www.label.pl | LAB-EL Elektronika Laboratoryjna
Elektronika Laboratoryjna

Strona pochodzi z pomocy programu LBX do nadzoru klimatu - temperatury, wilgotności, co2, wiatru, ...
Producent urządzeń (termometry, higrometry, barometry, mierniki, rejestratory) oraz oprogramowania do monitoringu parametrów klimatu.

Do pobrania: Program LBX

LAB-EL LB-762: metody sterowania

Chłodzenie

Do chłodzenia typowo przeznaczona jest chłodnica, na rysunku powyższym opisana jako chłodnica główna. System może być dodatkowo wyposażony w chłodnicę wstępną, która służy do schłodzenia powietrza za pomocą tańszego, łatwiej dostępnego medium niż chłodnica główna - może być to np. woda ze studni. Tym samym można uzyskać oszczędność energii na chłodzeniu, w przypadku gdy chłodzenie główne jest kosztowne.

System w takim układzie działa tak, że chłodnica wstępna jest używana jako pierwsza, do momentu kiedy nie jest już w stanie schłodzić powietrza zgodnie z wymaganiami. W tym momencie włącza się chłodnica główna.

Chłodnica wstępna występuje jako opcjonalna i może jej w systemie nie być.

Grzanie

Do grzania typowo przeznaczona jest nagrzewnica, na rysunku powyższym opisana jako nagrzewnica główna. System może być dodatkowo wyposażony w dwie nagrzewnice pomocnicze:

  • nagrzewnica wstępna - znajduje się na dolocie zewnętrznego powietrza, służy do wstępnego ogrzania zimnego powietrza dostającego się bezpośrednio z zewnątrz,
  • nagrzewnica dodatkowa - rzadko stosowany element systemu, znajduje się przed nagrzewnicą główą i służy do wykorzystania do ogrzewania dodatkowych źródeł ciepła w systemie - np. powietrza z rekuperacji.

Zarówno nagrzewnica wstępna jak i dodatkowa występują jako opcjonalne i może ich w systemie nie być.

Sterowanie nagrzewnicą wstępną

Sterowanie nagrzewnicą wstępną możliwe jest na dwa sposoby, zależnie od zamontowanych czujników temperatury:

  • wg temperatury zewnętrznej:

    Sterowanie nagrzewnicą wstępną wg temperatury zewnętrznej

    Ustalane są dwa progi temperatury zewnętrznej, przy których następuje rozpoczęcie i zakończenie włączania nagrzewnicy wstępnej. W ten sposób w czasie gdy spada temperatura zewnętrzna, stopniowo zaczyna się włączać nagrzewnica wstępna. Po osiągnięciu przez temperaturę zewnętrzną dolnego progu włączenia, nagrzewnica wstępna pracuje z pełną mocą.

  • wg temperatury za nagrzewnicą wstępną - ta metoda pozwala na dokładniejsze sterowanie temperaturą, ale wymagany jest dodatkowy pomiar temperatury za nagrzewnicą wstępną. Na podstawie pomiaru tej temperatury regulator płynnie steruje nagrzewnicą wstępną, tak aby uzyskać zadaną wartość.

Metody regulacji temperatury

Jednostopniowa regulacja temperatury

Jednostopniowa regulacja temperatury to prostsza i podstawowa metoda regulacji. W takim układzie jest jeden mechanizm regulacji wbudowany w regulator LB-762. Śledzi on aktualną temperaturę na hali, i na podstawie pomiędzy temperaturą zadaną i aktyualnie zmierzoną steruje urządzeniami wykonawczymi: grzaniem i chłodzeniem.

Dwuostopniowa regulacja temperatury

Dwustopniowa regulacja temperatury to bardziej zaawansowana metoda regulacji, która może dać lepsze wyniki. W procesie tym mamy dwa powiązane ze sobą mechanizmy regulacji, wbudowane w regulator LB-762:

  • pierwszy etap regulacji - parametry hali: na podstawie temperatury aktualnie zmierzonej na hali i temperatury zadanej, regulator wylicza temperaturę zadaną na wylocie tunelu klimatyzacyjnego, która to temperatura jest następnie używana jako wartość zadana dla drugiego etapu regulacji,
  • drugi etap regulacji - parametry klimatyzacji: na podstawie temperatury zadanej z pierwszego etapu i pomiaru temperatury w tunelu klimatyzacyjnym regulator wyznacza sterowanie urządzeniami wykonawczymi: grzaniem i chłodzeniem.

Dwustopniowa regulacja pozwala na uzyskanie mniejszych wahań parametrów powietrza w hali. Pierwszy etap regulacji wyznacza stosunkowo wolnozmienną temperaturę zadaną klimatyzacji, zaś drugi etap regulacji doprowadza do uzyskania zadanych parametrów w tunelu klimatyzacyjnym, co może się odbywać dużo szybciej, sprawniej i z mniejszymi wahaniami parametrów i mniejszymi "ruchami" urządzeń wykonawczych.

W przypadku regulacji jednostopniowej, bezwładność cieplna hali jest bardzo duża i czas reakcji na zmiany w grzaniu i chłodzeniu jest też duży. W przypadku regulacji dwustopniowej, bezwładność układu regulacji w tunelu klimatyzacyjnym jest dużo mniejsza, urządzenia wykonawcze działają spokojniej a za wyznaczenie odpowiedniej temperatury na wylocie klimatyzatora która będzie skutkować odpowiednimi parametrami powietrza w hali odpowiada osobny człon regulacyjny, który nie wpływa bezpośrednio na urządzenia wykonawcze.

Podział mocy pomiędzy urządzenie główne i wstępne/dodatkowe

Zarówno dla chłodnicy wstępnej, jak i dla nagrzewnicy dodatkowej (nie wstępnej) stosowana jest następująca metoda sterowania:

  • Ustalana jest wartość X, która oznacza stopień podziału mocy w procentach.
  • Dla mocy sterowania wyznaczonej przez regulator od 0 do X%, następuje sterowanie tylko urządzeniem słabszym (wstępnym - pomocniczym). Zakres mocy od 0% do X% przekładany jest na zakres 0-100% mocy urządzenia wstępnego.
  • Jeżeli regulator nadal nie jest w stanie opanować temperatury za pomocą tylko urządzenia wstępnego, wzrasta moc wyjściowa regulatora ponad wartość X i rozpoczyna się włączanie urządzenia głównego o większej mocy.
  • Dla mocy sterowania wyznaczonej przez regulator od X do 100%, następuje stopniowe sterowanie urządzeniem głównym. Zakres mocy od X% do 100% przekładany jest na zakres 0-100% mocy urządzenia głównego.
  • W zakresie mocy ponad X% cały czas jest włączone urządzenie wstępne o mniejszej mocy, wspomagając w miarę możliwości działanie urządzenia głównego.

Wilgotność

Metody sterowania wilgotnością

Do sterowania wilgotnością potrzebne są 2 mechanizmy: nawilżanie i osuszanie. Do nawilżania służą dedykowane urządzenia powodujące wprowadzenie odpowiedniej ilości wody do powietrza w hali (np. spryskiwacze). Do osuszania zwykle wykorzystuje się tunel klimatyzacyjny, w którym następuje najpierw schłodzenie powietrza poniżej temperatury punktu rosy, wykroplenie tym samym wody i następnie podgrzanie powietrza do zadanej temperatury.

Sterowanie wilgotnością możliwe jest na kilka sposobów:

  • według wilgotności względnej - bieżącej

    Regulator obserwuje aktualną wilgotność względną w hali i sterując nawilżaniem i osuszaniem doprowadza wilgotność w hali do wartości zadanej.

  • według wilgotności względnej - przewidywanej

    Ponieważ wilgotność względna jest zależna od temperatury, to nadążanie z wilgotnością za wartością bieżącą w sytuacji gdy temperatura nie jest jeszcze ustabilizowana może prowadzić do mało celowych zmian wilgotności i strat energii. Sterowanie według wilgotności przewidywanej pozwala na zmniejszenie tych strat. W tym celu regulator wylicza sobie aktualną i zadaną wilgotność bezwzględną (aktualną na podstawie bieżącej temperatury i wilgotności względnej, zadaną na podstawie temperatury i wilgotności zadanej) i proces regulacji odbywa się na podstawie docelowej wilgotności bezwzględnej.

    Powyższy wykres pokazuje sposób zmiany parametrów powietrza pomiędzy punktami oznaczonymi na niebiesko: zmiana temperatury przy zachowaniu stałej wilgotności względnej. Ścieżka czerwona - utrzymanie stałej wilgotności względnej za pomocą ciągłej regulacji, ścieżka czerwona - zmiana wilgotności na podstawie wyznaczenia wilgotności bezwzględnej w punkcie docelowym. Jak widać, ścieżka zielona jest bardziej optymalna ze względu na równomierność zmiany wilgotności bezwzględnej - jest krótsza i tym samym wymaga mniej energii.

  • według deficytu wody

    Deficyt wody wyrażony w g/kg to metoda określenia wiglotności polegająca na ustaleniu ile masy wilgoci (wilgotności bezwzględnej) brakuje do pełnego nasycenia pary wodnej (wilgotność względna = 100%).

    Jak widać z powyższego wykresu na którym niebieskimi odcinkami zaznaczony jest stały deficyt wody = 2g/kg (jako odstęp od czerwonej linii oznaczającej pełne nasycenie pary wodnej i tym samym wilgotność względną = 100%), stała wartość tak oreślonej wilgotności oznacza różną wilgotność względną w różnych temperaturach.

  • według odparowania

    Metoda ta służy do takiego utrzymania wilgotności w hali, aby uprawiane grzyby odparowywały stałą ilość wody wyrażoną w g/h.

    Aby regulator mógł wyznaczyć odparowanie z uprawy (czyli ile wilgoci wydziela z siebie uprawiany grzyb), niezbędne jest ustalenie wielu dodatkowych parametrów:

    • prędkość powietrza w dolocie przy aktualnej prędkości wentylacji,
    • przekrój dolotu powietrza, to razem z prędkością pozwala wyliczyć objętość powietrza wpadającego do hali,
    • wilgotność i temperaturę względną powietrza w dolocie - wymagany jest dodatkowy psychrometr zainstalowany na wylocie tunelu klimatyzacyjnego,
    • szacunkowa efektywność odparowania - jaka część wilgoci prowadzonej do hali w efekcie nawilżania faktycznie trafia do powietrza w postaci pary wodnej (reszta "ucieka") w postaci wody lejącej się po ścianach/podłodze).

    Powyższe parametry pozwalają wyliczyć masę wody wprowadzoną na halę. Mając do dyspozycji pomiar wilgotności w hali, różnica pomiędzy tymi wielkościami to masa wody pojawiająca się w postaci odparowania z uprawy.