Az előző fejezetben megismerkedtünk az egyszerűbb felépítésű légkezelő berendezések automatizálásához szükséges eszközökkel, reteszfeltételekkel, és a hőmérsékletszabályozás alapjaival. Ebben a számban vizsgáljuk meg a páratartalom-szabályozás lehetőségeit. A vezérlési és szabályozási módszereknél itt is DDC-vezérlési lehetőségeket tárgyalunk.


Párásítás
A gyakorlatban két alapszabályozást különböztetünk meg. Az első egyszerűbb feladat, amikor csak a levegő relatív nedvességének növelésére van szükség. A nedvesítő berendezés működési elvét tekintve sokféle lehet, a merülőelektródás gőzfejlesztőtől a központi gőzvezetékről betáplált gőzszelepes berendezésig, de lényege mindegyiknek, hogy a befúvó ágban áramló levegőbe vizet (gőzt) porlaszszon, és azt a helyiségbe juttassa.

Automatizálási szempontból minket csak a vezérlés módja érdekel, ez pedig a legtöbb esetben egy indító (engedélyező) kontaktussal és 0…10 V-os jellel történik. A relatív nedvesség mérése történjen az elszívó ágban, ha erre nincs lehetőség, akkor a helyiségben. A ma használatos relatív nedvesség-távadók aktív kapacitív érzékelők, legtöbb esetben 24 V DC tápfeszültséget igényelnek, és kimeneti jelük 0…10 V vagy 0 (4)…20 mA. A nedvesítő vezérlése és szabályozása a hőmérsékletszabályozáshoz hasonlóan egy PI-szabályozóval történjen, ennek működését már az előző számban leírtam, lényege ugyanaz.

A nedvesítésnél azonban nagyon fontos két reteszfeltétel kialakítása. Az első, hogy csak valóban működő, levegőt szállító légkezelő berendezés esetén engedélyezhetjük a nedvesítő működését. Erre több lehetőségünk van. Legegyszerűbb az előző fejezetben tárgyalt ékszíjfelügyelet, vagyis a befúvó ventilátor szívó- és nyomóoldalára csatlakoztatott differenciál-nyomáskapcsolóval detektált légszállítás. Ha valamilyen okból erre nincs lehetőségünk, a befúvó ágba épített mechanikus vagy elektronikus légáramlás-kapcsolóval vagy légsebesség-távadóval is megoldható a feladat. A lényeg: ha nincs megfelelő légáramlás, a nedvesítőt le kell állítani, ellenkező esetben szép nagy víztócsák lesznek a légkezelőben, rosszabb esetben azon kívül is.

A másik fontos működési reteszfeltétel a befújt nedvesség határolása. Ez kétféleképpen valósítható meg. Az egyszerűbb megoldás, ha a befúvó légcsatornába higrosztátot építünk. Értékét 85-90 RN%-ra állítjuk, és amennyiben a higrosztát kapcsol, tehát a relatív nedvesség értéke meghaladja a beállított értéket, tiltsuk le a szabályozónk kimenetét. Másik, kicsit finomabb megoldás, ha a befújt ágba is nedvesség-távadót építünk. Vezérlőprogramunkat úgy írjuk meg, hogy külön PI-szabályozót rendelünk a befújt és az elszívott érzékelőhöz, és a két szabályozó 0...100%-os (0…10 V-os) kimenetét egy minimumérték-kiválasztón keresztül engedjük a nedvesítőre. A befújt-érzékelő PI-alapjelének a korlátozás értékét (80-90 RN%) adjuk meg.

Ebben az esetben, amíg a befújt nedvesség értéke a határolás alatt van, a hozzá tartozó PI-szabályozó kimeneti értéke 100%, azaz az alapszabályozó (elszívott nedvesség PI) működésébe nem szól bele, mivel a minimumkorlátozó a 100% alatti jeleket teljes mértékben "ráengedi" a nedvesítő berendezésre. Ha a befújt érték meghaladja a beállított 80-90 RN%-ot, és a befújt PI leszabályozza a kimenetét pl. 30%-ra, ekkor az elszívott nedvesség PI-szabályozója hiába kívánna nagyobb kimeneti vezérlést, a minimum-kiválasztó bekorlátozza 0…30% közé. Ha ennek hatására a befújt nedvesség értéke csökken, arányosan magasabb kimeneti értéket enged a vezérlés a nedvesítő berendezésre.

Szárítás
A szárításra is képes vezérlés kicsit bonyolultabb, mintha csak nedvesíteni szeretnénk, mert míg az előző esetben elegendő egy nedvesítő berendezés, ez esetben szükségünk van hűtési energiára és utófűtésre is. A reteszfeltételeket tekintve a szárítás megegyezik az előbb leírtakkal, tehát szükséges a légáram megléte és a befújt nedvesség határolása is, ezért ezt nem tárgyaljuk újra, de a szabályozás egy picit megváltozik. Hogy megértsük a működési elvet, először nézzük az alap PI-szabályozónk kimenetét.

Eddig a PI 0%-os kimenete a nedvesítés leállítását, a 100%-os vezérlőjel pedig a teljes nedvesítést jelentette. A százalékban kifejezett vezérlőjelekhez hozzárendeltük a 0…10 V-os kimeneti feszültségszintet, amivel a nedvesítő berendezést vezéreltük. Most osszuk meg a kimenetet két részre. A 0...50% közötti tartomány legyen a szárítás, az 50...100% pedig a nedvesítés szabályozási tartománya. Természetesen a kettéosztott vezérlőjel így közvetlenül nem rendelhető a 0...10 V-os kimenethez, mert csak két fél tartományt kapnánk. A PLC-ben ezért a jeleket meg kell "formálni", és létre kell hoznunk egy szárítási vezérlő kimenetet és egy nedvesítő kimenetet, az ábra szerint. A 100%-os PI-kimenethez rendeljük a nedvesítés-vezérlőkimenet 100%-os jelét, az 50%-os PI-kimenethez pedig 0%-os nedvesítési igényt. A szárítási tartománynál pedig a PI 50%-os jeléhez 0%-os szárítási kimenetet, a 0%-hoz pedig 100%-os szárítást. Ez elméleti esetben azt jelenti, hogy ha a rendszerünknek sem szárítani, sem nedvesíteni nem kell, az alap PI 50%-os jelet fog kiadni, és mivel az 50%-hoz mindkét tartományban 0%-os kimenet tartozik, sem szárítani, sem nedvesíteni nem fogunk.

Magas páratartalom esetén a PI-kimenet 0%-ot ad, tehát teljes szárításon üzemelünk, és fordítva, alacsony páránál, a PI 100%-os kimeneténél teljes nedvesítésünk és 0% szárításunk lesz. A nedvesítés viszonylag egyszerű feladat, de a szárítási tartományt vezérlési oldalról azért egy kicsit tovább kell cifrázni. Ha magas a relatív nedvességünk, a levegőből ki kell csapatnunk a feles víztartalmat. Kicsapatni úgy lehetséges, hogy a levegő hőmérsékletét harmatpont alá hűtjük, így a hűtési regiszter felületén kicsapódik a szükséges nedvességtartalom. Tehát hűtenünk kell, de honnan tudjuk, hogy mennyire? Ez egy érdekes kérdés, mert ha hűteni kezdjük a beszívott levegőt, aminek az abszolút nedvessége nem változik, azt fogjuk látni, hogy minél jobban hűtjük, annál magasabb lesz a mért relatív nedvességünk. Ez érthető, mivel a víztartalom maradt, csak a hűtés következtében csökkent a levegő térfogata, tehát a relatív nedvesség megnő.

Nézzünk erre egy elméleti példát: a kívánt relatív nedvességünk (alapjel) 50 RN%, a mért értékünk 65 RN%, tehát szárítanunk kell. Tételezzük fel, hogy az alap PI-szabályozó erre az állapotra egy 40%-os kimeneti jelet ad (ez csak elméleti példa, ami függ a PI erősítésétől és az utánfutástól). A tartományok kettéválasztásából látható, hogy ehhez 20% szárítási kimenet tartozik. Ez a 20%-os jel tulajdonképpen a hűtési szelep nyitását jelenti (erre később még részletesen kitérünk), azaz hűteni kezdjük a levegőt. És most jön az, amiről az előbb beszéltünk, azaz tovább nő a mért relatív nedvesség. Ennek hatására a PI-szabályozó csak azt látja, hogy a mért érték növekedett, tehát növelni fogja a kimeneti szárítási parancsot, amitől tovább hűl a levegő hőmérséklete, és nő a relatív nedvesség. Ez aztán a róka fogta csuka! De meddig tart ez a folyamat? Ameddig közbe nem szól a hőmérsékletszabályozás.

Tudniillik a nedvességszabályozóval együtt a rendszerben működik még egy szabályozó a hőmérsékletre is. A hőmérsékletszabályozó PI-kimenete ugyancsak ketté van osztva, ugyanúgy, ahogy a nedvességszabályozóé, az egyik tartomány a hűtési szelepet, a másik a fűtést vezérli, erről már részletesen beszéltünk az első fejezetben. Látszik, hogy ha egyszerre akarunk szárítást és hőmérsékletszabályozást, akkor a hűtési szelepünket két oldalról kell meghajtanunk. A megoldás az, hogy a nedvesség- és a hőmérsékletszabályozótól érkező jelet egy maximum-jelkiválasztón csatoljuk a hűtési szelepre. Mindig az a jel érvényesül, amelyik nagyobb mértékben szeretné azt nyitásba vezérelni.

A szemléletesség kedvéért, megint nézzünk egy elméleti esetet. Tételezzük fel, hogy a vizsgált pillanatban a hőmérsékletszabályozó megtalálta egyensúlyi állapotát, a mért és a kívánt hőmérséklet megegyezik. Ez az állapot mondjuk 25%-os hűtési szelepnyitásnál van. A mért relatív nedvesség az elszívott ágban 60 RN%, tehát a rendszernek szárítani kell, ezért a hozzá tartozó PI a hűtési szelepet 40%-ba vezérli. Mivel a nagyobb jel jut érvényre, a hűtési szelep is ilyen mértékben nyit. Ezzel a szelepállással viszont a szükségesnél jobban hűtjük a levegőt, a hőmérsékletszabályozó PI csökkentené ugyan a szelep nyitását, de hiába teszi, a páraszabályozó felülbírálja. Közben a jobban lehűtött levegő nagyobb relatív nedvességet jelent, a szárítási igény tovább nyitja a hűtési szelepet. Az aláhűtött levegő miatt a hőmérsékletszabályozó nem tehet mást, nyitni kezdi a fűtési szelepet, és visszafűti a levegőt. A folyamat egészen addig tart, amíg a beszívott levegőt a hűtési regiszter a levegő harmatpontja alá nem hűti.

Ez az a hőmérséklet, amelyen az adott hőmérsékletű és nedvességtartalmú levegő a folyékony vízre nézve telítetté válik. A harmatpontnál - a harmatpont-hőmérsékletnél - alacsonyabb környezeti hőmérsékletnél megindul a víztartalom kicsapódása, a kondenzáció. A gyakorlatban ez az érték légállapottól függően 8-10 0C környékén van. A kicsapódás miatt már ténylegesen csökken a levegő abszolút nedvességtartalma, és mivel a hőmérsékletszabályozó a lehűtött levegőt visszafűti, így csökken a mért relatív nedvességünk is, és a hőmérséklet is megfelelő lesz. A fenti módszer nagyon korrektnek tűnik, azonban van még néhány szempont, amit figyelembe kell vennünk. Az első, ami hamar kiderül, hogy a szárításhoz bizony egyszerre kell fűtenünk és hűtenünk, ami nem nevezhető éppen energiatakarékos megoldásnak.

Programunkba ezért tegyünk egy kapcsolót, amellyel ki tudjuk kapcsolni a szárítási funkciót, adjuk meg a felhasználónak a döntés lehetőségét. Ezt nagyon egyszerűen meg tudjuk tenni, a páraszabályozótól a hűtési szelep felé menő jelet kapcsoljuk fixen nullába. A másik, ami legalább ilyen fontos, hogy feltétlenül mérnünk kell a fűtési regiszterre menő víz hőmérsékletét. Képzeljük el, hogy nyáron leállítják a kazánt, és vezérlésünk szárítani kezdi a levegőt. A szabályozási leírásból egyértelműen látszik, hogy a rendszer teljes nyitásba vezérli a hűtési szelepet, így a levegőt, teljesítménytől függően, akár 8- 9 0C-ra hűti. A hőmérsékletszabályozó ugyan kinyitja a fűtési szelepet, de hiába, nincs energia, ami visszafűtené a levegőt. Megoldás: kapcsoljuk ki a szárítási üzemmódot az előbb leírtak szerint, ha nem áll rendelkezésünkre elegendő meleg víz.