Automatizace tepelných zdrojů s kondenzačními kotli FERRO KONDENS

V souvislosti s rostoucím využíváním kondenzační techniky při výrobě tepla, získává na významu modulované, přesněji spojité řízení výkonu tepelných zdrojů - kotlů.

Přizpůsobování provozu zdroje okamžitému požadavku spotřeby co do kvantity (teplo) a kvality (teplota) přináší nepřerušovaný rovnoměrný provoz na nejnižší možné teplotní úrovni. Takový provoz poskytuje maximální míru využití kondenzačního tepla vodní páry obsažené ve spalinách a současně minimalizuje teplotu spalin (komínovou ztrátu).

Zatímco přínos modulace u nízkoteplotních kotlů není výrazný, je pro kondenzační kotle modulace a velikost regulačního rozsahu, významným kvalitativním parametrem.

Příspěvek se nevěnuje vlastní kondenzační technice spalování, která provoz v širokém regulačním rozsahu a s vysokou mírou využití energie paliva poskytuje. Je zaměřen na popis moderní regulace, která tuto možnost plně využívá. Je nastíněna koncepce rozdělení regulačních a řídících funkcí mezi vlastní automaty kotlů a modulové regulátory u výrobků dodávaných firmou FERRO Wärmetechnik.

Moderní kondenzační kotle obsahují výkonné řídící jednotky, které nejen zajišťují bezpečný provoz kotle, ale přinášejí i další možnosti. Automat kotle bývá schopen zajišťovat běžné regulační funkce - diagnostikovat a monitorovat stav kotle, sběrnicově komunikovat s okolím apod. Míra funkcí, které automat moderního kotle zahrnuje je jedním z parametrů, kde lze očekávat v budoucnu další posun. Už dnes se však jedná o otázku smysluplnosti nikoli o mez technických možností.

Všechny kondenzační kotle firmy FERRO Wärmetechnik s výkony od 25 do 350 kW (do 65 kW nástěnné a od 100 do 350 kW podlahové provedení) mají shodnou základní koncepci:

Výkon je spojitě řízen změnou otáček ventilátoru na vstupu spalovacího vzduchu. Od měřeného průtoku vzduchu je řízeno množství plynu. Kvalita spalování a účinnost se v širokém regulačním rozsahu nemění.

Všechny tyto kotle jsou osazovány jednotně automatem MCBA řady 1400 D. Tento automat na základě měření teplot, tlaků a tlakových diferencí zajišťuje bezpečný provoz kotle a současně umožňuje regulaci vytápění a ohřevu TUV pro základní hydraulické zapojení podle obrázku.

Obr.1 Regulace automatem kotle MCBA

Regulace ohřevu probíhá na konstantní žádanou hodnotu a regulace vytápění je možná v následujících variantách:
(A = automat kotle, PT = prostorový termostat, TV = snímač venkovní teploty, SR = počítač žádaných hodnot.)

1. A (bez příslušenství) - regulace na konstantní teplotu
2. A + PT - regulace na konstantní teplotu, prostorový termostat kotel vypíná/zapíná
3. A + TV - regulace na "ekvitermní teplotu"
4. A + TV + PT - lze volit jeden z následujících způsobů řízení:
   • regulace na ekvitermní teplotu, prostorový termostat kotel vypíná/zapíná
   • regulace na "ekvitermní teplotu", prostorový termostat přepíná mezi denním a útlumovým provozem (automat nemá reálný čas)
5. A + TV + SR - regulace s plným komfortem (časové programy topení i TUV, prázdninové programy, adaptace topné křivky a předstihu zatápění, ochrana proti legionelám, ..) Přístroj SR je současně dálkovým ovladačem.

Jediným vybavením, úměrným aplikaci kondenzačního kotle, je varianta 5 - viz obr 2, protože tzv. počítač žádaných hodnot umožňuje plné využití potenciálu kondenzace a ve srovnání s cenou kotle představuje položku zanedbatelnou.

Obr.2 Řízení kotle počítačem žádaných hodnot SR

Automat kotle prostřednictvím svého ovladače (na kotli) nebo připojeného PC umožňuje:

• monitorování provozního stavu
• monitorování provozních parametrů (teploty, výkon, otáčky ventilátoru)
• nastavování parametrů (uživatelská, servisní a výrobní úroveň)
• chybová hlášení.

Využitím PC lze všechny stavy a parametry měnit, monitorovat a archivovat. Významným přínosem je možnost sledování časových průběhů provozních parametrů, což umožňuje statické a zejména dynamické doladění systému. Je to přínos především u kaskádových kondenzačních zdrojů, u kterých jsou podmínky pro optimální využití kondenzace v praxi jen zřídka splněny.

Regulační možnosti automatu MCBA jsou překročeny v situaci, kdy hydraulické zapojení se oproti obr.1 zkomplikuje. Obecně lze říci, že doplnění regulátoru je nutné, pokud je požadována regulace směšováním a v případě zapojení kotlů do kaskády.

Nové regulátory FERRO MATIC 70/75 jsou stejně jako předcházející řady 31/32/35 a 40/45 modulové, parametrické regulátory, upravené pro možnost přímé instalace do kotle. Jsou rozměrově i konektorově kompatibilní s řadou 40/45. Ze sortimentu je třeba volit vhodný typ a nastavením parametrů jej konfigurovat na konkrétní systém. Regulátory disponují vstupní (měřící) stranou, reléovými výstupy pro řízení akčních členů (stupňové kotle, čerpadla, pohony směšovačů) a sběrnicovým rozhraním. Použitým protokolem je eBus, který byl vyvinut se zaměřením na aplikace řídících systémů pro technické zabezpečení budov omezeného rozsahu.

Obr.3 Komunikace po sběrnici eBus

Kondenzační kotle FERRO KONDENS s automatem MCBA jsou řízeny prostřednictvím sběrnicové komunikace, zadáváním požadovaného výkonu (otáček ventilátoru). Tento způsob umožňuje řídit celou kaskádu kondenzačních kotlů (max. 8) jediným regulátorem.

Obr.4 Rozsah řízení regulátoru FERRO MATIC 75 (řízení soláru alternativně k řízení cirkulace TUV)

Podle typu regulátoru lze stejným regulátorem ekvitermně řídit až dva topné okruhy, ohřev TUV a volitelně řídit cirkulaci TUV nebo regulovat solární zdroj. Pro rozšíření regulačních funkcí lze regulátory sběrnicově propojovat do max. počtu 5. Na sběrnici lze připojovat i dálkové ovladače pro jednotlivé topné okruhy. Sběrnicové rozhraní umožňuje také využití komfortního programového vybavení. Servisní software vedle programování a monitorování (z místa nebo přes modemové připojení) poskytuje možnost automatického vyžádání servisního zásahu.

Tepelné zdroje jsou někdy projektovány jako kombinace kondenzačních a nekondenzačních kotlů. Tato koncepce vede ke snížení investičních nákladů bez výrazného ovlivnění roční provozní účinnosti. Nekondenzační kotel totiž většinu roku slouží jen jako záloha a pokud vůbec je do provozu uveden, pak krátkodobě a v nejchladnějším ročním období, kdy teplota vratné vody z topného systému bývá mimo oblast kondenzace. Ke kondenzačnímu kaskádovému zdroji podle obr.4 lze přiřadit jedno nebo dvoustupňově řízený kotel, který může být řízen stejným regulátorem.

Rozsah použitelnosti je dán skutečností, že na jedné síti eBus je možné provozovat max. 5 regulátorů. Z toho vyplývají následující omezení pro řízený systém:

• V kaskádě max. 8 kotlů z toho max. 5 kotlů řízených stupňově.
• Max. 10 ekvitermně řízených topných okruhů, každý s možností dálkového ovládání a napojením na TELECOMAND (ovládání volným nebo potenciálovým kontaktem). Rozšiřitelné o dalších 10 topných okruhů propojením s další lokální sítí.
• Celkem max. 5 odděleně řízených ohřevů (TUV, bazén, ..).
• Max. 5 externích požadavků (např.od vzduchotechniky)
• Max. 1 solární zdroj (rozšiřitelné připojením samostatného solárního regulátoru).

Navzdory zcela nové technice ovládání je pro obsluhu a servis nový regulátor "starým známým", neboť byl zachován postup jeho programování a ovládání.

Veškeré programové funkce vycházejí z mnohaletých zkušeností a plně využívají technické možnosti (adaptivní algoritmy, diagnostika, nízkoteplotní ochrana nekondenzačních kotlů, optimalizace provozu kondenzačních kotlů, energetický management, atd.).

Bližší popis jednotlivých funkcí představíme následně v samostatném textu.