A légkezelő berendezések automatizálása
2007/1-2. lapszám | Müller István | 5370 |
Figylem! Ez a cikk 17 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A hőmérsékletszabályozás A hőmérsékletszabályozás tulajdonképpen az egész automatikánk lelke. Ezen áll vagy bukik a felhasználók komfortérzete és az energia takarékos felhasználása. A szabályozás két értékre történhet. Amennyiben a helyiségben, amire...
A hőmérsékletszabályozás
A hőmérsékletszabályozás tulajdonképpen az egész automatikánk lelke. Ezen áll vagy bukik a felhasználók komfortérzete és az energia takarékos felhasználása.
A szabályozás két értékre történhet. Amennyiben a helyiségben, amire a légkezelő dolgozik, nincs másodlagos fűtés (pl. radiátoros vagy padlófűtés), érdemes a
szabályozást az elszívott levegő hőmérsékletére végezni. Azért tanácsolom az elszívott ágba építeni az érzékelőt, és nem a helyiségbe, mert a falra szerelt érzékelő igen nagymértékben ki van téve a fal sugárzó hőmérsékletének (falhatás), ami hibás mérési eredményeket adhat. Mivel egy átlagos légkezelő óránként tíz-hússzoros légcserét végez, az elszívott levegő mérése garantáltan a helyiség levegőjének átlaghőmérsékletét adja. Másodlagos fűtés esetén viszont a befújt levegő hőmérsékletére érdemes szabályozni, mivel az előző módnál előfordulhat, hogy pl. a radiátoros kör túlfűti a helyiséget, a légkezelő automatikája pedig visszahűti. A hőérzet végeredményben kellemes lesz, de az energiapocséklásért nem kapunk dicséretet. A hasonlóság miatt most csak az első, kissé bonyolultabb módot vizsgáljuk.
A szabályozás lelke egy PI-szabályozó. A visszacsatolt jel az elszívott hőmérséklet, az alapjel a kívánt hőmérséklet értéke. Nagyon egyszerűen leírva a PI-szabályozó úgy működik, hogy ciklikusan megvizsgálja, mekkora a különbség a mért és a kívánt érték között, majd a beállított erősítésnek (P-paraméter), megfelelően beállítja a kimeneti értéket. Nézzünk egy gyakorlati példát: a kívánt értékünk 22 0C, a mért értékünk ugyanennyi. A különbség 0, tehát a kimenetünk is nulla lesz. Ha lecsökken a levegő hőmérséklete 21 0C-ra, a különbség már -1 K lesz, ez egy 10-es erősítésű indirekt szabályozónál 10-es kimeneti értéket jelent. A hőmérséklet 24 0C-os értékénél ez értelemszerűen -20-as kimenetet eredményez. Megint csak az érthetőség kedvéért vegyük úgy, hogy a pozitív kimeneti értékek a fűtési szelep, a negatív tartomány a hűtési szelep nyitását jelentik, tehát a példánál maradva, az alacsonyabb hőmérséklet 10%-os fűtési, a magasabb hőmérséklet 20%-os hűtési szelepnyitást eredményez. Ez elméletben nagyon szép, de a gyakorlatban semmi garancia nincs rá, hogy pl. a fűtési szelep 10%-os nyitása elegendő a levegő 21-ről 22 0C-ra történő melegítéséhez.
Ilyenkor lép működésbe a PI-szabályozó I tagja, aminek értékét másodpercben adjuk meg (vegyünk egy gyakorlati értéket: 100 mp). Először az I tag megvizsgálja, hogy a mért és a kívánt érték különbsége negatív vagy pozitív, vagyis fűtenünk vagy hűtenünk kell. Amennyiben pl. fűtenünk kell, az I tag a beállított integrálási idő alatt annyival növeli meg a kimeneti értéket, amennyit a P tag kiszámított.
Visszatérve az előző példához, amikor a 21 0C hőmérséklethez egy 10%-os fűtési kimenet tartozott, és feltételezzük, hogy a hőmérsékletünk nem változik, az I tag 100 mp alatt hozzáad még 10%-ot. Értelemszerűen, ha 900 mp alatt sem emelkedik a mért hőmérséklet, szelepünk 100%-ra nyit ki. Hűtési igénynél természetesen fordítva játszódik a folyamat. Látható, hogy ez az egyszerű, de nagyon intelligens algoritmus nagy hőmérsékletkülönbségnél nagyobb szelepnyitást és gyorsabb utánállítást eredményez, és ahogy közelít a kívánt és a mért érték, a P tag arányosan visszazár, az I tag pedig lassítja az után állítást. A folyamat addig tart, amíg kör meg nem találja azt a szelepállást, amikor a hőmérsékletünk megegyezik a megkívánttal. Az üzembe helyezéskor helyesen beállított paraméterekkel nagyon pontos, lengésmentes szabályozást lehet megvalósítani. A gyakorlati megvalósításban a fenti folyamatot egy kicsit bonyolítani kell, mivel szükségünk van egy befújt levegő minimumkorlátozásra, és van a rendszerünkben egy hővisszanyerő is.
Befújt levegő minimumkorlátozás
Egészségügyi szempontból nagyon fontos dolog, hogy a befújt levegő hőmérsékletét korlátozzuk valamilyen mértékben. Képzeljük el, hogy 30 0C-os nyári kánikulában indítjuk el berendezésünket. A szabályozó azt látja, hogy nagyon meleg az elszívott levegő hőmérséklete, ezért a hűtési szelepet addig tartja 100%-on nyitva, amíg a kívánt értéket meg nem közelíti. Ez akár 10-12 0C-os befújt levegőt is eredményezhet. 30 0C-os teremben emberek nyakába fújni 10 0C-os levegőt, az már tüdőgyulladás. Akkor járunk el helyesen, ha a befúvás hőmérsékletét a mindenkori elszívott levegő értékénél 8-10 0C-kal alacsonyabb értéken korlátozzuk, de a minimumérték nem lehet kevesebb 14-15 0C-nál.
A gyakorlatban ezt úgy tudjuk megvalósítani, hogy egy külön PI-szabályozót rendelünk a befújt érzékelőhöz, aminek alapjelét az előbb leírtak alapján az elszívott hőmérsékletből számoljuk ki. Kimeneti jelét összehasonlítjuk az alap PI-szabályozó kimenetével, és a fűtési szelepünkre a két jel közül mindig a nagyobb, a hűtési szelepre pedig a kisebb jelet engedjük.
A külső hőmérsékletkövető alapjel
Ha már az előbbi részben említettem a tüdőgyulladást, érdemes még egy szempontot figyelembe venni. Olyan terek szellőztetése esetében, ahol nagy ügyfélforgalom van, szintén egészségügyi szempontból nem szabad az alapjelet fix értéken tartani. Amennyire kellemes egész nap ülni egy 22 0C-os irodában, annyira kellemetlen a nyári hőségből belépni egy bank 22 0/pC-os előterébe. A megoldás az, hogy 25 0C-os külső hőmérséklet felett az alapjelet fokonként 0,5 fokkal meg kell emelni.
Hővisszanyerő-vezérlés
A hővisszanyerő berendezés vezérlését sokan nagyon leegyszerűsítik, pedig egy kis odafigyeléssel komoly energia-megtakarítás érhető el vele. Találkozhatunk forgódobos, közvetítőközeges, vagy - az előző lapszámunk ábráján látható -, leggyakrabban használt ún. keresztirányú hővisszanyerővel.
Működési elvük és a szükséges vezérlés nagyon hasonló. A szabályozásnál a következő módon kell eljárni. Először is a vezérlőprogramnak meg kell vizsgálnia, hogy a rendszernek fűtési vagy hűtési igénye van-e. Ezután össze kell hasonlítani a külső és az elszívott levegő hőmérsékletét. Amennyiben a külső hőmérséklet legalább 5 0C-kal alacsonyabb az elszívott hőmérsékletnél, akkor a hővisszanyerővel fűtési lehetőségünk van, és fordítva, ha a külső hőmérséklet magasabb, hűtési lehetőségünk van. Csak abban az esetben működtessük a hővisszanyerőt, ha az igény és a lehetőség megegyezik.
Fűtési üzemmódnál a szabályozóból a fűtési szelepre menő jelet kettéosztjuk, a 0.50% tartományban a hővisszanyerőt, az 50...100% tartományban pedig a szelepet vezéreljük ki 0.100%-ban (szekvenc-szabályozás). Hűtési üzemnél a gyakorlat azt mutatja, hogy sok értelme nincs a hővisszanyerővel a hűtést szabályozottan adagolni. Amennyiben a hővisszanyerőnek hűtési lehetősége van, vezéreljük ki 100%-ban, és csak a hűtési szelepre küldjük a szabályozó 0.100%-os jelét. A vezérlés forgódobos típusoknál a fordulatszám emelésével, a közvetítőközeges hővisszanyerőnél a szabályozószelep nyitásával, a példánkban bemutatott keresztirányúnál pedig a by-pass zsalu zárásával lehetséges.
Hővisszanyerő deresedés-védelem
Milyen esetekben deresedhet le egy hővisszanyerő? Vegyünk ismét egy elméleti példát. A helyiségből elszívott levegő 20 0C, és igen magas a páratartalma. A külső hőmérséklet -20 0C, a hővisszanyerő hatásfoka 50%. Kiszámolható, hogy ebben az esetben a hővisszanyerőn átmenő friss levegő 0 0C-ra fog felmelegedni, a kidobott levegő oldalán a hővisszanyerőről szintén 0 0C-os levegő távozik. Maga a hővisszanyerő felülete is 0 0C-os lesz, tehát az elszívott levegő párája kicsapódhat a felületre, és ráfagyhat. Ez elég kellemetlen, mert az elszívó ventilátorunk egy eljegesedett falat nyom, és felfújja az egész csatornát.
Valójában ezek elméleti állapotok, egy kedves barátom szerint ilyen eset az elmúlt 15 évben egyszer, a svájci hegyekben fordult elő. Én mégis azt tanácsolom, készüljünk fel rá, mivel az egész automatikához viszonyítva nem jelentős költség. Két megoldást javasolok. Az első, hogy a kilépő oldalára építsünk be egy termosztátot, értékét állítsuk +5 0C-ra, a második, hogy a hővisszanyerő ki- és belépő oldalára az elszívó ágban használjunk differenciál nyomáskapcsolót. Ha eltömődik a jegesedés miatt, megnő a nyomáskülönbség. Ez utóbbi módszert azért is célszerű használni, mert így az elszennyeződést is detektálni lehet. Találkoztam már olyan hővisszanyerővel, amin egy egész erdőnyi elszáradt falevél volt. A hibajelzést tegyük öntartóvá.
Szivattyúk vezérlése
A regiszterköri szivattyúkat akkor szükséges járatni, ha a hozzájuk tartozó szabályozószelep nyitva van, tehát vezérlőprogramunkban egyszerűen komparáljuk ki a szelepkimenetet, és 5%-nál nagyobb nyitás esetén indítsuk el a szivattyút. Előfordulhat, hogy a szabályozó pont ezen érték körül "lengedezik", ezért az állandó szivattyúkapcsolgatás elkerülésére iktassunk be egy 120 mp-es kikapcsolás-késleltetést (más néven utánfutás), így a szivattyú azonnal indul, ha szelep legalább 5%-ban nyit, de csak tartós, kétperces szelepzárás után áll le. Természetesen meg kell oldani, hogy leállított rendszernél se a szelepek, se szivattyúk ne működjenek, ezt egyszerűen a PI-szabályzók "0"-ába állításával célszerű megtenni.
Berágódás-védelem
Sokszor találkozni olyan esettel, hogy a fűtési szezon kezdetekor, a "nyári szünetre" a lerakódott vízkőre és szennyeződésekre való tekintettel a fűtési szivattyú és/vagy szelep leragad, és csak hosszas udvarlás és javítás után hajlandó magához térni. Ez elsősorban a kisebb, gyengébb teljesítményű berendezésekre jellemző. Érdemes erre odafigyelni. A legcélszerűbb megoldás, ha a programban a leállítási/lezárási parancs egy 168 órás (1 hét) időzítőt indít el, és ha ezen idő alatt egyszer sem kaptak az eszközök indítási parancsot, egy percre (vagy inkább a szelepek futásidejével megegyező időre) beindítjuk őket. Kicsi munka, de annál kevesebb bosszúság.
A rendszer kezelése
Akármennyire is biztosak vagyunk a dolgunkban, lehetőség szerint soha ne építsünk "fekete dobozokat". A beavatkozó terminál kezelését úgy tervezzük meg, hogy az ne nekünk, hanem a felhasználónak adjon segítséget az üzemeltetéshez. A jó terminál nem titkos kódokat, hanem egyértelmű megnevezéseket tartalmaz, menüjének felépítése logikus, átlátható. Sose feledjük, a légkezelő berendezéseket nem automatikás szakemberek vagy programozók, hanem általában gépészek üzemeltetik. Nagyon fontos, hogy korrekt, részletes dokumentációt mellékeljünk, olyat, hogy különösebb oktatás nélkül is megérthető legyen a berendezés működése. Volt már olyan megrendelésünk, ahol egy gyár új üzemeltető csapata arra kért fel bennünket, fejtsük meg, hogy meglévő berendezésük mitől és hogyan működik. És még egy jó tanács: tegyük hozzáférhetővé a belső PI-szabályozó paramétereket. Nincs annál bosszantóbb, mint ha kétszáz kilométert kell utaznunk, hogy egy lengő szabályozó integrálási idejét átírjuk.
Egy ilyen sokoldalú vezérlés tervezéséhez és programozásához nagy gyakorlat kell. Javaslom, hogy ennek hiányában használjunk inkább előre programozott kompakt szabályozókat (ilyen feladatra léteznek), bár ennél bonyolultabb felépítésű légkezelők automatizálása már csak DDC- vagy PLC-rendszerekkel lehetséges. Remélem, a cikk sokak munkájához ad használható ötleteket, ehhez sok sikert kívánok.
