Regulace soustav s alternativními zdroji tepla

Otopných soustav s alternativními zdroji tepla stále přibývá. Nejčastěji používanými zdroji jsou kotle na dřevo, příp. obecněji na tuhá paliva, rozšiřuje se použití solárních kolektorů, příp. tepelných čerpadel. K alternativním zdrojům se pro účely záskoku přidávají konvenční kotle (bivalentní zdroj).

Vzniká tak dosti složitá soustava, neboť každý zdroj má svá specifika. Jednoduché propojení zdrojů z hlediska jejich rozdílných teplotních režimů není většinou jednoduše možné. Takovýto systém lze řídit velmi těžko, protože složitá soustava nese sebou také komplikované vazby. Klasický aplikační regulátor a tudíž cenově dostupný nelze použít, a tak je nutno aplikovat volně programovatelný systém za cenu násobně vyšší.

Klíč k této situaci mají projektanti vytápění. Bivalentní soustavu je vhodné sestavit již ruku v ruce s budoucí regulací. Se speciálními aplikačními regulátory na bivalentní soustavy lze vyřešit problém různých teplotních režimů zvolených zdrojů. Ze známé rodiny ekvitermních regulátorů Albatros je jím regulátor RVA 65.642, který je speciálně vyvinutý právě pro potřeby bivalentních soustav v kombinaci dvou zdrojů tepla.

Regulátor RVA 65.642 má implementováno asi 150 různých tzv. základních aplikací. Základní aplikace je smysluplné spojení použitých zdrojů a spotřebičů při zachování jednoduché logiky a modulárnosti. Základní aplikaci lze úpravou jednotlivých blokových schémat (části aplikace) dále upravovat. Kombinací tak vzniká velké množství aplikací.

Bivalentní soustava
Typický příklad bivalentní otopné soustavy zobrazuje následující obrázek.

Na technologickém schématu je možné vidět určitý jednotný systém sestavování otopné soustavy. Na jedné straně jsou umístěné spotřebiče (první je příprava TUV) a na druhé straně je zdrojová část. Pro potřeby konkrétních zdrojů odděluje zdrojovou a spotřební část paralelně zapojený vrstvený akumulační zásobník. Takto sestavenou soustavu lze velmi jednoduše regulovat při zachování plné funkčnosti, která vyplývá z konkrétních specifik použitých zdrojů. V dalším je popsána principiálně spolupráce jednotlivých zdrojů tepla s akumulační nádrží, která je srdcem soustavy. Tyto vazby jsou určující pro správnou funkci celé zdrojové části. Důležitou vlastností regulátoru RVA65.642 je tvorba tzv. aktuálních požadavků na teplo ve spotřebičích. Všechny požadavky na teplo, od topných okruhů a přípravy TUV, regulátor vyhodnocuje a následně řídí zdrojovou část tak, aby byly splněny.

Spolupráce kotle jako doplňkového zdroje s akumulačním zásobníkem
Jakmile má soustava akumulační zásobník, požadavky na teplo směřují na něj, resp. na čidlo teploty B4. Regulace uvolňuje konvenční zdroj tepla pouze v nejnutnějším případě, tj. při určitém definovaném podkročení teploty B4 pod požadavek na teplo. Po startu kotle akumulační zásobník slouží k akumulaci přebytečného tepla z kotle. Nabíjení akumulačního zásobníku kotlem tedy pracuje automaticky na základě nerovnosti průtoku kotlem a potřebou spotřebičů v průběhu velké části topné sezóny.

Akumulační zásobník je nabíjen také ze solárního systému, a to na základě rozdílu teploty v kolektoru a vody v zásobníku. Z uvedeného vyplývá, že aby byl solární tepelný zisk co největší, je třeba udržovat teplotu ve spodní části akumulačního zásobníku na co nejnižší teplotě. Proto se kotlem nenabíjí celý zásobník, ale pouze jeho horní část (správné umístění čidla B4). Jakmile teplota zásobníku B4 dosáhne požadované teploty spotřebiče, dojde k automatickému zablokování kotle.

Spolupráce soláru s akumulačním zásobníkem
Solární články jsou typickým zdrojem, který vyžaduje akumulaci. Řízení pracuje velmi triviálně, kdy se na základě rozdílu teplot solárního kolektoru a zásobníku zapíná vybíjecí čerpadlo. Podstatné a zároveň komplikovanější je rozhodnutí, do kterého zásobníku a v jakém poměru se teplo uloží. Komplikované je to v tom, že dopředu není znám objem solární energie a také rozdělení potřeby pro vytápění a přípravu TUV. Požadavek na teplo od TUV je konstantní. Hodnota požadavku na teplo topného okruhu se mění, přičemž regulátor vyhodnocuje denně vždy nejvyšší, který považuje za denní potřebu tepla. Na základě těchto informací a kritérií a na základě přednastavených předností, regulátor určuje postup ukládání solární energie. Při přebytku energie jsou postupně nabíjeny oba zásobníky na svou maximální provozní teplotu. Stoupne-li teplota v jakémkoli zásobníku nad tuto mez, začne se zásobník nuceně vybíjet, a to ve dvou stupních. Tak je z velké části také ochráněn sluneční kolektor před přehřátím, při nedostatečném odběru.

Řízení kotle na dřevo
Z hlediska vyšší životnosti a účinnosti kotle na dřevo je doporučeno zapojení s akumulačním zásobníkem.
Regulátor řídí pouze odběr tepla z kotle. Při přebytku tepla akumuluje regulátor teplo pomocí stejného principu jako v solární aplikaci. Čerpadlo je spouštěno s výstupní teplotou kotle (B22), přičemž se zároveň s chodem čerpadla aktivuje funkce udržování teploty zpátečky kotle (B72) směšovačem. Regulátor odlišuje studený a teplý start. Pomocí směšovače lze také řízeně zvyšovat výstupní teplotu pro potřeby TUV či jiných vysokoteplotních spotřebičů. Pro maximální využití energie zůstává také po vyhoření paliva čerpadlo kotle v chodu do té doby, kdy je dostatečný rozdíl mezi výstupní teplotou a teplotou zpátečky. Funkci popisuje následující obrázek. Regulátor chrání kotel před přehřátím nuceným vybíjením jako je to u solární aplikace.

Doplňkové funkce
Nad rámec základních aplikací a blokových schémat je regulátor vybaven řadou tzv. doplňkových funkcí, které jsou nezávislé na použitých zdrojích. V příkladu aplikace jsou použity 3 doplňkové funkce (v obrázku naznačeny zkratkou ZuFu). Principiálně pokud regulátoru zůstanou na připojovací svorkovnici volné svorky na realizaci potřebné doplňkové funkce, lze danou funkci v regulátoru aktivovat a přiřadit k volným vstupům či výstupům. V dalším popíšeme jednu ze 14 doplňkových funkcí a tou je částečné nabíjení akumulačního zásobníku. Hydraulické zapojení odpovídá následujícímu schématu.

Pro realizaci této funkce je nutný jeden volný výstup a vstup. Funkce zajišťuje rychlé nahřátí horní části akumulačního zásobníku přestavováním zónového ventilu Y14. Zároveň se spodní část zásobníku udržuje na co nejnižší teplotě, z důvodu většího tepelného zisku ze solárních kolektorů. Při použití konvenčního zdroje se nahřívá vždy jenom horní část zásobníku a při použití kotle na dřevo se nahřívá nejprve horní část a následně nato celý zásobník. Dochází také k lepšímu a kratšímu náběhu kotle a tím k menší kondenzaci kotle.
Mezi další doplňkové funkce patří ohřívání teploty zpátečky, resp. ochlazování pro kondenzační kotle, umístění elektrické topné spirály do zásobníku TUV, výstup ochrany proti přehřátí, přečerpávání tepla mezi zásobníky, podávací čerpadlo pro vzdálené spotřebiče a další.

Na závěr
Článek má za cíl ukázat projektantům a technikům principy jednoduchého hydraulického zapojení bivalentních otopných soustav, které je možné regulovat s použitím běžně dostupných regulátorů. K tomu slouží výše uvedený příklad bivalentní otopné soustavy a popis nejdůležitějších funkčních vazeb mezi zdroji tepla.

Kontakt:
Siemens Building Technologies, spol. s r.o.
Divize Landis & Staefa
Novodvorská 1010/14
CZ - 142 01 Praha 4 - Lhotka
Tel.: 02/61 34 23 19 (82,16)
Fax: 02/61 34 23 57
www.sibt.cz
informace o firmě v TZB-adresáři