Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea Petr Gašparík TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Aim of the thesis: 1)Get acquainted with theory of low-power and passive buildings 2)Design and implement the measuring system 3)Design and implement of the control algorithm 4)In the thesis describe background, approach and achieved results 2 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

Reasons for use of VWH unit Growing costs of energies increases interest in economical heating and ventilation technologies Use of air as heating medium (adv.: price, safety) Fulfil hygienic norms ( foul x fresh air exchange, mildew/adiospores) Possible use of heat-recovery system (energy savings ) 3 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

Indoor climate Very complex expression characterized by many factors (composition of air, it´s flow velocity, thermal properties, humidity, noises, radiation etc.). Ventilation Necessary all year round Natural ventilation (infiltration): caused by pressure differences, wheather dependent Forced ventialtion: realized by electromotors, three modes, several advantages (vent. Intensity control, noise separation of int. from ext., air filtration). 4 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

Heating is not used all year round (season dependent) air temperature optimal values inside buildings (winter °C, summer °C) Thermal comfort: subjective sense of temperature defined as personal satifaction with thermal conditions influenced by concerete activity of person, thermal features of clothes, air temperature, relative humidity, air-flow velocity and mean radiation temperature of surrounding surfaces. If 85% of persons feel TC, then are conditions sufficient 5 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

ATREA unit Primarily designed for passive and low-energy houses. Dual zone unit with heat recovery and passive cooling. 3 intake ports, 2 outlet ports, acoustic and thermal insulation Equipment of the unit 2 centrifugal fans (single phase AC motors) 3 damper actuators (mixing, fresh-air, by-pass) and reflux pump Dampers, metal pre-filters, circulation air filter, hot-water heating coil, counter-flow heat recovery core 6 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

7 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

Measured variables Temperature - influenced by exterior temperature (weather), number of persons and other factors (page 5) Concentration of CO 2 : the atmospheric concentration is cca. 390 ppm recommended maximal value of good room is 10 3 ppm 8 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

Carbon dioxide as tracing gas usefull for determination of infiltrated air volume computation is going out of tracing gas balance 9 F....volume flux produced by persons[m 3. h -1 ] Q...interior volume flux[m 3. h -1 ] C e..exterior carbon dioxide concentration[ppm] C...interior carbon dioxide concentration[ppm] V.... volume of room[m 3 ] Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

10 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

11 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

12 Measuring system four sensors of temperature Sensit TGL Ni1000 (twin line connection, so connection wire resistivity is included) - measurement of interior and exterior air temperature, temperature of air on supply fan and exhaust fan one sensor of carbon dioxide concentration Protronix AS10-CO2 – NDIR principle (placed in tubing of foul air intake, it has advantage and disadvantage) all sensors are connected to analogue inputs of the control system data are processed and saved in PLC’s databox Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

Design of the control algorithm 1.Recommendations and hygienic norms (temperatures, limit 1000 ppm of CO 2, resp. 50 m 3. h -1 per 1person). 2.Computed values of carbon dioxide concetration (limit exceeding :10 p/1h without ventilation, 20 p/1.5h with maximal ventilation). 3.Measured data from experiments (several modes of the unit, different weather conditions). 13 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

14 Measurements A.Without Atrea unit conclusion: necessity of running circulation for the concentration measurement Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

15 B.Circulation mode measurement conclusion: necessity of fresh air supply – confirmation of premise Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

16 C.Heating mode measurement conclusion: using the unit as heater only in addition to central heating system (e.g. for preheat or protection of unit against freeze) Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

Control system Programable Logic Controller TECO TC analog inputs, 10 digital inputs, 8 analog outputs, 10 relay outputs 64 kB RAM program memory, 1 MB databox Communication with PC via 10 Mbit Ethernet interface Programming in MOSAIC development environment (standardized) Program is written in ST language (based on Pascal and C language) 17 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

Control algorithm 18 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

Control algorithm Control of dampers : – by-pass is open only if T ext >20 °C – mixing closed if only circulatory mode is on – fresh-air intake open in ventilating mode Heating: switch on if T int <18 °C or if hazard case occur hazard case – low: Tcirc < 7 °C, then circulatory mode and reflux pump on – high: Tcirc > 42 °C then reflux pump off 19 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

Summary: Designed algorithm prevents exceeding of hygienic norms to certain measure. Algorithm was designed for concrete conditions and room, so use in other environment (room) involves algorithm adjustment. The unit is sufficient up to 16 persons, resp. 13 persons according to hygienic demand on air exchange Use of the unit for heating only as addition to classic central heating system. 20 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea

Thank you for your attention. Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Petr Gašparík-The control of the ventilation warm-air heating unit Atrea