Automatické regulace vytápění

K uskutečnění optimální regulace nebo optimálního řízení je nezbytné znát informace o dynamických a statických vlastnostech regulované či řízené soustavy. Tyto údaje představují souhrn takových údajů, které soustavu popisují a určují její parametry. Určit matematický model nebo optimální regulátor můžeme buď jednou provždy (pokud jsou vlastnosti neměnné), nebo určit optimální regulátor trvale v procesu regulace, mění-li se dynamické vlastnosti v čase a rozměru. Využití informace o dynamice regulované soustavy je při návrhu regulačních obvodů vždy jiné, ať už se jedná o určení matematického modelu, jiné u adaptivních systémů řízení, jiné u duálních systémů nebo u tzv. učících se systémů. Systémy posledně jmenované jsou dnes předmětem nasazování do ústředních členů regulací jako centralizovaný systém řízení. O těchto nebude v článku dále pojednáváno z titulu velkého rozsahu látky.

Nejdokonalejší regulační soustavou se všemi prvky regulace (čidlo, snímač, přenos, poruchové veličiny, ústřední regulátor, akční veličina, výstupní člen, koncová servosmyčka) je člověk sám, který dokáže rychle nebo pomalu reagovat na vnější podněty, aniž by musel zvlášť nastavovat tzv. "konstanty regulátoru", kterými jsou v automatizační technice zesílení, proporcionalita, integrační konstanta, derivační konstanta, zpoždění derivačního kanálu aj. Nepřeberné množství podnětů, které se na technologiích pracně snímají snímači (tlak, teplota, otáčky, rychlost, rozdíly teplot, průtok) a přenášejí do ústředního členu, člověk dokonale zpracuje během milisekund, aniž by použil drahé snímače provozních hodnot a svým algoritmem reaguje pomocí (v automatizační technice tak nazývaných) výstupních členů.

Je pravdou, že někdy s kladnou zpětnou vazbou (což je princip pokus - omyl), ale většinou správně se zápornou zpětnou vazbou, což je podmínka správné regulace, v automatizační technice nazývané, tzv. "tři kmity". Těchto tří kmitů musíme dosáhnout při správně nastavených konstantách regulačního obvodu, ať už jakéhokoliv, k tomu směřuje úsilí při hledání optimálního nastavení technologie a práce seřizovacího technika ASŘTP na hotových a smontovaných technologiích. Regulované soustavy, které se v praxi vyskytují, vykazují více či méně nelineární vlastnosti (statické i dynamické), což značně ztěžuje návrh regulačních obvodů, zejména odhad jejich vlastností v době zpracování projektu automatické regulace. Pokud samotný regulátor nemá adaptivní vlastnosti (nepřizpůsobuje svůj algoritmus řízení proměnným provozním vlastnostem regulované soustavy), musí být nastaven pro průměrné statické a dynamické vlastnosti regulované soustavy.

Statické jsou dány jejím zesílením a dynamické jejími časovými konstantami a dynamickým zpožděním. Toto bude odpovídat pouze jednomu optimálnímu stavu soustavy. Pokud chceme zaregulovat soustavu, je nutno zjistit uvedené parametry pro všechny její požadované stavy a zvolit střední hodnotu. Toto lze provést na již realizované soustavě nalezením grafického zápisu chování identifikovaného členu měřicími metodami za použití měřicích přístrojů. I tak je často správná volba výchozích zjednodušujících předpokladů otázkou zkušenosti a praxe provádějícího pracovníka a v praxi vypěstované intuice seřizovacího technika ASŘTP.

Při této příležitosti mi to nedovolí se nezmínit o vědním oboru - Bionika - studujícím příklady z přírody a zabývajícím se aplikacemi do techniky prostředí. Mám na mysli třeba příklad tzv. "studených nohou" - proč nepřimrzne kachna k ledu, když na něm stojí - princip využívají rekuperátory tepla. Nebo stavba iglú, vytápěná vlastními těly a maximálně jednou lampou na rybí tuk. A co dokonalá solárně poháněná ventilace v termitištích, už je na světě průhledný izolační materiál s pórovou ventilací. Metoda pokus - omyl také přináší výsledky. Každá taková soustava je soustavou regulační, u které se musí vyřešit její tzv. identifikace (zvláště členů regulačního obvodu). Nejvíce se uplatňuje metoda měření přechodových charakteristik. I tato má své nevýhody v tom, že někdy nelze vyloučit nebo zanedbat změny nesledovaných veličin (u slunečních kolektorů třeba změna počasí, náhlý odběr vody, změna průtoku aj.)

Příklad sejmuté charakteristiky otevřeného reg. obvodu soustavy nT - 3. řádu
Z obrázku je patrný rozdíl mezi přechodovou charakteristikou ideální - obr. 1 a přechodovými charakteristikami skutečnými, obr. 2 sejmutými z konkrétních zařízení s rozdílným časem T (sec.). Úsek "Tu" je současně jedním z měřítek regulovatelnosti soustavy. Je možno říci, že daná soustava bude tím obtížněji regulovatelná, čím úsek "Tu" bude větší - řád soustavy statické vyšší. Je možno říci, že soustavy čtvrtého a vyššího řádu jsou obtížněji regulovatelné a je nutno jejich návrhu věnovat více pozornosti.

Obr. 1: Přechodová charakteristika statické soustavy

Pokud budeme mluvit o regulované soustavě, tak mám na mysli každé zařízení nebo jeho část, na kterém se provádí regulace. Je to například nádrž s vodou s přítokem a odtokem, plynový, uhelný, či parní kotel, výměník tepla, solární ohřívač, chemický reaktor nebo vzduchotechnická jednotka. Je jasné, že nádrž s vodou bude možná jednoparametrová soustava, ale reaktor bude zcela určitě soustava mnohoparametrová. Má-li se správně zaregulovat jako celek, musí mít nejméně tolik akčních veličin, kolik má hlavních veličin regulovaných. Tyto se budou chovat lineárně nebo naopak nelineárně. Platí zde zákon tzv. superpozice u lineárních soustav - výsledný účinek několika vstupních signálů, působících v několika místech, je roven součtu účinků způsobených každým signálem jednotlivě. Pro nelineární soustavy toto neplatí, což je měřítkem rozlišitelnosti soustav. Pro návrhy a vyšetřování dynamiky je otázka linearizace velmi důležitá, ale v mém příspěvku se tímto dále nebudeme zabývat, protože nebude dále zmínka o matematických popisech soustav.

Obr. 2: Odezvy otevřeného regulačného obvodu na skokovou změnu žádané hodnoty Δφ_ž = 0,1

U astatických soustav po trvalé jednorázové změně - skoku - vstupní veličiny se ustálí konstantní rychlost změny výstupní veličiny, to znamená, že výstupní veličina časem trvale mění hodnotu, trvale narůstá nebo klesá - prakticky je omezena pouze nelinearitami.

U statických soustav výstupní veličina mění svoji hodnotu a po určitém čase se ustálí na nové hodnotě, kde setrvává, pokud není donucena tento stav změnit.

Dále se v regulační technice rozeznávají pojmy jako akční veličina, poruchová veličina, regulovaná veličina, doba průtahu, doba náběhu, okamžitá hodnota, integrační, derivační časová konstanta aj. V další části se budeme zabývat popisem jednotlivých částí a členů regulačního obvodu.

Regulátory
Pod pojmem regulátor je v regulační technice zahrnována veškerá přístrojová technika, připojena k technologickému zařízení za účelem jeho regulace. V případě jednoduchých jednosmyčkových obvodů se jedná o snímač, ústřední regulátor, koncovou servosmyčku, akční orgán.

Snímač (čidlo)
Převádí fyzikální hodnotu regulované veličiny na signál vhodný k přenosu informace o stavu této veličiny na větší vzdálenosti a vhodný ke zpracování v dalších částech regulátoru. Přitom pod pojmem čidlo rozumíme vlastní měřicí element (např. odporová vložka teploměru, membrána apod.), zatímco pojem snímač představuje již konkrétní přístrojové vybavení, které v sobě zahrnuje jednak čidlo, jednak část pro převedení signálů čidla na signál jednotné úrovně. (př. 0 - 20 mA, 4 - 20 mA, 0 - 5 V, 0 - 10 V, odpor Ω, aj.).
Při volbě čidla, prezentované snímačem, pro regulační soustavu musíme postupovat dosti obezřetně a vybírat ze široké škály nabízené různými výrobci tak, abychom se už v této fázi nedopustili velké chyby a tou je časová konstanta přenosu, nelinearita čidla, ne-li jeho nepřesnost, vhodnost použití do prostředí, připojení atd. Teploměry v jímkách mají časovou konstantu až několik minut, což může způsobit rozkmitání soustavy nezávisle na funkci regulátoru. Volíme vždy s co možná nejkratšími časovými konstantami. Pokud se totiž shodují časové konstanty soustavy a regulátoru, pro regulaci nastává nejnepříznivější stav a regulace se rozkmitá. Toto může nastat i v případě dlouhodobého "nečištění" jímek, ve kterých jsou umístěny teploměry. Nánosy kamene způsobí zhoršení přenosu teploty na čidlo a nastává stejná situace - rozkmitání regulace.

Výběrem snímače, jeho vhodným umístěním na technologii, pravidelnou údržbou dosáhneme kvalitní regulace. Pro příklad nemusíme chodit daleko - srovnejte si holou ruku dítěte, které se dotklo rozpálené žehličky a mozolnatou ruku dospělého. Srovnejte přenosy a reakce - ta bude vždy stejná, stejným směrem, ale bude se lišit časem, časovou konstantou. Při návrhu snímače, jeho umístění, hraji velkou roli technické parametry, přetížitelnost, krytí, způsob snímání (kondenzační smyčky, tlumiče tlakových rázů aj.).

Ústřední regulátor
Představuje prvek regulačního obvodu, ve kterém se informace o stavu regulované veličiny zpracovává podle předem daného a nastaveného algoritmu. Sem patří široká škála regulátorů - jejich ústředních částí - od různých výrobců, kterých je na trhu opravdu dost. Všechny tyto tzv. klasické regulátory mají buď pevně předem daný algoritmus řízení, u něhož se nastavováním jeho parametrů potlačují, nebo naopak zesilují jeho funkční složky. Takřka výhradně se používají algoritmy typu P - proporcionální, PI - proporcionálně integrační, PID - proporcionálně integračně derivační. U klasických jednoparametrových regulátorů - ústředních částí - s uvedenými algoritmy se ustálily rozsahy stavitelných parametrů v provozně i výrobně výhodných mezích, takže návrhy nových přístrojových řešení se zaměřují spíše na konstrukční řešení a zajištění připojitelnosti všech signálových cest.

Jiná situace je u regulátorů víceparametrových, které svou ústřední částí dokáží obsáhnout i několik funkcí, provést několik druhů a způsobů regulace (na konstantní hodnotu, poměrová regulace, vlečná regulace, s proměnou aj.) a dokáží pracovat i se všemi snímači a výstupními obvody najednou. Jedná se o digitální regulátory, které vedle základního programového vybavení mají možnost sestavení programu řízení programátorem, který dle požadovaného algoritmu řízení regulované soustavy jako celku sestavený a odladěný program do ústřední části tzv. vypálí do paměti. Tento program lze v průběhu provozu měnit, doplňovat, avšak pouze použitím technických prostředků stejných, jako při tvorbě programu. Je možno rovněž použití zaknihovaných programů nebo modulů ústředních částí s předem připraveným programem, který se vymění podobně jako vestavný blok s konektorem. Na rozdíl od klasických, analogových, kde úpravu činnosti lze provádět bez programátora. Zde jsou zastoupeny digitální stanice, mající možnosti desítek vstupů AI, DI a výstupů AO a DO. Velikost a kapacita se určují požadavky technologie provozu. Do této skupiny patří i ústřední části adaptivních, duálních a samoučících regulačních stanic, fuzzy regulátory, roboty. Z velké škály českých výrobků jmenuji výrobky: Tronic - Control, Termit - Variant - aj. Klasické regulátory zajišťující jednoparametrovou regulaci nebo modulové verze těchto analogových regulátorů (jsou i digitální) jsou ve srovnání s výše popsanými podstatně levnější, jak materiálově, tak i co se týká inženýrských prací při uvádění do provozu, tvorbě programu apod.

Koncová servosmyčka
Představuje v podstatě samostatný zpětnovazební obvod, který zajišťuje proporcionální změnu výstupního signálu (polohy páky servopohonu), úměrnou změně vstupního (výstupního) signálu ústředního regulátoru. Proporcionální pásmo procentuelně vyjádřeno je reálné číslo, udávající rozsah vstupního signálu, který způsobí plné otevření nebo zavření servopohonu. Je to v podstatě polohový servomechanismus, sestávající se ze servomotoru a zesilovačů, zapojených do obvodu zpětnou zápornou vazbou. Na seřízení z hlediska výsledku celé regulace nejvíce záleží a je to dle zkušeností největší a nejčastější porucha regulačního okruhu.

Servosmyčka jako celek je nelineární člen, pro různé skokové změny vstupního signálu se poloha páky servopohonu pohybuje vždy stejnou rychlostí, servopohon táhlový se vysouvá také stejnou rychlostí. Z uvedeného je zřejmé, že dynamická nelinearita servopohonu, ať už jakéhokoliv, ovlivňuje stabilitu regulačního obvodu přímo úměrně, a proto na jejím seřízení závisí z velké části kvalita regulace.

Akční orgán
Je v praxi představován nejčastěji regulačním ventilem, regulační klapkou apod. Převádí změnu polohy servomotoru na změnu akční veličiny (průtok), kterou se řídí změny veličiny regulované. Často představuje hlavní zdroj statických nelinearit obvodu, což má za následek zhoršování regulačních vlastností obvodu. Má být s přenosem Fa=1, což v řadě praktických případů není. V daném rozsahu se statické zesílení mění. Proto nejdůležitější je návrh správně dimenzovaného akčního orgánu. Někteří projektanti akční orgán předimenzují tak dokonale, že regulace běží nikoliv na 40 - 60 % zdvihu ventilu, ale je v pásmu necitlivosti pod 20%, kdy regulace vykazuje největší nepřesnost. Vyměnit ventil za jiný je nákladná záležitost, zvláště když Kv je velké.

V další části se budeme zabývat prostředky automatizace, aplikované v oboru TZB.

V prvé řadě se zmíním o akumulační nádrži. Pro návrh rozmístění čidel, snímačů, elektrických ventilů, čerpadel aj. není tak rozhodující jaký je objem, tvar apod., ale způsob využití teplonosné látky v ní obsažené, k čemu je využívána, kolik zdrojů do ní vstupuje, počty a řazení spotřebičů. Mluvím-li o regulaci, mám na mysli nádrž osazenou třemi teplosměrnými vložkami a dvěma elektrickými vložkami. Základem pro návrh je skutečnost, že v nádrži se bude vrstvit voda od nejchladnější po nejteplejší směrem nahoru. V horní části je osazena vložka TUV nebo nerezový zásobník, ve střední části je připojen kotel, krb, ve spodní části solární ohřívač. Vodní náplň je společná pro podlahové vytápění a radiátory (proto ten tlak v nádrži a připojen expanzomat).

V blokovém schématu projektové dokumentace zakreslíme rozmístění teplotních čidel, ovládání čerpadel, ovládání a napojení elektrických topných spirál, spínání stupňů hořáků kotlů, ovládání směšovacích ventilů, zabezpečovací systém. Jsou-li postaveny kotle a sluneční kolektory se samostatnými regulacemi (což už spousty výrobců dodává ke svým výrobkům), vstupujeme do jejich automatiky jenom s digitálním výstupem ON-OFF, případně snímáme teplotu. Někteří výrobci jdou s automatizací tak daleko, že nahrazují i předpokládané technické zařízení u odběratele po stránce připravených vstupů a výstupů řídicí techniky ve své automatice. Ty se však ve většině případů nevyužijí a prodražují výrobky. Investor má však možnost volby.

Obr. 3: Řízení kotelny

Tvorba vlastního algoritmu řízení vytápěcí soustavy nebo nuceného větrání je záležitostí technologa MaR, který zvolí způsob řazení jednotlivých úkonů v čase s ohledem na potřeby a stav technologie. Z jeho podrobného popisu pak programátor sestaví uživatelský program řízení a přenese do paměti ústředního členu. Doladění programu probíhá za provozu soustavy. Způsob, jak je sestaven a odladěn program, el. zapojení silno- slaboproud, je know-how prováděcí firmy. Řídíme-li akumulační nádrž, pak se jedná o nabíjení a vybíjení, regulaci teplot, řazení zdrojů a všechny úkony s tímto související. Dodavatel řídicího systému zvolí dle počtu vstupů a výstupů, paměťového prostoru pro aplikační program typ stanice. Další výhodou řídicích stanic je možnost komunikace s nadřazenými stanicemi, s PC, operátorskými stanicemi přes sběrnice a elektrické rozhraní RS 232, 422, 485, telefonní či radiovou síť.

Obr. 4: Předávací stanice

Podlahové vytápění, stěnové vytápění, radiátory
Způsob řízení těchto soustav je vždy závislý na provedení jednotlivých jeho částí a obyčejně se řídí jako celek - regulace směšováním, nebo jako průtočná s omezováním průtočného množství řízením čerpadla, ventilů apod. Vyplývá to i z hlediska časové návaznosti stavby, kdy technik regulace je na stavbu pozván v období již hotového díla a nezbývá mu už nic jiného. Spolupracuje-li projektant topení už při tvorbě se specialistou oboru MaR, vždy dosáhne lepšího výsledku a lepší tepelné pohody ve vztahu s náklady na vytápění. Používá-li se centrální řízení směšováním, závislé ekvitermně na venkovní teplotě a teplotě referenční místnosti, pak je na trhu nepřeberné množství regulátorů, které dokáží požadované splnit, včetně hydraulických armatur. Každý projektant má svého favorita, kterého upřednostňuje před jinými, je to jen otázka ceny. Nebudu se zde zabývat upřednostňováním toho či onoho řízení. V zásadě platí, že řídit tyto nízkoteplotní systémy lze a dají se podstatně ovlivnit náklady na vytápění u zařízení:

1. pro temperování podlah
2. pro podlahové vytápění
3. stěnové vytápění
4. kombinované vytápění s podokenními radiátory
5. podokenní radiátory samostatné nebo kombinace s teplovzdušným větráním
6. teplovzdušné větrání

Obr. 5

Důležitá je u podlahovek teplota vstupní vody a montáž omezovače teplot. Protože regulace průtoková, kde se reguluje protékající množství, ovlivňuje pouze množství a teplotní rozdíl, nikoli však vstupní teplotu, musí se u podlahového topení dbát na omezení maximální teploty vstupní vody, kterou lze měnit směšováním. Používá-li se systém vytápění 30 - 75°C pro otopná tělesa a 25 - 45°C pro podlahové vytápění, musí být tyto od sebe odděleny nebo zvolena taková regulace, která nepřipustí její smíchání. Je dobré použít bezpečnostní termostaty, vypínající oběhové čerpadlo nebo třícestné mísící ventily s přepouštěním.

Výhodné je použití termoelektrických pohonů na ventilech v rozdělovačích a řízené jednoduchým prostorovým termostatem. Při pokládání trubek podlahového topení je možno využít termostatů - omezovačů teplot vratné větve - vytažením potrubí do výšky asi 0,5 metru - smyčka s omezovačem - pochopitelně v místě, kde nebude stát nábytek.

Samostatnou kapitolou je podlahové vytápění elektrické, které je hydraulicky nezávislé na topném systému, má své regulační stanice a specifikum příznačné pro úsporné topení, nabíjení, vybíjení, tepelnou setrvačnost a jiné přednosti, které nemá topení nízkoteplotním médiem - vodou. Z hlediska regulací je dobře zaregulovatelné k ostatním zařízením. Využívá se i akumulace tepla do konstrukcí. Zmínka ještě o hydraulice otopných soustav. Velmi důležitá věc při rozvětvených systémech, jednotrubkových a dvoutrubkových, s ochozem, kombinace s vytápěním třeba dveřní clony, okenních rámů, větracích rekuperátorů apod. Vytápěcí voda, hnaná oběhovými čerpadly, vždy projde snáze trubkou, která jí klade menší odpor, do trubky s menším průměrem nebo potrubím ucpaným vodním kamenem projde také, ale až v okamžiku, kdy nemá jinou možnost. Je to sice vyjádření polopatistické, ale vystihující problém, který se v otopných soustavách řeší nikoliv pomocí elektronické regulace, ale je nutno ho řešit jinak (clonkováním potrubí, hydraulickými armaturami, automatickými vyvažovacími ventily, přepouštěním tlaku, řízením diference tlaku, stoupačkovými regulátory apod.). Vyvážení soustavy vyžaduje odborníka se znalostmi a intuicí, získanou praxí. Nevyvážený nebo špatně zaregulovaný systém se projevuje nedotápěním radiátorů, pískáním na ventilech apod. Montáž termostatických ventilů na okruhy bez přednastavení, výpočtů diferenčních tlaků apod. tomuto jevu jenom napomohla. Další věcí je vzduch v otopném systému, vzduchové kapsy, nevhodný statický tlak, který by měl být vždy větší, než je výška budovy - aspoň o dva metry. Termostatickým ventilem s malým zdvihem kuželky vzduch neprojde a zůstává uzavřený v kapse.

Použití termostatických ventilů v systému vytápění je vždy vhodné a z hlediska tepelné energie, která v místnosti vzniká (proslunění, vstoupí více lidí), je montáž žádoucí. Z hlediska regulací jde však o omezení průtoku topné vody, na které musí reagovat oběhové čerpadlo, případně přepouštěcí ventil. Na ventilu se však musí přednastavit Kv dle výpočtu! Z hlediska regulací velmi důležitá zásada. Pominula doba, kdy každá organizace se cítila povolána k výměně radiátorových ventilů za termostatické, montáži měření průtoku bez filtrů a ventilů. To, co po nich zbylo, je nevyvážená soustava pískající v noci, nedotápěné radiátory (hřeje pouze polovina) a práce pro seřizovací techniky regulací. V současné době se přesouvá "povolanost organizací" na montáž solárních systémů.

Regulace vzduchotechnických jednotek
Pokud se dům navleče do izolací se záměrem snížení energetické náročnosti na vytápění, nebudou se otevírat okna, ucpou se všechny škvíry, aby v domě byl podtlak, tak je jasné, že je třeba zajistit jiným způsobem větrání tak, aby nebyl ani průvan, pocit chladu a nerostly plísně. Z hlediska uživatele je to dobrá myšlenka, ale podle zkušeností je nutno přitápět i v létě. Proč ne slunenčními kolektory? Z hlediska automatických regulací řešitelné. I v uzavřených čistých prostorách nemocnic je udržení + 50 Pa nebo - 50 Pa vůči atmosféře proveditelné. Zde však nejsou okna, ani možnosti náhlých změn vlivem otevření dveří. V domcích pro bydlení se však předpokládá pohyb osob, a proto je nastavení regulací obtížnější, ale řešitelné. Bez regulace to nejde.

Obr. 6: Řízení klimatizace

Co je třeba snímat čidly a co řídit
V prvé řadě je třeba snímat teploty na spoustě místech, pokud je použit zemní kolektor, tak i v něm. Při stavbě je třeba na to pamatovat (teploty odsávaného vzduchu, teplota venkovní, teploty v referenčních místnostech, diference teplot na rekuperátoru vzduch - vzduch, relativní vlhkost vzduchu, diference teplot při oslunění místnosti, přetlak v potrubí přívodním, podtlak v místnostech, diferenční tlaky na filtrech). Už nelze použít regulační stanice, které jsou pro vytápění, ale je třeba regulátor pro vzduchotechniku. Nutno připravit vstupy pro teploty ohřívače, rekuperátoru, venkovní vzduch, případně chladiče (záleží na principu podtlakového větrání). Určitě zde hraje roli i vysávání prachu v domě centrálním vysavačem. Na výstupní straně regulací je to řízení ventilátorů sacího a odsávacího, regulačních klapek, křížového rekuperátoru, venkovní klapky, případně ventilů dohřívače nebo chladiče, blokování chodu obou ventilátorů. Už to není v silách člověka uřídit, musí nastoupit regulační technika. Zmíním se ještě o podtlakovém větrání, kdy vzduch z prostoru je odsáván více, než je ho přiváděno - zde se udržuje podtlak (vůči atmosférickému tlaku) asi 50 Pa, hodnota malá, ale přístroji regulovatelná. Na rozdíl od přetlakového větrání, kdy množství vzduchu přiváděného je větší, než odváděného vzduchu. V určitých okamžicích se může měnit na podtlakové větrání nebo opačně (třeba v nočním útlumovém režimu).

Tato regulace je myšlena pro energeticky nenáročný dům, postavený za tímto účelem. V domě, kde se větrání používá jenom občas a spouští ho obyvatelé domu, není třeba tak dokonalá regulace. Platí, že v pasivních domech, postavených za účelem snížení energetické náročnosti, se větrací jednotky SPOUŠTĚJÍ AUTOMATICKY. Člověk však má možnost přepnutím ji vyřadit nebo spustit ručně. V zásadě však by to NEMĚL dělat a tuto možnost NEMÍT. (Je nutno počítat s celoročním provozem 8-10 měsíců v roce.)

Aplikace automatických regulací na různá technologická zařízení, soustavy regulačně schopné regulaci přijmout, nebo schopné se regulovat samy (autoregulace) je závislá na rozhodnutí a posouzení vyššího stupně řízení, člověkem. Soustavy v průmyslu jsou vesměs soustavami, kde nelze pochybovat o nutnosti vnějších zásahů aut. regulací. Jde o regulace jednoduché i velmi složité. Vysazením jedné se může vážně poškodit technologie a návazné obvody. Takovým příkladem je třeba napájecí buben parního kotle nebo regulace v redukční stanici páry, primární vzduch pod rošt fluidního kotle apod. Vždy je nutno do regulačního řetězce zařadit ZABEZPEČOVACÍ obvody a dobře technologicky domyslet systém odstavování při poruchách.
V aplikacích TZB je dáno 8 poruchových stavů, na které musí technické vybavení regulačního okruhu reagovat. Podle důležitosti poruchy od hlášení světelnou signalizací, zvukovou až po odstavení, zavření, spuštění nebo vypnutí takového technologického zařízení, které zabrání havárii. Zabezpečovací obvody musí být součástí každého regulačního řetězce, pokud regulace není, mělo by být aspoň to. Při přejímkách a kolaudacích jsou protokoly o nastavení zabezpečovacích obvodů nedílnou součástí předávané dokumentace.

Měření teplot

Případně jejich zápis na registrační zařízení je důležitou funkcí při regulacích. V digitálních stanicích lze z jednoho místa měření unifikovaný signál zpracovat jak pro regulaci, tak i pro ukazování či zápis. Toto je zabezpečeno softwarově. U analogových regulací se používají snímače oddělené.

V aplikacích občanské výstavby, bytů a domků s jednoduchými požadavky na regulaci je dobré aspoň namontovat ukazatel teplot a pomocí několika teploměrů s dálkovým přenosem sledovat průběhy z několika sledovaných míst potrubí, místností nebo třeba zemního kolektoru či slunečních kolektorů. Pokud víme, jaká je teplota ve sledovaném místě, můžeme účinně snížit náklady na vytápění.

U ostatních soustav v občanské výstavbě se určitě neobejdeme bez aut. regulace. Jedná se o akumulační nádrž, řízení kotle, vytápění dle ekvitermní závislosti, řízené větrání, podlahové topení. Typicky je prvkem regulace u astatických soustav termostat. Teplota roste po určité křivce do doby, kdy termostat dá pokyn pro opačnou funkci ON-OFF.
Při seřizování okruhů přenášejících teplo je naprosto nezbytné měřit a zapisovat průběhy teplot ve sledovaných místech delší dobu a z průběhu křivek zvolit vhodné nastavení regulačních okruhů. Nejlépe při měnící se venkovní teplotě - přechodné období. Totéž provádíme na přání provozovatele topného zařízení v průběhu topné sezóny - v rámci snižování nákladů na vytápění nebo provoz vzduchotechnik.

Měření průtoku, měření tepla

Lze realizovat přístroji využívajícími různé měřicí metody - přístroje vrtulkové, ultrazvukové, indukční. Při návrhu vhodného měřiče je směrodatný výkon oběhového čerpadla, rozsah výkonů otopné soustavy, min. a max. průtok soustavou, daný čerpadly, tedy nikoliv stávající průměr potrubí. Musí se brát v úvahu směr proudění, způsob montáže (indukční, do sifónu), umístění vzhledem k ostatním prvkům soustavy, dodržení uklidňovacích délek potrubí, max. teploty snímaného media a jeho druh. Tomu odpovídají rozsahy přístroje, teplotní koeficienty, provedení. Nesmí se rovněž zapomenout, že měřiče podléhají pravidelnému cejchování ve lhůtách 4 a 6 let a je nutno měřič demontovat, nahradit buď novým, nebo do potrubí vsadit již připravený "štucek" stejného rozměru. K tomuto účelu je nutno měřicí trať opatřit uzavíracími ventily, někdy se montují také regulační v sérii s uzavíracími (zaregulování). Nesmí se zapomenout na filtry! Zachytávající nečistoty. Měřiče na přístupných místech pro kontrolu a odečet. Vyhodnocovací elektronika při měření tepla má navíc dva snímače, cejchovaný pár pro měření rozdílu teplot v potrubí. Unifikovaný signál je obyčejně přenášen do regulátorů nebo k registraci dálkovým přenosem. Proto mluvíme o prvku regulačního obvodu a máme na něj stejné nároky, jako na snímače provozních hodnot.

Zmíním se o jedné věci, která sice nepatří do předmětné regulace, ale je velmi důležitá a často opomíjená. CEJCHOVÁNÍ a PLOMBY autorizované zkušebny. Pokud je plomba porušená ať už úmyslně, nebo náhodou, je měřič považován za NECEJCHOVANÝ a nesmí být podle něj fakturováno. Toto platí i u vodoměrů na studenou a teplou vodu!

Měření tepla v bytech lze realizovat odpařovacími trubičkami nebo elektronickými bateriovými měřiči. Tyto už do oblasti regulací nezapadají tak podstatnou měrou, takže je nebudeme více rozebírat, stejně jako místní měření vodoměry bez dálkových přenosů. Jsou však měřiče - např. ISTAMETRY, které vstupují svým výstupním signálem do automatik a pro regulace jsou použitelné jako snímače vstupních veličin.

Hydraulické zaregulování otopných soustav

Sice nepatří do oblasti automatických regulací, ale výsledný diferenční tlak na sledovaném a regulaci podléhajícím zařízení se snímači přenáší do ústředních částí regulátorů, pokud tento kolísá, je i tento předmětem zájmu technika regulací. Špatně provedená montáž termostatických ventilů, rozvodného potrubí stoupaček a vodorovného potrubí k otopným tělesům vede vždy ke zvýšeným nákladům na zaregulování, převážně hydraulickými armaturami s možností vyvážení a přednastavení diferenčních tlaků v okruzích. Nasazení armatur předcházejí výpočty, nebo lze použít automatické vyvažovací ventily pro omezení průtoku nebo tlaku. Nejhorší situace nastává při částečném zatížení soustav, třeba noční útlumové charakteristiky regulátorů.

Regulační technika je velmi širokým oborem zájmů specialistů, ne každá organizace působící v MaR je schopna řešit a posléze vyřešit požadavky regulačních soustav ať už v průmyslu nebo terciární sféře. Tomu by se měl věnovat odborník, vybavený navíc profesní intuicí. Nasadit na technologii nějaký regulátor a to bez hlubších znalostí regulované soustavy je velkou odvahou projektantů, kteří jsou přesvědčeni, že jejich řešení je to nejsprávnější, a odmítají spolupracovat se specialistou ASŘTP. K tomuto přesvědčení velkou měrou napomáhají tzv. zaknihované programy výrobců, svádějící projektanty k přesvědčení o nezávadnosti použití v prováděcích projektech. Až při realizacích se zjistí, že toto bylo chybné. Nejčastějším příkladem je předimenzování okruhů, kdy se projektant tak zvaně jistí pro všechny případy.

PŘÍKLAD: Výkon soustavy je garantován při průtoku 180 m³, ale regulační ventil má Kv 630 m³, ale jenom proto, že stávající potrubí má průměr Js 400 a snížení průměru by bylo nákladné. Co s tím má regulační technik udělat? Nebo navržené a dodané ventilátory mají 6x větší dopravní kapacitu vzduchu, než požaduje větraný prostor. Měřiče tepla jsou navrženy na průměr stávajícího potrubí a při malých průtocích jsou tudíž v pásmu necitlivosti. Toto jsou pouze příklady, kdy je nutná účast technika regulací při výstavbě, nevyjímaje obor TZB, pro který je článek určen.

Literatura:
Firemní katalog: f. Tronic - Control, f. Danfoss, f. Etrans-energoservis
publikace: Ing. Ivan Slaboch - Jednoduché spojité regulační obvody I, II, III