Современные системы отопления в России

Внедрение европейского оборудования и методов регулирования является несомненным положительным фактором нашей экономики. Однако, слепое следование европейским образцам, не всегда целесообразно и не только по соображениям стоимости. Хотя цена 12-15 тыс. долларов за комплектный тепловой пункт заводской готовности повергает в шок среднего потребителя тепла, а для наиболее нуждающихся в экономии средств на тепло и вовсе запредельна. Кроме того, условия теплоснабжения в европейских странах и у нас различны в плане как качества теплоносителя (имеется в виду не только химический состав, но и температура), так и законодательного обеспечения взаимоотношений поставщиков и потребителей.

Опыт применения индивидуальных тепловых пунктов на основе пластинчатых теплообменников свидетельствует не только об их достоинствах, но и о недостатках, о которых поставщики скорее всего промолчат, а именно:

- цена, которая составляет 1252,15 р/Гкал, для промышленных предприятий города Воронежа на 2013 год;

- удорожание технического обслуживания, связанное с необходимостью регулярно разбирать, промывать и чистить (при том качестве сетевой воды, которое является непреодолимым фактом сегодняшнего дня в большинстве регионов России, это необходимо делать не реже двух раз за отопительный сезон);

- зависимость от поставок из-за рубежа запасных частей, в частности прокладок (даже, если теплообменники собираются в России, комплектация, как правило, привозная), что составляет 10 - 25% от себестоимости эксплуатации;

- увеличение по сравнению со схемами зависимого присоединения температуры обратной воды.

Следует иметь ввиду, что при использовании схем независимого присоединения теплоноситель в обратном трубопроводе контура системы отопления всегда несколько холоднее (на 25 ^о С по нормативам теплоснабжения), чем в первичном контуре. Само по себе это не столь важно. Но, если учесть постоянно заниженную температуру, поступающую от источника, и вне зависимости от этого постоянно жесткие требования поставщиков тепла к температуре обратной воды, можно говорить об ухудшении теплоснабжения. Разумеется, это справедливо только в случае дефицитного теплоснабжения.

Применение теплообменников для горячего водоснабжения может быть ограничено следующим соображением. При переходе от открытых систем теплоснабжения к нагреву водопроводной воды в водяном теплообменнике, имеющиеся в водопроводной воде (в отличие от воды в теплосети), кислород и углекислота при нагреве активно вступают в реакцию со стенками стальных труб. Активная коррозия может привести к преждевременному износу трубопроводов горячего водоснабжения и потребовать их замены, что бывает иногда весьма затратно.

2.3 Преимущества индивидуальных тепловых пунктов

Преимущества индивидуальных тепловых пунктов:

- высокая экономичность. Опыт эксплуатации показал, что предлагаемые тепловые пункты на 50% эффективнее, чем существующие кожухотрубные. При использовании тепловых пунктов возможность выбора режимов теплопотребления и теплоснабжения и точная наладка приводят к снижению потерь тепловой энергии до 15%;

- полная автоматизация. Автоматика ТП - не требует высококвалифицированного обслуживающего персонала, обеспечивает эффективное энергосбережение и комфорт в помещениях, позволяет проводить погодную компенсацию, устанавливать режимы работы в зависимости от времени суток, использовать режимы выходных и праздничных дней;

- снижение эксплуатационных затрат на 40-60%. Обслуживание модульного теплового пункта требует меньшего количества персонала. В результате, затраты на обслуживание, текущий ремонт и профилактику снижаются в три раза, межремонтный период увеличивается в четыре раза;

- компактность. При нагрузке до 2 Гкал/ч, площадь, занимаемая тепловым пунктом не превышает 20-25 мІ. Возможность установки в малогабаритных подвальных помещениях;

- простота транспортировки и монтажа теплового пункта на объекте. На месте установки теплового пункта осуществляется только подключение внешних трубопроводов и электропитания;

- бесшумность работы теплопункта;

- все части теплового пункта легкодоступны для обслуживания и замены;

- единая гарантия на всё оборудование.

2.4 Автоматизация индивидуальных тепловых пунктов

Необходимость автоматизации пользования теплом в целях бережного расходования энергоресурсов давно доказана практикой развитых стран запада и не является предметом дискуссии или обсуждения. Времена пользования практически бесплатной энергией не прошли для нас даром. Парадоксальность ситуации заключается в том, что теоретически, в области регулирования теплопотребления, наша наука может быть в некоторых вопросах и сильнее европейской. Однако из-за практической невостребованности в течение долгих лет, производство энергосберегающего и регулирующего оборудования для индивидуальных тепловых пунктов находится у нас на очень низком уровне.

При проектировании автоматизированного теплового пункта предусматривается как автоматическое управление всеми действующими механизмами теплового пункта, так и дистанционное управление техническим процессом с диспетчерского пульта, также осуществляется полная система сбора, архивация и передача диспетчеру данных о работе теплового пункта.

Проектирование и монтаж автоматизированного теплового пункта осуществляется на базе сертифицированных технических средств, микропроцессорных контроллеров, как специализированных, так и свободно программируемых, зарубежного и отечественного производства.

Снижение температуры в помещениях на 5 °C обеспечивает уменьшение теплопотерь примерно на 15-20 % и просто реализуется системой автоматизации. Время работы на пониженных параметрах теплоносителя (ночное время и выходные) составляет свыше половины времени отопительного периода. Однако, с учетом реальных условий работы комплекса (сменная работа, особые требования отдельных потребителей) возможности энергосбережения за счет программного снижения подачи тепла ограничены. Так, возможное снижение температуры в отапливаемых помещениях в ночной период и нерабочие дни может быть реализовано в полном объеме для существующей системы отопления только при наличии автоматизированного теплового пункта. Ряд потребителей (около 5 %) требуют расчетного отопления постоянно и не допускают снижения температуры. Использование для них локальных электронагревателей неприемлемо, т.к. резко снижается экономический эффект, безопасность, а также надежность.

Преимущества автоматизированного индивидуального теплового пункта:

- общая длина трубопроводов тепловой сети сокращается в 2 раза;

- капиталовложения в тепловые сети, а также расходы на строительные и теплоизоляционные материалы снижаются на 20-25%;

- расход электроэнергии на перекачку теплоносителя снижается на 20- 40%;

- за счет автоматизации регулирования отпуска тепла конкретному абоненту (зданию) экономится до 15% тепла на отопление;

- потери тепла при транспорте горячей воды снижаются в два раза;

- значительно сокращается аварийность сетей, особенно за счет исключения из теплосети трубопроводов горячего водоснабжения;

- так как автоматизированные тепловые пункты работают автономно, значительно сокращается потребность в квалифицированном персонале;

- автоматически поддерживаются комфортные условия проживания за счет контроля параметров теплоносителей: температуры и давления сетевой воды, воды в системах отопления и водопроводной воды; температуры воздуха в отапливаемых помещениях (в контрольных точках) и наружного воздуха;

- оплата потребленного каждым зданием тепла осуществляется по фактически измеренному расходу за счет использования приборов учета;

- появляется возможность существенно снизить затраты на внутридомовые системы отопления за счет перехода на трубы меньшего диаметра, применения неметаллических материалов, пофасадно разделенных систем;

- в некоторых случаях исключается отвод земли под сооружение ИТП;

- обеспечивается экономия тепла, затраты на монтажные работы сокращаются за счет полного заводского исполнения;

- срок окупаемости - менее двух лет;

- экономия тепловой энергии составляет около 20-30 %.

3 Энергосберегающие технологии в системах отопления

3.1 Балансировочные вентили

Чаще всего балансировочный вентиль применяется для гидравлической балансировки таких систем, как, например, система отопления, система охлаждения, инженерная система, которая использует тепловые насосы и солнечные батареи. Он полностью обеспечивает простой, и очень точный способ оптимизации расхода теплоносителя в разнообразных системах теплопроводов , при этом намного улучшая и усовершенствуя их эффективность и полезность.

Для более эффективной работы в вентиле имеется встроенный расходомер. Он измеряет расход и отражает его на шкале, которая находится под углом в девяносто градусов относительно основной части корпуса, и даже чуть-чуть выступающая за его уровень теплоизоляции. Шкала с легкостью без каких-либо помех может вращаться вокруг своей оси. Это намного облегчает комфорт и удобство при необходимости записи показаний, при каком-либо варианте монтажа. В расходомер напрямую не попадает теплоноситель, поэтому устройство защищено от попадания в него различных частиц, которые находятся в теплоносителе, а также на довольно ощутимый срок продлевает срок службы правильного измерения расхода. Балансировочный вентиль способен обеспечить установку на выбор необходимого значения расхода с очень большой точностью. Для небольшого смещения штока требуется достаточно большой поворот шпинделя. Сама по себе конструкция вентиля обладает почти идеальным профилем протока по сравнению с остальными, и снижает все шумы до минимума, можно даже сказать практически до нуля. Также вентиль малочувствителен к большой неоднородности потока рабочей среды на его входе. Поэтому у него нет необходимости иметь перед собой большой участок прямолинейного трубопровода. Трубопровод может даже равняться по своей длине и внутреннему диаметру корпуса вентиля. Балансировочный вентиль также способен на полное закрытие потока рабочей среды.

К техническим характеристикам вентиля относятся:

- температура рабочей среды может варьироваться от минус двадцати градусов до плюс сто двадцати, при максимальном рабочем давлении в 16 бар;

- возможность визуального считывания напрямую, не обращаясь к помощи вторичных приборов и дополнительных диаграмм;

- длина, необходимая для монтажа такой детали, как балансировочный вентиль, является минимальной;

- показания расходомера не будут изменяться при добавлении в теплоноситель антифриза, но разница вязкости и плотности будет учитываться расходомером при измерениях.

Классификация балансировочных клапанов:

- по рабочей среде: вода, гликолевый раствор, пар;

- по рабочей функции: регулировка температуры, давления, расхода рабочей среды или их комбинация;

- по типу здания: одноквартирный дом или коттедж, многоквартирное жилое здание, офисное или общественное здание;

- по назначению трубопроводной системы: холодное водоснабжение, горячее водоснабжение, отопление;

- по параметру рабочей среды: давление, расход, температура;

- по месту установки: подающий трубопровод, обратный трубопровод, байпас;

- по типу настройки: фиксированная, изменяемая;

- по типу присоединения: внешняя резьба, внутренняя резьба, коническая резьба, фланец.

Типы балансировочных клапанов:

1. Ручные балансировочные клапаны (рисунок 3.1.1) обычно применяются для наладки трубопроводной сети вместо дросселирующих диафрагм и шайб. Они позволяют настроить трубопроводную систему для обеспечения оптимальных рабочих характеристик в условиях постоянного давления рабочей среды. С помощью этих клапанов можно не только произвести гидравлическую балансировку трубопроводной сети, но и отключить ее отдельные элементы, а также опорожнить их через имеющийся дренажный кран.

Рисунок 3.1.1 - Ручной балансировочный клапан MSV-F2 Danfoss (Данфосс)

Ручные балансировочные клапаны могут снабжаться измерительными ниппелями, с помощью которых, используя специальный прибор, измеряют перепад давлений на клапане и фактический расход проходящей через него среды, это позволяет произвести точную настройку клапана на конкретные условия эксплуатации. Главным достоинством этого вида клапанов является невысокая цена.

2. Автоматические балансировочные клапаны (рисунок 3.1.2) позволяют гибко и оперативно менять параметры трубопроводной системы в зависимости от колебаний давления и расхода рабочей среды, а также конфигурации сети.



Рисунок 3.1.2 - Автоматический балансировочный клапан ASV-PV

Автоматические балансировочные клапаны используются парами. На подающем трубопроводе монтируется запорно-балансировочный или запорный клапан. С его помощью можно ограничить расход среды через ветвь системы в пределах расчетной величины за счет фиксации его пропускной способности. На обратном трубопроводе монтируется клапан регулировки перепада давлений.

Использование автоматических балансировочных клапанов позволяет разделить систему на независимые по давлению зоны и осуществлять их поэтапный пуск в эксплуатацию. Гидравлическая балансировка взаимосвязанных циркуляционных колец трубопровода, на которых установлены клапаны данного вида, осуществляется в автоматическом режиме без трудоемких наладочных работ. Применение автоматической балансировки исключает влияние имеющихся в системе регулирующих устройств друг на друга и возникновение шума на них.

3. Клапаны для систем горячего водоснабжения. Термостатические балансировочные клапаны (рисунок 3.1.3) - регуляторы температуры прямого действия. Они предназначены для стабилизации температуры и минимизации расхода воды в циркуляционных стояках систем горячего водоснабжения (ГВС). Важной особенностью таких клапанов является наличие режима периодической дезинфекции трубопроводной сети ГВС.



Рисунок 3.1.3 - Термостатический балансировочный клапан TVM-H

4. Автоматические стабилизаторы расхода (комбинированные клапаны) - стабилизаторы расхода предназначены для поддержания постоянного расхода теплоносителя в стояках однотрубных систем отопления. Их рекомендуется устанавливать в многоэтажных зданиях. Эти клапаны позволяют перекрыть стояк, спустить из него воду через дренажный кран и измерить фактический расход теплоносителя.

Рисунок 3.1.4 - Комбинированный клапан АВ-QM

Стабилизаторы расхода в сочетании с электрогидравлическими приводами и редукторными электроприводами являются исполнительными механизмами со стабилизированным перепадом давлений на них для управления теплообменными приборами в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.

Современные системы отопления имеют разветвлённую сеть трубопроводов с различной протяжённостью, диаметрами и гидравлическими сопротивлениями. Если не произвести гидравлическую балансировку системы, часть помещений будет перегретой, а часть недогретой. Это приведёт как к потерям тепла в излишне перегретых помещениях, так и к жалобам потребителей в недогретых помещениях. Пример несбалансированной системы отопления приведен на рисунке 3.1.5.

Рисунок 3.1.5 - Пример несбалансированной ситемы отопления

Перерасход теплоносителя в отдельных частях системы отопления приводит к недостаточному расходу в других частях системы, к шумам на регулирующих термостатических клапанах. По опыту известно, что повышение температуры в помещении на 1°С приводит к перерасходу тепла (энергии) на 6 - 10 %.

Для устранения недогрева удалённых помещений, можно устанавливать насос с большим напором, что приведёт к перерасходу в системе отопления, тепла и электроэнергии. Тогда напор насоса потребуется отрегулировать балансировочным вентилем. При балансировке оказывается возможным перейти на более низкую скорость насоса, что уменьшает потребление энергии и увеличивает срок службы насоса. Хорошо сбалансированная система снижает как инвестиционные, так и эксплуатационные затраты. В соответствии с современными технологиями для гидравлической увязки циркуляционных колец используют балансировочные вентили, в которых формируют необходимые гидравлические сопротивления и, тем самым, обеспечивают расчётный расход теплоносителя.

Рисунок 3.1.6 - Пример системы, гидравлически увязанной балансировочными вентилями

По сравнению с дросселирующими шайбами балансировочные вентили имеют

следующие преимущества:

- балансировочный вентиль можно использовать как запирающий для прекращения подачи теплоносителя в стояк;

- в процессе эксплуатации возможно изменение гидравлической перенастройки вентиля в связи с изменениями гидравлического сопротивления в системе отопления, например, вследствие изменений проходного сечения стальных труб с течением времени, сдачей в эксплуатацию помещений следующей очереди (поэтапная сдача в эксплуатацию) и т.п.;

- несопоставимо меньшая вероятность засора и возможность ликвидации его без длительной остановки системы и с меньшим объёмом монтажно-наладочных работ.

Для точной балансировки должна существовать возможность изменения расхода с точностью до 5%. Приемлемым считается, если предварительная настройка вентиля составила не менее двух оборотов маховика балансировочного вентиля, т.е. используется от 40 до 90% хода штока. Если для запорных вентилей необходима малая величина сопротивления, то балансировочные вентили призваны создавать большое сопротивление и оно должно быть не менее 3 кПа. Более правильно, выбор балансировочного вентиля производить по пропускной способности Kv, которая определяется выражением:

(3.1.1)

где G - расход, м3/ч;

ДP - потери давления на вентиле, бар.

Пример применения балансировочных вентилей Herz Stromax (Герц Штремекс) приведен на рисунке 3.1.7.



Рисунок 3.1.7 - Пример применения балансировочных вентилей Herz Stromax

3.2 Циркуляция теплоносителя

Температура воздуха внутри помещения и теплоотдача отопительных приборов при равных технических характеристиках зависит от трех факторов:

1. объема поступающего в прибор теплоносителя;

2. температуры теплоносителя;

3. гидростатического давления, заставляющего теплоноситель двигаться по трубопроводу.

Без достаточного гидростатического давления система водяного отопления не сможет эффективно функционировать. Гидростатическое давление в системе позволяет преодолевать сопротивления, встречающиеся на пути воды, к которым относятся:

- сопротивления, вызываемые трением теплоносителя о стенки труб;

- местные сопротивления в отводах, тройниках, кранах, отопительных приборах и водогрейных котлах.

Величина сопротивления вследствие трения теплоносителя (воды) о стенки труб зависит от скорости движения воды и величины труб (их диаметра и длины). С увеличением длины труб сопротивление возрастает, с увеличением диаметра оно падает, а при возрастании скорости движения воды в системе увеличивается вдвое. Чем выше скорость воды, больше длина трубопровода и меньше его диаметр, тем выше сопротивление на пути воды.

Величина местного сопротивления в основных узлах отопительной системы зависит от следующих условий:

- скорости воды;

- изменения сечения труб, влияющего на скорость воды;

- изменения количества воды в отводах, тройниках. вентилях и крестовинах;

- изменения направления движения воды.

В зависимости от принципа циркуляции теплоносителя системы традиционного отопления делятся на 2 типа: с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя. В системе водяного отопления с принудительной циркуляцией воды движение теплоносителя происходит в результате работы циркуляционного насоса.

В системе с естественной циркуляцией движение нагретого теплоносителя происходит под действием гравитационной силы, которая возникает за счет разности плотности теплоносителя в подающих и обратных трубах. Плотность горячей воды меньше, чем холодной, значит, она легче. Разность плотности охлажденной и нагретой воды создает в системе водяного отопления гидростатический напор, который заставляет воду двигаться от теплогенератора к отопительным приборам и в обратном направлении. Иными словами горячая вода как более легкая вытесняется охлажденной водой. Нагретая в отопительном котле вода становится легче и поднимается по подающей магистрали (главному стояку) вверх, откуда поступает в разводящие подающие стояки, поставляющие воду к отопительным приборам. По пути вода остывает и становится тяжелее. От отопительных приборов охлажденная, или обратная, вода спускается вниз по обратным стоякам и общей обратной магистрали в отопительный котел, где вытесняет более легкую нагретую воду. За счет разности температур нагретой и обратной воды циркуляция имеет непрерывный характер, обеспечивающий бесперебойную работу отопительной системы.

Уравнение гидростатического напора имеет вид:

(3.2.1)

где Р - гидростатическое давление (абсолютное или избыточное) в произвольной точке жидкости;

с - плотность жидкости;

g - ускорение свободного падения;

z - высота точки над плоскостью сравнения (геометрический напор) ;

Н - гидростатический напор.

Уравнение показывает, что гидростатический напор во всех точках покоящейся жидкости является постоянной величиной. Иногда основным законом гидростатики называют принцип Паскаля.

Величина циркуляционного напора в системе с естественной циркуляцией воды зависит от двух факторов:

а) Разности температур нагретой и охлажденной воды.

Обычно максимальная температура горячей воды в системе водяного отопления составляет 95, а охлажденной - 70 єС. Во избежание снижения температуры в подающей магистрали (главном стояке) и, как следствие, падения гидростатического давления в системе, ее необходимо защитить теплоизоляционным материалом. Наоборот, обратные трубопроводы следует прокладывать без теплоизоляции. Только в атом случае обратная вода будет охлаждаться и создавать необходимый циркуляционный напор.

б) Расположения отопительных приборов по отношению к теплогенератора (водогрейному котлу).

Общая закономерность такова: чем выше находится отопительный прибор над водогрейным котлом, тем больше циркуляционное давление. Это значит, что циркуляционное давление для отопительных приборов, расположенных на втором этаже, будет больше, чем у приборов, находящихся на первом этаже загородного дома. Именно поэтому в условиях водяного отопления верхние этажи прогреваются лучше, чем нижние. Отопительные приборы, находящиеся на одном уровне с водогрейным котлом или ниже его, нагреваются незначительно и поэтому оказываются неэффективными. Наименьшее расстояние между центрами водогрейного котла и отопительного прибора на первом этаже должно составлять не менее 3 метров.

Отопительная система с естественной циркуляцией воды может быть с нижней или верхней разводкой (рисунок 3.2.1). Принцип действия обеих систем идентичен. Единственное различие - в расположении подающей магистрали. Система водяного отопления с естественной циркуляцией воды обладает рядом достоинств:

а - верхняя разводка; б - нижняя разводка; 1 - котел; 2 - воздушная линия (главный стояк); 3 - разводящая линия; 4 - горячие стояки; 5 - обратные стояки; 6 - обратная линия; 7 - расширительный бак; 8 - сигнальная линия; 9 - уклон

Рисунок 3.2.1 - Система с естественной циркуляцией теплоносителя

- равномерным распределением температуры воздуха в жилых помещениях, обеспечивающим комфортный микроклимат. Причина высокой комфортности в саморегуляции системы отопления: при изменении температуры и плотности воды автоматически изменяется ее расход из-за колебаний естественного циркуляционного давления;

- простотой устройства и эксплуатации системы отопления;

- отсутствием вибраций и шума, неизбежного спутника циркуляционных насосов;

- долговечностью отопительной системы (до 40 лет).

Несмотря на перечисленные достоинства в настоящее время систему водяного отопления с естественной циркуляцией воды применяют редко. В большинстве случаев предпочитают использовать отопительные системы, функционирующие на базе циркуляционных насосов.

В системе традиционного отопления с принудительной циркуляцией, движение теплоносителя происходит под действием специального агрегата - циркуляционного насоса. Насос обеспечивает постоянную циркуляцию теплоносителя по замкнутой отопительной системе. Прибор подключают к обратной магистрали, что способствует продлению срока службы деталей, взаимодействующих с нагретой водой. К обратной же магистрали подсоединяют и расширительный бак.

Использование циркуляционного насоса позволяет значительно увеличить протяженность трубопровода, что особенно актуально для отопления многоэтажных коттеджей и жилых домов, и применять новые схемные решения отопительной системы (рисунок 3.2.2). Однако использовать циркуляционные насосы можно только в условиях бесперебойной подачи электроэнергии, так как они работают от электрической сети.



1 - котел; 2 - главный стояк; 3 - расширительный бак; 4 - сигнальная линия; 5 - подающая линия; 6 - воздухосборник; 7 - подающие стояки; 8 - обратные стояки; 9 - обратная линия; 10 - насос; 11 - расширительная труба

Рисунок 3.2.2 - Водяное отопление с принудительной циркуляцией

Благодаря работе циркуляционного насоса отопительная система с принудительной циркуляцией теплоносителя обладает рядом достоинств:

- более полной теплоотдачей (по сравнению с системой с естественной циркуляции воды);

- отсутствием потерь теплоносителя на испарение;

- возможностью использования труб небольшого диаметра, что значительно сокращает расход строительных материалов и облегчает монтаж системы;

- небольшой разницей температуры нагретого и охлажденного теплоносителя, что увеличивает срок службы водогрейного котла (из-за отсутствия необходимости перегревать воду);

- возможностью регулировать мощность всей системы отопления и температуры воздуха в жилых помещениях, что обеспечивает более высокую степень комфорта.

В целом отопительная система с принудительной циркуляцией теплоносителя более удобна в эксплуатации и обслуживании, а также качество такой системы выше.

3.3 Пофасадное регулирование тепла

Пофасадное регулирование отопления может принести ощутимый эффект экономии тепла (по проведенным в 2000-е годы экспериментам -- на уровне 20 % от годового объема теплопотребления). Кроме того, пофасадное регулирование в период солнечной активности исключает «регулирование открытыми окнами» и снижает вероятность простудных заболеваний, одновременно обеспечивает комфортные условия и для помещений с наветренной стороны здания.

В солнечные дни здание получает разное количество тепла от солнца на северной и южной стороне. При применении погодозависимой автоматики есть возможность подавать разное количество тепла на южный и северный фасад, в зависимости от освещения солнцем.

На улице размещаются два термопреобразователя. Термопреобразователь на южном фасаде размещается на высоте 5-7 метров в освещенном солнцем месте. На северной стороне преобразователь устанавливается в тенистом месте.

Рисунок 3.3.1 - Основные элементы ИТП с пофасадным регулированием.

Логический контроллер сравнивает показания термопреобразователей, если на южной стороне температура выше, значит требуется коррекция температуры теплоносителя на подаче южного контура отопления.

Регулирование происходит качественно-количественное по графику перепада температуры на подающем и обратном трубопроводах в зависимости от уличной температуры.

В случае выхода из строя насоса контура, система переключается на работу на одном насосе без регулирования по фасадам. При отключении электроэнергии или при выходе из строя обоих насосов контуров, система переходит в нерегулируемый режим работы.

При управлении теплопотреблением здания возникает необходимость регулирования параметров теплоносителя. В соответствии со сводом правил СП41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов…», могут применяться следующие способы поддержания графика температур теплоносителя:

1. Изменение температуры подающего трубопровода;

2. Изменение температуры обратного трубопровода;

3. Изменение разницы температуры между подающим и обратным трубопроводами (самый точный).

Первый способ, наиболее распространенный за рубежом и применяемый практически во всех поставляемых в нашу страну регуляторах отопления, по данным того же источника, приводит к завышению подачи теплоты примерно на 4 % годового потребления. С точки зрения автора настоящей дипломной работы, практически не применим для коммунального жилья из-за отсутствия обратной связи регулятора и объекта регулирования. Современные регуляторы, имеющие функцию самонастройки, достаточно дороги и, кроме того, трудно представить себе жильцов, разрешающих устанавливать датчики температуры в своих квартирах.

Приведенная ниже схема дает возможность осуществить регулирование третьим методом (рисунок 3.3.2).

Возможности схемы:

1. Поддержание заданного перепада температуры теплоносителя на входе/выходе из теплового пункта.

2. Поддержание разницы температуры теплоносителя в системе отопления.

3. Работоспособность в случае отсутствия электроэнергии или при выходе из строя циркуляционного насоса.

Преимущества схемы:

- высокая надежность. Работоспособность сохраняется при отсутствии электроэнергии;

- работоспособность при выходе из строя одного или двух насосов;

- точная регулировка расхода тепла зданием.

Рисунок 3.3.2 - Основные элементы ИТП с пофасадным количественно-качественным регулированием

Принцип работы схемы состоит в следующем:

Теплоноситель подается в тепловой пункт через приборы коммерческого учета. Программируемый логический контроллер (далее - ПЛК) с помощью трехходового клапана устанавливает температуру подачи теплоносителя. По температуре обратного трубопровода контроллер с помощью частотного преобразователя устанавливает скорость циркуляции теплоносителя. По датчикам перепада давления DP2, DP3 контролируется перепад давления на удаленных стояках системы отопления. При получении сигнала от датчика, ПЛК увеличивает частоту преобразователя до отключения сигнала о недостаточности перепада давления на удаленных стояках.

Для поддержания перепада температур на входе (выходе) из теплопункта, контроллер управляет двухходовым клапаном на обратном трубопроводе. В случае уменьшения разницы температуры между подающим и обратным трубопроводами, ПЛК прикрывает клапан добиваясь заданного перепада температуры.

В случае выхода из строя циркуляционного насоса (отсутствие перепада на датчике DP1) или отключении электроэнергии откроются нормально открытые электромагнитные клапаны на байпасных перемычках. Система перейдет в режим нерегулируемой работы.

Некоторые особенности предлагаемой схемы:

- наиболее чувствительными к плохому качеству воды в системах отопления являются насосы с «мокрым ротором», работающие непосредственно в воде. Кроме того, фильтры грубой очистки, в том числе сетчатые, часто преждевременно выходят из строя после 4- 5 циклов очистки и в дальнейшем не используются. Работа насоса без фильтра во всасывающей магистрали приводит к его поломке;

- циркуляция в системе отопления не зависит от положения трёхходового клапана, что делает возможным применение регулирования по перепаду температур, как это рекомендуется в своде правил по проектированию тепловых пунктов;

- данная схема может быть использована при любом перепаде давления на вводе теплосети (в т. ч. и при возникновении небольшого вакуума на вводе теплоносителя).

Данная схема подходит для индивидуальных тепловых пунктов зданий и сооружений с потреблением тепла более 80 Гкал/год.

При индивидуальном пофасадном регулировании в жилых знаниях существует опасность, что жильцы одной из соседних квартир могут уехать на некоторое время и с целью экономии установить термостаты на поддержание более низкой температуры воздуха. Расчеты показывают, что если выставлена, например, температура в 10 °С, то теплопотери смежных с этой квартирой комнат при средних зимних условиях возрастают на 30-50 %. Это вызовет снижение температуры воздуха в этих комнатах, если отсутствует соответствующий запас поверхности нагрева отопительных приборов, и неоправданное увеличение потребления тепла. Вероятно, для устранения этого недостатка следует, чтобы термостаты имели бы ограничениена снижение задаваемой температуры не ниже 16 °С, поскольку их основная задача поддерживать температуру воздуха в помещении на комфортном уровне.

Подтверждением эффективности пофасадного авторегулирования может служить практика применения его в жилых зданиях, когда при температуре наружного воздуха - 5 - 8 °С отопление освещенного солнцем фасада автоматически отключалось не только на период попадания солнечных лучей в окна, но и на такое же время после, за счет теплопоступлений от нагретых поверхностей стен и мебели. Важно, чтобы сигналом пофасадного авторегулирования служила температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений - интегратор воздействия солнечной радиации, инфильтрации наружного воздуха и внутренних тепловыделений на тепловой режим здания.

На основании вышесказанного, вырабатывая концепцию развития средств автоматизации отопления, необходимо следующее:

- разработка регулятора отопления, адекватно применимого в наших условиях, соответствующего российским нормативным документам, с использованием применимого в наших условиях зарубежного опыта энергосбережения;

- при построении схем ИТП ориентироваться, прежде всего, на возможности наших потребителей. Конечно, без ущерба качеству регулирования и надёжности теплоснабжения. Краткое описание предлагаемой схемы: Температура отопления регулируется изменением положения трёхходового распределительного клапана. Регулятор напора обеспечивает постоянство циркуляции теплоносителя в системе отопления. Насосы (основной и резервный) работают попеременно. При переключении с одного на другой (примерно раз в сутки) происходит промывка фильтра.

4. Измерительная часть стенда на основе прибора типа ИС-203 компании «Техноас»

В описываемых в разделе 5 настоящей пояснительной записки параметрах вновь созданного лабораторного оборудования (стенда) измерителем температуры теплоносителя является двухканальных датчик температуры типа ИС-203. Ниже приводятся его характеристики.

4.1 Общие характеристики

Прибор ИС-203, предназначен для измерения температуры внешними датчиками; регистрации и хранения результатов в памяти прибора с последующей передачей их на компьютер для визуализации в виде таблиц и графиков.

Внешний вид данного прибора приведен на рисунке 1.

Рисунок 4.1 - Внешний вид прибора

Межповерочный интервал - 1 год.

Область применения:

- контроль технологических процессов;

- контроль и регистрация температурных режимов различных отраслях:

- в коммунальном хозяйстве;

- в научных исследованиях;

- пищевой промышленности;

- при транспортировании и хранении.

Рабочие условия эксплуатации:

- температура окружающего воздуха, °С от минус 20 до + 50;

- относительная влажность, % не более 95;

- атмосферное давление, кПа 84 … 106.

Нормальные условия эксплуатации:

- температура окружающего воздуха, °С 20 ± 5;

- относительная влажность, % не более 80 при Т = 35 °С;

- атмосферное давление, кПа 84 … 106.

Питание измерителей осуществляется от одной батареи типа «Крона» (9В).

Прибор предназначен для измерения температуры окружающего воздуха или других газов, измерения температуры различных жидкостей или сыпучих веществ, при помощи внешних датчиков различного типа. Прибор имеет два независимых измерительных канала, работающих синхронно (измерения производятся в одно и то же время и с одинаковым интервалом измерения).

Результаты измерений сохраняются в энергонезависимой памяти объемом 15 000 измерений на канал.

Приборы обеспечивают:

- измерение температуры внешними датчиками;

- сохранение результатов в памяти прибора;

- индикацию:

- результатов текущих измерений;

- времени;

- включенных каналов;

- интервала измерения;

- свободной памяти;

- емкости батареи;

- серийного номера прибора;

- времени следующего измерения;

- передачу данных на персональный компьютер через СОМ-порт.

4.2 Функционирование прибора

Прибор ИС_203.2 может находиться в двух режимах:

- Основной рабочий режим - «режим измерения»;

- Энергосберегающий режим - «режим сна».

В каждом из этих режимов у прибора работают кнопки управления и индикатор, дополнительно в «режиме сна» прибор может поддерживать связь с компьютером.

Для того чтобы определить, в каком режиме, в данный момент, находится прибор, надо нажать на кнопку «Выбор».

Если прибор находится в «режиме сна» то включится индикатор, на нем отобразится "Состояние выключен" (см. рисунок 4.2.1) и через три секунды индикатор снова выключится.

Рисунок 4.2.1 - Отображение индикатора в «Режиме сна»

Если прибор находится в «режиме измерения», то после включения индикатора на нем отобразятся результаты текущих измерений (рисунок 4.2.2) и он выключится через 20…25 с после последнего нажатия любой кнопки управления.

Рисунок 4.2.2 - Отображение индикатора в «Режиме измерения»

Данное изображение показывает измеряемую температуру в данный момент времени для датчика 1 и 2.

Прибор ИС - 203.2 сохраняет данные измерений в блоки данных. Один блок данных это измерения от момента включения прибора до момента его отключения. Поэтому если прибор включен, то необходимо его выключить тем самым завершив предыдущий блок данных.

Для выключения прибора нажмите кнопку «Ввод» при этом на индикаторе прибора появится изображение рисунка 4.2.3.

Рисунок 4.2.3 - Выключение прибора

Нажимая кнопку «Выбор» переместите стрелку в правой части индикатора напротив надписи «Выкл. Прибор». Далее нажмите кнопку «Ввод».

Для включения прибора нажмите кнопку «Ввод» при этом на индикаторе прибора появится изображение.

Рисунок 4.2.4 - Включение прибора

Далее прибор начнет проверку подключенных датчиков и диапазона измеряемых температур. Если при проверке по обоим каналам обнаружется что или неподключены датчики или измерянное значение не укладывается в диапазон измеряемых температур то на индикаторе прибора появится подряд изображения представленные на рисунке 4.2.5.

Рисунок 4.2.5 - Отображение индикатора, если неподключены датчики или измерянное значение не укладывается в диапазон измеряемых температур

Если при проведении проверки хотя бы по одному каналу обнаружится, что датчик подключен и измерянное значение укладывается в диапазон измеряемых температур, то процес запуска продолжится и прибор отобразит на индикаторе рисунок 4.2.6.

Рисунок 4.2.6 - Продолжение включения прибора

За время, пока на индикаторе отображается номер телефона ООО Техно-АС, прибор считывает конфигурацию из энергонезависимой памяти и производит первое измерение. После этого результаты первого измерения отображаются на индикаторе (рисунок 4.2.7)



Рисунок 4.2.7 - Первое измерение после включения

Значение, указанное для первого датчика «1-к» соответствует верхнему датчику на стенде (ТК-1), а значение, указанное для второго датчика «2-к»- нижнему датчику (ТК-2).

4.3 Система получения данных с прибора

Прибор ИС - 203.2 считывает данные с датчиков через определенный промежуток времени называемый «интервалом измерений». Интервал измерений для проведения лабораторной работы задается преподавателем. Поэтому необходимо убедиться, что необходимый вам интервал измерений соответствует интервалу измерений прибора. Так же необходимо убедится, что оба датчика прибора подключены сделать это можно при помощи параметра «Включенные каналы».

Просмотр параметров работы прибора производится нажатием кнопки «Выбор» при каждом нажатии данной кнопки на индикатор прибора последовательно выводятся параметры прибора в следующей очередности:

- текущие результаты измерений;

- текущая дата и время;

- включенный каналы (включенные каналы отмечаются галочками в правой части индикатора);

- интервал измерений;

- свободная память;

- емкость батареи;

- время следующего измерения.

При помощи кнопок «Выбор» и «Ввод» вы можете включать и отключать прибор, а также просматривать параметры работы прибора. Для изменения параметров работы прибора необходим персональный компьютер с установленным программным обеспечением для данного прибора. Также при помощи компьютера можно установить блокировку выключения , что исключит возможность отключать прибор при помощи кнопок управления («Выбор» и «Ввод»). При долгосрочной установке прибора вдали от оператора данные функции необходимы для того чтобы исключить возможность вмешательства посторонних лиц в процесс измерений.

Для подключения прибора к персональному компьютеру необходимо:

- получить ключ от щита управления у преподавателя и открыть его (рисунок 4.3.1);

Рисунок 4.3.1 - Внешний вид открытого щита управления

- подключить кабель прибора к переходнику (рисунок 4.3.2);



Рисунок 4.3.2 - Подключение переходника

- подключить переходник к USB-порту персонального компьютера (рисунок 4.3.3);

Рисунок 4.3.3 - Подключение переходника к ПК

Прибор подключен. Далее на рабочем столе необходимо открыть ярлык программы получения данных с прибора ИС-203 В (рисунок 4.3.4);

Рисунок 4.3.4 - Изображение ярлыка программы

При запуске программы отобразится окно показанное на рисунке 4.3.5.

Рисунок 4.3.5 - Окно программы

Переключателем «СОМ-порт» выбрать номер порта, по которому будет осуществляться связь с прибором (СОМ2).

При этом в главном окне программы Dispatcher 201 должна появиться информация о приборе, как показано на рисунке 4.3.6;

Рисунок 4.3.6 - Окно информации о приборе

Если поля остались пустыми требуется проверить правильность подключения прибора и выбора номера СОМ-порта.

При подключении к компьютеру прибор автоматически выключается. В главном окне программы в строках «Количество измерений» и «Результаты измерений, єС» будут отображены данные, которые последний раз измерял прибор.

Для настройки параметров конфигурации прибора необходимо нажать на кнопку «Параметры». Программа произведет чтение настроек прибора и отобразит окно, показанное на рисунке 4.3.7.

Рисунок 4.3.7 - Окно параметров конфигурации

В данном окне в графе «Интервал измерения» можно задать нужное значение. Левое поле соответствует часам, среднее - минутам, правое - секундам. Минимальный интервал измерения может быть равен 00 часов 00 минут 02 секунд максимальный 23 часа 59 минут 59 секунд.

После завершения изменений нажмите кнопку «Запись». Закройте программу и отсоедините прибор от компьютера.

Внимание! При подключении прибора к компьютеру он автоматически выключается. Если необходимо продолжение работы, после отсоединения прибора от компьютера, прибор необходимо включить смотри подраздел 4.2.

4.4 Обработка полученных результатов

После завершения измерений выполнить подключение прибора к персональному компьютеру и запустить программу Dispatcher 201 (см. пункт 4.3). Далее нажмите кнопку «Данные» в появившемся окне (рисунок 4.4.1) нажмите на строку с нужным вам блоком данных, в появившемся окне сохраните нужный блок данных. Далее закройте программу и отключите прибор от компьютера.

Рисунок 4.3.7 - Окно «Данные»

Обработка полученных данных производится при помощи программы построения графиков Techno Graphics (TG) v 1.0. Что бы открыть данную программу необходимо на рабочем столе откройте ярлык показанный на рисунке 4.4.2.

Рисунок 4.4.2 - Вид ярлыка программы Techno Graphics (TG) v 1.0

После загрузки программы появится главное окно (рисунок 4.4.3).

Рисунок 4.4.3 - Вид главного окна программы Techno Graphics (TG) v 1.0

В окне нажмите кнопку «Отрыть файл». При ее нажатии появляется окно (рисунок 4.4.4), где необходимо выбрать ранее сохраненный файл, нажимаем на «Открыть», после чего и осуществляется построение графика.

Рисунок 4.4.4 - Окно открытия файла

В результате открытия файла появится окно графика (рисунок 4.4.5).



Рисунок 4.4.5 - Окно графика

Верхние четыре кнопки показывают активное/пассивное состояние каналов (рисунок 4.4.6). Нижние четыре кнопки показывают цвет графика по каждому из каналов, нажав на эти кнопки вы можете выбрать другой цвет графика. В данном примере рисунок 4.4.5. График строится по двум каналам (1; 2). Оба канала сейчас находятся в активном состоянии. Цвет 1-ого графика - зеленый , 4-ого - черный. . Каналы 3 и 4 недоступны (по ним не проводилось никаких измерений, нет данных для отображения).

Рисунок 4.4.6 - Панель кнопок «каналы»

Вы можете увеличить нужную вам область графика для этого необходимо выделить мышкой интересующую вас область. Кнопка в виде стрелочки () возвращает масштаб графика на один шаг назад. Кнопка с изображением лупы () возвращает график к первоначальному виду. Кнопка отчет () отображает страницу отчета, произведенных измерений. Вид графика () позволяет увидеть график точками, линией и одновременно точки с линией.

Статусная строка (рисунок 4.4.7) состоит из полей:

Рисунок 4.4.7 - Панель кнопок «каналы»

- измеряемая величина - «1»;

- текущее значение - «2»;

- минимальное значение - «3»;

- максимальное значение - «4»;

- текущее время - «5».

Измеряемая величина - показывает измеряемую величину по каналу выделенному каналу. Если не выделен ни один из возможных каналов или выделен больше чем один канал, то значение не показывается. Это позволяет просматривать данные по нескольким каналам, которые могут иметь различные размерности измеряемой величины.

Текущее значение - отображает значение измеряемой величины в зависимости от положения курсора. Минимальное значение - показывает минимальное значение измеряемой величины на графике. Максимальное значение - показывает максимальное значение измеряемой величины на графике. Текущее время - отображает время измерения в зависимости от положения курсора.

Для создания отчета вам необходимо с помощью клавиши «PRT SC SYSRQ» сделать снимок экрана с графиками, таблицей и отчетом и сохранить в виде изображения.

5. Состав элементов физической модели и их назначение

Лабораторный стенд «Тепловодоснабжение» предназначен для физического моделирования процессов происходящих в замкнутых системах горячего и холодного водоснабжения. Внешний вид стенда представлен на рисунке 5.1:

Рисунок 5.1 - Внешний вид испытательного стенда

Стенд состоит из:

-насосной станции типа СУ-ЧЭ-22-А производства компании «Теплоком»,

- двух центробежных насосов с приводом от асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором,

-циркуляционного насоса с «мокрым» ротором с приводом от однофазного асинхронного электродвигателя,

-трубопроводных магистралей горячего и холодного водоснабжения общей длиной - 14,5 м),

-циркуляционной магистрали ,

-задвижек, их роль выполняют шаровые краны двух- и трех-ходовые;

-контрольно-измерительной аппаратуры, состоящей из двух счетчиков горячей и холодной воды, двух манометров, двух совмещенных маномо-термометров, датчика перепада давления и регулятора расхода жидкости;

-нагревательного элемента, выполненного в виде проточного водонагревателя емкостью 30 литров и мощностью нагревательного элемента 1,6 кВт

- гидроаккумулятора, служащего для ограничения колебаний давления в трубопроводе.

Одним из основных элементов стенда является станция управления насосными агрегатами СУ-ЧЭ-22-А (рисунок 5.2). В комплект измерительной аппаратуры входит прибор контроля температуры типа ИС-203 (двухканальный).

Рисунок 5.2 - Внешний вид станция управления

Основное назначение станции - ручное и автоматическое управления группой насосных агрегатов с асинхронными электродвигателями, работающих в системах холодного и горячего водоснабжения, отопления. Станция может работать как составная часть системы электрооборудования тепловых пунктов коммунального хозяйства. Станция обеспечивает поддержание заданного давления (перепада давления) в диктующей точке теплового пункта путем изменения частоты вращения электродвигателя насосного агрегата.

Станция управления может работать в следующих условиях:

- температура окружающего воздуха от +5° С до +40° С;

- относительная влажность воздуха не более 90 %, при 25 °С без конденсации влаги;

- высота над уровнем моря до 1000 м;

- длительное отклонение напряжения питания сети от +10 % до -15 %.

Технические данные станции СУЧЭ приведены в таблице 5.1:

Таблица 5.1- Технические данные СУ-ЧЭ-22А

Род тока питающей сети	Переменный
Номинальная частота сети, Гц	50
Номинальное напряжение питания, В	380
Коэффициент полезного действия , о. е.	0,93-0,95
Коэффициент мощности , о. е.	0,88-0,92
Количество подключаемых насосных агрегатов, шт	2
Исполнение	IP 54

Схема электрических соединений станции управления приведена на рисунке 5.3.

Станция управления состоит из:

- преобразователя частоты со встроенным ПИД-регулятором, обеспечивающим плавный пуск и остановку, а также управление любым электродвигателем станции в функции выбранной технологической переменной;

- блока автоматики марки Овен, осуществляющего получение и обработку информации, и выдачу управляющих воздействий на насосные агрегаты;

- панели управления и сигнализации, позволяющей осуществлять выбор режима управления насосными агрегатами, визуальный контроль за режимами работы каждого насосного агрегата, а также оперативно задавать и изменять сигнал задания давления на преобразователь частоты непосредственно с панели управления;

- пускозащитной аппаратуры, осуществляющей подключение выбранного насосного агрегата к выходу преобразователя частоты и к сети, и защиту от коротких замыканий и перегрузок по току.

Полный состав элементов схемы электрической принципиальной приведен графической части дипломной работы.

Рисунок 5.3 - Схема электрических соединений станции управления

На панели управления и сигнализации установлена следующая аппаратура управления (рисунок 5.4):

Рисунок 5.4 - Панель управления и сигнализации

- переключатель «Ручной - Отключен - Автомат» - позволяет выбрать режим работы насосного агрегата.

- Кнопка «Пуск» - позволяет включить насосный агрегат в работу в режиме ручного управления.

- Кнопка «Стоп» - позволяет отключить насосный агрегат от сети.

- Лампа «Авария», индицирующая аварию насосного агрегата.

- Лампа «Работа», индицирующая включенное состояние насосного агрегата.

Блок аппаратов, отвечающий за состояние работы станции в целом:

- Задатчик давления - позволяет непосредственно с панели задавать уровень поддерживаемого давления в диктующей точке ЦТП.

- Лампа «Авария ПЧ», индицирующая аварийное состояние преобразователя частоты.

Основные функции станции управления:

- поддержание заданного значения давления на выходе группы насосных агрегатов;

- контроль за работой насосов и переключение на резервный насос при аварии рабочего;

- переключение на работу насосов от электрической сети при аварии преобразователя частоты;

- автоматическое подключение одного или нескольких дополнительных насосов при недостаточной производительности рабочего;

- автоматическое чередование включенных насосов через заданные интервалы времени для обеспечения равномерной загрузки насосов;

- обеспечение оперативного управления режимом работы преобразователя частоты непосредственно с панели управления станции;

...