Jak funguje automatizace kompenzovaná počasím?

Tato publikace, založená na požadavcích na mikroklima vytápěných prostor obytných budov, dříve získaných experimentálních datech, jakož i na známých fyzikálních zákonech, ukazuje potřebu použití automatické regulace teploty chladiva v topném okruhu topného okruhu v závislosti na počasí. dům se nachází na jihovýchodě moskevské oblasti; je zajištěn zjednodušený výpočet a konstrukce topné křivky závislé na počasí ve srovnání s praktickými hodnotami teploty chladicí kapaliny.

Co obsahuje a jak funguje automatika topných okruhů s kompenzací počasí?

V nejjednodušším případě automatizace okruhu topného systému závislá na počasí obsahuje:

• Speciální digitální termostat [regulátor závislý na počasí];
• Snímače teploty venkovního vzduchu a teploty chladicí kapaliny (vody);
• Třícestný směšovací kohout (ventil) s elektrickým servopohonem – akčním členem;

Tepelná čidla pro měření teplot venkovního vzduchu a vody v okruhu otopné soustavy jsou připojena k regulátoru, který řídí elektrický servopohon třícestného směšovacího ventilu podle specifického algoritmu. Algoritmus řízení teploty obecně spočívá v úpravě teploty chladicí kapaliny při změně teploty venkovního vzduchu: když se venkovní teplota snižuje, teplota chladicí kapaliny stoupá a naopak. Vylepšené digitální termostaty dokážou zohlednit tepelnou setrvačnost objektu a otopnou soustavu nastavenou v nastavení tohoto zařízení. Složitější automatizace kompenzovaná počasím může zahrnovat další přídavné senzory a akční členy využívající pokročilou softwarovou logiku.

Výhody automatizace kompenzované počasím

Některé online články nebo videa zdůrazňují pouze jednu nebo dvě výhody automatizace citlivé na počasí nebo poukazují na naprostou absenci jejích kladných vlastností.

Inženýrští a techničtí specialisté si jsou vědomi úsporných výhod takové automatizace:

náklady na lidský čas

téměř není potřeba několikrát denně ručně upravovat teplotu vody v okruhu topného systému při změně povětrnostních podmínek;

racionální tepelná regulace chladicí kapaliny pomáhá snižovat spotřebu paliva a racionálnější využívání tepelné energie, zejména při značných rozdílech denních denních a nočních teplot venkovního vzduchu, což je typické na jaře a na podzim;

automatizace zabraňuje nadměrnému zahřívání a zejména přehřívání částí a komponentů okruhu topného systému a umožňuje tak prodloužit jejich životnost, která, jak známo, exponenciálně roste s poklesem provozní teploty.

Nevýhody automatizace citlivé na počasí

Řada publikací na internetu uvádí jeho cenu jako nevýhodu automatizace citlivé na počasí.

Cena je měřítkem celkových nákladů na produkt, je to ekonomický faktor, takže ji nelze označit za nevýhodu žádného produktu, včetně automatizace závislé na počasí.

Nevýhody se mohou objevit pouze v hlavních ukazatelích kvality produktu:

• pro funkční účely;
• ve spolehlivosti;
• vyrobitelnost;
• zabezpečení atd.

Jiné články na internetu často jako jednu z hlavních nevýhod uvádějí kromě ceny i „náročnost údržby“ ekvitermní automatiky.

V naprosté většině praktických případů však po instalaci (montáži) a seřízení parametrů kvalitního termostatu není nutná žádná periodická údržba. Například automatika závislá na počasí, obsahující třícestný směšovací ventil a jeho servopohon od MUT, úspěšně plní svůj funkční účel od roku 2015: nejprve s termostatem TRC-03 a nyní s TRC-04 MAPK bez nákladů pravidelné údržby.

Když čtete taková prohlášení a následná vysvětlení o výhodách a nevýhodách automatizace citlivé na počasí, chápete, že takové „přepisovače“ se nikdy v životě nesetkali nejen s její konstrukcí a výrobou, ale dokonce ani s její instalací (montáží) a následným provozem, a prezentovat své nesprávné závěry širokému publiku – ve skutečnosti je zavádějící.

Potřeba regulovat teplotu chladicí kapaliny

V souladu s článkem 4.16.2 GOST R 51617-2000 musí být teplota vzduchu ve vytápěných místnostech obytných budov, společných hotelů a dalších společných míst pobytu zajištěna v souladu s požadavky SNiP 2.08.01. Podle těchto dokumentů jsou optimálními ukazateli vnitřního mikroklimatu: teplota vzduchu v obytných místnostech +18. +20 stupňů Celsia; v kuchyních, šatnách a chodbách +18 stupňů Celsia při zajištění potřebné výměny vzduchu v těchto místnostech.

Když teplota vzduchu uvnitř obytných prostor budovy překročí teplotu vzduchu na ulici, v důsledku druhého termodynamického zákona se tepelná energie přenáší z horkého zdroje na chladnější, dokud nenastane termodynamická rovnováha, celkové množství přeneseného tepla do okolí je popsána základní rovnicí přenosu tepla:

což je součet tepelných ztrát ze všech i-tých vnějších povrchů bytového domu: stěny, okna (dvojitá okna), podkroví a sklepy atd. V tomto vzorci je plocha vnějších povrchů budovy, tj. teplosměnná plocha S_i – konstanty. Průměrný součinitel prostupu tepla K_i podél teplosměnné plochy S_i závisí na fyzikálních vlastnostech a teplotách vzduchu uvnitř i vně obytných prostor, rychlosti větru, fyzikálních vlastnostech příčkových materiálů a jejich geometrických rozměrech [stěny / dvojitá okna / izolace] atd.

Celková tepelná ztráta budovy do okolí je přibližně úměrná průměrnému rozdílu teplot mezi chladicími kapalinami Δt_i, tj. mezi teplotou vnitřního vzduchu a teplotou venkovního vzduchu v průběhu času τ, který se ve srovnávacích výpočtech předpokládá konstantní, například rovný jedné hodině.

Newtonův zákon při ochlazování nám umožňuje odhadnout množství tepla odebraného z celkové plochy S_r radiátory otopné soustavy se známým součinitelem prostupu tepla α_{vzduch_uvnitř} a rozdíl mezi průměrnými teplotami chladicí kapaliny t_wd a vzduch t_{vzduch_uvnitř} uvnitř.

Na základě výše uvedeného vyplývá, že pro zajištění tepelné bilance Q_volný = Q_vytápění a komfortní podmínky – nezbytné ukazatele mikroklimatu v obytných prostorách s teplotou vzduchu t_{vzduch_uvnitř} cca +20 stupňů Celsia v důsledku zvýšení celkových tepelných ztrát objektu s poklesem teploty pouličního vzduchu bude potřeba dodatečný přísun tepelné energie do topného systému, tzn. zvýšení teploty chladicí kapaliny t_wd.

Experimentální data ve formě bodů a funkční závislost jako čárkovaná křivka získaná při jejich zpracování jsou znázorněna na grafu celkových tepelných ztrát objektu v závislosti na průměrné denní teplotě venkovního vzduchu pro rychlosti větru do ~ 5,0 metrů. za sekundu a podléhá udržování teploty vzduchu uvnitř vytápěných místností na +20 stupňů Celsia.

Charakter změny tepelných ztrát je dobře aproximován pomocí kvadratického mocninného zákona. Je akceptována praktická podmínka: při +20 stupních Celsia nefunguje automatika závislá na počasí a v budově nedochází k tepelným ztrátám; při nule stupňů se zvýší na 6,8 kilowattů za hodinu, při poklesu venkovní teploty vzduchu na -20 stupňů ztrácí dům za stejnou dobu přibližně 11 kilowattů tepelné energie.

Konkrétní budova se vyznačuje vlastní funkční závislostí celkových tepelných ztrát, kterou lze stanovit experimentálně.

Topná křivka řízená počasím

Funkční závislost požadované změny teploty chladicí kapaliny v topném systému na teplotě pouličního vzduchu se bude nazývat topná křivka závislá na počasí. Při zcela jistých celkových tepelných ztrátách objektu je možné odhadnout hodnoty požadované teploty chladiva a tím vypočítat pomocí níže uvedených vzorců a následně sestavit topnou křivku závislou na počasí. Za tímto účelem napíšeme následující výrazy a akceptované hodnoty parametrů:

První rovnice představuje rovnováhu mezi celkovou tepelnou ztrátou objektu do okolí a dodanou tepelnou energií z otopné soustavy za předpokladu udržování konstantní teploty vnitřního vzduchu t_{vzduch_uvnitř} na úrovni asi +20 stupňů Celsia za stejnou dobu. Následující závislost je aproximací experimentálních dat celkových tepelných ztrát našeho domu ve formě kvadratické funkce. Celková plocha povrchu odvádějícího teplo S_r počítáno na 136 ks. radiátorové sekce, z nichž každá má plochu 0,435 m2 [výpočet radiátorového topného systému]. Součinitel prostupu tepla α_{vzduch_uvnitř} se odhaduje pomocí známé empirické závislosti pro otopná tělesa RIFAR ALUM 500. Poslední vzorec * získáme z prvního dosazením všech členů, koeficienty a, b a c jsou zahrnuty do kvadratické závislosti celkové tepelné ztráty.

Výpočet a konstrukce křivky závislé na počasí

Pro výpočet a konstrukci topné křivky závislé na počasí použijeme poslední vzorec při změně venkovní teploty vzduchu t_{vzduch_venku} od +20 do -20 stupňů Celsia. Níže uvedený graf ukazuje experimentální údaje teplot vody při provozu regulátoru TRC-03 závislého na počasí s alternativní topnou křivkou číslo 5 ve formě teček – obdélníků.

Výpočtem získaná topná křivka závislá na počasí má výrazný sklon. Pro zajištění komfortních podmínek a mikroklimatu s teplotou vzduchu +20 stupňů Celsia v obytných prostorách příslušného obytného domu s radiátorovým topným systémem: při nulové teplotě venkovního vzduchu by teplota chladicí kapaliny měla být asi +45 stupňů Celsia, s pokles venkovní teploty vzduchu na -20 stupňů Celsia teplota vody by měla být zvýšena na +58 stupňů Celsia, tedy minimálně o 13 stupňů.

V realitě 21. století není racionální trávit svůj drahocenný čas ručním nastavováním teploty chladicí kapaliny několikrát denně s požadovanou přesností, navíc to není vždy možné okamžitě.

Automatizace okruhu topného systému závislá na počasí umožňuje plynulou regulaci teploty chladicí kapaliny s přihlédnutím ke změnám teploty venkovního vzduchu a poskytuje výše uvedené výhody, včetně komfortních mikroklimatických podmínek ve vytápěných obytných prostorách.