Přehled regulace v technice prostředí staveb

V objektech lze obecně uplatnit různou regulaci. Pro rozsáhlejší objekty, které jsou vhodně orientovány vzhledem ke světovým stranám a mají rozdílné oslunění fasád, je nanejvýš vhodné uplatnění zónové regulace, která přesněji postihuje různící se potřebu tepla. Proto si v úvodu uveďme alespoň jednoduché rozdělení regulace.

Typy regulace

Regulaci lze rozdělit podle způsobu řízení na:

  • Nepřímou regulaci, kdy je regulována vstupní teplota vody do otopné soustavy (např. v závislosti na venkovní teplotě vzduchu - ekvitermně).
  • Přímou regulaci, kdy je regulována vstupní teplota vody proudící do soustavy.
  • Regulaci podle zátěže či zátěží.

1. Regulace podle vnitřní teploty vzduchu

V tomto případě je snímána teplota vzduchu ve vytápěném prostoru a jako řídicí veličina vysílána do regulátoru. Regulátor tak postihne i poruchovou veličinu. Snímač je montován do referenční místnosti, podle které jsou ovládány i ostatní místnosti. Vzniklá regulační odchylka v referenční místnosti zapříčiní změnu teploty přívodní vody, čímž se začne "vyrovnávat" teplota i v ostatních místnostech, i když to v některých není nutné. Toto chování působí negativně u relativně velkých a rozlehlých bytů. Uvedená regulace má stálé dopravní zpoždění, které se musí udržovat co nejmenší, aby se zabránilo rozkmitání regulačního obvodu. Používají se regulátory s P a PI chováním, či dvoupolohové se zpětnou vazbou, eventuálně kaskádová regulace. Čidlo, většinou s ovladačem, musí být umístěno na místě, kde nebude ovlivněno místními zdroji tepla.

Regulační systém může být výhodný při osazení termostatických regulačních ventilů (TRV). V referenční místnosti by samozřejmě TRV být neměly, jelikož by se oba systémy ovlivňovaly a stávaly by se neúčinné. Výhodou regulace podle vnitřní teploty vzduchu je rovněž chování při omezeném provozu otopné soustavy, jako je noční útlum. Teplota vzduchu je čidlem snímána a i přes den se může při volbě nočního provozu omezit dodávka tepla až na sníženou vnitřní teplotu, jako pro noční provoz. Při dosažení nejnižší hraniční teploty se začne opět vytápět.

2. Ekvitermní regulace

Tento způsob regulace se nazývá ekvitermní regulace. Potřeba tepla ve vytápěném objektu je závislá na venkovní teplotě. Na vnější fasádě umístěné čidlo předává elektronickou formou informaci regulátoru. Regulátor pracuje podle zadané charakteristiky, tzv. otopné křivky. Zde je potřeba tepla regulována proporcionálně k venkovní teplotě, je možné na tomto základě regulovat teplotu přívodní vody přímo v závislosti na teplotě venkovní. Závislost obou veličin je dána tzv. otopnou křivkou. Křivka a její prohnutí odpovídá použitým otopným tělesům resp. použité otopné ploše a tak odpovídá mocninné funkci s exponentem např. n = 1,3. Křivku lze přizpůsobit pro danou soustavu a její vlastnosti pomocí jejího naklánění či posunu. Regulace přívodní teploty je rychlá s malým dopravním zpožděním, tj. s velkým poměrem Tu/Tn. Tato regulace se dnes používá u většiny soustav s event. přídavnými funkcemi.

Čtěte také: Palubní deska Fabia a Roomster – regulace jasu

Při použití regulátorů, které regulují teplotu otopné vody v závislosti na venkovní teplotě vzduchu, tedy při použití ekvitermní regulace, dosahujeme úspor tepla vzhledem k původní spotřebě podle druhu objektu 10 až 25 %.

Závislost otopné křivky

Průběh této charakteristiky závisí ve skutečnosti na projektovaném teplotním spádu na otopných tělesech (např. 75/65, 70/55, 55/45 °C, atd.), ale také na druhu otopné soustavy resp. otopné plochy (konvekční vytápění - otopná tělesa, sálavé vytápění - stropní, podlahové a stěnové) a tepelně-technických vlastnostech vytápěného objektu. Regulátor reguluje pouze teplotu přívodní otopné vody v závislosti na venkovní teplotě vzduchu. Teplota zpětné vody se mění v závislosti na podmínkách, za kterých pracuje celá soustava.

Nastavení otopné křivky

Při prvním nastavení regulátoru se většinou nastaví teplota vstupní vody podle projektu. Správného nastavení otopné křivky se však nedá dosáhnout definováním jediného bodu. Pro optimální nastavení regulátoru je potřebné znát správnou polohu otopné křivky. Tu lze zjistit pouze odzkoušením, tj. experimentem zjistit vhodnou teplotu vstupní vody a jí přiřadit křivku v regulátoru. Předchozí způsob je časově značně náročný a vede k úspěchu jen tehdy, když je provozovatel upozorněn a poučen o nutnosti nastavení.

Pro vyšší venkovní teploty se doporučuje přednostně posun otopné křivky do jiné úrovně a u nižších venkovních teplot je vhodné upřednostnit změnu sklonu otopné křivky. Při změně sklonu otopné křivky zůstává její výchozí bod stále nezměněn, a tak např. při venkovní teplotě te = + 20 °C je nastavena teplota přívodní otopné vody tw1 = 20 °C. V oblasti vysokých venkovních teplot přes te = + 5 °C je působení na změnu teploty přívodní vody relativně malé. V oblasti vyšších venkovních teplot se posune úroveň otopné křivky a tak je výsledek změny větší vzhledem k zvýšení teploty přívodní vody, než by byl u změny sklonu křivky.

Čím dále od sebe leží dva body otopné křivky, tj. čím je větší rozdíl venkovních teplot (např. te = + 5 °C a te = - 5 °C), tím je určení správné otopné křivky přesnější. Synchronním přestavením sklonu a úrovně se nechají otopné křivky nastavit tak, aby pokryly celé pole průběhů. V mnohých případech musíme použít jak sklánění, tak úrovňový posun křivky. Protože se odezva na regulační zásah projevuje po delší době (někdy i hodiny) změnou teploty vytápěného prostoru, bude správné nařízení otopné křivky probíhat mnohdy dlouho. Zde se odečítá vnější teplota vzduchu a teplota vstupní vody do soustavy je nastavována podle otopné křivky.

Čtěte také: Jak se recykluje EPS?

Aby regulace nebyla náchylná na krátké teplotní výkyvy, aktuální venkovní teplota se koriguje na geometrickou venkovní teplotu. Zvolená otopná křivka, která odpovídá vlastnostem objektu, platí pouze v případě, že chceme vytápět prostory na 20 °C. Avšak je zřejmé, že pokud chceme vytápět např. na 12 °C, budeme potřebovat nižší teplotu otopné vody.

Funkce ekvitermní regulace je silně závislá na správné volbě otopné křivky.

3. Ekvitermní řízení se zpětnou vazbou na vnitřní teplotu

Vzhledem k vnějším a vnitřním tepelným ziskům vstupuje do ekvitermní regulace zpětná vazba z prostoru. Nejedná se zde tedy o čisté ekvitermní řízení, ale o ekvitermní řízení se zpětnou vazbou na vnitřní teplotu. Dlouhodobá regulace na základě zpětné vazby z prostoru dokáže přizpůsobit (adaptovat) odhadem zadanou otopnou křivku vlastnostem vytápěného objektu (změna strmosti otopné křivky a paralelní posun). Pokud skutečná teplota odpovídá nastavené, tak platí: ti,wk = ti,w. V opačném případě změna žádané teploty prostoru způsobí paralelní posun otopné křivky, a tím změnu teploty otopné vody. Následkem tohoto zásahu se odchylka sníží. Ze vztahu je také patrné, že zásah je přímo úměrný odchylce. Velice důležitou součástí tohoto mechanismu je faktor vlivu K, kterým je možno přímo ovlivnit chování soustavy (zvýšit, resp. utlumit vliv teploty prostoru).

Ekvitermní regulace zabezpečuje rovnováhu mezi výrobou a spotřebou tepla. Je to skutečně pravda, avšak tato rovnováha je závislá na určitém předpokladu, který se nazývá vyladěná otopná křivka. To je jeden z důvodů vyšších úspor. Další důvod je ten, že se vyrobí teplo pouze o potřebné kvalitě (teplota otopné vody). Požadavky na teplotu otopné vody vždy směřují od spotřeby tepla (otopná křivka a vliv teploty v prostoru) ke zdroji tepla (kotel). Je to z toho důvodu, abychom mohli nezávisle řídit více otopných okruhů, které mají různý odběr tepla v čase a potažmo jiné požadavky.

Kotel připravuje vodu podle nejvyššího požadavku spotřebitele a ještě s určitým navýšením, které je nutné z hlediska dalšího směšování. U otopných okruhů s čerpadly je toto převýšení automaticky nulové.

Čtěte také: odolnější vozidla s technologií Sika

4. Regulace podle zátěže

Regulace podle zátěže představuje řízení teploty vody v závislosti na potřebě tepla, a to bez použití venkovního nebo prostorového čidla teploty. S přibývající kvalitou budov (lepšími tepelně-technickými vlastnostmi) má venkovní teplota na skutečnou potřebu tepla stále menší vliv. Řízení zátěží a řízení podle potřeby tepla jsou koncepčně zcela shodné. Potřebu tepla regulátor vypočítá přes poměr spínacích časů hořáku jako aktuální zátěž kotle q. Požadovaná teplota kotlové vody či teplota vody přiváděné do soustavy je řízena podle křivek zátěže.

Výhodou tohoto řízení je:

  • rychlá odezva na potřebu tepla u dobře tepelně izolovaných budov,
  • produkce pouze aktuálně potřebného množství tepla,
  • zohlednění cizích zdrojů tepla (tepelných zisků).

5. Ekvitermní řízení s ohledem na aktuální potřebu tepla

U obvyklého způsobu ekvitermního řízení se navíc zohledňuje aktuální potřeba tepla. Při tomto způsobu řízení je požadovaná teplota kotle resp. teplota přívodní otopné vody tvořena jako kombinace z ekvitermního řízení a řízení zátěží. K zajišťování optimální regulace či řízení je nezbytné znát informace o dynamických a statických vlastnostech regulované či řízené soustavy.

Důležitost znalostí a odborníků

Břímě znalosti základních informací a požadavků tak leží na odbornících z oboru Techniky prostředí budov či TZB. Souhrn údajů představuje soustavu popisující a určující parametry regulace, resp. řízení. Využití informací o dynamice a požadavcích na regulovanou soustavu pak znamená, při návrhu regulačních obvodů, vždy jiné zadání, které vede např. k určení matematického modelu, adaptivního systému řízení, duálního systému či tzv. samoučicích se systémů.

Knihy na téma regulace v technice prostředí staveb, jako např. „Otopné soustavy a jejich regulace za účelem úspor energie“ od J. Bašty, „Hydraulika a řízení otopných soustav“ od J. Bašty nebo „Regulace klimatizačních a vytápěcích zařízení“ od K. Hemzala a K. Laboutky, poskytují jak teoretické, tak praktické poznatky v oblasti řízení a regulace vytápěcích, větracích a klimatizačních zařízení.

Obsah odborných publikací často zahrnuje:

  • I. Připomenutí základů řízení: Řízení - ovládání, Regulované soustavy, Regulace a regulátory, Nastavení regulátorů u spojitých lineárních regulačních obvodů.
  • II. Regulace ve vytápění: Regulace tepelného toku, Regulační armatury, Regulace příkonu tepla, Regulace kotle, Řízení kotlů v kaskádě, Regulace výměníků.
  • III. Regulace ve vzduchotechnice: Regulace teploty vzduchu, Regulace vlhkosti, Směšování jako prostředek řízení, Regulace a protimrazová ochrana, Koncepce regulace dílčí a úplné klimatizace.

Obvody řízení klimatizace

Znalost témat jako regulační armatury, principy řízení zdrojů tepla pro vytápění, zařízení, principy řízení klimatizace, členů regulovaných soustav klimatizace a obvodů řízení klimatizace jsou klíčové pro správnou aplikaci regulační techniky v technice prostředí.

Důsledky správné regulace

Správná regulace v technice prostředí staveb vede k významným úsporám energie a zvýšení komfortu v budovách. Zvláště ekvitermní regulace, doplněná o zpětnou vazbu z prostoru a optimálně nastavenou otopnou křivku, je jedním z důvodů vyšších úspor, protože se vyrábí teplo pouze o potřebné kvalitě (teplota otopné vody).

tags: #přehled #regulace #v #technice #prostredi #staveb

Oblíbené příspěvky: