Α.Σ.ΠΑΙ.Τ.Ε ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ, (ΑΠΕ) ΧΡ. ΛΑΜΠΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ Νο.1 Διαφορικός θερμοστάτης ηλιακού θερμικού συστήματος με δύο (2) αισθητήρια. ΑΘΗΝΑ 2010 ΕΡΓ/ΡΙΟ ΑΠΕ-ΑΣΚΗΣΗ ΔΙΑΦ. ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗ Σελίδα 1
1.1 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Το αντικείμενο της εργαστηριακής άσκησης είναι: Εισαγωγή στην έννοια του διαφορικού θερμοστάτη Παρουσίαση θερμοστάτη με 2 αισθητήρια Περιγραφή λειτουργίας, σχηματική διάταξη Προσομοίωση λειτουργίας σε πραγματικές συνθήκες 1.2 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Μετά το τέλος της εργαστηριακής άσκησης οι φοιτητές θα πρέπει να είναι σε θέση να: να αναφέρουν τα κύρια μέρη ενός ηλιακού θερμοσιφωνικού συστήματος. να αναφέρουν τα κύρια μέρη ενός διαφορικού θερμοστάτη. να γνωρίζουν αναλυτικά την λειτουργία του διαφορικού θερμοστάτη. να ορίζουν τις έννοιες: διαφορά θερμοκρασίας ΔΤ μεταξύ των αισθητηρίων υστέρηση θερμοκρασία αντιπαγωγικής προστασίας του συλλέκτη θερμοκρασία προστασίας υπερθέρμανσης του συλλέκτη να γνωρίζουν την ηλεκτρολογική συνδεσμολογία του θερμοστάτη. ΕΡΓ/ΡΙΟ ΑΠΕ-ΑΣΚΗΣΗ ΔΙΑΦ. ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗ Σελίδα 2
1.3 ΘΕΩΡΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Ο διαφορικός θερμοστάτης αποτελεί απαραίτητο όργανο για τη λειτουργία ενός ΘΗΣ. Είναι υπεύθυνος για την κυκλοφορία του ζεστού νερού από τον ηλιακό συλλέκτη (collector) προς τη μονάδα αποθήκευσης (boiler) αλλά και της αντίστροφης διαδικασίας δηλαδή του κρύου νερού από το boiler στον ηλιακό συλλέκτη. Η λειτουργία του διαφορικού θερμοστάτη βασίζεται στα αισθητήρια θερμοκρασίας που φέρει και τον συνεχή έλεγχο της θερμοκρασίας αυτών. Υπάρχουν διάφορα είδη διαφορικών θερμοστατών. Το βασικό κριτήριο για το διαχωρισμό τους είναι ο αριθμός των αισθητηρίων. Ένας θερμοστάτης φέρει τουλάχιστον δύο (2) αισθητήρια [Seltron ND1] μέχρι και δώδεκα (12) [ DeltaSol M, Resol]. Ένας τυπικός θερμοστάτης αποτελείται από 2-4 αισθητήρια και χρησιμοποιούνται κυρίως για οικιακές εφαρμογές. Controls με περισσότερα αισθητήρια χρησιμοποιούνται σε πιο πολύπλοκες εφαρμογές όπως βιοτεχνίες και ξενοδοχεία που τις χαρακτηρίζει αυξημένη πολυπλοκότητα και απαιτούν controls με περισσότερες δυνατότητες. 1.3.1 Παρουσίαση διάταξης ενός τυπικού ΘΗΣ με διαφορικό θερμοστάτη. ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗΣ Εικόνα 1: Διάταξη ενός Θερμικού ηλιακού συστήματος με διαφορικό θερμοστάτη. Στο παραπάνω σχήμα παρουσιάζεται η διάταξη ενός τυπικού θερμικού ηλιακού συστήματος ΘΗΣ που αποτελείται από: 1 ηλιακό συλλέκτη, 1 δοχείο αποθήκευσης, 1 αντλία (RO) ένα διαφορικό θερμοστάτη με 2 αισθητήρια (S1,S2). ΕΡΓ/ΡΙΟ ΑΠΕ-ΑΣΚΗΣΗ ΔΙΑΦ. ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗ Σελίδα 3
1.3.2 Βασική λειτουργία: Η διαφορική θερμοκρασία ΔΤ είναι η μετρούμενη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των αισθητηρίων S1 και S2. ΔΤa είναι η αρχικά ρυθμισμένη (εργοστασιακά) διαφορά θερμοκρασίας του θερμοστάτη η οποία αποτελεί τη βασική εντολή για τον θερμοστάτη. Αρχικά η αντλία RO είναι ανενεργή. Η ηλιακή ενέργεια ζεσταίνει το νερό στο συλλέκτη και έτσι αυξάνεται η θερμοκρασία του αισθητηρίου S1. Όταν η μετρούμενη διαφορά θερμοκρασίας ΔΤ μεταξύ των αισθητηρίων S1 και S2 ξεπεράσει την αρχικά ρυθμισμένη διαφορά ΔΤa, τότε γίνεται εκκίνηση της αντλίας. Το ζεστό νερό μεταφέρεται από το συλλέκτη στο δοχείο αποθήκευσης (boiler). Λόγω αυτής της μεταφοράς η διαφορά θερμοκρασία ΔΤ συνεχώς μειώνεται. Εάν η μετρούμενη ΔΤ γίνει μικρότερη από την αρχικά ρυθμισμένη ΔΤα, τότε ο διαφορικός θερμοστάτης δίνει την εντολή να σταματήσει η λειτουργία της αντλίας και σαν συνέπεια αυτού η μεταφορά του ζεστού νερού από το συλλέκτη στο boiler διακόπτεται. υπάρχει ένα κατώφλι θερμοκρασίας (υστέρηση)το οποίο καθυστερεί για λίγο την εκκίνηση και σταμάτημα της αντλίας μετά την επίτευξη της απαιτούμενης ΔΤ. Η υστέρηση μπορεί να είναι ρυθμιζόμενη από το χρήστη ή εργοστασιακά ρυθμισμένη. ΕΡΓ/ΡΙΟ ΑΠΕ-ΑΣΚΗΣΗ ΔΙΑΦ. ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗ Σελίδα 4
1.4 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΌ ΜΕΡΟΣ Για την πραγματοποίηση της εργαστηριακής άσκησης θα χρησιμοποιήσουμε τον διαφορικό θερμοστάτη ND1 της εταιρείας Seltron με 2 αισθητήρια θερμοκρασίας. 1.4.1 Παρουσίαση βασικών ενδείξεων: Εικόνα 2: Πίνακας ενδείξεων θερμοστάτη. 1. Ψηφιακή απεικόνιση των θερμοκρασιών και των ρυθμίσεων 2. Ενδεικτικές λυχνίες εντολών θερμοστάτη: a. R1 (κυκλοφορητής ηλιακών συλλεκτών) b. R3 ( αντίσταση η κυκλοφορητής ζεστών νερών λέβητα) c. Ένδειξη δυσλειτουργίας θερμοστάτη (alert) 3. Πλήκτρα επιλογής, ρύθμισης θερμοκρασιών. 4. Γενικός διακόπτης ON/OFF 5. Επιλογή κατάστασης λειτουργίας κυκλοφορητή 6. Βίδες για στερέωση του θερμοστάτη. ΕΡΓ/ΡΙΟ ΑΠΕ-ΑΣΚΗΣΗ ΔΙΑΦ. ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗ Σελίδα 5
1.4.2 Οδηγίες εγκατάστασης Εικόνα 3:συνδεσμολογία διαφορικού θερμοστάτη Seltron ND1 1. αφαιρέστε το διαφανές πλαστικό κάλυμμα της πρόσοψης (τραβήξτε το) 2. ξεβιδώστε τις δυο βίδες (1) και έπειτα τραβήξτε το εμπρός μέρος του θερμοστάτη (3) και από τις δύο πλευρές του προκειμένου να ξεκουμπώσει από την βάση του. 3. Επίσης ξεβιδώστε τις δυο βίδες που συγκρατούν το πλαστικό καπάκι στο κάτω μέρος της βάσης (2) προκειμένου να έχουν τα καλώδια ποιο εύκολη πρόσβαση στην βάση του θερμοστάτη. 4. ακολουθούν οι ακόλουθες συνδέσεις των καλωδίων στη βάση του θερμοστάτη: Στην επαφή (9) (L) συνδέουμε την φάση της τροφοδοσίας. Σε μια από τις θέσεις στην κλέμα Ν τον ουδέτερο και τη γείωση σε μια από τις θέσεις στην κλέμα γείωσης (με το αντίστοιχο σύμβολο γείωσης) Το τοποθετήστε το αισθητήριο Τ1 στους ηλιακούς συλλέλτες. Τοποθετήστε το αισθητήριο Τ3 στο επάνω μέρος του boiler Συνδέστε την επαφή Τ1-(10) σε μια από τις θέσεις στην κλέμα GND με τις δύο άκρες του αισθητηρίου. Δεν υπάρχει πολικότητα. Συνδέστε την επαφή Τ3-(13) σε μια από τις θέσεις στην κλέμα GND τις δύο άκρες του αισθητηρίου Τ3. Στην επαφή (4)-R1 συνδέστε την εντολή(φάση) του κυκλοφορητή των ηλιακών Στην επαφή (1) R3-NC συνδέστε την εντολή (φάση) προς τον κυκλοφορητή των ζεστών νερών (ή προς τον καυστήρα ή την αντίσταση) 5. για την αποσυναρμολόγηση του θερμοστάτη ακολουθήστε τα βήματα 4 έως 1. 1.4.3 Θερμοκρασίες ελέγχου και λειτουργίας Στον ND1 υπάρχουν καταχωρημένες κάποιες min και max τιμές θερμοκρασιών, οι οποίες σε συνδυασμό με διαφορές μεταξύ των θερμοκρασιών των αισθητηρίων και σε σχέση και με τις επιθυμητές τιμές καθορίζουν τον τρόπο λειτουργίας του θερμοστάτη. Δηλαδή πότε θα είναι ενεργοποιημένο το R1 ή το R3. Οι εργοστασιακές τιμές των θερμοκρασιών αυτών και οι αντίστοιχοι παράμετροι προγραμματισμού παρατίθενται στον ακόλουθο πίνακα: ΕΡΓ/ΡΙΟ ΑΠΕ-ΑΣΚΗΣΗ ΔΙΑΦ. ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗ Σελίδα 6
Εικόνα 4: Εργοστασιακές ρυθμίσεις θερμοκρασιών. Ως προεπιλογή στην επιθυμητή θερμοκρασία νερού από την εναλλακτική πηγή ενέργειας( P8- T3επιθυμ) είναι οι 50 ο C. Σε περίπτωση που θέλετε την αλλαγή της τιμής της δείτε στην παράγραφο 1.4.4. Ως προεπιλογή στην επιθυμητή θερμοκρασία νερού από τον ήλιο (P5-T2 επιθυμ) είναι οι 70 ο C. Επίσης η προστασία από υπερθέρμανση (P1-T1max) είναι ρυθμισμένη στους 110 ο C. Η διαφορά μεταξύ των Τ1-Τ3 ( P13-Tdif1 ) για να ενεργοποιηθεί ο κυκλοφορητής των συλλεκτών είναι ρυθμισμένη στους 8 ο C. ΕΡΓ/ΡΙΟ ΑΠΕ-ΑΣΚΗΣΗ ΔΙΑΦ. ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗ Σελίδα 7
1.4.4 Βασικές ρυθμίσεις Προγραμματισμός - Αρχή λειτουργίας του ND1: Έναρξη λειτουργίας: - Πιέστε το γενικό διακόπτη 4 στην θέση ON για να ενεργοποιήσετε τον θερμοστάτη - Επιλέξτε μία από τις τρεις θέσεις λειτουργίας του διακόπτη 5: AUTO - Αυτόματη κατάσταση λειτουργίας βάσει των μετρήσεων και των υπολογισμών του ND1. - Συνεχόμενη λειτουργία του κυκλοφορητή των ηλιακών συλλεκτών ΟFF - Η έξοδος R1 είναι ανενεργή Επιλογή της θερμοκρασίας που θέλετε να εμφανίζεται στην οθόνη: Ως προεπιλογή στον θερμοστάτη εμφανίζεται η μετρούμενη θερμοκρασία του ζεστού νερού(t3). Για να επιλέξετε να εμφανίζεται κάποια από τις άλλες θερμοκρασίες που μετράει ο ND1,ακολουθήστε τις παρακάτω οδηγίες: Πιέζοντας το πλήκτρο διαδοχικά στην οθόνη εμφανίζονται οι πέντε θερμοκρασίες που υπάρχει δυνατότητα να απεικονίζονται στην οθόνη του θερμοστάτη. t1 : μετρούμενη θερμοκρασία νερού στους ηλιακούς συλλέκτες (Αισθητήριο T1) t2 : στην οθόνη θα δείτε γιατί δεν υπάρχει συνδεδεμένο αισθητήριο Τ2 t2_ : 70 0 C t3 : μετρούμενη θερμοκρασία ζεστού νερού χρήσης (Αισθητήριο T3) t3_ : επιθυμητή θερμοκρασία ζεστού νερού Για την επιλογή της θερμοκρασία που θέλετε να προβάλλεται στην οθόνη κάντε τα ακόλουθα: 1. Επιλέξτε την θερμοκρασία που θέλετε να προβάλλεται πιέζοντας το πλήκτρο 2. Έπειτα πιέζετε πάλι το πλήκτρο για 5 δευτερόλεπτα και η επιλογή σας θα έχει καταχωρηθεί. Προγραμματισμός: Ρύθμιση των επιθυμητών θερμοκρασιών (t2_, t3_ ) : 1. Επιλέξτε την θερμοκρασία (t2_ ή t3_) πιέζοντας το πλήκτρο μέχρι να εμφανιστεί η αντίστοιχη ένδειξη στην οθόνη 2. Έπειτα πιέζοντας τα πλήκτρα (+) ή (-) επιλέγεται την επιθυμητή τιμή της. Η οθόνη θα αρχίσει να αναβοσβήνει. 3. Προκειμένου να αποθηκευτεί στην μνήμη η τιμή αυτή πιέστε μία φορά το πλήκτρο ή περιμένετε 20 δευτερόλεπτα μέχρι να σταματήσει να αναβοσβήνει η οθόνη. Προγραμματισμός των τιμών των θερμοκρασιών λειτουργίας και ελέγχου (P1-P21 (Πίνακας θερμοκρασιών)) - Για να μπείτε γενικά στο μενού των ρυθμίσεων των θερμοκρασιών του Πίνακα της παραγρ. 1.4.3 κρατήστε πατημένο το πλήκτρο και πιέστε το πλήκτρο +. - Στην οθόνη εμφανίζεται η ένδειξη d. - Στη συνέχεια πιέστε δυο φορές το πλήκτρο, στην οθόνη εμφανίζεται η ένδειξη P. - Με τα πλήκτρα + ή επιλέξτε την παράμετρο (από P 1 έως P 21) που θέλετε να ρυθμίσετε. - Έπειτα πιέστε μαζί τα πλήκτρα + και για 5 περίπου δευτερόλεπτα. Η τιμή της παραμέτρου αναβοσβήνει - Με τα + ή επιλέξτε την επιθυμητή τιμή. - Για να αποθηκεύσετε την τιμή που επιλέξατε ξαναπατήστε μαζί τα πλήκτρα + και για 5 δευτερόλεπτα. Εντολή για γρήγορη αποθήκευση και έξοδος από τις ρυθμίσεις (Εscape): ΕΡΓ/ΡΙΟ ΑΠΕ-ΑΣΚΗΣΗ ΔΙΑΦ. ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗ Σελίδα 8
Κάθε φορά που επιθυμείτε να κάνετε γρήγορη αποθήκευση ή τελειώσατε με τις ρυθμίσεις σας και επιθυμείτε έξοδο από το μενού κρατήστε πατημένο το πλήκτρο και πιέστε το πλήκτρο. Αρχή λειτουργίας του Υλοποιούμενου κυκλώματος: Ο Κυκλοφορητής (των ηλιακών συλλεκτών) R1, ενεργοποιείται αν η μετρούμενη (Τ1) θερμοκρασία στους (ηλιακούς συλλέκτες) είναι μεγαλύτερη από την Τ1min (20 0 C εργοστασιακά ή ρυθμιζόμενη στην τιμή που επιθυμείτε) και ταυτόχρονα η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των Τ1 και Τ3 να είναι υψηλότερη ή το πολύ ίση από την Τdif1 (εργοστασιακά 8 0 C ή ρυθμιζόμενη στην τιμή που επιθυμείτε). Ο Κυκλοφορητής (των ηλιακών συλλεκτών) R1 απενεργοποιείται,αν η διαφορά μεταξύ των μετρούμενων θερμοκρασιών Τ1 και Τ3 πέσει κάτω από το 1/3 της Τdif1 (ελαχ. 4 0 C) ή αν η μετρούμενη θερμοκρασία του ζεστού νερού (Τ3) ξεπεράσει την επιθυμητή θερμοκρασία (T2 επιθυμ.). Εργοστασιακά δίνεται στους 70 0 C. H εναλλακτική πηγή ενέργειας R3 (Κυκλοφορητής ζεστών νερών από λέβητα ή αντίσταση), ενεργοποιείται αν η μετρούμενη θερμοκρασία του ζεστού νερού (T3) είναι χαμηλότερη από την επιθυμητή θερμοκρασία (T3 επιθυμ.) και ταυτόχρονα δεν μπορούμε να καλυφθούμε ενεργειακά άλλο από τους συλλέκτες (θέρμανση ζεστού νερού). H εναλλακτική πηγή ενέργειας R3 (Κυκλοφορητής ζεστών νερών από λέβητα ή αντίσταση, απενεργοποιείται αν η μετρούμενη θερμοκρασία του ζεστού νερού (T3) είναι υψηλότερη από την επιθυμητή θερμοκρασία (T3 επιθυμ.) ή αν μπορούμε να καλυφθούμε ενεργειακά από τους συλλέκτες (θέρμανση ζεστού νερού). Λειτουργία αντιπαγετικής προστασίας για τους ηλιακούς συλλέκτες: Για να θέσετε σε λειτουργία την αντιπαγετική προστασία για τους ηλιακούς συλλέκτες κάντε τα εξής βήματα: 1) Πατήστε τα πλήκτρα + και ταυτόχρονα για 30 δευτερόλεπτα. Στην οθόνη θα εμφανιστεί η παράμετρος S2 και η τιμή της που εργοστασιακά είναι 1. 2) Πιέστε το πλήκτρο μέχρι την οθόνη να εμφανιστεί η παράμετρος S13 που αντιστοιχεί στην λειτουργία της αντιπαγετικής προστασίας. Στην οθόνη θα δείτε να εμφανίζεται - - - που σημαίνει ότι η λειτουργία αυτή είναι ανενεργή. 3) Πιέστε μαζί τα πλήκτρα + και για 5 περίπου δευτερόλεπτα μέχρι να αρχίσει να αναβοσβήνει η ένδειξη - - - 4) Με τα + ή επιλέξτε την επιθυμητή τιμή (-15 0 C έως 5 0 C) 5) Για να αποθηκεύσετε την τιμή που επιλέξατε ξαναπατήστε μαζί τα πλήκτρα + και για 5 δευτερόλεπτα. 6) Για να βγείτε από το μενού κρατήστε πατημένο το πλήκτρο και πιέστε το πλήκτρο. ΕΡΓ/ΡΙΟ ΑΠΕ-ΑΣΚΗΣΗ ΔΙΑΦ. ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗ Σελίδα 9
1.5 ΆΣΚΗΣΗ - ΕΦΑΡΜΟΓΗ Με βάση τα παραπάνω κεφάλαια απαντήστε στα παρακάτω ερωτήματα: 1. Σχεδιάστε την εγκατάσταση ενός ΘΗΣ με διαφορικό θερμοστάτη 2 αισθητήριων.. 2. Αναφέρετε τα κύρια μέρη ενός ΘΗΣ και να περιγράψετε την λειτουργία του καθενός περιληπτικά. 3. Δώστε τους ορισμούς των ακόλουθων εννοιών: Διαφορά θερμοκρασίας ΔΤ Μετρούμενη διαφορά θερμοκρασίας ΔΤa Υστέρηση Αντιπαγωγική προστασία 4. Αν η μετρούμενη θερμοκρασία Τ1(στο συλλέκτη) είναι μεγαλύτερη από την Τ1min και ταυτόχρονα η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των Τ1 και Τ3 είναι μικρότερη από την ΔΤdiff, να αναφέρετε τότε ποια εντολή πραγματοποιεί ο διαφορικός θερμοστάτης?[η αντλία παραμένει απενεργοποιημένη η διαφορά Τ1,Τ3 είναι μικρότερη από Τdiff ] 5. Αν η μετρούμενη θερμοκρασία Τ1 γίνει μεγαλύτερη από τους 110 ο C ποια η αντίδραση του συστήματος? [ενεργοποίηση προστασίας συλλέκτη από υπερθέρμανση έναρξη αντλίας] 6. Αν η μετρούμενη θερμοκρασία Τ1 είναι μικρότερη από τους 4 ο C ποια η αντίδραση του συστήματος? [ενεργοποίηση αντιπαγωτικής προστασίας - έναρξη αντλίας] 7. Ποια η αντίδραση του συστήματος αν η θερμοκρασία του ζεστού νερού στο boiler γίνει μεγαλύτερη από τους 70 ο C [ απενεργοποίηση αντλίας] ΕΡΓ/ΡΙΟ ΑΠΕ-ΑΣΚΗΣΗ ΔΙΑΦ. ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗ Σελίδα 10