravljačka veličina (U(t))

derivacijskog regulatora dana je izrazom (4-3).

staroDnovo UdtdEKU += (4-3)

• DK - derivacijsko pojačanje regulatora

• E - regulacijsko odstupanje

• staroU - prošla vrijednost upravljačke veličine

4.9.4 Regulator s proporcionalno-integracijsko-derivacijskim djelovanjem (PID)

PID djelovanje uključuje sva tri osnovna regulatora u sebi. Ovaj se

regulator može koristiti gotovo u svim aplikacijama. U slučaju da koristimo

PID regulator sa svim djelovanjima (većina današnjih aplikacija ima već

implementiran PID regulator u sebi ), a naš sustav zahtjeva samo P i I

djelovanje, a D djelovanje ne trebamo (jer sustav nije podložan naglim

promjenama), D djelovanje se može isključiti prilikom programiranja.

Upravljačka veličina (U(t)) PID regulatora dana je izrazom (4-4).

)0(0

)( =+++= ∫ tD

t

Ipt UdtdEKEdtKEKU (4-4)

• pK - proporcionalno pojačanje regulatora

34

• IK - integralno pojačanje regulatora

• DK - derivacijsko pojačanje regulatora

• E - regulacijsko odstupanje

• )0( =tU - početna vrijednost upravljačke veličine

Paralelna izvedba PID regulatora prikazana je na slici 4.10 dok je serijska

izvedba prikazana na slici 4.11. [5]

Sl. 4.10 - Paralelna izvedba PID regulatora

Sl. 4.11 - Serijska izvedba PID regulatora

35

5 PRIJEDLOG RJEŠENJA

5.1 Opis i razrada rješenja

Kod uključenja sustava, sustav je defaultno programiran i spreman za

rad. Ukoliko korisnik želi, može programirati sustav prema vlastitim željama.

Parametri koji se mogu programirati su sljedeći:

• Određivanje vremenskih perioda i temperatura koje u tim

periodima želi postići. Dani preko tjedna podijeljeni su u 6

vremenskih perioda, a subota i nedjelja u dva vremenska

perioda. Temperature koje korisnik želi osigurati grijanjem,

unutar svakog od vremenskih perioda, međusobno su potpuno

neovisne

• Gornja i donja temperature koja uključuje, odnosno isključuje

ventil koji se koristi za zagrijavanje sanitarne vode,

• Gornja i donja temperature koja uključuje, odnosno isključuje

grijač bojlera, koji zagrijava vodu središnjem krugu grijanja

• Parametri PID regulatora koji kontrolira rad troputnog ventila,

odnosno koji regulira temperaturu polaznog voda

5.1.1 Automatski mod

Nakon uključenja sustav počinje raditi u automatskom modu.

Temperatura središnjeg kruga mora biti u granicama koje su predviđene (po

defaultu su granice 75-80 ˚C). Ukoliko ta temperatura nije u predviđenim

granicama, uključuje se grijač bojlera koji preko izmjenjivača topline zagrijava

tu vodu i pumpa 2, koja tu vodu tjera kroz središnji krug, sve dok se voda ne

zagrije na željenu temperaturu. Temperatura sanitarne vode mora biti u

granicama koje su predviđene (po defaultu su granice 48-52 ˚C). Ukoliko ta

temperatura nije u predviđenim granicama, uključuje se ventil 2 te propušta

vodu iz središnjeg kruga u krug sanitarne vode. Ta voda cirkulira kroz

izmjenjivač topline te zagrijava sanitarnu vodu, sve dok ona ne dostigne

željenu temperaturu, nakon čega se ventil 2 zatvara. Temperatura vode koja

36

zagrijava sanitarnu vodu, na ulazu i izlazu spremnika sanitarne vode razlikuje

se za nekoliko stupnjeva (max. 10 ˚C), te se ta „povratna“ voda može

iskoristiti u krugu grijanja.

Funkcija hidrauličke skretnice je rasterećivanje pumpe 2 i

iskorištavanje povratne vode iz kruga sanitarne vode. Primjerice u slučaju

kad je otvorenost ventila 1 manja od 10%, te ventil 2 zatvoren, da nema

hidrauličke skretnice, pumpa 2 bi bila preopterećena na način da se ta

količina vode koju pumpa 2 tjera u središnji krug, ne bi imala gdje „potrošiti“.

Kad je hidraulička skretnica instalirana u sustav, pumpa 2 može nesmetano

raditi i održavati središnji krug na temperaturi koja je predviđena.

Za krug grijanja koristimo ventil 1 i pumpu 1. Kad je temperatura

unutar prostorije koju grijemo manja od željene temperature , uključuje se

kontinuirana PID regulacija ventila 1. PID regulator regulira otvorenost ventila

1 u ovisnosti razlike željene i unutarnje temperature. Ventil 1 zapravo miješa

„vruću“ vodu iz središnjeg kruga (uzima je iz hidrauličke skretnice) i „hladnu“

vodu iz kruga grijanja, te ta mješavina predstavlja temperaturu polaznog

voda. Kad je PID regulacija u tijeku, automatski se pali pumpa 1 koja tjera

vodu kroz sistem grijanja. U trenutku kad se željena i unutarnja temperatura

izjednače, PID regulacija se isključuje te se automatski isključuje i pumpa 1.

5.1.2 Ručni mod

Ručni mod koristimo kod testiranja i održavanja sustava. U ručnom

modu možemo neovisno upravljati svakim elementom zasebno. Prilikom

uključenja ručnog moda, otvorenost ventila 1 mora ostati ista. Kod prelaska

iz ručnog u automatski mod, trenutnu vrijednost temperature treba upisati

kao referentnu vrijednost PID regulatora za automatski mod. Ventil 2, pumpu

1, pumpu 2 te grijač bojlera možemo neovisno uključivati i isključivati.

5.1.3 Tjedni program

U ovom modu određuju se vremenski periodi i temperature koje se u

tim periodima žele postići.

37

5.1.4 Postavke sustava

Postavke sustava programiraju se prilikom puštanja sustava u rad.

Programiraju se temperature uključivanja/isključivanja grijača bojlera,

uključivanja/isključivanja ventila za zagrijavanje sanitarne vode, parametri za

rad PID regulatora te podešavanje datuma i vremena.

5.1.5 P&ID dijagram

Na slici 5.1 prikazan je P&ID dijagram sustava. P&ID dijagram

prikazuje proces, uređaje koji se koriste u postrojenju te njihovu funkciju i

daje nam jednostavnu ilustraciju koja opisuje primarni tok procesa.

38

Sl. 5.1 - P&ID dijagram

39

5.2 Funkcionalni dijagram

Kako bi se detaljno mogao prikazati i razmotriti rad cijelog sustava,

grafički je prikazan dijagram toka programa koji nam prikazuje sve potrebne

funkcije i njihov tok. Funkcionalni dijagram podijeljen je na više dijelova radi

bolje preglednosti i odvajanja dijelova programa koji nisu međusobno

povezani. Za bolje razumijevanje dijagrama prikazane su i objašnjene kratice

koje se koriste u dijagramu:

- TŽ - željena temperatura

- TU - unutarnja temperatura

- TB - temperatura u bojleru

- TS - temperatura sanitarne vode

- GB - grijač bojlera

- P1 - pumpa 1

- P2 - pumpa 2

- V1 - ventil 1

- V2_R - bit koji se postavlja u ručnom modu za paljenje ventila 2.

Analogno tome, P1_R za pumpu 1, P2_R za pumpu 2, GB_R za grijač

bojlera

- VŽ_1 - predstavlja vremenski interval postavljen u tjednim

postavkama. Kad se vremena na satu realnog vremena i VŽ_1

izjednače, postavlja se TŽ_1 kao željena vrijednost temperature.

Analogno tome, VŽ_2 do VŽ_8

- TŽ_1 - predstavlja željenu temperaturu postavljenu u tjednim

postavkama. Analogno tome, TŽ_2 do TŽ_8

- RTC - sat realnog vremena

- RTC_UPIS - bit koji se postavlja kad želimo postavit novo vijeme

- AIW0 - analogni ulaz

- TS_L - donja razina temperature sanitarne vode

40

5.2.1 Glavni program

Postrojenje uključeno?

NE

DA

Ručni/ automatski

Prekid

Čitanje RTC-a

Tjedni program

Sanitarna voda

Postavke RTC-a

Ručni

RUčNI

AUTO

TŽ >= TU

NE

DA

Uključi P1 Uključi P2

TB =OK?

DA

NE

Uključi GB

Inicijalizacija

Početak

41

5.2.2 Inicijalizacija

5.2.3 Prekid

Početak

Postavi PID

parametre

Postavi

vremenski

interval za prekid

Postavi prekidnu

rutinu i omogući

prekide

Početak

Pokreni PID

regulaciju ventila

1 prema tabeli

Učitaj AIW0

Skaliraj AIW0 na

željenu

vrijednost

Postavi skalirani

podatak na

mem. lokaciju

42

5.2.4 Tjedni program

5.2.5 Sanitarna voda

Uključi P2

NE DA

Dani 2 do 6 ?

DA

NE

Dani 1 i 7 ?

NE

DA

RTC = VŽ_1 ?

Postavi TŽ_1

RTC = VŽ_6 ?

DA

Postavi TŽ_6

NE NE

DA

DA

RTC = VŽ_7 ?

Postavi TŽ_7

RTC = VŽ_8 ?

DA

Postavi TŽ_8

NE NE

Početak

Početak

TS < TS_L ?

Uključi V2

43

5.2.6 Postavke RTC-a

5.2.7 Ručni mod

RTC_UPIS postavljen

Postavi nove vrijednosti

Zaustavi RTC

Pokreni RTC

NE DA

Početak

Zadrži otvorenost V1

iz automatskog moda

Podešavaj otvorenost V1

V2_R = „1“ ?

NE

DA

Otvori V2

GB_R= „1“ ?

P1_R = „1“ ?

P2_R = „1“ ?

NE

NE NE

DA

DA DA

Pokreni P1

Pokreni P2

Pokreni P2

Početak

44

5.3 Upute za korištenje

5.3.1 Puštanje sustava u rad

Nakon što je ovlaštena osoba instalirala kompletan sustav, prije puštanja

u rad treba ga testirati. Prije testiranja sustava u ručnom modu rada,

potrebno je sustav pustiti u pogon na slijedeći način:

- Ogrjevni sustav treba temeljito isplahnuti kako bi se uklonile sve

nečistoće koje mogu biti nataložene u cijevima, ventilima te grijaćim

tijelima jer one mogu izazvati oštećenje pumpi za cirkulaciju vode.

Voda nakon punjenja kotla i ogrjevnog sustava mora biti prozirna i

bezbojna, bez suspenzijskih cestica, ulja i kemijski agresivnih tvari

- Napuniti krug sanitarne vode i dovesti ga pod pritisak. Spremnik

sanitarne vode mora biti doveden pod pritisak prije nego se puni krug

za centralno grijanje

- Napunite krug za grijanje pazeći da se ne pređe granica tlaka od 2

bar-a

- Odzračiti kompletan sustav te ga dovesti pod tlak koji definira

proizvođač bojlera

- Provjeriti tlak u dovodu plina, ventilaciju u prostoriji u kojoj se nalazi

bojler te nepropusnost u dimovodnim cijevima

- Provjeriti priključak na električnu mrežu te priključke svih elemenata

sustava (pumpe, ventili, senzori itd…)

- Uključiti glavnu sklopku te provjeriti napajanje PLC-a i ostalih

elemenata sustava

Nakon provjere potrebno je uključiti sustav preko SCAD-e te upaliti ručni

mod. U ručnom modu potrebno je testirati rad svakog elementa zasebno.

Potrebno je upaliti pumpe, grijač bojlera te ventil 2 koji uključuje grijanje

sanitarne vode, te kontrolirati rad/otvorenost glavnog regulacijskog ventila.

Potom treba provjeriti sve ulazne signale na način da se provjere

temperature svih elemenata sustava. Ukoliko dođe do bilo kakvih problema

prilikom testiranja, potrebno je isključiti glavnu sklopku te pozvati ovlaštenu

osobu.

45

Nakon provjere u ručnom modu, sustav treba prebaciti u mod „Postavke

sustava“. U postavkama je potrebno postaviti točnu godinu, datum i vrijeme

te koji je dan u tjednu (napomena: 1=nedjelja) te potvrditi novo vrijeme.

Temperature sanitarne vode i bojlera već su automatski podešene te ih nije

potrebno mijenjati. Postavke PID regulatora mijenjaju se samo ukoliko se

mijenja glavni regulacijski ventil te umjesto njega stavimo ventil različitih

karakteristika i vremena otvaranja, no to je posao za ovlaštenu osobu.

Prebacivanjem u „Tjedni mod“ korisnik postavlja vremena i temperature

koje u tim vremenima želi postići. Ovaj je mod podijeljen u dva dijela: dani u

tjednu te vikend. Za dane u tjednu korisnik bira 6 vremena i temperatura,

dok za vikend bira 2 vremena i temperature.

Završetkom provjere i programiranja, sustav je spreman za rad. Redovni

servisi su obavezni, a izvršava ih ovlašteni serviser. Prilikom rada sustava,

potrebno je obratiti pozornost na slijedeće:

- Tijekom ogrjevnog razdoblja treba održavati stalan volumen vode

sustava i nastojati da ogrjevni sustav bude odzračivan

- Voda iz kotla i ogrjevnog sustava ne smije se nikada ispuštati ili

uzimati za potrošnju osim u neophodnom slučaju kao što su popravci,

redovni servisi itd.

- Ispuštanjem i punjenjem novom vodom povećava se opasnost od

korozije i stvaranja kamenca. Treba li dopuniti vodu u ogrjevnom

sustavu, dopunjavamo isključivo kad je sustav ohlađen, kako ne bi

došlo do pucanja elemenata

- Kod duljeg razvoda tople vode treba cjevovod izolirati kako bi se

smanjili toplinski gubici

- Jednom tjedno temperaturu vode treba namjestiti iznad 65ºC kako bi

se spriječila pojava legionelle - bakterija koja se javlja u vodi čija je

temperatura niža od 60ºC

46

5.3.2 Upute za upravljanje sustavom

Automatski mod

Slika 5.2 prikazuje prozor automatskog moda.

(1) Uključenje / isključenje

- Tipka koja se koristi za uključenje i isključenje sustava. Sustav se pali i

gasi pritiskom na „1“ odnosno „0“. Prilikom paljenja i gašenja tipka

mijenja boju u zelenkastu odnosno crvenu

(2) Automatski mod - Tipka za uključenje automatskog moda. Kad je automatski mod

uključen, tipka svijetli zeleno. Nakon uključenja drugog moda, tipka

postaje siva što ujedno znači da mod nije aktivan

(3) Exit WinCC runtime

2

4

7

5 6

8

9

16

15

19

17

12

10

18

13

11

14

1

19

19

19

3

20

21

Sl. 5.2 - Automatski mod

47

- Tipka koja se koristi za izlazak iz WinCC runtima

(4) Simulacijski prozor - Ovaj se prozor koristi za simuliranje temperatura. Simulirati se mogu

redom: temperatura bojlera, temperatura sanitarne vode, unutarnja

temperatura, vanjska temperatura te temperatura polaznog voda.

Sastoji od ulaznih polja koja služe za upisivanje željenih simulacijskih

vrijednosti te od klizača s kojim možemo kontinuirano simulirati

promjenu temperature. Upisivanje se vrši tako da se pritiskom miša na

polje pozicioniramo u samo polje, upišemo željenu vrijednost te

pritisnemo tipku „Enter“ na tipkovnici

(5) Temperatura bojlera - Izlazno polje koje prikazuje trenutnu vrijednost temperature bojlera

(6) Temperatura sanitarne vode - Izlazno polje koje prikazuje trenutnu vrijednost temperature sanitarne

vode

(7) Unutarnja temperatura - Izlazno polje koje prikazuje trenutnu vrijednost unutarnje temperature

prostorije

(8) Temperatura polaznog voda - Izlazno polje koje prikazuje trenutnu vrijednost temperature polaznog

voda

(9) Otvorenost ventila 1 - Izlazno polje koje prikazuje trenutnu otvorenost regulacijskog ventila 1

(10) Željena temperatura - Ulazno/izlazno polje koje prikazuje željenu temperaturu na koju sustav

zagrijava prostoriju. U ovo polje korisnik upisuje željenu temperaturu

koju želi postići u određenom vremenskom periodu ukoliko za to ima

potrebe. Ta se vrijednost temperature automatski prebrisuje u trenutku

kad se realno vrijeme izjednači sa unaprijed isplaniranim vremenom

koje smo isprogramirali u tjednom programu. U tom se trenutku kao

željena temperatura postavi temperatura iz tjednog programa.

(11) Indikacija temperatura

48

- Izlazna polja koja prikazuju redom: unutarnju temperaturu, vanjsku

temperaturu, temperaturu polaznog voda, temperaturu sanitarne vode,

temperaturu bojlera te trenutnu otvorenost regulacijskog ventila 1

(12) Sat realnog vremena - Prikazivanje realnog vremena i datuma. Datum je prikazan u obliku

datum/mjesec/godina dok je vrijeme prikazano u obliku

sat/minuta/sekunda

(13) Grijač bojlera - Slika vatre prikazuje se kad je grijač bojlera aktivan odnosno nestaje

kad grijač bojlera nije aktivan. Grijač bojlera po defaultu se pali kad je

temperatura središnjeg kruga grijanja manja od 75ºC a gasi se dok

temperatura središnjeg kruga dostigne 80ºC

(14) Grijač sanitarne vode - Grijač sanitarne vode promjeni boju iz sive u zelenu kad je aktivan tj.

kad kroz njega cirkulira voda iz središnjeg kruga koja zatim preko

izmjenjivača topline zagrijava sanitarnu vodu

(15) Pumpa 1 - Pumpa promjeni boju iz sive u zelenu kad je pumpa uključena.

Funkcija pumpe 1 je da tjera vodu kroz krug grijanja i zagrijava

radijatore. Uključuje se u trenutku kad temperatura prostorije nije

zadovoljavajuća

(16) Pumpa 2 - Pumpa promjeni boju iz sive u zelenu kad je pumpa uključena.

Funkcija ove pumpe je da tjera vodu kroz središnji krug kad

temperatura u njemu nije zadovoljavajuća

(17) Ventil 1 - Ventil promjeni boju iz sive u zelenu kad je njegova regulacija aktivna.

Regulira temperaturu polaznog voda na način da se zakreče od 0º do

90º i tako propušta određenu količinu tople vode sa središnjeg kruga i

miješa je sa povratnom vodom iz kruga grijanja

(18) Ventil 2

49

- Ventil promjeni boju iz sive u zelenu kad je uključen. Funkcija mu je da

propušta vodu iz središnjeg kruga u krug sanitarne vode te tako

zagrijava sanitarnu vodu

(19) Senzori temperature (20) Ulazna polja za simulaciju

- Temperatura se simulira upisivanjem vrijednosti željene temperature u

ulazno polje, ili pomicanjem klizača do željene temperature

(21) Graf prikazivanja temperatura - Pritiskom na tipku pojavljuje se graf koji prikazuje unutarnju

temperaturu prostorije, vanjsku temperaturu te željenu temperaturu.

Unutarnja temperatura je crne boje, vanjska crvene dok je željena

temperatura zelene boje kao što je vidljivo na slici 5.3. Na osi apscise

vidljivo je vrijeme i datum, dok je na osi ordinate vidljiva temperatura.

Sl. 5.3 - Graf temperatura

50

Ručni mod

Slika 5.4 prikazuje prozor ručnog moda.

(1) Ručni mod - Tipka za prozor ručnog moda. Kad se nalazimo u ručnom modu, tipka

svijetli zeleno. Nakon uključenja drugog moda, tipka postaje siva što

ujedno znači da mod nije aktivan

(2) Prozor za upravljanje - Ovaj se prozor koristi za upravljanje svim elementima kada smo u

ručnom modu

(3) Aktiviranje ručnog moda - Pritiskom na tipku aktiviramo ručni mod. Kad je mod aktiviran,

pojavljuju se upravljačke tipke (na slici kao broj 4, 5, 6, 7, 8) sa kojima

upravljamo tj. uključujemo ili isključujemo svaki element zasebno. Kad

Sl. 5.4 - Ručni mod

1

2

3

4 5 6 7

8

51

mod nije aktiviran, ovim upravljačkim tipkama nije moguće pristupiti jer

su nevidljive. Aktiviranjem ručnog moda, otvorenost ventila 1 mora

ostati ista, dok se pumpa 1, pumpa 2, grijač bojlera i ventil 2

isključuju. Deaktiviranjem moda, sustav se vraća u stanje u kojem je

bio prije aktiviranja

(4) Tipka za uključenje/isključenje pumpe 1 - Pritiskom na tipku uključujemo/isključujemo pumpu 1. Kad je pumpa

uključena, tipka postaje zelene boje, a kad je isključena, tipka je

crvena

(5) Tipka za uključenje/isključenje pumpe 2 - Pritiskom na tipku uključujemo/isključujemo pumpu 2. Kad je pumpa

uključena, tipka postaje zelene boje, a kad je isključena, tipka je

crvena

(6) Tipka za uključenje/isključenje grijača bojlera - Pritiskom na tipku uključujemo/isključujemo grijač bojlera. Kad je grijač

uključen, tipka postaje zelene boje, a kad je isključen, tipka je crvena

(7) Tipka za uključenje/isključenje ventila 2 - Pritiskom na tipku uključujemo/isključujemo ventil 2. Kad je ventil

uključen, tipka postaje zelene boje, a kad je isključen, tipka je crvena

(8) Tipka za regulaciju otvorenosti ventila 1 - Ventilom 1 upravljamo na način da u ulazno polje upisujemo željenu

otvorenost ili da željenu otvorenost reguliramo klizačem

52

Tjedni program

Slika 5.5 prikazuje prozor tjednog programa.

(1) Tjedni program - Tipka za prozor tjednog programa. Kad se nalazimo u tjednom

programu, tipka svijetli zeleno. Nakon uključenja drugog moda, tipka

postaje siva što ujedno znači da mod nije aktivan

(2) Željeno vrijeme - Upisivanje vremena u kojem želimo postići određenu temperaturu.

Pritiskom lijevom tipkom miša na vrijeme ulazimo u ulazno polje te

upisujemo vrijeme nakon čega pritisnemo tipku „Enter“ na tipkovnici.

1

4

2 3

Sl. 5.5 – Tjedni program

53

Napomena: Ukoliko želimo preskočiti neki vremenski interval, učinimo

na način da vrijeme postavimo na 00.00h te program taj vremenski

interval i željenu temperaturu u tom vremenskom intervalu automatski

preskače. Ako želimo promjenu temperature u 00.00h, moramo

interval upisati kao 23.59h ili 00.01h.

(3) Željena temperatura - Upisivanje temperature koju želimo postići u tom vremenskom

intervalu. Temperatura se upisuje na isi način kao i željeno vrijeme

(4) Vrijeme - Sat realnog vremena koji nam služi za vremenski orijentaciju, a koji

ujedno prikazuje koji je dan u tjednu.

Postavke sustava

Slika 5.6 prikazuje prozor postavke sustava

(1) Postavke sustava

- Tipka za prozor postavke sustava. Kad se nalazimo u postavkama

sustava, tipka svijetli zeleno. Nakon uključenja drugog moda, tipka

postaje siva što ujedno znači da mod nije aktivan

(2) Temperatura sanitarne vode - Ulazna polja u koja se upisuje željena temperatura sanitarne vode.

TS_L je donja temperatura kod koje počinje zagrijavanje sanitarne

vode, dok je TS_H gornja temperatura koja isključuje ventil 2 pa tako i

zagrijavanje vode

(3) Postavljanje realnog vremena i datuma - U ova se polja upisuje željeno vrijeme i datum, te koji je dan u tjednu.

Napomena: prvi dan u tjednu je nedjelja, te prilikom upisivanja novog

vremena mora se točno upisati dan u tjednu kako bi sustav moga

pravilno raditi

(4) Temperatura bojlera - Ulazna polja u koja se upisuje željena temperatura središnjeg kruga.

TB_L je donja temperatura kod koje počinje zagrijavanje vode u

središnjem krugu tj. temperatura koja uključuje grijač bojlera, dok je

54

TB_H gornja temperatura koja isključuje zagrijavanje vode u

središnjem krugu

(5) Postavke PID regulatora - U ova se polja upisuju parametri PID regulatora koji kontrolira rad

ventila1. Nakon početnog upisivanja, ovi se parametri ne smiju

mijenjati, osim kod zamjene ventila 1 kad se stavlja ventil drugačijih

karakteristika

1

4

23

5

Sl. 5.6 – Postavke sustava

55

5.4 Spisak opreme

U tablici 5.1 navedena je sva potrebna oprema za realizaciju projekta.

PROIZVOD OPIS OZNAKA ZA

NARUĐBU

BROJ

KOMADA

PLC-CPU

SIEMENS SIMATIC S7-

200, CPU 224 XP, DC

POWER SUPPLY, 14 DI

DC/10 DO DC, 2 AI, 1AO

6ES7214-

2AD23-0XB0 1

MODUL

ANALOGNIH

ULAZA

SIMATIC S7-200,

ANALOG

INPUT EM 231, 4xAI, 12

BIT CONVERTER

6ES7 231-

0HC22-0XA0 1

ISPRAVLJAČ

220 V AC /

24V DC

24 V DC DIN RAIL

POWER SUPPLY,

IN: 176 to 264 V AC; 47

to 63 Hz,

OUT: 24 V DC (-1%,

+5%)

RPS 60

943 662-001 1

PC/PPI KABEL

PC/PPI CABLE MM

MULTIMASTER, FOR

CONNECTING S7-200

TO

SERIAL PORT OF PC

6ES7214-

1AD23-0XB0 1

PC

RAČUNALO

MIN: Windows XP

Professional

SP2,Pentium IV 2 GHz,

RAM 1GB, HDD

10 GB, Resolution

1024x768, Serial port

- 1

56

SOFTWARE

ZA HMI SIMATIC WinCC 7.0

6AV6612-

0AA01-1CA5 1

SOFTWARE

ZA PLC

STEP 7-Micro/WIN,

Version: 4.0 SP5

6ES7810-

2AA00-0YX0 1

3-WAY

VENTIL

ESBE ROTACIJSKI

VENTIL VRG130,330 2

UNUTARNI

SENZOR

HAILIN UNUTARNI

SENZOR

TEMPERATURE, 4-

20mA, 0-50ºC

HL-SRT6 1

VANJSKI

SENZOR

HAILIN VANJSKI

SENZOR

TEMPERATURE, 4-

20mA, -40-50ºC

HL-SOT6R2 1

57

ZARONSKI

SENZOR

HAILIN ZARONSKI

SENZOR

TEMPERATURE, 4-

20mA, -50-150ºC

HL-SWT6R5-

100 3

VODENA

PUMPA

GRUNDFOS UPS 25-30

180 mm

P/N

59543000 1

Tbl. 5.1 - Spisak opreme

58

6 ZAKLJUČAK

Odabirom automatske regulacije grijanja štedi se značajna energija. U

ovom je radu napravljena i vizualizirana jedna takva regulacija grijanja, koja

se može primijeniti kako u kući, tako, uz male korekcije, i u velikim

dvoranama, proizvodnim halama itd. U radu nije specificirana ni navedena

kompletna potrebna oprema za izvođenje projekta (izostavljeni su sigurnosni

tlačni ventili, ekspanzijska posuda, proračuni potrošnje sustava, nisu

specificirani parametri u električnoj shemi itd.) zato jer je ovo rad koji

pokazuje principe automatske regulacije grijanja.

Za još veću uštedu energije, ova se regulacija može kombinirati sa

obnovljivim izvorima energije kao što su solarni kolektori za zagrijavanje

vode. Instalacija kolektora će povećati početna financijska ulaganja, no na

kraju će rezultirati manjom potrošnjom energenata te smanjenim mjesečnim

troškovima grijanja.

U Varaždinu, Potpis:

59

7 POPIS LITERATURE

[1] http://centralno.grijanje-rijeka.info, travanj 2010.

[2] M. Šivak: Centralno grijanje, ventilacija, klimatizacija, Zagreb, 1998.

[3] S. Mikac: Procesna instrumentacija, materijali sa predavanja, 2009.

[4] [4] N. Perić, I. Petrović: Automatsko upravljanje, materijali sa

predavanja, FER, Zagreb, 2004.

[5] K. Grudiček: PLC sustavi upravljanja, materijali sa predavanja,

VELV, Varaždin, 2009.

PRILOG

I. Električna shema sustava II. Ostali prilozi priloženi na CD-u:

• Električna shema – izvorni crtež (EPLAN Electric P8) +

.pdf ispis

• Principijelna shema – izvorni crtež (AutoCAD 2009) +

.pdf ispis

• Program za PLC – izvorni kod (STEP 7 MicroWIN) + .pdf

ispis

• Vizualizacija sustava – izvorni kod (Simatic WinCC)

• Tagovi za povezivanje PLC-a i WinCC-a – izvorni kod

(PC Access)

• Manual za ESBE troputni regulacijski ventil (.pdf)

• Manual za CPU SIMATIC S7-200 (.pdf)

• Manual za HAINI toplinske senzore (.pdf)

• Manual za GRUNDFOS vodenu pumpu (.pdf)

• Kompletna dokumentacija završnog rada (Microsoft

Office Word) + .pdf ispis

• Slike korištene u radu

PRILOG I: Električna shema sustava