Měření a regulace vytápění - cvut.cztzb.fsv.cvut.cz/files/vyuka/125esb1,125esbb/prednasky/...Podklady k přednáškam 125 ESB1 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 1 ČVUT v Praze

Podklady k přednáškam

125 ESB1

(c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 1

ČVUT v PrazeFakulta stavební

Katedra technických zařízení budov

Měření a regulace vytápění

125ESB1 2015/2016

Zpět na obsah118prof.Karel Kabele

Co je to regulace?

• Zařízení, na jehož impuls se mění jeden nebo více provozních parametrů otopné soustavy

– teplota

– průtok

– tlak

125ESB1 2015/2016 119prof.Karel Kabele


125 ESB1


Základní princip regulace

• Regulovaná veličina x

• Akční veličina y

• Poruchová veličina z

• Řídící veličina w

125ESB1 2015/2016

Regulovaná

soustava X

Z

Regulátor

Y

Akční

člen

Zpětná vazba

W

120prof.Karel Kabele

Monitorování

• Měření regulované veličiny

• Bez akčního členu

• Nepřímá

125ESB1 2015/2016

Regulovaná

soustava X

Z

Zpětná vazba



125 ESB1


Ovládání

• Pomocí akčního členu se mění regulovaná veličina

• bez zpětné vazby, bez regulátoru

Regulovaná

soustava X

Z

Akční

člen

?

125ESB1,ESBB 2014/2015 122prof.Karel Kabele

Ruční regulace

• Na místě regulátoru je člověk. Ví jaký je dopad jeho regulačních zásahů a podle toho reguluje soustavu

125ESB1 2015/2016

Regulovaná

soustava X

ZY

Akční

člen

Zpětná vazba

W



125 ESB1


Automatická regulace

• Podle W a/nebo X dává automaticky impuls akčnímu členu ve snaze dosáhnout žádané hodnoty x

125ESB1 2015/2016

Regulovaná

soustava X

Z

Regulátor

Y

Akční

člen

Zpětná vazba

W


Inteligentní budovy• Vzájemné propojení více

systémů budov– Energetické a ekologické

– Bezpečnostní

– Dopravní

– Zábavní

– …

125ESB1 2015/2016

Osvětlení

Regulovaná

soustava X

Z

Regulátor

Y

Akční

člen

Zpětná vazba

W

VytápěníRegulovaná

soustava X

Z

Regulátor

Y

Akční

člen

Zpětná vazba

W

Vzduchotechnika

Regulovaná

soustava X

Z

Regulátor

Y

Akční

člen

Zpětná vazba

W

Zabezpečení

Regulovaná

soustava X

Z

Regulátor

Y

Akční

člen

Zpětná vazba

W



125 ESB1


Regulační obvodTechnické provedení

• Měření regulované veličiny, resp. řídící veličiny– elektrický teploměr, tlakoměr, průtokoměr

apod.

• Regulátor – porovnává naměřené hodnoty se

žádanými a podle toho aktivuje akční člen

• Akční člen – fyzicky mění akční veličinu - např uzavírací

nebo směšovací ventil se servopohonem, elektromagnetický uzávěr na přívodu plynu do kotle


Regulátory nespojité

• akční veličina má omezený počet hodnot - dvě a více regulovaná veličina kolísá kolem žádané hodnoty v rozmezí regulační odchylky– příklad - prostorový

termostat



125 ESB1


Regulátory spojité

akční veličina se mění spojitě v závislosti na regulované veličině podle tzv. přechodové charakteristiky– P - proporcionální (akční veličina je přímo

úměrná regulované veličině)

– I - integrační (akční veličina je úměrná regulační odchylce)

– D - derivační (akční veličina je úměrná derivaci regulované veličiny podle času)

– T - zpožďující (akční veličina se začne měnit až po určité časové prodlevě)

• Poznámka - je možná i kombinace charakteristik např. PI regulátor

– Fuzzy


Regulátory podle pohonu

• Rozdělení podle používané energie pro chod regulátoru

– přímočinné regulátory

– nepřímé regulátory

• elektřina,

• stlačený vzduch



125 ESB1


Akční členy

• Elektromagnetické ventily

• Regulační ventily

• Směšovací (rozdělovací) ventily trojcestné a čtyřcestné


ČVUT v PrazeFakulta stavební

Katedra technických zařízení budov

Regulace – II.část



125 ESB1


Proč se reguluje vytápěcí zařízení?

• Zaregulování otopné soustavy

• Regulace výkonu podle okamžité potřeby

• Bezpečnost provozu

• Omezení provozními parametry zdroje nebo prvku OS


ZAREGULOVÁNÍ OTOPNÉ SOUSTAVY



125 ESB1


A. Návrh dimenzí potrubí Souhrn

• Přirozený oběh– metoda daného tlaku

• Účinný tlak + přídavný vztlak• Etážová soustava?

• Nucený oběh– metoda ekonomického tlakového spádu

• 60 až 200 Pa.m-1

– metoda optimálních rychlostí• 0,05 až 1,0 m.s-1 (!!! Hluk)

– metoda daného tlaku• čerpadlo + přídavný vztlak, 10-70 kPa


• Výpočet tlakové ztráty pro navržené dimenze potrubí

– třením

– místními odpory

• Tlakové ztráty okruhu porovnáme s dispozičním tlakem (přirozený oběh x nucený oběh)

125ESB1 2015/2016

Přebytek tlaku regulujeme nastavením regulačních armatur

Nedostatek tlaku buď zvýšením tlaku nebo snížením tlakových ztrát

B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav



125 ESB1



• Regulační ventily u těles

– ve většině případů

• Regulační ventily v okruhu

– při rozsáhlých soustavách, kde je nutné vyvážit více objektů nebo částí

• Clonky v potrubí

– nedoporučuje se (zarůstání, koroze)


• kv, kvs hodnota

• průtok V v m3.h-1 regulační armaturou při jednotkovém rozdílu tlakup=1bar=100kPa

• slouží k volbě přednastavení regulační armatury

– z daného průtoku V a požadované tlakové ztráty p určím potřebnou kv

hodnotu armatury

125ESB1 2015/2016


p

Vkv



125 ESB1


Příklad: Hledáme nastavení ventilu u tělesa s výkonem

1580W a přetlakem 0,1 bar = 10 kPa

125ESB1 2015/2016

13

13

22,010,0

070,0

070,0970204196

360015803600

hmp

Vk

hmtc

QV

v



• Hmotnostní průtok + dopravní tlak

• Stanovení příkonu čerpadla P (W)p V

P

125ESB1 2015/2016

V - Dopravní množství (m3/s)

!!! dopravní tlak (Pa)

x dovolený přetlak !!!

1m v.s.=10kPa

Účinnost čerpadla (-)




125 ESB1


REGULACE VÝKONU OTOPNÉ SOUSTAVY


Regulace výkonu otopné soustavy– Přímá regulace – regulace výkonu zdroje– Nepřímá regulace – regulace výkonu soustavy; zdroj

je regulován na základě požadavků soustavy

– Místní regulace –regulace jednotlivých místností– Zónová regulace – regulace po zónách– Centrální regulace – regulace celé budovy

– Regulace dle vnitřní teploty– Regulace dle venkovní teploty (ekvitermní)

– Ruční regulace– Automatická regulace



125 ESB1


Příklady regulace teplovodních otopných soustav

– Přímá centrální regulace podle vnitřní teploty

– regulace zdroje podle vnitřní teploty (prostorový termostat, který zapíná a vypíná kotel)

125ESB1 2015/2016

PV

Č1



– Přímá centrální regulace podle venkovní teploty (ekvitermní regulace přímá)

– regulace výstupní teploty vody na zdroji žádaná hodnota je nastavena dle venkovní teploty – ekvitermní křivka

125ESB1 2015/2016

PV

Č1

T



125 ESB1



– Nepřímá centrální regulace podle venkovní teploty (ekvitermní regulace nepřímá)

– kotlový termostat + centrální regulace teploty otopné vody směšováním nebo rozdělováním trojcestným nebo čtyřcestným ventilem podle vnější teploty (ekvitermní regulace)

– +

– -

125ESB1 2015/2016

T

R

T



– Nepřímá místní regulace podle vnitřní teploty ruční/automatická

– regulace jednotlivých těles regulačními ventily (1) ručními nebo s termostatickou hlavicí



125 ESB1


Termostatická hlavice + ventil

125ESB1 2015/2016

Běžná

S dálkovým nastavením

S odděleným čidlem

Regulační ventil


Dvoustupňová regulace místní a centrální nepřímá podle vnitřní a venkovní teploty

Legenda:1 Ventil s termostatickou hlavicí2 Otopné těleso3 Přívodní potrubí4 Zpětné potrubí5 Směšovací ventil (trojcestný)6 Oběhové čerpadlo7 Ústřední jednotka automatickéregulace9 Čidlo venkovní teploty




125 ESB1


Legenda:1 Ručně ovládaný ventil2 Otopné těleso3 Přívodní potrubí4 Zpětné potrubí

5 Směšovací ventil (trojcestný)6 Oběhové čerpadlo7 Jednotka automatické regulace8 Čidlo vnitřní teploty


Dvoustupňová regulace zónová a centrální nepřímá podle vnitřní teploty


Hydraulická stabilita DVs

• Proč ?

• Ve výpočtu uvažujeme ustálený stav x proměnná realita způsobená především: – proměnlivými hodnotami přídavného vztlaku vlivem

měnící se teploty otopné vody

– proměnlivými tlakovými poměry v OS vlivem funkce termostatických ventilů

• Řešení:– pasivní vyregulování přesným výpočtem

– aplikace automatických regulačních prvků



125 ESB1


• Pasivní regulace výpočtem

– pravidla pro navrhování jednotlivých částí OS

• nejvíce tlaku spotřebovat na tělesech

• tlaková ztráta ve stoupačce = účinnému tlaku vzniklému ve stoupačce

• tlaková ztráta v ležatých rozvodech = účinnému tlaku vzniklému v ležatých rozvodech

125ESB1 2015/2016



• Aplikace automatických regulačních prvků

– přepouštěcí ventily• otvírá se podle odchylky diferenčního

tlaku, umisťuje se do obtoku čerpadla nebo mezi přívodní a vratné potrubí OS

– regulátory diferenčního tlaku• škrtící (!) ventil v potrubí řízený

diferenčním tlakem

– čerpadla s řízenými otáčkami• konstantní tlak čerpadla při proměnném

průtoku

125ESB1 2015/2016




125 ESB1


Regulace tlakové diference


Termohydraulický rozdělovač

– Oddělení kotlového okruhu od otopné soustavy– Kdy použít?



125 ESB1


Ochrana proti nízkoteplotní korozi

125ESB1 2015/2016

– Řešení problému náběhu kotle na pevná paliva– Kdy použít?


Příklady zapojení zdrojů

125ESB1 2015/2016

Příklad 1: Klasický kotel s výkonem > než 4 násobek tepelné ztráty budovy, pouze vytápění. Zdroj s minimální požadovanou teplotou vratné vody.

Zapojení umožňuje práci zdroje v optimálních podmínkách a přerušovanýchod zdroje s přestávkami v řádu dnů.



125 ESB1


Zdroje - příklady řešení 2

125ESB1 2015/2016

Příklad 2: Klasický kotel s výkonem > než 4 násobek tepelné ztráty budovy,vytápění a průtočný ohřev TUV.Zdroj s minimální požadovanou teplotou vratné vody.

Zapojení umožňuje práci zdroje v optimálních podmínkách a přerušovanýchod zdroje s přestávkami v řádu dnů.Průtočný ohřev TUV je ve srovnání se zásobníkovým příznivý z hlediska stagnace TUV (legionella).



Č4

Č1PV

E

N

TRB

Č5

PV

3xZV

Č2

2xTRV

RS

Č3

Č4Č4

Č1PV

E

N

Č1PV

E

N

TRB

Č5

PV

3xZV

TRB

Č5

PV

3xZV

Č5

PV

3xZV

Č2

2xTRV

RS

Č3 Č2

2xTRV

RS

Č3 Č2

2xTRV

RS

Č3

125ESB1 2015/2016

Příklad 3: Bivalentní zdroj - např. kondenzační kotel v kombinaci s vysokoteplotními kolektory.Teplovzdušné větrání a nízkoteplotní vytápění,průtočný ohřev TUV.



125 ESB1



125ESB1 2015/2016

Příklad 4: Bivalentní zdroj - klasický kotel v kombinaci s nízkoteplotnímikolektory.Teplovodní vytápění,průtočný ohřev TUV. Použití teplotněstratifikovaného zásobníku umožňuje využití nízkopotenciálního teplakolektorů k předehřevu teplé vody.




125 ESB1


Měření ve vytápění

• Měření provozních parametrů pro regulaci– Tlak, teplota, průtok

• Měření tepla na patě objektu– Teplo vyrobené ve vlastním

zdroji – měření spotřeby paliva

– Teplo dodané do objektu (dálkové vytápění) Kalorimetrické měření -průtok+rozdíl teplot


„Měření tepla“ – pro rozdělení nákladů na uživatele

• Kapalinové indikátory– odpařování speciálně obarvené kapaliny v závislosti na

teplotě otopného tělesa

– Přiložená stupnice umožňuje odečítání množstvíodpařené kapaliny.

– Po provedení odečtu je trubička s kapalinou nahrazenanovou ampulí s roztokem jiné barvy

• Elektronické indikátory– Jeden ze snímačů měří povrchovou teplotu otopného

tělesa.

– další snímač měří okamžitou teplotu okolního prostoru.

– Naměřené hodnoty jsou předávány ke zpracováníintegrovanému mikroprocesoru

Nejedná se o „Měření tepla“ !!!


mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


125 ESB1


Rozúčtování nákladů na vytápění

• 104/2015 Sb., kterým se mění zákon č. 67/2013 Sb., kterým se upravují některé otázky související s poskytováním plnění spojených s užíváním bytů a nebytových prostorů v domě s byty, a zákon č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání a o výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů (energetický zákon), ve znění pozdějších předpisů

• 269/2015 Sb. Vyhláška o rozúčtování nákladů na vytápění a společnou přípravu teplé vody pro dům

125ESB1 2015/2016 prof.Karel Kabele 167

Documents

Měření a regulace vytápění - cvut.cztzb.fsv.cvut.cz/files/vyuka/125esb1,125esbb/prednasky/...Podklady k přednáškam 125 ESB1 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 1 ČVUT v Praze