V našem primeru si za porabnik toplote lahko predstavljamo konvektor. S primerno regulacijo delovanja konvektorja učinkovito reguliramo temperaturo v prostoru, za katero pa želimo zagotoviti najmanjše odstopanje od želene temperature. Za uspešno reguliranje ventilatorskih konvektorjev, moramo obravnavati in upoštevane številne veličine:
• vstopna in izstopna temperatura vode,
• izmerjena temperatura prostora,
• želena temperatura prostora,
• masni pretok vode skozi prenosnik toplote,
• število vrtljajev oz. hitrost vrtenja ventilatorja,
• zunanja temperatura.
Na podlagi teh veličin reguliramo temperaturo v prostoru s prilagajanjem osnovnih regulacijskih elementov, ki jih imamo v konvektorskem vodnem sistemu. Te osnovni elementi so:
• regulacijski ventili z aktuatorji,
• ventilator konvektorja,
• obtočna črpalka oz. regulator masnega ali volumskega pretoka,
• regulacijski kontrolerji s senzorji oz. tipali/zaznavali.
2.3.1.1 Regulacijski ventili z aktuatorji
Regulacijski ventil je na Slika 2.14 nameščen takoj za napravo, ki pripravlja toplo oz. hladno vodo. Povezan je na senzoriko, ki meri temperaturo v prostoru. Glede na vrednosti, ki jih pridobi tipalo, se ventil primerno odpira ali zapira. Voda v tem primeru steče po »bypass«
cevi v povratni vod in tako nazaj v napravo za pripravo vode.
Velikokrat, sploh v primeru ventilatorskih konvektorjev, pa se tovrstni regulacijski ventili uporabljajo za regulacijo samega masnega ali volumskega pretoka in tako nadomestijo prilagajanje obtočne črpalke in dodatnih regulatorjev pretoka.
Primarna naloga regulacijskih ventilov je torej regulacija masnega pretoka vode, ki teče skozi prenosnik toplote v konvektorju. Pretok se prilagaja s hodom ventila, le-ta pa je določen na podlagi karakteristike ventila oz. aktuatorja – 𝑘𝑣.
2.3.1.2 Ventilator
S številom vrtljajev oz. hitrostjo vrtenja ventilatorja reguliramo pretok zraka, ki obteka prenosnik toplote v konvektorju, da pride do primernega prenosa toplote s konvekcijo. Kot je bilo že omenjeno zgoraj, potrebujemo za večji grelni ali hladilni učinek večji pretok zraka.
Ventilatorji v konvektorju imajo največkrat tri tovarniške nastavitve, kar omogoča samo tri hitrosti ventilatorja. Mogoče pa je ventilator priklopiti na potenciometer od 0 do 10 V, in s tem pridobimo »neskončno mnogo« hitrosti. Hitrost ventilatorja se lahko prilagaja neposredno iz tipala, ki ga vsebuje že sam konvektor, lahko pa se regulacijo ventilatorja priključi na sobno ali centralno nadzorno enoto.
2.3.1.3 Temperaturna zaznavala
Temperaturna zaznavala/tipala/senzorji so izrednega pomena pri regulaciji, saj na podlagi teh določamo odstopke med regulirno temperaturo in želeno temperaturo prostora. Ločimo več temperaturnih zaznaval glede na to, kam so postavljena:
• temperaturna zaznavala v konvektorju,
• temperaturna zaznavala v prostoru,
• zunanja temperaturna tipala.
Pomembno je, da so temperaturna zaznavala ustrezno povezana z nadzornimi enotami – kontrolerji ter da so postavljena na primerna mesta. Notranjih zaznaval ne nameščamo na lokacije, kjer prihaja do izvorov toplote oz. hladu (poleg svetil in aparatov, vrat in oken …) ter na lokacije, kamor lahko posije sonce. Prav tako mora biti zagotovljeno zadostno kroženje zraka, zato zaznaval nikakor ne postavljamo za ovire, kot so pohištvo in zavese.
Zunanja zaznavala pa uporabljamo v primeru, ko želimo imeti vremensko vodeno regulacijo, kar pomeni, da se nam v čezmerno mrzlih oz. toplih dneh naprava za proizvodnjo tople ali hladne vode avtomatsko prižge. Nameščena morajo biti na severni ali severozahodni steni stavbe in na določeni višini, zato da hladna tla ne vplivajo na tipalo. Prav tako morajo biti
zavarovana pred vremenom in umazanijo ter ne smejo biti izpostavljena dodatni toploti ali hladu [14].
2.3.2 Regulacijski načini
Temperaturo v prostoru lahko v primeru konvektorjev reguliramo s prilagajanjem hitrosti ventilatorja in/ali odprtosti ventilov. S hitrostjo ventilatorja reguliramo velikost prenosa toplote iz toplotnega medija v prostor, s hodom ventilov pa reguliramo volumski pretok vode v prenosnik toplote v konvektorju.
▪ proporcionalna-integralna diferencialna regulacija (PID-člen).
Pri ročni regulaciji sodeluje človek, ki prevzame nalogo vsaj enega člena v regulirnem krogu.
Na podlagi zajetih vrednosti in nekoliko lastne presoje in izkušenj prilagaja nastavitve.
Pri samodejni regulaciji pa vsi postopki v regulirnem krogu potekajo samodejno, brez prisotnosti človeka.
2.3.2.1 Regulacija vklop/izklop
Gre za osnovni način regulacije v kateremkoli sistemu, ki ga želimo regulirati. Pri tem načinu regulacije imamo samo dve stopnji – prva je vklop (npr. popolnoma odprt ventil – popoln prostorninski pretok toplotnega medija), druga pa izklop (npr. popolnoma zaprt ventil – ni prostorninskega pretoka toplotnega medija). Zaradi samo dveh stopenj prihaja do velikih temperaturnih oscilacij in odstopanj, saj tovrstni način regulacije ne prilagaja temperature prostora dovolj hitro želeni temperaturi.
2.3.2.2 PID-regulacija
P-člen oz. proporcionalni regulator naprave pa ima več stopenj delovanja. Namen tega je čim natančnejše uravnavanje želenih veličin. Če se spet osredotočimo na pretok skozi ventil, P-člen aktivno uravnava lego ventila in s tem tudi posledično pretok toplotnega medija na zvezen način. Ker želimo s pretokom regulirati temperaturo, se delovanje ventila prilagaja proporcionalni razliki med dejansko in želeno temperaturo v prostoru. Pri največji temperaturni razliki je tako signal največji, kar rezultira v celoti odprtem ventilu, pri manjših temperaturnih razlikah pa se tako signal kot tudi odprtost ventila sorazmerno zmanjšujeta.
Podobno je s hitrostjo ventilatorja, kadar ga imamo nastavljenega na delovanje s potenciometrom. Pri proporcionalni regulaciji vse aktuatorje in potenciometre reguliramo z nizko napetostjo 0‒ 10 V.
Proporcionalni regulator žal ne odpravi razlike med dejansko in želeno temperaturo zraka v prostoru v celoti, zato so se pojavili tudi druge vrste regulatorjev, kot je npr. PI-regulator. V
tem primeru gre prav tako za proporcionalni regulator, ki pa ima dodatno vgrajeno integralno funkcijo, ki spreminja odvisnost proporcionalnega signala tako, da v določenem časovnem intervalu zmanjša razliko med dejansko in želeno temperaturo zraka v prostoru.
Za še dodatno in boljšo natančnost so se pojavili PID-regulatorji, ki imajo dodan diferencialni člen. Le-ta nam omogoča najhitrejše odzive in s tem povezano zelo majhna nihanja temperature, če so vsi parametri pravilno nastavljeni.