Čo je regulácia, snímače a akčné členy
12.1 Čo je regulácia
Zdroj tepla, rúrky a ventily sú telo systému. Regulácia je jeho nervová sústava: meria, porovnáva a zasahuje. Od nej závisí pohodlie aj spotreba.
Každá regulácia má tri časti: snímač meria, regulátor rozhoduje, akčný člen vykoná zásah. Spolu tvoria regulačný obvod so spätnou väzbou: výsledok zásahu sa znova zmeria.
- Žiadaná hodnota angl. setpoint, značka w
- Hodnota, ktorú chceme dosiahnuť. Napríklad 22 °C v obývačke alebo 48 °C v zásobníku teplej vody.
- Regulačná odchýlka jednotka K (kelvin)
- Rozdiel medzi žiadanou a skutočnou (nameranou) hodnotou. Pri 22 °C a 21,3 °C je odchýlka 0,7 K. Čím je väčšia, tým silnejšie regulátor zasahuje.
- Hysteréza spínacia diferencia, jednotka K
- Rozdiel medzi teplotou zapnutia a vypnutia. Bráni tomu, aby zariadenie spínalo každých pár sekúnd. Pri izbových termostatoch býva 0,2–1 K.
Riadenie (ovládanie) spätnú väzbu nemá: časový spínač zapne čerpadlo o 6:00 bez ohľadu na výsledok. Regulácia výsledok meria. Odbor aj časť projektu, ktorá sa tým zaoberá, sa volá MaR – meranie a regulácia.
Dvojpolohová a spojitá regulácia
Dvojpolohová regulácia (zapnuté/vypnuté, on/off) pozná len dva stavy. Tak pracuje jednoduchý izbový termostat: pod dolnou hranicou zapne, nad hornou vypne. Teplota preto stále mierne kolíše okolo žiadanej hodnoty.
Spojitá regulácia vie nastaviť akúkoľvek polohu medzi 0 a 100 %. Regulátor typu PI (proporcionálno-integračný) zasahuje úmerne veľkosti odchýlky a navyše koriguje odchýlku, ktorá trvá dlho. Výsledkom je stabilná teplota bez kolísania.
Termopohon na rozdeľovači vie len otvoriť alebo zatvoriť. Lepšie regulátory ho preto riadia pulzne (PWM, šírková modulácia impulzov): v cykle napríklad 15 minút ho nechajú otvorený 9 minút a 6 minút zatvorený. V priemere to zodpovedá otvoreniu na 60 %. Dvojpolohový pohon sa tak správa takmer ako spojitý.
12.4 Snímače
Regulácia je len taká dobrá ako údaje, ktoré dostáva. Snímač na zlom mieste alebo nesprávneho typu pokazí aj najlepší regulátor.
Teplotu merajú odporové snímače: ich elektrický odpor sa mení s teplotou. Najčastejšie sú dva typy. NTC má pri rastúcej teplote klesajúci odpor, typicky 10 kΩ pri 25 °C. PT1000 je platinový snímač s odporom 1 000 Ω pri 0 °C, ktorý s teplotou rastie. Typy nie sú zameniteľné, používa sa snímač predpísaný výrobcom.
Snímače a ich použitie
| Snímač | Čo meria | Kde sa používa |
|---|---|---|
| Príložný teplotný | Teplotu povrchu rúrky | Prívod za zmiešavacím ventilom. Menej presný. |
| Ponorný teplotný | Teplotu vody, v ponornom puzdre | Zásobník, akumulačná nádoba, potrubie. |
| Podlahový | Teplotu poteru, uložený v chráničke medzi rúrkami | Kúpeľne, ochrana drevenej podlahy pred prehriatím. |
| Vlhkosti | Relatívnu vlhkosť vzduchu v % | Izbové ovládače, rekuperácia, kúpeľne. |
| Rosného bodu | Vznik kondenzátu na povrchu rúrky alebo teplotu rosného bodu | Plošné chladenie – rozdeľovač, prívodné potrubie. |
| CO2 | Oxid uhličitý v ppm; presné snímače typu NDIR (infračervené) | Riadenie vetrania. Do 1 000 ppm je vzduch dobrý. |
| VOC a PM | Prchavé organické látky (pachy, výpary) a prachové častice PM2,5 a PM10 | Riadenie vetrania, monitorovanie kvality vzduchu. |
| Tlaku a prietoku | Tlak vody (bar), tlakový rozdiel (Pa), prietok (l/min) | Tlak v sústave, zanesenie filtrov, ochrana tepelného čerpadla. |
12.5 Akčné členy
Akčný člen je sval regulácie. Mení elektrický signál na pohyb ventilu, otáčky čerpadla alebo zopnutie spotrebiča.
| Prvok | Čo robí |
|---|---|
| Servopohon zmiešavacieho ventilu | Elektromotor s prevodovkou, otáča ventilom. Trojbodový má tri stavy: otvára, zatvára, stojí; celý zdvih prejde orientačne za 1–4 minúty. Pohon 0–10 V dostáva priamo žiadanú polohu, podobne ako stmievač svetla: 5 V znamená 50 %. |
| Prepínací ventil | Trojcestný ventil s pohonom. Nič nemieša, posiela vodu jedným alebo druhým smerom: do vykurovania alebo do zásobníka teplej vody. |
| Čerpadlo s riadením otáčok | Regulátor signálom PWM alebo 0–10 V mení otáčky, a tým prietok. Tepelné čerpadlo si tak drží správny rozdiel teplôt medzi prívodom a spiatočkou. |
| Klapka so servopohonom | Otvára alebo priškrcuje prúd vzduchu vo vzduchotechnike, napríklad obtok (bypass) v rekuperačnej jednotke. |
| Relé a stýkač | Malým prúdom z regulátora spínajú veľký prúd. Relé menšie záťaže (čerpadlo), stýkač veľké (elektrická špirála, kompresor). |