Автоматика систем вентиляции и кондиционирования воздуха

Автоматизация вентиляции и кондиционирования в первую очередь актуальна для больших промышленных объектов: производственных площадей, фермерских хозяйств, спортивных комплексов, торговых и бизнес центров, мест массового общественного отдыха, но может с успехом применяться и в зданиях жилого фонда. От качества автоматики систем вентиляции и ее рабочих алгоритмов зависят безопасность и надежность работы всей вентиляционной системы…

Содержание:

• Требования к системам автоматики вентиляции и кондиционирования
• Автоматизация приточной вентиляции
• Система автоматики промышленной вентиляции и кондиционирования
• Управляющие функции автоматизации вентиляции и кондиционирования
• Производители систем автоматики

Требования к системам автоматики вентиляции и кондиционирования

Общие требования для всех систем автоматизации, независимо от объекта управления, определяются рядом общегосударственных, нормативных документов.

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 (засорение фильтров);
• защита холодильной машины при отклонении от допустимых значений питающего напряжения, давлений, температур, токов;
• защита электрокалорифера от перегрева и сгорания.

Требования к системам автоматизации условно можно разделить на три группы:
1. Общие требования для всех систем автоматизации;
2. Требования, учитывающие специфику СКВ;
3. Требования к системам автоматизации, определяемые конкретной СКВ.

1.Общие требования для всех систем автоматизации:

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 21.4.0893) изложены нормы и правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов. Сборник норм и правил СНиП 3.05.07- 85 определяет порядок и правила выполнения всех работ, связанных с производством, монтажом и наладкой систем автоматизации технологических процессов и инженерного оборудования…

В ПУЭ даны определения и общие указания по устройству электроустановок, выбору проводников и электрических аппаратов по способу их защиты. В ДНАОП 0.00-1.32-01 приведены правила устройств электрооборудования специальных установок, в т. ч. в разделах 2 и 3 — электрооборудования жилых, общественных, административных, спортивных и культурно-зрелищных зданий и сооружений, т. е. объектов, где установка СКВ обязательна. К отдельным положениям этих документов мы будем обращаться в разделах, посвященных технической документации, монтажу и наладке систем автоматики…

2.Требования, учитывающие специфику СКВ:

Эти требования в общем виде представлены в разделе 9. СНиП 2.04.05- 91У «Отопление, вентиляция и кондиционирование» и регламентируют объем обязательных функций систем автоматизации: измерения, регулирования, сигнализации, автоматических блокировок и защиты технологического оборудования и т. п. Автоматическое регулирование параметров обязательно для воздушного отопления, приточной и вытяжной вентиляции, работающей с переменным расходом, переменной смесью наружного и рециркуляционного 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 входе и на выходе устройств;
• температура наружного воздуха и в контрольных точках помещения;
• 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 основных параметров определяется технологическими требованиями. Датчики следует размещать в характерных точках в обслуживаемой (рабочей) зоне помещения, в местах, где они не подвергаются влиянию нагретых или охлажденных поверхностей или струй приточного воздуха. Допускается установка датчиков в воздуховодах, если параметры в них не отличаются от параметров воздуха в помещении 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 индивидуальными регуляторами прямого действия точность поддержания температуры ±2 °С.

Автоматическое блокирование предусматривается в:

• системах с переменным расходом наружного и приточного воздуха для обеспечения минимально допустимой подачи воздуха;
• теплообменниках первого подогрева и рекуператорах для предотвращения их замораживания;
• контурах воздухообмена, циркуляции теплоносителя и хладагента для защиты теплообменников, ТЭН, компрессоров и др.;
• системах противопожарной защиты и отключения оборудования в аварийных ситуациях.

Причиной возможного замерзания воды в трубах является ламинарное движение воды при отрицательной температуре наружного воздуха и переохлаждении воды в аппарате. При диаметре трубки теплообменника dтр = 2,2 см и скорости воды меньшей 0,1 м/с скорость воды у стенки практически равна нулю. Вследствие малого термического 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 завышенной 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 замораживания прогнозируют по температуре воздуха перед аппаратом (tн < 3 °С) и одновременным понижении температуры обратной воды, например, twmin < 15 °С. При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор. В нерабочее время клапан остается приоткрытым (5-25 %) при закрытой заслонке наружного воздуха. 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 приточного вентилятора и соблюдении последовательности включения и останова рабочего оборудования системы. На рисунке выше показан типовой график включения и выключения аппаратов и устройств приточно-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 — приточный вентилятор. Кроме того, должен быть предусмотрен индивидуальный пуск оборудования, которое необходимо включать при наладке и профилактических работах…

3.Требования, определяемые конкретными объектами:

Эти требования формулируются на основе алгоритмов функционирования и управления СКВ. При этом выбор алгоритма управления определяется двумя основными качествами: точностью и экономичностью управления.

• Первое качество определяет выбор оптимального закона управления, 
• Второe — оптимальной программы управления.
• Другие показатели, такие как надежность, стоимость и т. д. накладываются как ограничения на выбранный критерий оптимальности первых двух факторов…

И если определение оптимального закона управления производится специалистом по автоматизации, 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 автоматизируемому объекту. На практике более распространено раздельное проектирование с выдачей технического задания или исходных данных 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 характеристиками выбранных аппаратов и устройств тепловлажностной обработки воздуха;
• данные о расчетных максимальных и минимальных тепловлажностных 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 управления СКВ в указанные периоды с целью экономии электроэнергии, затрат тепла и холода. На основании описанных требований и исходных данных производится выбор технических средств автоматики и разрабатывается техническая документация на систему автоматизации…

Автоматизация приточной вентиляции

Автоматика приточной вентиляции также позволяет снизить энергопотребление за счет циклов своевременного включения-отключения различных групп сетевого оборудования…
Система автоматики вентиляции воздуха – это совокупность устройств и алгоритмов, призванных обеспечить поддержание заданных климатических условий и управление ими, в соответствии с принятыми нормами (СНиП, ТУ) и другой нормативно-технической документацией. Система автоматики во многом определяет такие функциональные параметры систем вентиляции как:
надежность,
экономичность,
эффективность
долговечность работы.
Автоматизация систем вентиляции, как показывает практика, позволяет экономить от 13% до 20% теплопотребления и хладопотребления, а в итоге и электропотребления… PS…

На автоматизацию систем вентиляции возлагаются следующие функции:

• обеспечение работы системы вентиляции по заданным временным параметрам, т.е. только лишь в рабочее время и т.д.;
• контроль текущих параметров воздуха (таких как температура и влажность) и их поддержание на требуемом уровне, управление производительностью вентиляционной установки;
• контроль в режиме реального времени состояния оборудования вентиляционной системы: вентиляторов, фильтров, компрессоров, нагревателей, охладителей, воздушных клапанов, электродвигателей, рекуператоров и пр.;
• учет часовой наработки и подача сигналов о необходимости текущих профилактических работ (например, промывки фильтров или прочистки воздуховодов);
• остановка работы или смена алгоритма работы в случае возникновения нештатных (аварийных) ситуаций: задымления или пожара;
• визуализация параметров технологического процесса при помощи устройств индикации;
• дистанционное управление работой всей группы вентиляционного оборудования.

При регулировании теплопроизводительности приточных систем наиболее распространенным является способ изменения расхода теплоносителя. Применяется также способ автоматического регулирований температуры воздуха на выходе из приточной камеры путем изменения расхода воздуха. Однако при раздельном применении этих способов не обеспечивается максимально допустимое использование энергии теплоносителя. С целью повышения экономичности и быстродействия процесса регулирования можно применить совокупный способ изменения теплопроизводительности воздухоподогревателей установки.

В этом случае система автоматического управления приточной камерой предусматривает:

• выбор способа управления приточной камерой (местное, кнопками по месту, автоматическое со щита автоматизации), зимнего и летнего режимов работы;
• регулирование температуры приточного воздуха путем воздействия на исполнительный механизм клапана на теплоносителе;
• автоматическое изменение соотношения расходов воздуха через воздухоподогреватели и обводной канал;
• защиту воздухоподогревателей от замерзания в режиме работы приточной камеры и в режиме резервной стоянки;
• автоматическое отключение вентиляторов при срабатывании защиты от замерзания в режиме работы;
• автоматическое подключение контура регулирования и открытие приемного клапана наружного воздуха при включении вентилятора;
• сигнализацию опасности замерзания воздухоподогревателя; сигнализацию нормальной работы приточной камеры в автоматическом режиме и подготовки к пуску…

Системы автоматики вентиляции можно условно разделить на три раздела:

1. Система автоматики модульных систем вентиляции;
2. Система автоматики систем пожарной вентиляции;
3. Система автоматики центрального кондиционирования воздуха.

Некоторые до сих пор считают, что диспетчеризация систем вентиляции — это нечто лишнее и ненужное. Между тем, основная задача диспетчеризации систем вентиляции  состоит:

• в улучшении условий эксплуатации систем и сокращении при этом обслуживающего персонала,
• чему способствует централизация органов включения-отключения систем, органов управления воздушными и водяными клапанами, сигнализация работы и аварийного останова систем,
• а также централизация контроля микроклимата в обслуживаемых зонах.

Система автоматики модульных систем вентиляции :

Модульная система вентиляции – это система вентиляции, которая набирается из отдельных элементов для создания требуемых условий в помещении (вентиляторы, калориферы, фильтры, шумоглушители и решетки, воздуховоды). Такие системы просты в монтаже, надежны, дешевы и наиболее распространены.

Система автоматики вентиляции должна обеспечивать:

• регулирование скорости вращения вентилятора;
• защиту водяного калорифера от замерзания;
• поддержание заданной температуры воздуха в воздуховодах или помещении;
• индикацию степени загрязнения фильтров.

Система автоматики вентиляции включает в себя такие основные элементы:

• датчики – это элементы систем автоматики, с помощью которых производят измерение различных параметров (температуры, давления, влажности и т.д.) регулируемой системы в реальном времени. Выбор датчиков автоматического управления вентиляцией осуществляется по условиям эксплуатации, диапазону и требуемой точности измерений. Изменение параметров системы вентиляции фиксируется датчиком и с помощью электрического сигнала информация подается на регулятор;
• регуляторы – это один из основных элементов системы, обеспечивающий управление исполнительными механизмами по показаниям различных датчиков;
• устройства ввода – периферийное оборудование для занесения  данных или сигналов в электронное устройство системы вентиляции во время его работы;
• управляющие устройства (контроллеры) –  устройства управления в электронике вентиляционной системы;
• исполнительные механизмы представляют собой приводную часть исполнительного устройства (привода, смесительные узлы и др.). Исполнительные механизмы делятся на электрические, пневматические и гидравлические…

Элементы автоматического управления вентиляцией и некоторые исполнительные элементы обычно объединяются в щит автоматики. Щиты автоматики изготавливаются с использованием сертифицированного оборудования ведущих мировых производителей, таких как:

• ABB,
• Legrand,
• Siemens,
• Schneider Electric,
• Finder,
• Allen-Bradley,
• General Electric,
• Entrelec,
• Phoenix Contact,
• Regin и других.

Столь широкий выбор щитов автоматики вентиляции, имеющих высокое качество, позволяет Заказчику проводить гибкую и экономически эффективную подборку устройств, предлагаемых разными производителями…

Система автоматики систем пожарной вентиляции:

Пожарная автоматика это комплекс технических средств для предупреждения, обнаружения и тушения пожаров, обеспечения безопасности людей при пожаре и автоматической блокировки систем пожарной безопасности, инженерных систем жизнеобеспечения и технологического оборудования по заданному алгоритму…

Пожарная автоматика – общее название комплекса автоматических систем противопожарной защиты (СПЗ), которыми оборудуются строения, сооружения, здания и помещения с повышенной пожарной опасностью.

В комплекс систем противопожарной защиты включаются:

• автоматические установки пожаротушения (АУПТ),
• сигнализации,
• оповещения и управления эвакуацией,
• противодымной защиты.

Общим для систем, включаемым в понятие пожарной автоматики, является автоматический режим работы по заданной программе. При этом предусматривается дистанционное и ручное управление систем.

Противодымная защита…
Автоматические системы и установки пожарной защиты должны обеспечить выполнение основных функций, а именно: обнаружение и тушение пожара, информирование о пожаре, оповещение людей, находящихся в зоне пожара и обеспечение их безопасной эвакуации, ограничение распространения пожара. Блокировка систем пожарной автоматики предусматривается для подачи на тушение пожара дополнительного количества огнетушащих средств (водопровод), ограничения развития пожара (противопожарные преграды, вентиляция, технологическое оборудование), исключения опасности для людей (энергосистемы)…

В комплекс систем противопожарной защиты включаются:

• автоматическая пожарная сигнализация;
• автоматическое пожаротушение;
• внутренний противопожарный водопровод;
• оповещение о пожаре и управление эвакуацией людей;
• противодымная защита;
• устройства, ограничивающие распространение огня и дыма;
• лифты для пожарных подразделений.

Основными элементами систем пожарной автоматики являются устройства для обнаружения (извещатели), приборы приема, обработки и выдачи информационных сигналов, формирования управляющих сигналов и передачи их исполнительным органам, а также исполнительные устройства, обеспечивающие выполнения функциональных задач, исходя из назначения системы пожарной защиты…

Система автоматики центрального кондиционирования воздуха:

Системы автоматики, входящие в этот раздел служат для управления оборудованием систем HVAC (от англ. Heating, Ventilation, & Air Conditioning — теплоснабжение, вентиляция и кондиционирование воздуха), к ним относятся холодильные машины, чиллеры, центральные и прецизионные кондиционеры и др. Это оборудование, как правило, служит для обеспечения климатических условий на предприятиях, в офисах, промышленных цехах, складах, гостиницах, торговых и спортивных комплексах и прочих зданиях и сооружениях. Системы автоматики для оборудования систем HVAC обычно уже встроены или поставляются вместе с оборудованием. Такая автоматика проектируется и производится заводом изготовителем под каждый конкретный объект по предоставленному заказчиком техническому заданию и включает в себя целый набор различных устройств и программного обеспечения…

Система автоматики промышленной вентиляции и кондиционирования

Трехуровневая структура технической реализации управления и регулирования работой СКВ позволяет осуществить организацию эксплуатации систем в зависимости от специфики предприятия и его служб эксплуатации. Регулирование систем кондиционирования воздуха основано на анализе стационарных и нестационарных тепловых процессов. Дальнейшая задача состоит в автоматизации принятой технологической схемы управления СКВ, которая автоматически обеспечит заданный режим работы и регулирования отдельных элементов и системы в целом оптимальном режиме.

• Первый уровень автоматизации СКВ. Всякая промышленная СКВ должна быть снабжена элементами и устройствами автоматического пуска и останова, а также устройствами защиты от аварийных ситуаций.
• Второй уровень автоматизации СКВ – уровень стабилизации режимов работы оборудования.
• Третий уровень автоматизации СКВ. Решение задач данного уровня управления связано с обработкой информации и формированием управляющих воздействий путем решения дискретных логических функций или проведения ряда определенных вычислений.

Реальное или совокупное поддержание заданных режимов работы СКВ проводятся приборами и устройствами автоматики, образующими как простые локальные контуры регулирования, так и сложные многоконтурные системы автоматического регулирования (САР). Качество работы СКВ определяется главным образом соответствием создаваемых параметров микроклимата в помещениях здания или сооружения их требуемым значениям и зависит от правильности выбора как технологической схемы и ее оборудования, так и элементов системы автоматического управления этой схемы…

• блоки управления различным типом установок; 
• устройства управления и защиты (защитные реле, устройства плавного пуска, щиты управления вентиляторами, щиты управления воздушными завесами с водяным и электрическим нагревом, устройство дистанционного управления); 
• регуляторы оборотов (электронные, трансформаторные регуляторы, частотные преобразователи); 
• датчики температуры, датчики давления, термостаты, гидростат, датчик качества воздуха; 
• приводы воздушных заслонок; 
• смесительные узлы; 
• трёхходовые клапаны и приводы трёхходовых клапанов; 
• циркуляционные насосы.

Управляющие функции автоматизации вентиляции и кондиционирования

Управляющие функции обеспечивают выполнение заложенных алгоритмов нормального функционирования системы.

К ним относятся функции:

• Последовательность пуска;
• Последовательность останова;
• Резервирующие и дополняющие.

Последовательность пуска:

Для обеспечения нормального пуска кондиционера необходимо соблюдать следующую последовательность:

1. Предварительное открытие воздушных заслонок

Предварительное открытие воздушных заслонок до пуска вентиляторов выполняется в связи с тем, что не все заслонки в закрытом состоянии могут выдержать перепад давлений, создаваемый вентилятором, а время полного открытия заслонки электроприводом доходит до 2 мин. Входное напряжение управления электроприводом может быть 0-10 В (пропорциональное позиционное управление при плавном регулировании) или ~24 В (~220 В) — двухпозиционное управление (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 большой нагрузки на электрическую сеть здания сильно упадет напряжение, и электродвигатели могут не запуститься. Поэтому запуск электродвигателей 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 необходимо открыть заслонки приточного воздуха, открыть трехходовой клапан 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 рекуператора, а после его прогрева вытяжным воздухом включается приточный вентилятор.

Таким образом, последовательность включения должна быть следующей: вытяжная заслонка — вытяжной вентилятор — приточная заслонка — рекуператор — трехходовой клапан — приточный вентилятор. Время запуска в летний период составляет 30-40 с, в зимний — до 2 мин.

Последовательность остановки:

1. Задержка остановки вентилятора приточного воздуха

В установках с электрокалорифером необходимо после снятия напряжения с электрокалорифера охлаждать его некоторое время, не выключая вентилятор приточного воздуха. В противном случае нагревательный элемент калорифера (тепловой электрический нагреватель — ТЭНов) 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 испарителем, а затем при достижении давления всасывания 2,0-2,5 бар компрессор выключается. Вместе с задержкой выключения компрессора производится задержка выключения приточного вентилятора.

3. Задержка закрытия воздушных заслонок

Воздушные заслонки закрываются полностью только после остановки вентиляторов. Так как вентиляторы останавливаются с задержкой, то и воздушные заслонки закрываются с задержкой.

Резервирующие и дополняющие функции:

Дополняющие функции закладываются при работе в схеме нескольких одинаковых функциональных модулей (электрокалориферов, испарителей, холодильных машин), когда в зависимости от затребованной производительности включаются один или несколько элементов. Для повышения надежности устанавливаются резервные вентиляторы, электронагреватели, холодильные машины. При этом периодически (например, через 100 ч) основной и резервный элементы меняются функциями…

Производители систем автоматики

По теме:

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования

Приточно-вытяжные установки: устройство, работа, управление

Опубликовано: 29.04.2024

В помещение, независимо от его назначения, обязательно должен постоянно поступать свежий уличный воздух. Без него невозможно создать комфортные микроклиматические условия. К сожалению, организовать проветривание зачастую непросто, а порой – невозможно. Постоянные открытия окон, в особенности, зимой, приводят к возникновению сквозняков, выхолаживанию, а это чревато простудами и более серьезными заболеваниями. Альтернатива такому способу проветривания – приточно-вытяжная вентиляция, …

нет комментариев

Особенности современных кондиционеров: функциональность

Опубликовано: 20.03.2024

К выбору кондиционера необходимо подойти со всей ответственностью. Именно климатический комплекс определяет, насколько приятно будет находиться в помещении в июле и августе, когда жара достигает пиковых значений. Духота мешает спать, не дает сосредоточиться, общее самочувствие сильно ухудшается, страдает работоспособность и настроение. Со всем этим поможет справиться правильно подобранный кондиционер!   При подборе, однако, нужно руководствоваться не только …

Комбинированная система комфортного кондиционирования МЖД

Опубликовано: 09.03.2024

Несмотря на разнообразие климатического оборудования для систем ОВиК, создание действительно комфортного микроклимата в многоквартирных жилых домах(МЖД) является сложной и актуальной инженерно-технической задачей. Стандартные конструкционные решения в традиционных многоквартирных жилых домах плохо подходят к полноценному применению климатического оборудования… Требования к системе ОВиК для квартир верхнего ценового сегмента Жизнь в загородном доме сама по себе прекрасна, но в современных городах …