Monitorizarea termică a sediului Imperial Electric S.A. şi controlul de la distanţă al temperaturilor

10 MARTIE 2010

În spiritul compromisului între investiţie şi economia de energie potenţială, ne-am oprit la:
– Monitorizarea temperaturilor în fiecare spaţiu încălzit, pentru asigurarea unui confort termic judicios, în relaţie cu modul de utilizare al fiecărui spaţiu, ca şi cu durata sa de utilizare. Spre exemplu, nu este eficient ca un hol, în care se petrece 1% din durata programului de lucru, sau un subsol folosit pentru depozitarea unor materiale folosite rareori, să fie încălzite la acelaşi nivel cu un birou în care se desfăşoară activităţi lipsite aproape complet de efort fizic.
– Corelarea unor temperaturi cu ponderea pierderilor energetice spre exterior. Spre exemplu, este inutilă reducerea exagerată a temperaturii într-un spaţiu care are un procent redus de lungime a pereţilor spre exterior, cum ar fi un coridor cu o fereastră în capăt, pe când, în cazul unui coridor lipit pe lungime de un perete exterior, reducerea temperaturii poate aduce economii semnificative.
– Urmărirea ciclului diurn de temperaturi, la exterior şi la interior. Evident pentru zone de clădire care nu sunt folosite în afara orelor de program, încălzirea pe timpul nopţii nu-şi are sensul, iar tocmai noaptea, consumurile sunt maxime din cauza scăderii temperaturii exterioare. Din analiza acestui ciclu de temperaturi, se poate determina intervalul optim de reîncălzire a zonei de birouri, care este dependent atât de temperatura exterioară, cât şi de puterea disponibilă a centralei termice (în funcţie şi de alte părţi de clădire care trebuie încălzite), astfel încât la ora de început a programului de lucru, temperaturile să fie la valoarea stabilită. De asemenea, se pot stabili interacţiunile între zonele cu folosire intermitentă şi o zonă cu folosire permanentă (de exemplu un spaţiu de locuit sau un post de pază). Evident puterea de încălzire în aceste zone va trebui suplimentată, atât pentru a face faţă scăderii de temperatură exterioară, cât şi scăderii de temperatură a pereţilor comuni cu zonele de folosire intermitentă. Tot atât de evident este însă şi că rezultatul unei politici mixte de acest tip va fi o reducere de consum pe ansamblu, concomitent cu menţinerea temperaturilor necesare. Se observă că pentru utilizarea de regimuri termice ciclice, puterea de încălzire disponibilă trebuie să aibă o rezervă suplimentară faţă de cazul utilizării la o temperatură constantă.
În principiu, când puterea suplimentară disponibilă e mai mare, scad şi consumurile pe perioada de reîncălzire, care se scurtează. Perioada de reîncălzire ar trebui să includă şi un timp pentru uniformizarea temperaturilor, ţinând seama şi de faptul că nu se prevede mai mult de un senzor pe o zonă de reglare.
– Auditarea sistemului de încălzire, pentru a determina, la diferite regimuri de temperatură exterioară, dacă sistemul de încălzire are capacitatea corespunzătoare şi este utilizat în mod optim (parametri ca: temperatura agentului termic la tur şi retur, viteza de creştere a temperaturii în zonele cu utilizare intermitentă, debitul agentului termic, pierderile de căldură pe conducte, frecvenţa ciclului de pornire/oprire a centralei termice, durata activă) influenţează performanţa sistemului de încălzire, durata de viaţă a centralei şi mai ales, consumul.
Pentru a asigura apoi punerea în practică a rezultatelor monitorizării, devine evident că este absolut necesar un sistem de control automat, programabil separat pentru fiecare unitate zonală implicată. Utilizarea de termostate clasice independente pentru fiecare zonă controlată este exclusă atât din cauza costurilor, cât şi a pierderii de timp cauzată de reglarea fiecăruia în parte.
Pentru reducerea costurilor şi pentru facilitarea reglajelor, sistemul ar trebui să utilizeze un hardware centralizat, în care doar programarea să se facă diferenţiat. De asemenea, senzorii de monitorizare trebuie să fie aceiaşi cu cei folosiţi pentru reglarea automată. În principiu, funcţiile de reglare şi înregistrarea parametrilor pot fi indeplinite de un microcontroler, care are avantajul unui consum redus de energie şi a unei fiabilităţi ridicate, dar interfaţa grafică pentru vizualizarea şi analiza istoricelor şi pentru setarea temperaturilor ar beneficia de un PC.
S-a mai pus de asemenea problema punctului de comandă al temperaturilor. În unele situaţii, este suficient să existe un singur calculator central de la care se stabilesc temperaturile de reglare şi ciclurile de temperatură. În alte situaţii, se poate să fie utilă sau necesară transmiterea în timp real a temperaturilor monitorizate la distanţă şi modificarea lor de la distanţă. În sfârşit, se mai poate dori şi controlul direct al setării unei camere, chiar din camera respectivă, de exemplu dintr-un reglaj clasic de tip buton rotativ, acea parte a sistemului funcţionând temporar ca un termostat ambiental independent.
Cea mai simplă abordare a relaţiei acestor trei posturi de comandă este cea de tipul “ultima comandă se execută”, care nu pune nici o problemă de consistenţă a programării. Desigur sistemul se poate detalia mai departe cu parole şi nivele de acces.
– Pentru comanda la distanţă, tipul de aplicaţie exclude practic alte căi de comunicaţie în afară de Internet, deoarece este de aşteptat ca toate clădirile implicate să fie dotate oricum cu conexiune Internet, iar viteza de reacţie a sistemelor de încălzire nu necesită conexiuni mai rapide. De asemenea, sistemele de încălzire sunt autonome, deci nu există pericole cauzate de întreruperea temporară a comunicaţiei, care să impună sisteme de comunicaţie redundante. Sistemul de calcul local trebuie prevăzut cu un server de date numerice şi poate funcţiona şi în absenţa unui IP fix printr-unul dintre serviciile DDNS existente.
– Comanda locală centralizată se poate face direct de la calculatorul sistemului de reglaj, pentru toate zonele controlate.
– Comanda locală direct dintr-o anumită zonă controlată, se poate face printr-un dispozitiv simplu de interfaţă analogică, cum ar fi un potenţiometru, care oferă o rezoluţie suficientă şi foloseşte un canal de intrare analogică, la fel cu senzorii de temperatură.
– Pornind de la aceste principii generale, s-a trecut la construirea unui sistem de monitorizare şi reglare a încălzirii, la sediul firmei Imperial Electric. Arhitectura sistemului este următoarea:

– Senzori de temperatură de tip circuit integrat LM35.
– Module de intrări A/D cu comunicaţie serială RS-485 (câte unul pe etaj pentru cazul de faţă). Comunicaţia RS-485 permite conectarea tuturor modulelor la aceeaşi linie de comunicaţie pe 2 fire.
– Convertor RS-485 pentru conectarea direct la PC (în această fază, nu am folosit un microcontroler, ci am conectat direct modulele de achiziţie la PC).
– PC cu software de achiziţie, înregistrare, reglare după un algoritm special, setare şi vizualizare a datelor înregistrate.
– Module de ieşiri digitale pentru comanda electroventilelor (suficient tot 1 modul pe etaj), conectate la aceeaşi linie RS-485 şi amplasate în aceleaşi casete ca şi modulele de intrări analogice.
– Electroventile pentru comanda încălzirii.
În principiu, este necesar un singur electroventil pentru comanda unei zone reglate.
În cazul în care într-o zonă sunt mai multe radiatoare, ar fi necesar un singur electroventil. Pentru instalaţiile cu distribuitor/colector centralizate şi cu zonele controlate având
circuite independente, electroventilele pot fi amplasate grupat în spaţiul tehnic, făcând instalaţia invizibilă (senzorii sunt minusculi şi de asemenea nu se impun privirii).

Deşi sunt disponibile şi electrovalve proporţionale, s-a apreciat că inerţia termică a zonelor controlate este suficient de mare pentru a realiza o bună stabilitate a temperaturilor doar cu electroventile închis/deschis (acestea au avantajul de preţ, atât pentru ele, cât şi pentru modulele de comenzi digitale).
Funcţiile necesare stabilizării temperaturii s-au realizat din software, prin exploatarea la maxim a informaţiei dată de senzori, care sunt sensibili la variaţii de temperatură insesizabile simţurilor umane puternic perturbate de suprapunerea peste efectul temperaturii mediului, a efectului propriei stări de activitate a corpului. Sub acest aspect, un senzor de temperatură integrat este incomparabil mai obiectiv şi mai exact decât simţurile umane.
De aceea ne-am bazat pe exploatarea prin calcul a acestei informaţii pentru a transforma efectul semnalul de control digital închis/deschis pentru electroventile, într-un efect de reglare proporţională (practic un semnal PWM obişnuit redus în frecvenţă de câteva milioane de ori).
Regulatorul software este asimetric, foloseşte filtre numerice, derivata temperaturii, funcţionează în regim de autooscilaţie cu amortizarea controlată din software.

Contact:
Ing. Adrian Olaru
Imperial Electric SA
office@imperialelectric.ro
www.imperialelectric.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre