Regulatory i sterowniki

W wielu przypadkach pojęcia regulacja i sterowanie są używane zamiennie, traktowane jak synonimy. Jednak sterowanie jest pojęciem szerszym i ma miejsce wtedy, gdy jedna lub kilka wielkości wpływają w sposób zamierzony na przebieg danego procesu. Natomiast regulacja to sterowanie w układzie zamkniętym ze sprzężeniem zwrotnym. W innych językach obydwa te pojęcia są czasami określane jednym słowem.

Praca regulatora

Do zobrazowania, na czym polega regulacja, posłużyć może regulator centralnego ogrzewania z czujnikiem temperatury zewnętrznej. Dobra regulacja instalacji grzewczej powinna uwzględniać zmianę temperatury zewnętrznej i w zależności od niej ustawić odpowiednią temperaturę wody wychodzącej z kotła (źródła ciepła). O tym, jaka to powinna być temperatura, decyduje krzywa grzania informująca, jakiej temperaturze zewnętrznej odpowiada temperatura zasilania instalacji.

Pojęcie układ regulacji obejmuje wszystkie elementy, które biorą udział w działaniu regulacyjnym – zarówno regulator, jak i obiekt regulacji. Ten ostatni jest tą częścią instalacji, w której wielkość regulowana jest mierzona i poprzez regulator zmienia wielkości wejściowe.

Wielkość regulowana (np. temperatura zasilania) mierzona jest przez czujnik w miejscu pomiaru (zasilenie c.o.), a wynik przekazywany jest do członu nastawczego znajdującego się na wejściu do obiektu regulacji (kocioł lub mieszacz). Miejsce pomiaru zawsze znajduje się poza miejscem nastawiania. W technice grzewczej dokonuje się pomiaru temperatury, w klimatyzacji np. wilgotności, ale są też układy, w których mierzona jest różnica ciśnień lub strumień masy powietrza albo wody.

Coraz większe wymagania stawiane instalacjom grzewczym i klimatyzacyjnym spowodowały, że zarówno konstruktorzy regulatorów i termostatów, jak i projektanci szukają rozwiązań, które w prosty sposób pomogłyby te rosnące wymogi spełnić. Elektronika i rozwój techniki komputerowej ułatwiły im to zadanie.

Centralne ogrzewanie pracujące z czujnikiem temperatury zewnętrznej i regulatorem z nastawianą krzywą grzania dopasowuje się z temperaturami zasilania instalacji c.o. do zmieniających się strat ciepła przez przegrody zewnętrzne. Jednak już zmiana obciążenia cieplnego (na plus lub na minus) w jednym pomieszczeniu nie zostanie uwzględniona, gdyż nie ma możliwości oddziaływania na całą instalację.

Termostat w pomieszczeniu

Jeśli przy grzejnikach znajdują się zawory termostatyczne, mogą one w pewnym zakresie próbować doprowadzić do wystąpienia w pomieszczeniu temperatury zadanej, dławiąc dopływ wody do grzejników.

Ze zwiększaniem mocy grzejnej grzejników, gdy nagle wzrasta zapotrzebowanie na ciepło, mogą już się wiązać kłopoty. Umieszczony na parterze domu termostat pokojowy sterujący kotłem centralnego ogrzewania nie ma szans uwzględnienia sytuacji na piętrze.

W takim przypadku sterowanie (termostat) nie jest rozwiązaniem wystarczającym do zapewnienia komfortu cieplnego w całym budynku. Konieczne jest zainstalowanie regulatora, który nie wyłączy kotła, dokąd na piętrze temperatura odbiegać będzie od zadanej.

Pamiętajmy, że termostat pokojowy steruje kotłem lub mieszaczem niezależnie od temperatur panujących w poszczególnych pomieszczeniach. Na temperaturę w pomieszczeniu może wpływać zawór termostatyczny przy grzejniku. Dlatego w niektórych projektach centralnego ogrzewania dodaje się 15% mocy grzejnika, aby mógł on zapewnić odpowiednią temperaturę, bo sygnał do zwiększenia przepływu przez grzejnik lub jego dławienie wychodzi z głowicy bezpośrednio do grzybka w zaworze grzejnikowym.

Błędy sterowania

Brak analizy, skąd do regulatora przychodzi sygnał, z czym ma być on porównywany i co należy z tą informacją począć, to częsta przyczyna złej pracy instalacji. Pół biedy, jeżeli błąd układu regulacji zauważymy na etapie projektowania lub w trakcie wykonywania instalacji, kiedy można jeszcze układ zmienić czy dołożyć niektóre elementy. Gorzej, gdy błędy układu „wychodzą” w trakcie eksploatacji.

Może się wydawać, że dostępne na rynku termostaty i regulatory są w stanie usunąć każdy błąd projektanta. Informacje podawane w opisach technicznych urządzeń zdają się potwierdzać taką możliwość. W wielu przypadkach jest to oczywiście prawda, nie należy jednak zapominać, jakim kosztem odbywa się taka „korekta błędów”. Najczęściej wiąże się ona z większym zużyciem energii, gdyż instalacja nie pracuje w warunkach optymalnych.

Podawane przez producentów urządzeń grzewczych i klimatyzacyjnych informacje pokazują wyraźnie, na jakie oszczędności energii możemy liczyć, jeśli zastosujemy dane rozwiązanie. Ale nie wystarczy tylko dane urządzenie zamontować – należy dobrze przemyśleć jego zastosowanie w konkretnej instalacji, a każda z nich jest przecież inna.

Przykład: instalacja grzewcza zasilana jest z różnych źródeł ciepła. Zapotrzebowanie na ciepło jest stałe i możemy odnieść się jedynie do kosztów tej energii (z różnych źródeł), a nie do jej oszczędności. Jeśli jednak porównamy różne układy regulacyjne takiej instalacji, możemy zacząć mówić o rzeczywistych oszczędnościach.

Prawidłowo zaprogramowany dobowo i tygodniowo regulator zmieniający parametry pracy instalacji w zależności od aktywności pomieszczeń z pewnością pozwoli zaoszczędzić i energię, i pieniądze. Pamiętajmy, że obniżenie temperatury w pomieszczeniu o 1°C to ok. 5% mniej zużytego ciepła. Zatem wykorzystanie możliwości regulatora lub nawet termostatu pokojowego z odpowiednim programem może być zabiegiem bardzo opłacalnym.

Oferta rynkowa

Na rynku są dostępne systemy regulacyjne dla poszczególnych pomieszczeń. Umożliwiają nie tylko zaprogramowanie różnych temperatur w ciągu całego dnia pracy, ale także włączanie i wyłączanie ogrzewania w poszczególnych dniach tygodnia. Systemy te pomyślane zostały także dla takich obiektów, jak przychodnie lekarskie czy biura z kilkoma pomieszczeniami. 

Radiowe sterowanie poszczególnymi elementami układu regulacyjnego i stałe odczyty parametrów w pomieszczeniu to oferta, którą można znaleźć u prawie każdego producenta. Przykładem może być system oferowany do sterowania i regulacji ogrzewania podłogowego. Instalatorzy i użytkownicy ogrzewania płaszczyznowego wiedzą, jak trudno je wyregulować.

Ogrzewanie podłogowe składa się najczęściej nie z jednej pętli grzejnej, a z kilku. W zależności od ich mocy i sposobu zasilania lub gdy wykonane zostały na „oko”, a nie obliczone, potrafią sprawić użytkownikom różne niespodzianki.

Chyba najczęściej spotykaną jest grzanie jednej lub najwyżej dwóch pętli, podczas gdy inne pozostają chłodne. Dzieje się tak zwykle dlatego, że pętle zostały przewymiarowane i źle ustawiono termostaty sterujące poszczególnymi pętlami. Gdy pierwsza (umownie) strefa dobrze się nagrzeje, termostaty następnych stref otrzymują sygnał, że są dostatecznie ciepłe i blokują zasilanie. 

Odpowiedni system pozwala na uniknięcie takich sytuacji. Nie zapominajmy jednak, o czym już była mowa, że nawet najlepszy system regulacji nie wyeliminuje całkowicie skutków błędów popełnionych przy projektowaniu i wykonawstwie.

Instalowanie systemów regulacji i sterowania umożliwiających wpływanie na parametry w poszczególnych pomieszczeniach wciąż jest przez wielu użytkowników uważane za niepotrzebny wydatek, jedynie zwiększający koszty inwestycyjne. Jednak coraz więcej fachowców uważa, że o oszczędnościach czy niepotrzebnych wydatkach można rozmawiać tylko wtedy, gdy uwzględni się koszty eksploatacji. 

Co może nam dać indywidualna regulacja centralnego ogrzewania? 

W Niemczech przebadano pod tym kątem 72 mieszkania, a wyniki wykazały nie tylko konkretne oszczędności energetyczne – zaobserwowano także wzrost zadowolenia mieszkańców, którzy mogli wpływać na warunki panujące w ich miesz­kaniach [2]. 

W raporcie z badań wymieniono korzyści, jakie odnoszą użytkownicy budynków, w których wprowadzono indywidualną regulację. Najważniejsze to:

• dowolne programowanie grzania i chłodzenia,
• możliwość ustawiania minimalnej i maksymalnej temperatury,
• tworzenie stref obejmujących pomieszczenia o podobnej charakterystyce cieplnej (np. pomieszczenia w szkołach i biurach znajdujące się po przeciwnych stronach budynku względem słońca),
• wykorzystanie ogrzewania powierzchniowego do chłodzenia, z ograniczeniem temperatury, by nie doszło do wykraplania się pary wodnej,
• stały pomiar temperatury w pomieszczeniu i szybka reakcja na zmieniające się obciążenie cieplne,
• łatwe programowanie procesu grzania lub chłodzenia dzięki elektronicznym urządzeniom z wyświetlaczem.

Inwestor i projektant często będą sobie zadawali pytanie, czy korzystać z kablowego lub radiowego zasilania i pracy układu regulacyjnego. Jak zwykle każde z rozwiązań ma wady i zalety. W trakcie modernizacji bezprzewodowa instalacja nie wymaga prowadzenia kabli, a przez to kucia ścian. W przypadku nowych budynków kablowe połączenia zwyciężają.

Literatura

1. Steimle F., Kurs klimatyzacji, Arkady 1979.
2. Wärme und Kühlung komfortabel geregelt, IKZ-Haustechnik No. 23-24/2012.
3. www.honeywell.com.pl.
4. www.danfoss.com.pl.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!