Plně digitální systém pro regulaci a bezpečný provoz kotelny
Dnes běžně užívané regulační systémy kotelny obvykle soustřeďují regulační elektroniku do centrálního rozvaděče, odkud jsou řídicí povely rozváděny silovými vodiči k výkonným prvkům systému (čerpadla, ventily, servopohony směšovacích ventilů). Do centrálního rozvaděče jsou naopak vedeny informace od různých čidel z míst vzdálených i několik desítek metrů. Centrální ovládání pak obsahuje panel s mnoha klávesami, kde je předpokládáno, že pro nastavování budeme mít vždy k dispozici příručku. Při nedostatečné dokumentaci, pak můžeme dokonce po nějaké době zjistit, že už vlastně ani nevíme, kterou větev topení právě nastavujeme.
Naše nová koncepce regulačního systému v kotelně vychází z požadavku jednoduchého a příjemného ovládání a nenáročné, snadné instalace s minimální spotřebou instalačního materiálu. Koncepce je založena na myšlence rozdělení, elektronické inteligence do malých jednotek, které jsou umístěny co nejblíže k místu regulace. Tato koncepce přináší řadu výhod. Obsluha nemůže zaměnit nastavovanou větev topení, neboť regulátor každé větve topení je upevněn přímo na řízené armatuře. Kabeláž silových vodičů se redukuje na několik decimetrů kabelu, neboť čerpadlo i servopohon směšovacího ventilu jsou umístěny hned vedle regulátoru. Na každém regulátoru je pojistka, jistící čerpadlo. Není tedy nutné přivádět silové napájení ke každému regulátoru odděleně. U kotelny s větším počtem řízených topných větví je tak možné již při instalaci, jen na kabeláži, ušetřit nemalou částku.
Návrh každého regulačního prvku systému vycházel z koncepce co nejjednodušší příjemné obsluhy, kde jsme při nastavování vedeni informacemi na displeji. K ovládání je, u všech jednotek regulačního systému, užit jeden jediný prvek. Je to knoflík, kterým je možné otáčet a tím měnit informace na displeji nebo kterým je možné stiskem informaci z displeje potvrdit. Jeden ovládací prvek je pro mnohé uživatele mnohem přijatelnější, než klávesnice s mnoha funkcemi.
Jednotlivé prvky regulačního systému spolu komunikují po dvouvodičovém vedení. Díky této komunikaci mohou kotle topit na základě požadavků od regulátorů větví teplovodního topení (teplovodních uzlů) nebo od požadavku regulátoru ohřevu teplé užitkové vody. Nedochází tak ke ztrátám energie zbytečným natápěním primárního okruhu topné vody. Popišme si nyní jednotlivé prvky regulačního systému.
Regulační prvky kotelny
Modul RTU
Nejvíce používaným prvkem je regulátor teplovodního uzlu RTU (obr.1). V automatickém provozu, na základě přednastaveného týdenního programu, okamžité venkovní teploty, nastavené fyziologické ekvitermní křivky a zvolených teplotních posuvů, řídí tento regulátor polohu směšovacího ventilu a zapínání a vypínání čerpadla jedné větve teplovodního topení. RTU může být použit i pro podlahové topení, neboť maximální teplotu topné vody lze nastavením omezit. Nastavení maximální teploty topné vody spolu s optimalizačními parametry regulace je zajištěno heslem, aby nepovolaným zásahem nedošlo k poškození topného systému nebo k rozvážení regulace. Optimalizaci není třeba při instalaci provádět. Z výroby je regulátor nastaven tak, aby beze změny optimalizačních parametrů vyhověl pro obecné použití. Ze zvolené ekvitermní křivky, okamžité venkovní teploty a dalších hodnot popsaných výše je spočítána teplota topné vody. Ta je pak udržována otevíráním nebo přivíráním směšovacího ventilu. O vypočítané teplotě topné vody je po komunikační lince informován řadič kotlů KR2, který natápí primární okruh podle příchozích požadavků. |
| Obr.1 - Regulátor RTU |
Přesáhne-li venkovní teplota nastavenou mez přejde RTU do letního provozu, kdy je vypnuto čerpadlo a zavírán směšovací ventil. Proti zatuhnutí je pak jednou denně protáčeno čerpadlo po dobu jedné minuty a není-li teplota primární vody vyšší než 30°C, je také otevřen a opět zavřen směšovací ventil. V RTU je také zabudovaná ochrana chránící topný okruh proti poškození mrazem.
Regulátory RTU mohou být připojeny i bez řadiče kotlů na již stávající primární okruh horké vody. V tomto případě je po komunikační lince mezi jednotlivými RTU šířena informace o venkovní teplotě, pořízená společným venkovním teplotním čidlem.
Regulátor RTU může pracovat i v tzv. ručním režimu, kdy je manuálně nastavena požadovaná teplota topné vody. V režimu dálkového řízení pak RTU udržuje teplotu topné vody dle příkazu z vyššího řídicího systému. Do vyššího systému RTU posílá aktuální stavové informace.
Regulátor RTU se upevňuje pomocí plechového držáku přímo na topnou větev, kterou reguluje, jak můžeme vidět na prvním obrázku..
Modul RTUV
Dalším prvkem je regulátor teplé užitkové vody RTUV. Vychází ze stejné koncepce snadného ovládání, podobně jako regulátor RTU. V automatickém režimu řídí na základě týdenního programu ohřev teplé užitkové vody zapínáním a vypínáním čerpadla ohřevu nebo otvíráním a zavíráním ventilu ohřevu. Dle nastavené teploty TUV regulátor vznáší požadavek na teplotu vody ohřevu (primární vody) do řadiče kotlů KR2. Na základě požadavku, podobně jako u regulátoru RTU, natápí řadič kotlů primární okruh topné vody.Kromě automatického režimu může RTUV pracovat v režimu ručním a vzdáleném. V ručním režimu je stále udržována nastavená teplota TUV, nezávisle na týdenním programu. Ohřev je možné také úplně vypnout. V režimu dálkového řízení je udržována teplota TUV podle teploty požadované z nadřazeného systému. Do nadřazeného systému jsou vysílány informace o aktuálním stavu RTUV.
Regulátor RTUV je značně univerzální a umožňuje pracovat jak s bojlerem s nainstalovaným termostatem, tak s vestavěným teplotním čidlem pro snímání teploty TUV. Regulátor může pracovat i bez čidla teploty primární vody. Toto řešení však nedoporučujeme, neboť může docházet k ochlazování TUV v případě, že primární voda nemá dostatečnou teplotu. Informace o teplotě primární vody můžeme získat buď z teplotního čidla umístěného v rozdělovači primární vody, nebo přímo z řadiče kotlů KR2.
Je-li právě požadována TUV, běží oběhové čerpadlo pro TUV buď trvale, nebo v nastavitelných intervalech. Nedosáhne-li primární voda potřebnou teplotu v nastaveném čase, je vydána do řadiče kotlů, nebo vyššího řídicího systému žádost o prioritní ohřev. Řadič kotlů pak vydá příkaz pro regulátory RTU k uzavření směšovacích ventilů. K tomuto stavu může dojít, nestačí-li výkon kotlů k ohřátí primární vody na požadovanou teplotu, např. při velkých mrazech. Po dosažení dostatečné teploty primární vody jsou ventily směšovacích uzlů opět postupně otevírány. Tím je vlastně snížen výkon do větví topení , aby se TUV mohla ohřát na požadovanou teplotu.
RTUV se upevňuje pomocí plechového držáku přímo na trubku TUV, co nejblíže k bojleru.
Modul KR2
Centrálním prvkem regulačního systému je řadič dvou kotlů KR2 (obr.2). Zajišťuje zapínání a vypínání hořáků dvou kotlů. Pro řazení kotlů můžeme zvolit stálou prioritu zapínání hořáků, nebo pravidelné střídání priority po 24 hodinách. Hořáky zapínají a vypínají dle diference požadované a naměřené teploty výstupní primární vody s navoleným zpožděním. Při požadavku nižší teploty primární vody je chod hořáků ještě odvislý od nastavené nejnižší teploty zpětné primární vody. Tato teplota je důležitá pro zamezení rosení kotlů. |
| Obr.2 - Řadič KR2 |
Řadič KR2 může buď standardně udržovat nastavenou teplotu výstupní primární vody, nebo může operativně měnit teplotu výstupní primární vody podle okamžitého nejvyššího požadavku z RTU nebo RTUV. Je-li využita tato schopnost operativní změny teploty primární vody, dochází k úsporám energie, neboť topíme jen je-li to třeba a jen na nezbytnou teplotu. Nebude-li totiž ani od jednoho regulátoru RTU nebo RTUV požadavek na horkou primární vodu, budou oba kotle řadičem vypnuty a nepoběží ani kotlová čerpadla. Je navozen letní režim. Klid letního režimu je narušen pouze 1x denně, kdy jsou na 1 minutu protáčena kotlová čerpadla proti zatuhnutí. Je-li letní režim a vznikne-li požadavek na horkou primární vodu, je z řadiče vysílán příkaz pro uzavření směšovacích ventilů a vypnutí čerpadel ohřevu TUV. Tento příkaz je vydáván, aby nedocházelo k nadměrnému rosení kotlů. Dosáhne-li teplota zpětné primární vody dostatečné teploty, skončí vydávání příkazu.
Řadič kotlů se umísťuje do rozvaděče, společně s bezpečnostní ústřednou AJK5 a nadproudovým jištěním zařízení kotelny.
V současné době je vyvíjen řadič čtyř kotlů, s podobnými vlastnostmi jako KR2. Jeho označení bude KR4.
Prvky pro bezpečný provoz kotelny
Modul AJK5
Ústřední jednotkou bezpečného provozu kotelny je ústředna AJK5. Úkolem ústředny je sledování stavu čtyř vstupních signálů. Ohlásí-li některý z těchto signálů poruchový stav, odpadne výstupní relé, podmiňující chod kotlů a je spuštěna vnitřní a vnější siréna pro přivolání obsluhy. Je-li poruchový stav pouze nahodilý, zůstane výstupní relé odpadlé a porucha bude v ústředně zapamatována. Na panelu ústředny, podle svitu indikačních LED diod, zjistí obsluha poruchu ke které došlo. Bylo-li mezitím vypnuto napájení ústředny, zůstane stav zapamatován. Po zapnutí napájení je svit indikačních LED diod obnoven a tak je možné i v tomto případě poruchový stav vyhodnotit. Teprve poté co je porucha odstraněna je možné obnovit nulovacím tlačítkem normální provoz kotelny. Bude-li porucha trvat, ústředna nedovolí chod kotelny obnovit.Na vstupy ústředny AJK5 můžeme připojit například čidlo hořlavých plynů, čidlo zaplavení kotelny nebo čidlo tlaku vody v topném potrubí.
Modul GS120
Dalším prvkem bezpečného provozu kotelny je čidlo hořlavých plynů GS120. Čidlo hlídá výskyt hořlavých plynů v prostředí, ve kterém je použito. Je cejchováno na výskyt CH4. Při výskytu CH4 s koncentrací 10% meze výbušnosti je sepnuto 1. výstupní relé. Přesáhne-li koncentrace CH4 v okolním prostředí 20% meze výbušnosti je sepnuto 2. relé. Výstup 1. relé se může připojit k siréně pro přivolání obsluhy. Výstup 2. relé musí být zapojen tak, aby odpojil kotle. Tento výstup je možné připojit k jednomu ze vstupů ústředny AJK5.Čidlo hořlavých plynů GS120 je prověřeno státní zkušebnou. Je certifikováno osvědčením s evidenčním číslem 214-99-0021/D03991.
