Zabezpieczenie przeciwzamrożeniowe nagrzewnicy - Frost

Centrale wentylacyjne (klimatyzacyjne) wyposażone w sekcję nagrzewnicy wodnej wymagają specjalnych układów zabezpieczających nagrzewnicę przed zamrożeniem przy ujemnych temperaturach zewnętrznych.

Teoretycznie wydaje się, że zjawisko takie nie powinno wystąpić, –ponieważ w nagrzewnicy i rurociągach płynie „gorąca woda”. Niestety wszyscy wiemy, że w sezonie zimowym spotykamy się z tym problemem. Konsekwencje awarii, są tak poważne, że ze szczególną uwagą należy podejść do tego problemu na etapie projektowania, montażu i eksploatacji. Zamrożenie nagrzewnicy w centrali wentylacyjnej (klimatyzacyjnej) w czasie mrozów to wyłączenie urządzenia z ruchu, uszkodzenia mechaniczne bloku nagrzewnicy, zalane pomieszczenia, skargi najemców, straty spowodowane przerwami w handlu lub produkcji itd. Zamarznięta woda, powoduje rozerwanie rurek wskutek zwiększania objętości przez lód. Po niekontrolowanym rozmarznięciu następuje wyciek wody z instalacji. Naprawa wymaga specjalistycznych ekip, no i czasu, a tego w czasie mrozów nie mamy za wiele. Straty materialne poniesione z tego tytułu są znaczne – wynikają z kosztów naprawy lub wymiany nagrzewnicy, remontu zalanych pomieszczeń oraz kosztów wynikających z niedotrzymania parametrów powietrza w budynku – lub pomieszczeniach w okresie wyłączenia centrali. Bez sprawnej nagrzewnicy centrala wentylacyjna (klimatyzacyjna) nie jest w stanie zapewnić wymaganych temperatur powietrza nawiewanego.

Rys.1  Przykładowe warunki pracy nagrzewnicy wodnej w centrali wentylacyjnej
Rys.1 Przykładowe warunki pracy nagrzewnicy wodnej w centrali wentylacyjnej

Co może być przyczyną takiego zjawiska, –kiedy wydaje się, że nie jest możliwe zamrożenie nagrzewnicy, przez którą płynie "gorąca woda"?:

  • Przerwa w dostawie ciepłej wody – lub zaniżone parametry (ciśnienie, temperatura).
  • Awaria pompy obiegowej lub jej przypadkowe wyłączenie
  • Błąd w oprogramowaniu sterownika (np. brak funkcji wygrzania nagrzewnicy w czasie rozruch zimą, niewłaściwie przeprowadzone odszranianie wymiennika krzyżowego, itp.), zła konfiguracja lub zbyt wolna reakcja na zmiany w obwodzie regulacji (niewłaściwe parametry regulatora PID)
  • Opóźnienie regulacji spowodowane sumą czasów wynikających z oddalenia czujnika pomiaru temperatury nawiewu od nagrzewnicy, czasu reakcji czujnika (stałej czasowej, czasem martwym, oraz "uśrednianiem temperatury"), opóźnieniem w pętli regulacji PID, czasem niezbędnym na reakcję siłownika zaworu itd.
  • Zbyt duża moc nagrzewnicy w stosunku do potrzeb -przewymiarowanie znacznie obniża przepływ wody zwiększając różnice temperatur powierzchni nagrzewnicy. Następuje duże schłodzenie wody grzejnej
  • Zablokowanie zaworu regulacyjnego np. w pozycji zamkniętej
  • Awaria siłownika zaworu regulacyjnego
  • Niewłaściwie dobrany zawór regulacyjny do mocy nagrzewnicy i parametrów sieci - w szczególności parametr kvs
  • Doprowadzenie czynnika grzewczego od góry nagrzewnicy - powrót wody z nagrzewnicy od dołu zwiększa ryzyko zamrożenia ponieważ odprowadzamy czynnik grzejny z nagrzewnicy o najniższej temperaturze na dole gdzie na ogół przepływa powietrze o najniższej temperaturze.
  • Uwarstwienie powietrza spowodowane niewłaściwym wymieszanim powietrza świeżego z powietrzem recyrkulowanym w komorze mieszania (zwiększa ryzyko zamrożenia nagrzewnicy)
  • Inne błędy projektowe lub wykonawcze

Na rys.1 przedstawiono przykładowe warunki, w jakich może pracować nagrzewnica wodna w centrali wentylacyjnej (klimatyzacyjnej). Na największe zagrożenia narażona jest centrala wentylacyjna nawiewna (bez odzysku ciepła) w wykonaniu dachowym. W tym przypadku na nagrzewnicę kierowane jest „pełne” powietrze zewnętrzne – przykładowo – 20 °C.

W celu zabezpieczenia nagrzewnicy przed zamarzaniem należy zastosować rozwiązania, które polegają na stałym monitorowaniu temperatury powietrza bezpośrednio za nagrzewnicą od strony powietrza „gorącego” lub kontroli temperatury powrotu wody z nagrzewnicy i uruchamianiu odpowiednich procedur w krytycznych sytuacjach. Układy zabezpieczające i algorytmy sterowania powinny pracować w sposób „ciągły” – to znaczy w czasie postoju centrali wentylacyjnej, w czasie rozruchu, w czasie pracy oraz w czasie awarii – szczególnie w czasie awarii „Frost”. Powinny cechować się dużą pewnością oraz szybkością działania. Awaria "FROST" należy do grupy awarii krytycznych - układy automatyki muszą generować alarm powiadamiający obsługę techniczną budynku. Skasowanie alarmu i uruchomienie urządzenia możliwe po usunięciu przyczyny awarii i "ręcznym" potwierdzeniu (skasowaniu) alarmu przez użytkownika. Zalecaną funkcjonalnością jest zarejestrowanie w systemie, kiedy, o której godzinie wystąpiła awaria (z rejestracją parametrów z okres przed, awarii oraz po awarii) następnie rejestracją, kto, kiedy, o której godzinie przyjął informację o awarii i ostatecznie, kto, kiedy potwierdził (usunął przyczynę, skasował alarm, włączył ponownie centralę wentylacyjną do pracy). Automatyczne zbieranie danych zapewnia nam obiektowy system BMS, w którym na etapie początkowym należy zapewnić właściwą konfigurację logów użytkownika i archiwizacji danych.

Ważnym elementem całego systemu jest zapewnienie bezpieczeństwa obsłudze technicznej budynku - firma Odbiory.pl zaleca, aby wszystkie elementy automatyki obiektowej jak siłowniki przepustnic, frost, siłowniki zaworów itd. zasilane były - lub występowało na nich napięcie nie wyższe niż 24 V.

Awaria z tytułu zadziałania frosta w zależności od zastosowanego rozwiązania lub kombinacji poniższych rozwiązań powinna wymusić następujące działania

 

Tab. 1 Matryca zadziałań elementów automatyki dla pracującej centrali wentylacyjnej w przypadku wystąpienia awarii "FROST"

 
Funkcjonalność Uwagi
Centrala wentylacyjna pracuje  
  Zadziałanie zabezpieczenia przed zamrożeniem nagrzewnicy

1. Przekazanie sygnału awarii krytycznej do obsługi budynku.

2. Dla układów gdzie jest to możliwe sprzętowa realizacja algorytmu zabezpieczającego instalację - dla pozostałych układów programowa.

3. Kasowanie awarii ręczne - przez uprawnionego użytkownika

Element automatyki Frost na powietrzu typu termostat Frost na powietrzu typu pomiarowy Frost na powietrzu typu termostat + pomiarowy Frost na wodzie typu termostat Frost na wodzie typu pomiarowy  
0 1 2 3 4 5 6
Przepustnica powietrza nawiew Zamknięcie Zamknięcie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Zamknięcie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Zamknięcie Zamknięcie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Siłownik przepustnicy ze sprężyną powrotną zamykający przepustnicę w przypadku zaniku napięcia zasilającego siłownik - napięcie odłącza "sprzętowo" przekaźnik termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4
Przepustnica powietrz wywiew1) Zamknięcie Zamknięcie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Zamknięcie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Zamknięcie Zamknięcie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Siłownik przepustnicy ze sprężyną powrotną2) zamykający przepustnicę w przypadku zaniku napięcia zasilającego siłownik - napięcie odłącza "sprzętowo" przekaźnik termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4
Zawór nagrzewnicy Otwarcie na 100% Otwierany sukcesywnie od nastawionej wstępnej temperatury - po osiągnięciu temperatury granicznej otwarty na 100% Otwierany sukcesywnie od nastawionej wstępnej temperatury - po osiągnięciu temperatury granicznej otwarty na 100% Otwarcie na 100% Otwierany sukcesywnie od nastawionej wstępnej temperatury - po osiągnięciu temperatury granicznej otwarty na 100% Zalecane wymuszenie "sprzętowe" otwarcia zaworu nagrzewnicy na 100% przez styk przekaźnika termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4
Pompa nagrzewnicy Załączenie Załączenie Załączenie Załączenie Załączenie

1. Pompa nagrzewnicy załącza się automatycznie dla temperatur zewnętrznych poniżej ustalonego minimum - zazwyczaj +5oC

2. Przekazanie sygnału awarii do obsługi budynku w przypadku nie załączenia się pompy dla punktu omówionego, powyżej czyli z pkt.1 - ALARM KRYTYCZNY

3. "Sprzętowe" załączenie pompy nagrzewnicy przez styk przekaźnika termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4

Wentylator nawiewu Wyłączenie Wyłączenie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Wyłączenie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury Wyłączenie Wyłączenie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury

1. "Sprzętowe" wyłączenie silnika wentylatora przez styk przekaźnika termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4 nawet w przypadku "ręcznego" załączenia napędu na elewacji rozdzielni automatyki

2. Wyłączenie silnika wentylatora dla układów z kolumny 2, 5 nawet w przypadku "ręcznego" załączenia napędu na elewacji rozdzielni automatyki

Wentylator wywiewu3) Wyłączenie Wyłączenie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Wyłączenie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury Wyłączenie Wyłączenie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury

1. "Sprzętowe" wyłączenie silnika wentylatora przez styk przekaźnika termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4 nawet w przypadku "ręcznego" załączenia napędu na elewacji rozdzielni automatyki

2. Wyłączenie silnika wentylatora dla układów z kolumny 2, 5 nawet w przypadku "ręcznego" załączenia napędu na elewacji rozdzielni automatyki

Inne układy np. nawilżanie Wyłączenie Wyłączenie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury Wyłączenie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury Wyłączenie Wyłączenie po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury Wyłączenie programowe w trybie awaryjnym

1) Dla układów gdzie takie przepustnice występują - czyli central wentylacyjnych nawiewno-wywiewnych i sprzężonych z nawiewem innych układów wywiewnych zawierających przepustnice od strony powietrza zewnętrznego - zabezpieczenie przed wychłodzeniem obiektu.

2) Dodatkowo zabezpiecza przed wychłodzeniem w przypadku zaniku napięcia na obiekcie, na rozdzielnicy sterującej lub awarii sterownika

3) Dla układów gdzie takie wentylatory występują - czyli central wentylacyjnych nawiewno-wywiewnych i sprzężonych z nawiewem innych układów wywiewnych z wentylatorami wyciągowymi - zabezpieczenie przed podciśnieniem w budynku oraz wychłodzeniem obiektu (napływem zimnego powietrza zewnętrznego)

 

Tab.2 Matryca zadziałań dla elementów automatyki dla centrali wentylacyjnej wyłączonej z ruchu w przypadku wystąpienia awarii "FROST"

Funkcjonalność Uwagi
Centrala wentylacyjna wyłączona przez użytkownika np. z katalogu czasowego  
  Zadziałanie zabezpieczenia przed zamrożeniem nagrzewnicy

1. Przekazanie sygnału awarii krytycznej do obsługi budynku.

2. Dla układów gdzie jest to możliwe sprzętowa realizacja algorytmu zabezpieczającego instalację - dla pozostałych układów programowe.

3. Kasowanie awarii ręczne - przez uprawnionego użytkownika

0 1 2 3 4 5 6
Element automatyki Frost na powietrzu typu termostat Frost na powietrzu typu pomiarowy Frost na powietrzu typu termostat + pomiarowy Frost na wodzie typu termostat Frost na wodzie typu pomiarowy  
Przepustnica powietrza nawiew Blokada otwarcia Blokada otwarcia po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Blokada otwarcia po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Blokada otwarcia Blokada otwarcia po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Przepustnica w stanie normalnie zamkniętym. Dodatkowo zablokowana możliwość otwarcia przez siłownik przepustnicy ze sprężyną powrotną -realizacja funkcji odcięcia napięcia zasilającego siłownik - napięcie odłącza "sprzętowo" przekaźnik termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4
Przepustnica powietrz wywiew1) Blokada otwarcia Blokada otwarcia po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Blokada otwarcia po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Blokada otwarcia Blokada otwarcia po osiągnięciu przez układ wartości granicznej temperatury. Przepustnica w stanie normalnie zamkniętym. Dodatkowo zablokowana możliwość otwarcia przez siłownik przepustnicy ze sprężyną powrotną -realizacja funkcji odcięcia napięcia zasilającego siłownik - napięcie odłącza "sprzętowo" przekaźnik termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4
Zawór nagrzewnicy Otwarcie na 100% Otwierany sukcesywnie od nastawionej wstępnej temperatury - po osiągnięciu temperatury granicznej otwarty na 100% Otwierany sukcesywnie od nastawionej wstępnej temperatury - po osiągnięciu temperatury granicznej otwarty na 100% Otwarcie na 100% Otwierany sukcesywnie od nastawionej wstępnej temperatury - po osiągnięciu temperatury granicznej otwarty na 100%

1. Zalecane wymuszenie "sprzętowe" otwarcia zaworu nagrzewnicy na 100% przez styk przekaźnika termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4

2. Dla układów 2, 3, 5 możliwe ustalenie minalnej temperatury za nagrzewnicą w czasie wyłączenia instalacji z pracy

Pompa nagrzewnicy Załączenie Załączenie Załączenie Załączenie Załączenie

1. Pompa nagrzewnicy załącza się automatycznie dla temperatur zewnętrznych poniżej ustalonego minimum - zazwyczaj +5oC

2. Przekazanie sygnału awarii do obsługi budynku w przypadku nie załączenia się pompy dla punktu, omówionego powyżej czyli z pkt.1 - ALARM KRYTYCZNY

3. "Sprzętowe" załączenie pompy nagrzewnicy przez styk przekaźnika termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4

Wentylator nawiewu Blokada załączenia Blokada załączenia po osiągnięciu temperatury granicznej Blokada załączenia po osiągnięciu temperatury granicznej Blokada załączenia Blokada załączenia po osiągnięciu temperatury granicznej

1. Silnik wentylatora w stanie normalnym wyłączony - "sprzętowa" blokada załączenia silnika wentylatora przez styk przekaźnika termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4 nawet w przypadku "ręcznego" załączenia napędu na elewacji rozdzielni automatyki

2. Silnik wentylatora w stanie normalnym wyłączony blokada załączenia silnika wentylatora dla układów z kolumny 2, 5 nawet w przypadku "ręcznego" załączenia napędu na elewacji rozdzielni automatyki

Wentylator wywiewu3) Blokada załączenia Blokada załączenia po osiągnięciu temperatury granicznej Blokada załączenia po osiągnięciu temperatury granicznej Blokada załączenia Blokada załączenia po osiągnięciu temperatury granicznej

1. Silnik wentylatora w stanie normalnym wyłączony - "sprzętowa" blokada załączenia silnika wentylatora przez styk przekaźnika termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4 nawet w przypadku "ręcznego" załączenia napędu na elewacji rozdzielni automatyki

2. Silnik wentylatora w stanie normalnym wyłączony blokada załączenia silnika wentylatora dla układów z kolumny 2, 5 nawet w przypadku "ręcznego" załączenia napędu na elewacji rozdzielni automatyki

Inne układy np. nawilżanie Blokada załączenia Blokada załączenia Blokada załączenia Blokada załączenia Blokada załączenia Układy w trybie normalnym wyłączone. Blokada załączenia programowa w trybie awaryjnym

1) Dla układów gdzie takie przepustnice występują - czyli central wentylacyjnych nawiewno-wywiewnych i sprzężonych z nawiewem innych układów wywiewnych zawierających przepustnice od strony powietrza zewnętrznego - zabezpieczenie przed wychłodzeniem obiektu.

2) Dodatkowo zabezpiecza przed wychłodzeniem w przypadku zaniku napięcia na obiekcie, na rozdzielnicy sterującej lub awarii sterownika

3) Dla układów gdzie takie wentylatory występują - czyli central wentylacyjnych nawiewno-wywiewnych i sprzężonych z nawiewem innych układów wywiewnych z wentylatorami wyciągowymi - zabezpieczenie przed podciśnieniem w budynku oraz wychłodzeniem obiektu (napływem zimnego powietrza zewnętrznego)

 

Tab. 3 Matryca stanów elementów automatyki podczas awarii "FROST"

Funkcjonalność Uwagi
Centrala wentylacyjna w trybie alarmu przeciwzamrożeniowego - FROST  
  Zadziałanie zabezpieczenia przed zamrożeniem nagrzewnicy 1. Przekazanie sygnału awarii krytycznej do obsługi budynku.

2. Dla układów gdzie jest to możliwe sprzętowa realizacja algorytmu zabezpieczającego instalację - dla pozostałych układów programowa.

3. Kasowanie awarii ręczne - przez uprawnionego użytkownika

0 1 2 3 4 5 6
Element automatyki Frost na powietrzu typu termostat Frost na powietrzu typu pomiarowy Frost na powietrzu typu termostat + pomiarowy Frost na wodzie typu termostat Frost na wodzie typu pomiarowy  
Przepustnica powietrza nawiew Zamknięta - blokada otwarcia Zamknięta - blokada otwarcia Zamknięta - blokada otwarcia Zamknięta - blokada otwarcia Zamknięta - blokada otwarcia Przepustnica powietrza zamknięta - blokada możliwość otwarcia przez siłownik przepustnicy ze sprężyną powrotną realizowana przez odcięcia napięcia zasilającego siłownik - napięcie odłącza "sprzętowo" przekaźnik termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4
Przepustnica powietrz wywiew1) Zamknięta - blokada otwarcia Zamknięta - blokada otwarcia Zamknięta - blokada otwarcia Zamknięta - blokada otwarcia Zamknięta - blokada otwarcia Przepustnica powietrza zamknięta - blokada możliwość otwarcia przez siłownik przepustnicy ze sprężyną powrotną realizowana przez odcięcia napięcia zasilającego siłownik - napięcie odłącza "sprzętowo" przekaźnik termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4
Zawór nagrzewnicy Otwarty na 100% Otwarty na 100% Otwarty na 100% Otwarty na 100% Otwarty na 100% Zalecane wymuszenie "sprzętowe" otwarcia zaworu nagrzewnicy na 100% przez styk przekaźnika termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4
Pompa nagrzewnicy Załączona Załączona Załączona Załączona Załączona "Sprzętowe" załączenie pompy nagrzewnicy przez styk przekaźnika termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4
Wentylator nawiewu Wyłączony - blokada załączenia Wyłączony - blokada załączenia Wyłączony - blokada załączenia Wyłączony - blokada załączenia Wyłączony - blokada załączenia

1. Silnik wentylatora wyłączony - "sprzętowa" blokada załączenia silnika wentylatora przez styk przekaźnika termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4 nawet w przypadku "ręcznego" załączenia napędu na elewacji rozdzielni automatyki

2. Silnik wentylatora wyłączony - blokada załączenia silnika wentylatora dla układów z kolumny 2, 5 nawet w przypadku "ręcznego" załączenia napędu na elewacji rozdzielni automatyki

Wentylator wywiewu3) Wyłączony - blokada załączenia Wyłączony - blokada załączenia Wyłączony - blokada załączenia Wyłączony - blokada załączenia Wyłączony - blokada załączenia

1. Silnik wentylatora wyłączony - "sprzętowa" blokada załączenia silnika wentylatora przez styk przekaźnika termostatu dla układów z kolumny 1, 3, 4 nawet w przypadku "ręcznego" załączenia napędu na elewacji rozdzielni automatyki

2. Silnik wentylatora wyłączony - blokada załączenia silnika wentylatora dla układów z kolumny 2, 5 nawet w przypadku "ręcznego" załączenia napędu na elewacji rozdzielni automatyki

Inne układy np. nawilżanie Wyłączone - blokada załączenia Wyłączone - blokada załączenia Wyłączone - blokada załączenia Wyłączone - blokada załączenia Wyłączone - blokada załączenia Blokada załączenia programowa w trybie awaryjnym

1) Dla układów gdzie takie przepustnice występują - czyli central wentylacyjnych nawiewno-wywiewnych i sprzężonych z nawiewem innych układów wywiewnych zawierających przepustnice od strony powietrza zewnętrznego - zabezpieczenie przed wychłodzeniem obiektu.

2) Dodatkowo zabezpiecza przed wychłodzeniem w przypadku zaniku napięcia na obiekcie, na rozdzielnicy sterującej lub awarii sterownika

3) Dla układów gdzie takie wentylatory występują - czyli central wentylacyjnych nawiewno-wywiewnych i sprzężonych z nawiewem innych układów wywiewnych z wentylatorami wyciągowymi - zabezpieczenie przed podciśnieniem w budynku oraz wychłodzeniem obiektu (napływem zimnego powietrza zewnętrznego)

Utworzono: wtorek, 29 październik 2013 Autor: Kazimierz Palutkiewicz Kategorie: Termostaty , Algorytmu sterowania , Zabezpieczenia Tagi: frost, nagrzewnica, temperatura, zabezpieczenie, zamrożenie
 
 

Podstawowe definicje

 

Kalkulatory

 

Pomiary i badania

 

Odbiory

             

Sterowanie

 

Elementy automatyki

 

Elektryczność

 

BMS

             

Podstawy komfortu

 

Wentylacja, klimatyzacja

 

Systemy bezpieczeństwa

 

Rezerwa

 
 

Copyright 2013 Odbiory.pl - All rights reserved.  Kopiowanie materiałów bez zezwolenia zabronione. Kontakt z firmą Odbiory.pl dostępny pocztą elektroniczną na adresem mailowym biuro@odbiory.pl lub telefonicznie pod numerem +48 502 089 166