22 Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

Если невозможно получить теплоснабжение от сети центрального отопления, используют электрический калорифер с несколькими ступенями мощности (до четырех).

Расход воздуха в приточно вытяжных системах обеспечивается изменением производительности приточно вытяжных вентиляторов. Если при низкой температуре наружного воздуха полной мощности электрического калорифера для поддержания заданной температуры недостаточно, то снижается производительность (скорость враще ния) вентиляторов. Следует помнить, что при снижении скорости вращения вентиляторов количество поступившего в помещение воз духа может не соответствовать требованиям санитарных норм. Однако это позволяет обеспечить работу центрального кондиционера до тем пературы наружного воздуха минус 20–25 °С. Аналогичная ситуация возникает в летний период в случае работы на охлаждение при высо кой (выше расчетной) температуре наружного воздуха.

В в центральном канале устанавливается датчик потока воздуха

и датчик перегрева калорифера. При отсутствии потока воздуха электрокалорифер выйдет из строя через 10–15 с, поэтому для его за щиты устанавливается датчик потока. Помимо этого, в калориферах, как правило, устанавливают два термостата:

термостат защиты от перегрева с самовозвратом (температура срабатывания 50 °С);

термостат защиты от возгорания с ручным возвратом (темпе ратура срабатывания 150 °С).

Первый термостат срабатывает обратимо, то есть после того, как температура воздуха за электрокалорифером снизится до 40 °С, кало рифер включится снова. Однако если такое выключение случится 4 раза в течение 1 часа, то произойдет аварийное отключение системы. При срабатывании второго термостата система отключится, вклю чить ее повторно можно будет только вручную после устранения неисправности.

Контроль запыленности фильтра оценивается падением давления на нем, которое измеряется дифференциальным датчиком давления. Датчик измеряет разность давлений воздуха до и после фильтра.

Допустимое падение давления на фильтре указывается в его пас порте (обычно 150–300 Па). Это значение устанавливают при наладке системы на дифференциальном датчике давления (уставка датчика). Когда падение давления достигает значения уставки, от датчика посту пает сигнал о предельной запыленности фильтра и необходимости его обслуживания или замены. Если в течение 24 часов после выдачи сиг нала предельной запыленности фильтр не будет очищен или заменен, произойдет аварийная остановка системы.

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха 23

Аналогичные датчики устанавливаются на вентиляторах. Если выйдет из строя вентилятор или ремень привода вентилятора, то сис тема будет остановлена в аварийном режиме.

1.4. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКВ ПО ОПТИМАЛЬНОМУ РЕЖИМУ

Термодинамическая модель подготовки приточ ного воздуха, основанная на регулировании влагосодержания по тем пературе точки росы, обуславливает большой перерасход холода и тепла. Однако широта ее использования связана с отсутствием быстродействующих точных регуляторов влажности.

В последнее время применяют метод регулирования СКВ по опти мальному режиму, позволяющему избежать повторного подогрева воз духа. Термодинамическая модель по оптимальному режиму меняется непрерывно, обеспечивая наименьший расход холода и тепла.

В таких моделях учитывается взаимное влияние двух контуров регулирования: температуры и влажности. Связанные системы регу лирования с двумя стабилизирующими контурами описываются довольно сложными математическими зависимостями, а их аппара турная реализация имеет высокую стоимость. Поэтому регулирова ние по оптимальному режиму применяется в технологическом или прецизионном кондиционировании воздуха.

Из описанных выше схем регулирования центральных кондицио неров вытекает, что для нормального функционирования установки центрального кондиционирования воздуха должна реализовываться определенная технология, обеспечивающая поддержание требуемого микроклимата в помещении. Для этого разрабатываются алгоритмы работы центральных кондиционеров по показаниям датчиков темпе ратуры, влажности, давления, величин токов, напряжения на элемен тах управления и т. д.

Реализация алгоритмов осуществляется исполнительными и за щитными элементами (электродвигатели, клапаны, заслонки и др.).

Таким образом, система автоматического управления установкой центрального кондиционирования должна выполнять следующие функции:

Управляющие (включение, выключение, задержки);

защитные (отключение при авариях, предупреждение повреж дений установки);

регулирующие (поддержание комфортных условий при минимальных эксплутационных расходах).

24 Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

1.5. УПРАВЛЯЮЩИЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ СКВ

Управляющие функции обеспечивают выполне ние заложенных алгоритмов нормального функционирования систе мы. К ним относятся функции:

последовательность пуска;

последовательность останова;

резервирующие и дополняющие.

1.5.1. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПУСКА

Для обеспечения нормального пуска кондицио нера необходимо соблюдать следующую последовательность:

1. Предварительное открытие воздушных заслонок

Предварительное открытие воздушных заслонок до пуска венти ляторов выполняется в связи с тем, что не все заслонки в закрытом состоянии могут выдержать перепад давлений, создаваемый вентиля тором, а время полного открытия заслонки электроприводом доходит до 2 мин. Входное напряжение управления электроприводом может быть 0–10 В (пропорциональное позиционное управление при плав ном регулировании) или ~24 В (~220 В) – двухпозиционное управле ние (открыто – закрыто).

2. Разнесение моментов запуска электродвигателей

Асинхронные электродвигатели имеют большие пусковые токи. Так, компрессоры холодильных машин имеют пусковые токи, в 7–8 раз превышающие рабочие (до 100 А). Если одновременно запустить вентиляторы, холодильные машины и другие приводы, то из за боль шой нагрузки на электрическую сеть здания сильно упадет напряже ние, и электродвигатели могут не запуститься. Поэтому запуск элект родвигателей необходимо разносить по времени.

3. Предварительный прогрев калорифера

Если включить кондиционер, не прогрев водяной калорифер, то при низкой температуре наружного воздуха может сработать защита от замораживания. Поэтому при включении кондиционера необходи мо открыть заслонки приточного воздуха, открыть трехходовой кла пан водяного калорифера и прогреть калорифер. Как правило, эта функция включается при температуре наружного воздуха ниже 12 °С.

В системах с вращающимся рекуператором сначала включается вытяжной вентилятор, затем начинает вращаться колесо рекуперато

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха 25

ра, а после его прогрева вытяжным воздухом включается приточный вентилятор.

Таким образом, последовательность включения должна быть сле дующей: вытяжная заслонка – вытяжной вентилятор – приточная заслонка – рекуператор – трехходовой клапан – приточный вентиля тор. Время запуска в летний период составляет 30–40 с, в зимний – до 2 мин.

1.5.2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ОСТАНОВА

1. Задержка остановки вентилятора приточного воздуха

В установках с электрокалорифером необходимо после снятия нап ряжения с электрокалорифера охлаждать его некоторое время, не вы ключая вентилятор приточного воздуха. В противном случае нагрева тельный элемент калорифера (тепловой электрический нагреватель – ТЭН) может выйти из строя.

2. Задержка выключения холодильной машины

При выключении холодильной машины хладагент сосредоточится в самом холодном месте холодильного контура, т. е. в испарителе. При последующем пуске возможен гидроудар. Поэтому перед выключением компрессора сначала закрывается клапан, устанавливаемый перед ис парителем, а затем при достижении давления всасывания 2,0–2,5 бар, компрессор выключается. Вместе с задержкой выключения компрес сора производится задержка выключения приточного вентилятора.

3. Задержка закрытия воздушных заслонок

Воздушные заслонки закрываются полностью только после оста новки вентиляторов. Так как вентиляторы останавливаются с задерж кой, то и воздушные заслонки закрываются с задержкой.

1.5.3. РЕЗЕРВИРУЮЩИЕ И ДОПОЛНЯЮЩИЕ ФУНКЦИИ

Дополняющие функции закладываются при ра боте в схеме нескольких одинаковых функциональных модулей (электрокалориферов, испарителей, холодильных машин), когда в за висимости от затребованной производительности включаются один или несколько элементов.

Для повышения надежности устанавливаются резервные вентиля торы, электронагреватели, холодильные машины. При этом периоди чески (например, через 100 ч) основной и резервный элементы меня ются функциями.

26 Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

1.6. ЗАЩИТНЫЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ СКВ

К защитным функциям относятся:

защита водяного калорифера от замораживания;

защита при выходе из строя вентиляторов или привода вентилятора;

защита при повышении перепада давления на фильтрах (засо рение фильтров);

защита холодильной машины при отклонении от допустимых значений питающего напряжения, давлений, температур, токов;

защита электрокалорифера от перегрева и сгорания.

2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СИСТЕМАМ АВТОМАТИЗАЦИИ СКВ

2.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Требования к системам автоматизации условно можно разделить на три группы:

общие требования для всех систем автоматизации;

требования, учитывающие специфику СКВ;

требования к системам автоматизации, определяемые конкрет ной СКВ.

Общие требования для всех систем автоматизации, независимо от объекта управления, определяются рядом общегосударственных, нормативных документов. Главным из них являются: ДСТУ БА 2.4. 3 95 (ГОСТ 21.4.08 93), СНиП 3.05.07.85 «Системы автоматизации», «Правила устройства электроустановок (ПУЭ)» и ДНАОП 0.00 1.32 01.

В ДСТУ БА 2.4. 3 95 (ГОСТ 21.4.08 93) изложены нормы и пра вила выполнения рабочей документации автоматизации технологи ческих процессов.

Сборник норм и правил СНиП 3.05.07 85 определяет порядок

и правила выполнения всех работ, связанных с производством, мон тажом и наладкой систем автоматизации технологических процессов

и инженерного оборудования.

В ПУЭ даны определения и общие указания по устройству элект роустановок, выбору проводников и электрических аппаратов по спо собу их защиты.

В ДНАОП 0.00 1.32 01 приведены правила устройств электрообо рудования специальных установок, в т. ч. в разделах 2 и 3 – электро оборудования жилых, общественных, административных, спортивных

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха 27

и культурно зрелищных зданий и сооружений, т. е. объектов, где установка СКВ обязательна. К отдельным положениям этих доку ментов мы будем обращаться в разделах, посвященных технической

2.2. ТРЕБОВАНИЯ, УЧИТЫВАЮЩИЕ СПЕЦИФИКУ СКВ

Эти требования в общем виде, представлены в разделе 9. СНиП 2.04.05 91*У «Отопление, вентиляция и кондици онирование» и регламентируют объем обязательных функций систем автоматизации: измерения, регулирования, сигнализации, автомати ческих блокировок и защиты технологического оборудования и т. п.

Автоматическое регулирование параметров обязательно для воз душного отопления, приточной и вытяжной вентиляции, работаю щей с переменным расходом, переменной смесью наружного и рецир куляционного воздуха и тепловой мощности калориферов 50 кВт и более, а также кондиционирования, холодоснабжения и местного доувлажнения воздуха в помещениях.

Основные контролируемые параметры СКВ:

температура воздуха и теплоносителя (холодоносителя) на вхо де и на выходе устройств;

температура наружного воздуха и в контрольных точках по мещения;

давление тепло и холодоносителя до и после устройств, где давление изменяет свое значение;

расход теплоты, потребляемой системы отопления и вентиляции;

давление (разность давлений) воздуха в СКВ с фильтрами и теплоутилизаторами по требованию технических условий на оборудование или по условию эксплуатации.

Необходимость дистанционного контроля и регистрации основ ных параметров определяется технологическими требованиями.

Датчики следует размещать в характерных точках в обслуживае мой (рабочей) зоне помещения, в местах, где они не подвергаются влиянию нагретых или охлажденных поверхностей или струй при точного воздуха. Допускается установка датчиков в воздуховодах, если параметры в них не отличаются от параметров воздуха в поме щении или отличаются на постоянную величину.

Если отсутствуют специальные технологические требования к точности, то точность поддержания в точках установки датчиков должна быть ±1 °С по температуре и ±7 % по относительной влажности. В случае применения местных кондиционеров доводчиков с индиви

28 Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

дуальными регуляторами прямого действия точность поддержания температуры ±2 °С.

Автоматическое блокирование предусматривается в:

системах с переменным расходом наружного и приточного воз духа для обеспечения минимально допустимой подачи воздуха;

теплообменниках первого подогрева и рекуператорах для предотвращения их замораживания;

контурах воздухообмена, циркуляции теплоносителя и хладагента, для защиты теплообменников, ТЭНов, компрессоров и др.;

системах противопожарной защиты и отключения оборудования в аварийных ситуациях.

Причиной возможного замерзания воды в трубах является лами нарное движение воды при отрицательной температуре наружного воздуха и переохлаждении воды в аппарате. При диаметре трубки теп лообменника d тр = 2,2 см и скорости воды меньшей 0,1 м/с скорость во ды у стенки практически равна нулю. Вследствие малого термическо го сопротивления трубки температура воды у стенки приближается к температуре наружного воздуха. Особенно подвержена замерзанию вода в первом ряду трубок со стороны потока наружного воздуха.

Выделим три основных фактора, способствующих замерзанию воды:

ошибки, допущенные при проектировании и связанные с завы шенной поверхностью нагрева, обвязкой по теплоносителю и способом управления;

превышение температуры горячей воды и, как следствие, резкое снижение скорости движения воды, из за чего создается опасность замерзания воды в теплообменнике;

перетекание холодного воздуха из за негерметичности клапана наружного воздуха и при полном закрытии плунжера водяного клапана.

Обычно защита от замерзания теплообменников выполняется на базе двухпозиционных регуляторов с датчиками температуры перед аппаратом и в обратном трубопроводе воды. Опасность заморажива ния прогнозируют по температуре воздуха перед аппаратом (t н <3 °С) и одновременным понижении температуры обратной воды, напри мер, t w min < 15 °С. При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор. В нера бочее время клапан остается приоткрытым (5–25 %) при закрытой заслонке наружного воздуха.

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха 29

Приведенные выше регламентированные функции автоматики СКВ не исчерпывают всех особенностей процесса и оборудования воздухообработки. Практика наладки и эксплуатации таких систем показала необходимость выполнения еще целого ряда требований. Здесь следует, прежде всего, остановиться на обязательном прогреве воздухонагревателя первого прогрева перед пуском двигателя при точного вентилятора и соблюдении последовательности включения

и останова рабочего оборудования системы. На рис. 1.13 показан типо вой график включения и выключения аппаратов и устройств приточ но вытяжной системы. Первым полностью открывается клапан калорифера, после его прогрева в течение 120 с подается команда на открытие воздушных заслонок, еще через 40 с включается вытяжной вентилятор и только при полностью открытых заслонках – приточ ный вентилятор. Кроме того, должен быть предусмотрен индивиду альный пуск оборудования, которое необходимо включать при наладке

и профилактических работах.

30 Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

2.3. ТРЕБОВАНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ КОНКРЕТНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

Эти требования формулируются на основе алго ритмов функционирования и управления СКВ. При этом выбор алго ритма управления определяется двумя основными качествами: точностью и экономичностью управления. Первое качество опреде ляет выбор оптимального закона управления, второe – оптимальной программы управления. Другие показатели, такие как надежность, стоимость и т. д. накладываются как ограничения на выбранный кри терий оптимальности первых двух факторов. И если определение оптимального закона управления производится специалистом по ав томатизации, то определение оптимальной программы управления должно вестись совместно специалистами по кондиционированию и вентиляции и специалистами по автоматизации. При таком подходе учитываются как требования к системе автоматизации, так и к автома тизируемому объекту. На практике более распространено раздельное проектирование с выдачей технического задания или исходных дан ных на автоматизацию.

В этих документах обычно оговаривается:

диапазон изменения возмущающих воздействий;

заданные параметры состояния воздуха и требования к точности их поддержания;

требования к поддержанию параметров воздуха в обслуживаемых помещениях в нерабочее время;

функциональная схема объекта с техническими характерис тиками выбранных аппаратов и устройств тепловлажностной обработки воздуха;

данные о расчетных максимальных и минимальных теплов лажностных нагрузках объекта, режимах тепловлагообработки воздуха и условия перехода от одного режима к другому;

графики или диапазоны изменения нагрузок на протяжении суток, рабочей недели, месяца и т. п.

Эти данные необходимы для реализации программного управле ния СКВ в указанные периоды с целью экономии электроэнергии, затрат тепла и холода.

На основании описанных требований и исходных данных произ водится выбор технических средств автоматики и разрабатывается техническая документация на систему автоматизации.

Системы кондиционирования воздуха (СКВ) предназначены для создания и автоматического поддержания необходимых параметров воздуха в помещениях (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения и др.). В зависимости от назначения СКВ разделяются на технологические, обеспечивающие состояние воздушной среды, удовлетворяющее требованиям конкретного технологического процесса, и комфортные, создающие благоприятные условия для человека. В зависимости от конструкции кондиционеры подразделяются на секционные и агрегатные, а по оснащенности устройствами для получения тепла и холода их делят на автономные и неавтономные. Автономные кондиционеры снабжаются извне только электроэнергией. Для работы неавтономных кондиционеров необходима подача извне тепло- и холодоносителя, а также электроэнергии для привода двигателей вентиляторов и насосов.

Рассмотрим вначале основные принципы автоматизации установки комфортного кондиционирования воздуха, предназначенной для поддержания заданной температуры и влажности в помещении (рис. 8.5).

Для зимних условий воздух обрабатывается по следующей схеме. Наружный воздух сначала подогревается в утилизаторе У от точки Н 3 до точки У 3 , а затем в воздухоподогревателе первой ступени от точки У 3 до значения / к. В результате адиабатического увлажнения при постоянной энтальпии воздух приобретает параметры, соответствующие точке К г В воздухоподогревателе второй ступени воздух нагревается до точки Я 3 и подается в помещение.

По мере повышения энтальпии наружного воздуха сокращается его нагрев в воздухоподогревателе первой ступени, и при достижении энтальпии 1 К подогрев должен быть отключен. Наступает переходный режим, который характеризуется постоянной внутренней температурой / 3 и меняется в зависимости от энтальпии наружного воздуха и относительной влажности внутри помещения.

Исходя из условий комфортности допустимы колебания относительной влажности в пределах 40-60%. При энтальпии наружного воздуха выше / п в обслуживаемом помещении целесообразно

Рис. 8.5.

а - технологическая схема СККВ; б - процессы обработки воздуха

в /-б диаграмме

поддерживать максимальную по комфортным условиям относительную влажность воздуха (до 60%), допуская при этом значительные колебания внутренней температуры. Поскольку колебания внутренней температуры связаны с изменением энтальпии наружного воздуха, в теплое время создается некоторый «динамический» климат, характеризующийся лучшими условиями для самочувствия человека, чем статический при постоянной температуре. Одновременно обеспечивается некоторая экономия расхода холода. При энтальпии наружного воздуха / н предусматривается только адиабатическое увлажнение. На воздухонагреватель второй ступени в это время воздействует датчик относительной влажности ср, установленный в помещении, с помощью которого при отклонении влажности в большую сторону увеличивается поступление теплоносителя в воздухонагреватель. Пунктирная линия на рис. 8.5 (от Г п до / л) показывает, что датчик должен быть настроен на 57-58% во избежание увеличения значения ф свыше 60%. Это вызвано недопустимостью более высокой относительной влажности и желанием сохранить установленную рабочую разность температур между внутренним и приточным воздухом.

Летний режим работы системы кондиционирования начинается при достижении наружным воздухом энтальпии / л. В это время требуется подача холодной воды в оросительную камеру для поддержания параметров воздуха К л. Для этой цели за оросительной камерой устанавливают датчик температуры, с помощью которого по мере повышения температуры увеличивается подача холодной воды в камеру. Поскольку за форсуночной камерой температура воздуха неодинаковая, возможны выносы капель влаги и попадание их на измеритель температуры. Кроме того, учитывая отрицательное влияние лучистого тепла от воздухоподогревателя второго подогрева, регулирование целесообразно осуществлять по сигналам датчика температуры, установленного в помещении. К достоинствам этого способа следует отнести и то обстоятельство, что в нем учитывается и теплоаккумулирующая способность помещения. Измеритель температуры, установленный в помещении, настраивается на значение температуры, определяемое точкой t л, и воздействует на подачу холодной воды в оросительную камеру.

Построенная на основе схемы такой обработки воздуха система автоматизации приведена на рис. 8.6. В зимний период за ороси-

Рис. 8.6.

кондиционирования воздуха

тельной камерой с помощью пропорционального регулятора поддерживается заданная температура (поз. 1). Измеритель, настроенный на температуру / р 3 , воздействует на исполнительный механизм регулирующего органа на обратном трубопроводе теплоносителя к воздухоподогревателю КП первого подогрева. Оросительная камера обеспечивает адиабатическое увлажнение наружного воздуха до 90-95%. По мере повышения энтальпии наружного воздуха уменьшается его подогрев, и при энтальпии / к первый подогрев выключается.

Температура внутреннего воздуха регулируется двухпозиционным регулятором (поз. 2). Датчик температуры, установленный в помещении и настроенный на поддержание температуры (3 , воздействует через запретно-разрешающее устройство (поз. 3) на воздухонагреватель КП второго подогрева. Запретно-разрешающее устройство включается в цепь для переключения регулирования по температуре внутри помещения на регулирование по относительной влажности. Такое переключение производится в тот момент, когда относительная влажность в помещении приближается к 60%. В этот момент температура воздуха за оросительной камерой повысится до значения / р п. Сигнал от этого датчика поступает на запретно-разрешающее устройство, которое производит переключение датчика температуры внутри помещения на датчик относительной влажности.

В теплое время внутри помещения с помощью пропорционального регулятора (поз. 6) поддерживается постоянная относительная влажность при изменяющихся значениях температуры. Датчик влажности, как и в зимнее время, через промежуточное реле РП и запретно-разрешающее устройство воздействует на воздухоподогреватель второй ступени. При увеличении относительной влажности выше 60% включается второй подогреватель и температура достигает такого значения, при котором относительная влажность становится меньше 60% и соответствует определенной энтальпии наружного воздуха.

Летний режим, при котором необходимо применение холодной воды, наступает при температуре внутри помещения, соответствующей средней летней комфортной. В этот момент срабатывает второй датчик температуры, настроенный на 1 Л. Регулятор температуры (поз. 5) воздействует на подачу холодной воды в камеру орошения. В помещении стабилизируются сразу два параметра: температура и относительная влажность воздуха. На разные регулирующие органы воздействуют сразу два регулятора, что позволяет поддерживать относительную влажность с точностью ±5% и расходовать минимум холода. Повышение точности стабилизации параметров микроклимата может быть достигнуто также синтезом стабилизации с коррекцией по отклонениям от заданных температуры и относительной влажности воздуха в помещении. Это обеспечивается переходом от одноконтурных к двухконтурным каскадным системам стабилизации, которые, по существу, должны быть основными системами регулирования температуры и влажности воздуха.

Работа каскадных систем основана на регулировании не одним, а двумя регуляторами, причем регулятор, контролирующий отклонение основной регулируемой величины от заданного значения, воздействует не на регулирующий орган объекта, а на задатчик вспомогательного регулятора. Этот регулятор поддерживает на заданном уровне некоторую вспомогательную величину промежуточной точки объекта регулирования. Так как инерционность регулируемого участка первого контура регулирования незначительная, в этом контуре может быть достигнуто относительно большое быстродействие. Первый контур называется стабилизирующим, второй - корректирующим. Функциональная схема каскадной системы для прямоточной СКВ показана на рис. 8.7.

Первая система обеспечивает стабилизацию температуры воздуха после воздухоподогревателя второго подогрева с коррекцией

Рис. 8.7.

процесса кондиционирования воздуха

по температуре воздуха в объекте регулирования (помещении) путем изменения расхода теплоносителя в воздухонагревателе (регулятор ТС 2). Корректирующее воздействие осуществляется с помощью корректирующего регулятора ТС 2 . Таким образом, система регулирования температуры воздуха после воздухонагревателя второго подогрева включает цепь регулирования температуры воздуха путем изменения расхода теплоносителя и цепь коррекции, изменяющую задание регулятора ТС 2 в зависимости от изменения температуры воздуха в помещении.

Во вторую систему стабилизации входят чувствительный элемент температуры точки росы, установленный после камеры орошения, и регулятор ТС, управляющий последовательно исполнительными механизмами клапанов оросительной камеры, воздухонагревателя первого подогрева и смесительно-регулирующих воздушных клапанов наружного и рециркуляционного воздуха.

Корректирующее воздействие на регулятор ТС, осуществляется с помощью регулятора влажности МС, датчик которого установлен в помещении.

В последние годы при реализации рассмотренных принципов автоматизации систем кондиционирования воздуха все чаще применяют микропроцессорные регуляторы.

Сегодня системы вентиляции и кондиционирования присутствуют во всех вновь строящихся здания. Их закладывают на стадии разработки проектов, потому что они обеспечивают: вентиляция – отток загрязненного воздуха и подачу свежего, кондиционирование – обеспечивает комфортные условия нахождения людей в помещениях, а именно приводит влажность и температуру к нормальным показателям. Так как обе системы достаточно сложные, то для них разрабатывается автоматизация, которая следит за параметрами их работы. В этой статье разберемся, что собой представляет автоматизация систем кондиционирования и вентиляции.

Зачем нужна

Во-первых, надо отметить, что нормальными условиями внутри помещения считаются:

• температура +20-24С;
• влажность – 40-65%;
• скорость перемещения воздуха – 1 м/с.

Чтобы контролировать эти параметры, необходимо тщательно просчитать и собрать автоматизацию систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. При этом проектом определяются сразу места их установки и функциональное назначение. Очень часто в зданиях с большими габаритами и множеством помещений применяется система кондиционирования, которая включает в себя несколько подсистем. И, как показывает практика, все подсистемы работают в индивидуальном режиме. Чтобы за всеми ими проследить, и производится установка автоматики системы кондиционирования.

Необходимо понимать, что система кондиционирования и вентиляции достаточно затратна в плане потребления электроэнергии. Поэтому очень важно правильно настроить автоматику, обеспечивающую контроль над кондиционерами и вентиляторами. И если с последними проблем не возникает, потому что их настраивают на определенную скорость вращения, которая практически все время будет постоянной, то у кондиционеров настройка более сложная.

Ведь их работа в основном зависит от влажности и температуры воздуха внутри помещений. А эти две величины непостоянные. А значит, автоматику придется настраивать так, чтобы она в первую очередь контролировала эти два параметра, а затем передавала сигнал на кондиционеры. И они будут по мощности работать то с увеличением, то со снижением. И здесь настройку можно сделать так, чтобы и внутри помещений условия были нормальными, и потребляемая мощность кондиционеров не была максимальной.

За это отвечает диспетчеризация систем вентиляции и кондиционирования. А именно несколько приборов, которые обрабатывают данные и передают их на оборудование. При этом выдерживается строго последовательность алгоритмов, которые программируются индивидуально для каждого вида оборудования.

Автоматизация вентиляции и кондиционирования

Существуют три вида систем автоматизации вентиляции и кондиционирования: частичная, комплексная и полная. Чаще всего используют две первые. Сама автоматика состоит из нескольких блоков, контролирующих разные процессы:

• датчики или, как их называют специалисты, первичные преобразователи;
• вторичные;
• регуляторы автоматические;
• исполнительные механизмы, в некоторых схемах применяются регулирующие приборы;
• электротехническая аппаратура, с помощью которой регулируются электроприводы вентиляторов и кондиционеров.

В основном все эти механизмы и приборы, входящие в состав промышленной автоматизации, являются стандартными. То есть, они производятся по ГОСТам серийно. Но есть некоторые из них, которые выпускаются мелкими партиями и предназначаются именно для систем кондиционирования воздуха, для систем отопления и вентиляции. К примеру, датчики для контроля над влажностью воздуха или температурные регуляторы марки Т-8 или Т-48.

Обычно все приборы, которые показывают параметры условия внутри помещений, устанавливают в специальный отдельный щит. При этом необходимо понимать, что чем больше подсистем в здании, тем больше щитов приходится устанавливать. Это усложняет проведение контроля над параметрами, которые необходимо периодически снимать. Чтобы упростить данный процесс, сегодня в разветвленных системах кондиционирования и вентиляции организуется пульт управления, за которым сидит оператор. Один человек полностью контролирует весь процесс. При этом с помощью интернета решается задача сигнализации и возможности контролировать все параметры на расстоянии. То есть, на телефон может прийти SMS с данными обо всех происходящих процессах.

Что касается датчиков, то очень важно правильно расположить их по помещениям с определенной частотой размещения. Именно эти небольшие приборы начинают реагировать на изменения параметров воздуха. Именно они дают толчок к началу изменения работы оборудования. Но в функции систем автоматизации вентиляции и кондиционирования воздуха входит не только отслеживание условия внутри помещения здания. В каждом воздуховоде устанавливаются датчики, которые отслеживают, а не попало ли что-нибудь внутрь. Ведь даже небольшой посторонний предмет может попасть в оборудование и вывести его из строя. Это очень важно и для заслонок, которыми перекрываются отвод и подача воздуха.

Любая автоматизация включает в себя и систему оповещения и сигнализации. Здесь стандартно: звуковая и световая.

Диспетчеризация вентиляции и кондиционирования

Диспетчеризация – это сбор сигналов с датчиков и на их основе управление всеми процессами. Основными функциями диспетчеризации вентиляции и кондиционирования являются:

1. Индексация поступающих сигналов от датчиков, их обработка и настройка.
2. Подача сигнала диспетчеру, если в системе произошли отклонения от заданных параметров или возникла нестандартная или аварийная ситуация.
3. При необходимости производится перевод работы всей схемы в аварийный режим.
4. Если возник пожар в здании, включается система отвода дыма.
5. Строго отслеживаются параметры воздуха, которые поддерживаются на всем протяжении работы оборудования.
6. При необходимости регулировка заданных параметров.
7. В часы пониженных нагрузок системы вентиляции и кондиционирования переводятся в режим экономии электроэнергии и других видов энергоносителей (пар, горячая вода).
8. Обрабатываются данные в момент включения или отключения.

В зависимости от того, какие требования заказчик предъявляется к кондиционированию, автоматизация может производиться с использованием свободно-контролируемых приборов (контроллеров) или с добавлением так называемых программно-аппаратных комплексов. Второй вариант дороже, но он дает возможность объединить в одном пункте контроля все рычаги управления.

При этом необходимо понимать, что ситуации в больших зданиях с несколькими подсистемами могут быть разными. Поэтому кондиционирование и вентиляция разделяется на модули в плане обеспечения диспетчеризации. И каждый модуль при возникновении внештатной ситуации может работ автономно.

Возможности диспетчеризации:

• можно организовать управление большим количеством модулей, которые по мере необходимости подключаются параллельно;
• настройка сбора данных, которые необходимы пользователю;
• возможность передача данных на другие компьютеры;
• контролируется телефонная и компьютерная сети;
• автоматизация процессов передачи данных от нижних уровней к пульту управления;
• передача данных на телефон.

Контроллеры для автоматизации и диспетчеризации

В принципе, необходимо отметить, что технологическая схема кондиционирования и вентиляции здания, в которую входит контроллер, является стандартной, а точнее базовой. Ее можно изменять под нужные требования с дополнением. К примеру, можно изменить контроль температуры внутри помещений не через канальный датчик, установленный в воздуховодах системы отводной вентиляции, а через каскадный, который устанавливается непосредственно в самом помещении. Или можно внести в конфигурацию подогрев жалюзи в кондиционировании, которые открывают или закрывают проемы.

То есть, диспетчеризацию систем вентиляции и кондиционирования с учетом установленных контролеров можно развивать по разным схемам. И при этом можно подобрать такую технологическую цепочку, которая будет выгодна именно для определенного вида зданий, где установлены разные требования к отдельным помещениям.

Автоматизация в быту

Сегодня все чаще звучит термин – «умный дом». По сути, это автоматизация контроля над всеми сетями, которые обеспечивают нормальную жизнедеятельность человека в собственном доме. Конечно, это обширная сеть, в задачи которой входит:

• безопасность внешняя и внутренняя (последняя – это слежение за сотрудниками, выполняющих бытовую работу в доме);
• контроль и слежение за аварийными ситуациями: утечка газа, холодной или горячей воды;
• создания благоприятного климата внутри помещений, а это касается кондиционирования, отопления и вентиляции.

При этом диспетчеризация строго контролирует всю работу инженерных сетей. И если есть необходимость изменить какой-либо параметр, нет нужды бегать по этажам к щитам автоматики, чтобы провести настройку. «Умный дом» снабжается отдельно установленным мини-пультом или мини-блоком, через который и проводится регулирование и настройка требуемых режимов.

Самое главное, что вся автоматизация завязана на диспетчеризации с установленных в нее контроллеров. То есть, технологическая схема здесь точно такая же, как и на любом объекте, где присутствуют модульные схемы кондиционирования и вентиляции.

Среди направлений развития технического прогресса автоматизация выделяется особо. Она избавляет человека от выполнения рутинных, а зачастую и опасных процессов, существенно уменьшает трудоемкость операций на производстве или в быту и позволяет оптимизировать все сферы жизни.

Автоматизировать можно практически любые функции техники и области ‒ в том числе и вентиляцию. Это актуально, главным образом, для крупных комплексов ‒ промышленно-производственных, складских, торговых ‒ но сегодня все чаще применяется и при организации систем жизнеобеспечения в домах. Вентиляция ‒ это сложноорганизованная система, в которой используется множество видов чувствительного инженерного оборудования, и ее автоматизация представляет собой небанальную и ответственную задачу. Однако преимуществ у нее много, и их стоит использовать.

Правильно организованная автоматизация вентиляционных систем ‒ это комплекс высокой степени рациональности, избавляющий пользователей от ручного контролирования индикаторов в среде и их изменения. В бизнес-пространствах, местах большого скопления людей, спортивных, производственных комплексах актуальна полная автоматизация, включающая вентсистемы:

• модульные;
• пожарные.

Качественные составляющие и умелая организация автоматических систем позволят сохранять безопасность людей в здании, а также:

• обеспечивать работу в соответствии с установленными алгоритмами;
• добиваться соответствия показателей установленным значениям;
• останавливать системы при аварийных ситуациях;
• контролировать состояние и работоспособность всех элементов;
• визуализировать параметры, осуществлять дистанционное управление вентиляцией и так далее.

Преимущества организации автоматизированных вентсистем

Считать, что автоматика ‒ лишняя и затратная опция, нельзя. Она позволяет существенно «разгрузить» человека на производстве и в быту, повысить качество жизни и работы, обеспечить уровень безопасности гораздо более высокий, чем при ручном управлении. Среди основных достоинств, которыми отличается автоматика вентиляционного оборудования, стоит упомянуть:

• снижение затрат на электричество, энергоносители, эксплуатацию инженерии, персонал ‒ практика показывает, что при автоматизировании (включение/отключение групп оборудования, например) можно достичь 10-20-процентной экономии тепло- и хладопотребления;
• эффективная организация воздухообмена в помещениях ‒ при помощи автоматики можно задавать нужные параметры очистки, температур, интенсивности потока, при этом обеспечивается простое и быстрое достижение благоприятности микроклимата;
• надежная защита в аварийных ситуациях ‒ комплексная система, включающая устройства оповещения, пожаротушения, нейтрализации задымлений, позволит быстро отреагировать на ЧП;
• полный контроль (в том числе дистанционный) и управляемость системы ‒ при помощи автоматизированных установок можно регулировать работу вентиляторов, отслеживать, насколько загрязнены фильтры, нет ли перегрева или переохлаждения элементов и так далее.

Автоматика позволит определить, не нарушились ли выставленные частоты вращения вентиляторов. Она поддерживает заданные параметры, условия климата и управляет всеми устройствами. То, насколько безопасна, надежна и долговечна система, зависит от качества ее сборки и составляющих.

Конструктивные особенности автоматизированных венткомплексов

Автоматика для вентиляционных систем регулируется существующими положениями ‒ это ТУ, СниПы и прочие. Она представляет собой совокупность элементов и алгоритмов, обеспечивающих функциональное соблюдение выставленных параметров.

На что обратить внимание при проектировании

• Принципиальные схемы автоматизирования в инженерные модели закладываются еще на проектной стадии. Тогда же выбирают принцип работы и уровень «замены» человека электроникой.
• Управление автоматикой организуется при помощи специальных шкафов, в которые заводят регуляторы и контрольные элементы. Они должны располагаться в удобном и доступном месте, чтобы обслуживание можно было проводить без помех.
• Рекомендуется в любой автоматизированной схеме устанавливать контрольные приборы ‒ в приточно-вытяжных венткомплексах, кондиционирующей системе. Выбор модели зависит от назначения объекта и экономико-технической целесообразности.

Какое потребуется оборудование

К базовому комплекту оборудования, которое входит в автоматизированно-вентиляционные комплексы, обычно относят:

• Датчики ‒ элементы, снимающие показания с подконтрольного объекта и предоставляющие пользователю и управляющей системе информацию о его состоянии. Они поддерживают обратную связь, обеспечивая сведениями об уровне давления и влажности, температурах, и подбираются в зависимости от нужной точности, требований и диапазона.
• Регуляторы/контроллеры ‒ элементы, координирующие работу исполняющих устройств и управляющие ими на базе данных, предоставляемых датчиками.
• Исполняющие устройства ‒ оборудование механического, электронного, гидравлического типов, которое выполняет непосредственные функции. Это электроприводы пожарно-воздушных клапанных деталей и теплообменников, реле, следящие за перепадами давления, насосы.

Характеристика составляющих автоматизированной установки

Все детали и механизмы, из которых состоит автоматика вентиляционных установок, имеют свои особенности и делятся на типы.

Так, например, датчики могут относиться к комнатным или наружным устройствам, они монтируются накладкой на трубопроводы, в каналах. Среди них выделяются:

• температурные ‒ могут функционально выставлять лимиты, устанавливаться в комнатах или снаружи;
• влажности ‒ внутренние и наружные, соединяются с приборами для измерения относительных параметров, устанавливаются в точках, где температура и скорость движения воздуха неизменны, далеко от отопительных конструкций и прямых лучей солнца;
• давления ‒ релейного и аналогового типов, могут измерять абсолютные значения или разности (на две точки);
• потока ‒ для выяснения, с какой скоростью движется газ/жидкость в трубах или воздуховодах.

Приборы контроля выносятся на автоматизационные щиты, где объединена совокупность элементов регулирования и исполнения. Их производят при помощи сложного оборудования, непременно с сертификацией, глобальные и известные бренды: Phoenix Contact, Siemens, Schneider Electric, Legrand, General Electric и множество прочих. При их создании важно, чтобы устройства обеспечивали безопасность, а также удобно и эргономично эксплуатировались.

Полную информацию об автоматизации вентиляционной системы в каждом конкретном случае можно получить у специалистов «ЭкоЭнергоВент».

Для обеспечения требуемых условий надлежащего движения воздуха в помещениях, для создания надежных систем вентиляции и кондиционирования, чтобы при этом сократить надобность в обслуживающем персонале, а также для экономии электроэнергии и сохранения холода и тепла, прибегают к применению автоматизированных систем кондиционирования и вентиляции, которые в числе прочего позволяют производить автоматическое отключение и включение оборудования в аварийных ситуациях.

Чтобы автоматизированная система работала правильно и наиболее экономично, для наблюдения за основными параметрами на щиты выносят приборы контроля. На отдельных узлах, для возможности отслеживания работы отдельных элементов, устанавливают местные приборы контроля, для мониторинга промежуточных показателей.

Автоматика самопишущих приборов позволяет вести учет и анализ текущей работы вентиляционного оборудования, а для своевременной фиксации опасных отклонений служат приборы сигнализирующие, призванные предотвратить нарушение технологического процесса и, как следствие, - брак продукции.

Индикаторы работы системы вентиляции и кондиционирования устанавливают как в системе приточной вентиляции, так и в комбинированных системах с воздушным отоплением, и в системах кондиционирования воздуха. Здесь важен контроль температуры воздуха наряду с контролем параметров теплоносителя.

Что касается конкретно кондиционирования, то тут важно отслеживать и влажность воздуха и температуру горячей и холодной воды, а также давление, чтобы правильно регулировать работу насосов, подающих воду в оросительную камеру.

В зависимости от того, насколько точной должна быть регулировка поддерживаемых параметров, от назначения системы, от экономической и технической целесообразности, выбирают позиционный, пропорциональный или пропорционально-интегрированный способ управления автоматизированной системой. А в зависимости от вида энергии, которая используется для обеспечения работы системы, система регулирования может быть электрической или пневматической.

Если на предприятии отсутствует сеть сжатого воздуха или ее установка экономически неприемлема, то используют электрическую систему регулирования. Если сеть сжатого воздуха (с давлением от 0,3 до 0,6 МПа) на предприятии есть, или в целях противопожарной безопасности, применяется система пневматического регулирования.

Принцип автоматического регулирования температуры воздуха заключается в смешивании рециркулирующего воздуха и наружного воздуха, а также в варьировании режимов работы калориферов. Эти методы могут применяться как совместно, так и по отдельности. При этом благодаря регулировке в системе кондиционирования достигаются требуемые температура, давление и относительная влажность.

Для автоматизированной системы приточной вентиляции характерно измерение температуры воздуха в помещении (после вентилятора), и температуры горячей воды до и после калорифера. При этом, благодаря регулятору температуры, автоматически действующему на регулировочный клапан горячей воды, изменяется в нужную сторону температура в помещении.

В системе имеются два датчика температуры, функция которых - предотвратить замерзание калорифера. Первый датчик отслеживает температуру теплоносителя после калорифера (в обратном трубопроводе), второй - температуру воздуха между калорифером и фильтром.

Если в процессе работы вентиляционной установки первый датчик зафиксирует понижение температуры теплоносителя до +20 - +25°С, то вентилятор будет автоматически отключен, а клапан регулировки будет полностью открыт, чтобы подать теплоноситель в калорифер с целью прогрева.

Если температура поступающего воздуха больше 0°С, то замерзание калорифера, конечно, невозможно, и нет надобности в отключении вентилятора, нет надобности в открывании клапана горячей воды, - второй датчик отключит узел защиты калорифера от замерзания.

Пусть в ночное время вентилятор отключен, и требуется защита калорифера от замерзания, тогда второй датчик (перед калорифером), фиксируя температуру ниже +3°С, откроет клапан для подачи горячей воды. Когда калорифер будет прогрет, клапан закроется.

Именно так реализуется автоматическая двухпозиционная регулировка температуры воздуха перед калорифером когда вентилятор отключен. При запуске системы калорифер предварительно прогревается, до того, как вентилятор будет включен. В момент включения вентилятора открывается заслонка.

Для нагрева воздуха возможно применение одной из двух схем. В первой схеме, установленный в потоке подогретого воздуха, терморегулятор при отклонении температуры воздуха от уровня уставки включает моторный клапан, регулирующий подачу в калорифер теплоносителя (целесообразно применять в случае если теплоносителем является вода). Вода поступает в калорифер пропорционально положению клапана над седлом по высоте.

Когда теплоносителем служит пар, то его поступление не будет пропорционально, и тогда подойдет второй метод регулирования. В схеме приемлемой для пара, терморегулятор управляет сервомотором, связанным с дроссельными клапанами, регулирующими соотношение воздуха идущего в обход, и воздуха, идущего непосредственно через калорифер.

Увлажнение воздуха в форсуночной камере регулируется одним из двух методов, в основе которых адиабатное насыщение. Коэффициент?р прямо связан с коэффициентом орошения p, и изменяя p, меняем?р. Регулятор влажности управляет моторным клапаном, установленным на нагнетательной стороне насоса, который подает воду к форсункам из поддона камеры. Но есть и второй путь.

Второй способ заключается в том, что меняя температуру воздуха, проходящего через калорифер, можно менять влажность, оставляя нетронутыми? и р. Просто регулятор влажности в этом случае регулирует подачу в калорифер теплоносителя.

Для охлаждения воздуха служит следующий процесс. Перемещаемый по каналу воздух попадает в форсуночную камеру, где он должен быть охлажден разбрызгиваемой холодной водой. Положение дроссельных клапанов меняется так, что часть воздушного потока идет в обход, а часть - в форсуночную камеру. В обходном канале температура не изменяется.

После прохождения части потока через форсуночную камеру, разделенные потоки вновь объединяются, смешиваются, и в результате температура воздуха становится такой, как нужно в соответствии с условиями в помещении. Доля воздуха, проходящего через форсуночную камеру или идущего в обход, регулируется, и может достигать 100%, - весь поток через камеру или весь поток по обходному каналу.

Какую выбрать систему - пропорциональную или двухпозиционную? В зависимости от соотношения производства регулирующего агента с объемом его потребления. В случае если производство агента намного больше емкости потребления, то лучше пропорциональная система, в противном случае - двухпозиционная.

Когда решается вопрос о возведении системы регулирования влажности в помещении, определяют количество водяного пара, которое воздух помещения способен будет принять.

На температуру в помещении влияют внутренние поверхности в нем, и для упрощения примем, что расположенные в помещении вещи на температуру воздуха не влияют.

Общеизвестно, что поверхности отличаются по температуре от воздуха, и поскольку они велики, то термическое действие всегда оказывается таким, что температура воздуха становится соответствующей температуре поверхности, и изменение температуры воздуха свидетельствует об изменившейся температуре поверхности.