1. Автоматизация систем теплогазоснабжения и кондиционирования микроклимата
1.1. Автоматизация систем теплоснабжения
Системы теплоснабжения, предназначенные для создания комфортных условий обитания человека, состоят из двух основных подсистем: системы отопления (СО) и системы горячего водоснабжения (ГВС). Кроме того, тепло получаемое в этих системах используется для подогрева воздуха в приточной вентиляции помещений.
Основными целями автоматизации теплоснабжающих систем являются:
обеспечение теплового и санитарно-гигиенического комфорта потребителя;
поддержание заданных гидравлических режимов в различных звеньях системы, включая защиту от аварийных ситуаций;
экономия топлива, теплоты и электрической энергии;
обеспечение эффективности и надежности, качества работы основного оборудования систем.
В настоящее время принято многоступенчатое управление тепловым режимом потребителей. Различают следующие основные ступени управления:
централизованное (на ТЭЦ, в котельной);
групповое (в ЦТП);
местное (в МТП, микрокотельных);
зональное ( пофасадное, поэтажное, секционное в зданиях);
индивидуальное (в отдельных помещениях и малых зданиях).
В системах теплоснабжения зданий основными технологическими процессами являются процессы отпуска, транспортирования, распределения и потребления тепловой энергии, горячей воды и пара.
Основными задачами, решаемыми системами теплоснабжения зданий, являются:
бесперебойная подача потребителям тепловой энергии требуемого качества и количества,
обеспечение высокой надежности и экономичности теплоснабжения.
Решение этих задач обеспечивается путем автоматического изменения или поддержания постоянных параметров технологических процессов теплоснабжения.
Основными параметрами, характеризующими процессы теплоснабжения зданий, являются:
температура (подающей и обратной воды в тепловых сетях и у потребителей, воды для горячего водоснабжения, воздуха в отапливаемых и вентилируемых помещениях);
давление, перепад давления (в трубопроводах воды, пара, в насосных агрегатах и установках теплоснабжения);
уровень (воды в емкостях);
расход и количество теплоносителя (воды, пара);
расход и количество теплоты (отпущенной, потребленной).
Изменения и стабилизация указанных параметров обеспечиваются с помощью приборов и средств автоматизации, позволяющих решать следующие задачи:
регулирование технологических процессов;
управление оборудованием и агрегатами;
контроль и измерение параметров;
защита тепловых сетей и потребителей;
блокировка агрегатов и оборудования;
учет тепловой энергии и теплоносителя.
Системы отопления являются основными потребителями теплоты, поэтому к вопросу автоматизации систем отопления необходимо подходить комплексно с учетом функционирования остальных систем теплоснабжения.
Существуют два основных способа управления тепловым режимом зданий: пассивный — совершенствование строительных характеристик зданий, и активный — воздействие на инженерное оборудование зданий, в том числе автоматическое.
Любые методы, способы и принципы управления должны быть направлены на обеспечение требуемого микроклимата в помещениях.
Автоматизация тепловых режимов основана на принципах управления: по возмущению; по отклонению; комбинированном и программном с использованием двухпозиционного, П- , ПИ- и ПИД- алгоритмов управления.
Рассмотрим автоматизацию индивидуального теплового пункта (ИТП).
Автоматизированная система контроля и управления ИТП предназначена для регулирования потребления тепловой энергии в зданиях и сооружениях путем увеличения или уменьшения потока теплоносителя в здание в зависимости от его реальных потребностей в данный момент.
Автоматизированный индивидуальный тепловой пункт конструктивно состоит из трех узлов:
узел отопления и узел горячего водоснабжения (ГВС) – обеспечивают подачу воды заданной температуры;
узел учета (ИТП) – производит учет количества тепла, горячей воды и электроэнергии;
узел автоматики, который поддерживает:
заданную температуру теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе;
обеспечивает работу системы отопления в нормальном и дежурном режиме работы, с разными температурными графиками;
осуществляет автоматическое включение резервного насоса при отказе основного.
В тепловом пункте для регулирования температуры теплоносителя в системе горячего водоснабжения устанавливается электронный регулятор температуры ECL Comfort 200.
Принцип регулирования системы ГВС – поддержание температуры в контуре ГВС на постоянном уровне.
Функциональная схема автоматизации ИТП представлена на рис. 61.
Регулятор температуры ECL Comfort 300 (поз. 1г) получает сигналы от датчиков температуры (поз.1а,1б,1в), установленных на подающем и обратном трубопроводах, сравнивает текущее значение температур с требуемыми значениями и формирует управляющий сигнал на электропривод двухходового регулирующего клапана (поз. 1д), который обеспечивает плавное регулирование расхода теплоносителя путем изменения пропускной способности.
Для контроля за расходом теплоносителя на подающем трубопроводе установлены диафрагмы, поз. 2а, 6а, которые создают перепад давления. Расход теплоносителя измеряется расходомерами, поз. 2б, 6б, принцип действия которых основан на измерении переменного перепада давления на трубопроводе.
Схемой предусматривается автоматическое включение резервного насоса при отказе основного.
При остановке рабочего насоса давление теплоносителя на линии нагнетания резко падает. Эта зависимость и положена в основу работы системы автоматики.
На нагнетательной линии после насосов устанавливают регулятор давления, поз. 3б, настроенный на номинальное давление системы и работающий совместно с датчиком давления, поз. 3а. При остановке рабочего насоса М1 давление теплоносителя снижается, срабатывает регулятор давления, выключается магнитный пускатель, поз. 3в, электродвигателя насоса М1 и сигнальная лампа. Одновременно с помощью того же регулятора давления включается магнитный пускатель, поз. 3е, резервного насоса М2 и загорается сигнальная лампа. При этом насос М2 начинает работать.
Для контроля за расходом воды в контуре циркуляции установлена диафрагма, поз. 4а, которая создает перепад давления. Расход теплоносителя измеряется расходомером, поз. 4б, принцип действия которого основан на измерении переменного перепада давления на трубопроводе.
Схемой предусматривается регулирование и поддержание перепада давления в системе теплоснабжения. Для этого используется регулятор перепада давления, поз. 5в, на который поступают сигналы о давлении в подающем и обратном трубопроводах с датчиков давления, поз. 5а и 5б. Регулятор при повышении перепада давления вырабатывает управляющий сигнал на исполнительный механизм, поз. 5г, который управляет регулирующим клапаном на обратном трубопроводе, изменяя его проходное сечение. В зависимости от изменения давления в системе, регулирующий клапан открывается или закрывается, поддерживая постоянный перепад давления.
Схемой также предусматривается управление с щита оператора электродвигателем насоса М3 через магнитный пускатель, поз. 7а, и кнопку, поз. 7б.
Для измерения и контроля избыточного давления в разных точках системы теплоснабжения устанавливаются манометры, поз. 8-18.
Для измерения и контроля температуры теплоносителя в разных точках системы теплоснабжения устанавливаются термометры, поз. 19-28.