Điều khiển tự động trong điều hoà không khí

Điều khiển tự động điều hoà không khí Điều khiển tự động điều hoà không khí Bởi: Võ Chí Chính Đinh Văn Thuận ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ Nhiệm vụ chức hệ thống điều khiển Chức quan trọng hệ thống điều hòa không khí trì thông số khí hậu phạm vi không phụ thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh thay đổi phụ tải Tuy nhiên chưa xem xét làm mà hệ thống điều hoà không khí thực điều phụ tải môi trường luôn thay đổi Hệ thống điều khiển có chức nhận tín hiệu thay đổi môi trường phụ tải để tác động lên hệ thống thiết bị nhằm trì giữ ổn định thông số khí hậu không gian điều hòa không phụ thuộc vào điều kiện khí hậu bên phụ tải bên Các thông số cần trì : • • • • Nhiệt độ; Độ ẩm; Áp suất; Lưu lượng Trong thông số nhiệt độ thông số quan trọng Ngoài chức đảm bảo thông số vi khí hậu phòng, hệ thống điều khiển có tác dụng bảo vệ an toàn cho hệ thống, ngăn ngừa cố xãy ra; đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu kinh tế nhất; giảm ch phí vận hành công nhân 1/14 Điều khiển tự động điều hoà không khí Sơ đồ điều khiển thiết bị hệ thống điều khiển Sơ đồ điều khiển tự động Sơ đồ hệ thống điều khiển Các hệ thống điều khiển tự động điều hòa không khí hoạt động dựa nhiều nguyên tắc khác Tuy nhiên hệ thống điều khiển có thiết bị tương tự Ta nghiên cứu sơ đồ điều chỉnh nhiệt độ đầu không khí nêu hình 11.1 Ở thông số cần trì nhiệt độ không khí đầu dàn trao đổi nhiệt, gọi thông số điều khiển Hệ thống hoạt động sau: Khi nhiệt độ không khí đầu dàn trao đổi nhiệt thay đổi (chẳng hạn cao so với yêu cầu , giá trị cài đặt sẵn điều khiển), thay đổi cảm biến (sensor) ghi nhận truyền tín hiệu phản hồi lên thiết bị điều khiển Thiết bị điều khiển tiến hành so sánh giá trị đo với giá trị đặt trước (set point) Tuỳ thuộc vào mối quan hệ đại lượng mà tính tín hiệu đầu nhằm tác động lên thiết bị bị điều khiển (controlled device) khác Tuỳ thuộc vào tín hiệu từ thiết bị điều khiển mà thiết bị điều khiển có hành động cách phù hợp nhằm tác động lên nguyên nhân gây thay đổi thông số điều khiển Ở nguyên nhân làm thay đổi thông số điều khiển môi chất trao đổi nhiệt Thông số điều khiển: Thông số điều khiển thông số nhiệt vật lý cần phải trì hệ thống điều khiển Trong hệ thống điều hoà không khí thông số thường gặp nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng, công suất vv 2/14 Điều khiển tự động điều hoà không khí Bộ cảm biến (sensor) Là thiết bị cảm nhận thay đổi thông số điều khiển truyền ghi nhận lên thiết bị điều khiển Nguyên tắc hoạt độ cảm biến dựa giãn nở nhiệt chất, dựa vào lực dòng chảy Thiết bị điều khiển Thiết bị điều khiển so sánh giá trị ghi nhận cảm biến với giá trị đặt trước Tuỳ theo mối quan hệ giá trị mà tín hiệu điều khiển đầu khác Phần tử điều khiển (Cơ cấu chấp hành) Sau nhận tín hiệu từ thiết bị điều khiển cấu chấp hành tác động, tác động có tác dụng làm thay đổi thông số điều khiển Tác động thường gặp có dạng ON-OFF Các nguồn lượng cho hệ thống điều khiển Người ta sử dụng nhiều nguồn lượng khác cho hệ thống điều khiển : - Điện : Đại phận hệ thống điều khiển sử dụng điện đẻ điều khiển tính gọn nhẹ dễ dàng sử dụng Nguồn điện có điện áp thường nằm khoảng 24 220 V Một số hệ thống sử dụng hệ thống có điện áp dòng thấp : U < 10V, I=4-50mA - Hệ thống khí nén : Người ta sử dụng hệ thống khí nén để điều khiển Hệ thống có áp suất P= - 20 lb/m2 - Hệ thống thủy lực : Hệ thống thường có áp suất lớn P = 80 - 100 lb/m2 Các thiết bị điều khiển Bộ phận cảm biến (sensor) Trong điều hoà không khí có cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, áp suất lưu lượng Bộ cảm biến nhiệt độ Tất cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa nguyên tắc tính chất nhiệt vật lý chất thay đổi theo nhiệt độ Cụ thể giãn bở nhiệt, thay đổi điện trở theo nhiệt độ Ta thường gặp cảm biến sau: 3/14 Điều khiển tự động điều hoà không khí Hình 11.2 Các kiểu cảm biến Thanh lưỡng kim (bimetal strip) Trên hình 11.2a1 cấu lưỡng kim, ghép từ kim loại mỏng có hệ số giãn nở nhiệt khác Một đầu giữ cố định đầu tự Thanh làm từ vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt Khi nhiệt độ tăng giãn nở nhiều uốn cong toàn sang trái Khi nhiệt độ giảm xuống giá trị định mức, bị uốn cong sang phải Một dạng khác cảm biến dạng lưỡng kim uốn cong dạng xoắc trôn ốc, đầu cố định đầu di chuyển Loại thường sử dụng để làm đồng hồ đo nhiệt độ (hình 11.2a2 Bộ cảm biến ống Cấu tạo gồm 01 kim loại có hệ số giãn nở nhiệt lớn đặt bên 01 ống trụ kim loại giản nở nhiệt Một đầu kim loại hàn chặt vào đáy ống đầu tự Khi nhiệt độ tăng giảm so với nhiệt độ định mức đầu tự chuyển động sang phải sang trái Bộ cảm biến kiểu hộp xếp Cấu tạo gồm hộp xếp có nếp nhăn màng mỏng có khả co giãn lớn, bên chứa đầy chất lỏng chất khí Khi nhiệt độ thay đổi môi chất co giãn hộp xếp màng mỏng căng phòng làm di chuyển gắn 4/14 Điều khiển tự động điều hoà không khí Bộ cảm biến kiểu hộp xếp có ống mao bầu cảm biến Cảm biến điện trở Cảm biến điện trở có loại sau đây: • Cuộn dây điện trở • Điện trở bán dẫn • Cặp nhiệt Bộ cảm biến kiểu điện trở Bộ cảm biến áp suất Bộ cảm biến áp suất thường cảm biến kiểu hộp xếp Khác với cảm biến nhiệt độ kiểu hộp xếp luôn kèm với bầu cảm biến, bên có môi chất, hộp xếp nối trực tiếp với tín hiệu áp suất để ghi nhận thay đổi áp suất môi chất tác động lên màng xếp 5/14 Điều khiển tự động điều hoà không khí Bộ cảm biến áp suất Bộ cảm biến độ ẩm Bộ cảm biến độ hoạt động dựa nguyên lý thay đổi tính chất nhiệt vật lý môi chất độ ẩm thay đổi Có 02 loại cảm biến độ ẩm: • Loại dùng chất hữu (organic element) • Loại điện trở (Resistance element) Bộ cảm biến độ ẩm Trên hình 11.6 cảm biến độ ẩm, có chứa sợi hấp thụ ẩm Sự thay đổi độ ẩm làm thay đổi chiều dài sợi hấp thụ Sợi hấp thụ tóc người vật liệu chất dẻo axêtat Bộ cảm biến lưu lượng Phong kế dây nóng (hot wire anemometer) 6/14 Điều khiển tự động điều hoà không khí Trên hình 11.7 trình bày cấu tạo phong kế dây nóng Thiết bị gồm dây điện trở cảm biến nhiệt độ Môi chất qua dây điện trở làm lạnh nó, tốc độ gió tỷ lệ với công suất điện cần thiết để trì nhiệt độ chuẩn dùng đối chiếu Phong kế dây nóng Ống pitô Ống pitô đo áp suất lưu lượng Trên hình 11.8 trình bày ống pitô đo áp suất: áp suất tĩnh (11.8a), áp suất tổng (11.b) áp suất động (11.8c) Cơ sở để đo lưu lượng phụ thuộc lưu lượng vào thay đổi áp suất qua thiết bị lưu lượng: 7/14 Điều khiển tự động điều hoà không khí Tấm đục lổ Lưu lượng kế có vòng đục lổ Trên hình 11.9 trình bày lưu lượng kế sử dụng vòng có đục lổ nhỏ Người ta nhận thấy thay đổi áp suất tĩnh phía trước phía sau vòng phụ thuộc vào lưu lượng theo quan hệ sau đây: đó: C- Hằng số; F- Diện tích tiết diện ống, m2 Ống Venturi Lưu lượng kế Venturi Lưu lượng kế kiểu Venturi gồm ống có cổ thắt (hình 11.10) Độ chênh áp suất đầu vào ống vị trí cổ thắt tỷ lệ với lưu lượng môi chất chuyển động ngang qua ống 8/14 Điều khiển tự động điều hoà không khí Lưu lượng kế kiểu chân vịt xoay Vòng chân vịt chuyển động xoay tác dụng dòng chảy, vòng quay nhanh tốc độ dòng chảy lớn Thiết bị nối với cấu đo để chị lưu lượng Lưu lượng kế chân vịt Các thiết bị điều khiển Van điện từ Có loại van điện từ * Loại đóng mở on-off: Van có trạng thái đóng mở Van thường có loại van ngã van ngã * Loại đóng mở mô tơ (Motorize): Van đóng mở mô tơ cho phép đóng mở nhiều vị trí thường dùng điều chỉnh lưu lượng - Căn vào số hướng dòng, van điện từ chia làm loại ngã ngã * Van ngã: Hai ngã gồm ngã môi chất vào 01 ngã môi chất Loại van có kiểu : Loại thường mở (NO- Normally Open) loại thường đòng (NC- Normally Close) 9/14 Điều khiển tự động điều hoà không khí Van điện từ ngã a) Loại thường mở; bc) Loại thường đóng * Van điện từ ngã: Gồm có ngã môi chất vào Loại ngã chia làm loại khác nhau: - Van ngã hổn hợp: Có 02 cửa vào 01 cửa - Van ngã kiểu bypass: Có 01 cửa vào 02 cửa Van điện từ ngã a) Van ngã hổn hợp; b) Van điện từ ngã by-pass Cửa gió Các cửa gió điều khiển phải cửa gió mà việc đóng mở thực mô tơ Trên hình 11.14 cửa gió điều chỉnh, bên hông cửa gió có gắn mô tơ Mô tơ có trục gắn vào trục quạt cánh van điều chỉnh Khi nhận tín hiệu điều khiển, mô tơ hoạt động thực việc đóng hay mở van theo yêu cầu Lưu lượng kế Venturi 10/14 Điều khiển tự động điều hoà không khí CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN Điều khiển nhiệt độ Sơ đồ điều khiển nhiệt độ Trên hình 11.15 sơ đồ điều khiển nhiệt độ AHU AHU có 02 dàn trao đổi nhiệt: dàn nóng dàn lạnh dàn hoạt động độc lập không đồng thời Mùa hè dàn lạnh làm việc, mùa đông dàn nóng làm việc Đầu không khí có bố trí hệ thống phun nước bổ sung để bổ sung ẩm cho không khí Nước nóng, nước lạnh nước phun cấp vào nhờ van điện từ thường đóng (NC-Normal Close) thường mở (NO- Normal Open) Điều khiển công suất Phương pháp điều khiển ON-OFF Phương pháp thường dược sử dụng hệ thống nhỏ Khống chế trạng thái phần tử trạng thái : Đóng mở Ví dụ : Để điều chỉnh nhiệt độ không khí phòng, máy điều hòa cửa sổ thực sau : + Nhiệt độ đặt phòng 22 oC + Khi nhiệt độ phòng xuống 21oC máy dừng chạy + Khi nhiệt độ lên 23 oC máy bắt đầu chạy lại 11/14 Điều khiển tự động điều hoà không khí Như máy làm việc khoảng nhiệt độ từ 21 - 23oC Độ chênh nhiệt độ vị trí ON OFF gọi vi sai điều khiển Bây ta biểu thị đồ thị thay đổi nhiệt độ phòng công suất theo thời gian Trong điều kiện lý tưởng nhiệt độ lên 23oC máy bắt đầu chạy ngược lại nhiệt độ đạt 21oC máy dừng tính nhiệt nên đến 23oC 21oC nhiệt độ phòng thay đổi khoảng Hình 11.16 Điều khiển công suất theo kiểu ON-OFF Trong chu kỳ, thời gian không khí làm lạnh (nhiệt độ giảm) đốt nóng (nhiệt độ tăng) phụ thuộc vào mối quan hệ công suất làm lạnh Qlạnh tổng nhiệt thừa phòng QT * Đặc điểm phương pháp điều khiển kiểu ON-OFF - Đơn giản , giá thành thấp nên thường sử dụng cho hệ thống nhỏ - Công suất kỳ dao động lớn Nên không thích hợp cho hệ thống lớn điều khiển xác Phương pháp điều khiển bước Thường sử dụng cho hệ thống lớn có nhiều máy Phương pháp có ưu điểm hạn chế sai lệch lớn công suất kỳ 12/14 Điều khiển tự động điều hoà không khí Phương pháp điều khiển bước thay đổi công suất theo bước, tránh công suất thay đổi đột ngột Hệ điều hòa có điều khiển bước phải có nhiều tổ máy Trong hệ thống điều khiển vào tín hiệu biến điều khiển tác động lên rơ le hay công tắc làm thay đổi công suất thiết bị theo bước hay giai đoạn Ta nghiên cứu ví dụ: Thiết bị điều khiển công số hệ thống điều hòa gồm cụm máy chiller • Biến điều khiển nhiệt độ nước lạnh vào máy tnv • Giá trị định trước tnv = 8oC * Khi nhiệt độ tăng : Khi nước tnv = 8,5oC có tổ máy I làm việc Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng đến 9oC tổ máy II khởi động làm việc tổ I Nếu nhiệt độ tăng đến 9,5oC tổ máy thứ III khởi động làm việc * Khi nhiệt độ giảm : Khi nhiệt độ giảm xuống 7,5 oC tổ máy thứ III ngừng hoạt động Nếu tiếp tục giảm xuống 7oC tổ máy II dừng tiếp Nếu xuống 6,5oC dừng thêm tổ I Điều khiển công suất theo bước Ta nghiên cứu đồ thị thay đổi nhiệt độ phụ tải: - Ta có nhận xét đồ thị công suất thay đổi bậc, tránh tượng xung (thay đổi đột ngột) 13/14 Điều khiển tự động điều hoà không khí - Các máy làm việc sau : + Máy I : Làm việc khoảng nhiệt độ tăng lên 8,5oC dừng nhiệt độ giảm xuống 6,5oC Như máy I làm việc khoảng thời gian dài + Máy II: làm việc khoảng nhiệt độ tăng lên tới 9oC dừng nhiệt độ giảm xuống 7oC + Máy II: Làm việc nhiệt độ tăng lên 9,5oC dừng nhiệt giảm xuống 7,5oC Như máy I làm việc nhiều máy II làm việc Để tránh tình trạng mạch điện ngưòii ta có thiết kế công tắc chuyển mạch để đổi vai trò máy cho nhau, tránh cho máy nén làm việc nhiều máy khác không hoạt động Ưu, nhược điểm phương pháp điều khiển theo bước : - Tránh thay đổi công suất đột ngột Thích hợp cho hệ thống lớn - Các máy làm việc không nên phải thường xuyên chuyển đổi vai trò máy - Biên độ dao động (vi sai) biến điều khiển tương đối lớn phải qua cấp 14/14 [...].. .Điều khiển tự động trong điều hoà không khí CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN Điều khiển nhiệt độ Sơ đồ điều khiển nhiệt độ Trên hình 11.15 là sơ đồ điều khiển nhiệt độ của một AHU AHU có 02 dàn trao đổi nhiệt: một dàn nóng và một dàn lạnh các dàn hoạt động độc lập và không đồng thời Mùa hè dàn lạnh làm việc, mùa đông dàn nóng làm việc Đầu ra của không khí có bố trí hệ thống phun... thống lớn và điều khiển chính xác Phương pháp điều khiển bước Thường được sử dụng cho hệ thống lớn có nhiều máy Phương pháp này có ưu điểm hạn chế được sự sai lệch lớn công suất giữa các kỳ 12/14 Điều khiển tự động trong điều hoà không khí Phương pháp điều khiển bước là thay đổi công suất theo từng bước, tránh công suất thay đổi quá đột ngột Hệ điều hòa có điều khiển bước phải có nhiều tổ máy Trong hệ... trong phòng là 22 oC + Khi nhiệt độ trong phòng xuống 21oC máy sẽ dừng chạy + Khi nhiệt độ lên 23 oC thì máy bắt đầu chạy lại 11/14 Điều khiển tự động trong điều hoà không khí Như vậy máy sẽ làm việc trong khoảng nhiệt độ từ 21 - 23oC Độ chênh nhiệt độ giữa 2 vị trí ON và OFF gọi là vi sai điều khiển Bây giờ ta hãy biểu thị trên đồ thị sự thay đổi nhiệt độ phòng và công suất theo thời gian Trong điều. .. sung ẩm cho không khí Nước nóng, nước lạnh và nước phun được cấp vào nhờ các van điện từ thường đóng (NC-Normal Close) và thường mở (NO- Normal Open) Điều khiển công suất Phương pháp điều khiển ON-OFF Phương pháp này thường dược sử dụng trong các hệ thống nhỏ Khống chế trạng thái của một phần tử nào đó ở 2 trạng thái : Đóng và mở Ví dụ : Để điều chỉnh nhiệt độ không khí trong phòng, máy điều hòa cửa... thị công suất thay đổi từng bậc, tránh hiện tượng xung (thay đổi đột ngột) 13/14 Điều khiển tự động trong điều hoà không khí - Các máy làm việc như sau : + Máy I : Làm việc trong khoảng khi nhiệt độ tăng lên 8,5oC và dừng khi nhiệt độ giảm xuống 6,5oC Như vậy máy I làm việc trong khoảng thời gian dài nhất + Máy II: làm việc trong khoảng khi nhiệt độ tăng lên tới 9oC và dừng khi nhiệt độ giảm xuống 7oC... điều hòa có điều khiển bước phải có nhiều tổ máy Trong hệ thống này bộ điều khiển căn cứ vào tín hiệu của biến điều khiển sẽ tác động lên các rơ le hay công tắc và làm thay đổi công suất thiết bị ra theo từng bước hay giai đoạn Ta nghiên cứu một ví dụ: Thiết bị điều khiển công số một hệ thống điều hòa gồm 3 cụm máy chiller • Biến điều khiển là nhiệt độ của nước lạnh vào máy tnv • Giá trị định trước là... Hình 11.16 Điều khiển công suất theo kiểu ON-OFF Trong một chu kỳ, thời gian không khí được làm lạnh (nhiệt độ giảm) và đốt nóng (nhiệt độ tăng) phụ thuộc vào mối quan hệ giữa công suất làm lạnh Qlạnh và tổng nhiệt thừa của phòng QT * Đặc điểm của phương pháp điều khiển kiểu ON-OFF - Đơn giản , giá thành thấp nên thường sử dụng cho hệ thống nhỏ - Công suất giữa các kỳ dao động lớn Nên không thích... việc ít nhất Để tránh tình trạng đó trong mạch điện ngưòii ta có thiết kế công tắc chuyển mạch để đổi vai trò các máy cho nhau, tránh cho một máy nén bất kỳ làm việc quá nhiều trong khi máy khác hầu như không hoạt động Ưu, nhược điểm của phương pháp điều khiển theo bước : - Tránh được sự thay đổi công suất quá đột ngột Thích hợp cho hệ thống lớn - Các máy làm việc không đều nhau nên phải thường xuyên... I làm việc Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng đến 9oC thì tổ máy II khởi động và làm việc cùng tổ I Nếu nhiệt độ tăng đến 9,5oC thì tổ máy thứ III khởi động làm việc * Khi nhiệt độ giảm : Khi nhiệt độ giảm xuống 7,5 oC thì tổ máy thứ III ngừng hoạt động Nếu tiếp tục giảm xuống 7oC thì tổ máy II dừng tiếp Nếu xuống 6,5oC thì dừng thêm tổ I Điều khiển công suất theo bước Ta nghiên cứu đồ thị thay đổi nhiệt độ... theo bước : - Tránh được sự thay đổi công suất quá đột ngột Thích hợp cho hệ thống lớn - Các máy làm việc không đều nhau nên phải thường xuyên chuyển đổi vai trò của các máy - Biên độ dao động (vi sai) của biến điều khiển tương đối lớn do phải qua từng cấp 14/14