Содержание
1. Введение
2. Краткое описаниетехнологического процесса
2.1 Общие сведения окондиционерах
2.2 Конструкция ирежимы работы центрального кондиционера
2.3 Техническиехарактеристики центрального кондиционера
3. Математическаямодель технологического объекта
4. Разработкасистемы регулирования
4.1 Автоматическаясистема регулирования температуры воздуха
4.2. Автоматическаясистема регулирования влажности воздуха
5. Выбор техническихсредств автоматизации, программного обеспечения, датчиков
5.1 Выбор иобоснование контролируемой технологической переменной
5.2 Выбор средствизмерения температуры
5.3 Выбор средствизмерения влажности
5.4 Выборэлектропривода заслонки наружного воздуха
5.5 Выборэлектропривода приточной заслонки и заслонки рециркуляционного воздуха
5.6 Выбор контроллера
6. Расчетрегулирующего органа и исполнительного механизма
7. Разработка схем
8. Технико-экономическоеобоснование
8.1 Введение
8.2 Расчет капитальныхвложений, необходимых для реализации проекта
8.3 Расчет годовыхэксплуатационных расходов, связанных с эксплуатацией АСУ
9. Техникабезопасности
9.1 Определениепараметров внешнего воздуха и оптимальных микроклиматических условий
9.2 Расчет по излишкамявной теплоты
9.3 Расчет поизлишкам влаги
9.4 Расчет по излишкамполной теплоты
9.5 Определение категориипомещения по пожарной опасности и расчет установок пожаротушения
Реферат
Ключевыеслова: кондиционирование, центральный кондиционер, температура, влажность.
Объектомисследования являются автоматические системы регулирования температуры ивлажности воздуха.
Цель проекта:разработка автоматизированной системы управления установкой кондиционированиявоздуха.
1. Введение
Средиинженерных систем здания можно выделить: систему вентиляции, систему отопления(либо комбинированную отопительно-вентиляционную систему) и систему кондиционированиявоздуха (СКВ). Воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией, создает впомещении вполне удовлетворительный микроклимат и обеспечивает благоприятныеусловия воздушной среды. СКВ представляет собой систему более высокого порядка(с большими возможностями). Принципиальное преимущество состоит в том, что,помимо выполнения задач вентиляции и отопления, СКВ позволяет создатьблагоприятный микроклимат (комфортный уровень температур) в летний, жаркийпериод года, благодаря использованию в своем составе фреоновой холодильноймашины.
Такимобразом, подготовка воздуха в СКВ может включать его охлаждение, нагрев,увлажнение или осушку, очистку (фильтрацию, ионизацию и т.п.), причем системапозволяет поддерживать в помещении заданные кондиции воздуха независимо отуровня и колебаний метеорологических параметров наружного (атмосферного)воздуха, а также переменных поступлений в помещение тепла и влаги.
2. Краткоеописание технологического объекта управления
2.1 Общиесведения о центральных кондиционерах
Центральныекондиционеры, нашедшие самое широкое применение в комфортном и технологическомкондиционировании, представляют собой неавтономные кондиционеры, снабжаемыеизвне холодом (подводом холодной воды или незамерзающих жидкостей), теплом(подводом горячей воды или пара) и электроэнергией для привода вентиляторов,насосов, запорно-регулирующих аппаратов на воздушных и жидкостных коммуникацияхи пр.
Центральныекондиционеры предназначены для обслуживания нескольких помещений или одногобольшого помещения. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают однопомещение больших размеров (театральный зал, закрытый стадион, производственныйцех и т.п.).
Современныецентральные кондиционеры выпускаются в секционном исполнении и состоят изунифицированных типовых секций (трехмерных модулей), предназначенных длярегулирования, смешивания, нагревания, охлаждения, очистки, осушки, увлажненияи перемещения воздуха.
2.2Конструкция и режимы работы центрального кондиционера
Центральныйкондиционер состоит из отдельных типовых секций, герметично соединенных междусобой. Корпус кондиционера исполнен на базе каркаса из алюминиевых профилей, ккоторым крепятся постоянные и съемные (для доступа к агрегатам) панели.
Панелисостоят из наружного и внутреннего оцинкованных листов, между которымиустанавливается минераловатная теплоизоляционная прокладка.
С цельюоблегчения подхода к узлам установки предусмотрены открываемые смотровые двериили съемные панели со стороны обслуживания.
Требования кпараметрам кондиционируемого воздуха лежат в основе технологической компоновки,поэтому набор секций может быть весьма разнообразен.
Секции могутбыть скомпонованы в двухъярусном исполнении или с учетом рельефов помещений, вкоторых устанавливается кондиционер.
Кроместандартных типовых компоновок существует возможность создания собственнойуникальной компоновки кондиционера.
Размерысекций унифицированы и зависят, как правило, от расхода и скоростиобрабатываемого в кондиционере воздуха. Среди основных секций, используемых прикомпоновке кондиционера: секция вентиляторная, охлаждения, нагрева, увлажнения,фильтрации, шумоглушения и теплоутилизации.
Выбор той илииной компоновки (технологической линии обработки воздуха) зависит от многихфакторов, в первую очередь, от назначения и режима использования помещений,конструктивных особенностей здания, а также от санитарно-гигиенических,строительно-монтажных, архитектурных, эксплуатационных и экономическихтребований.
2.3Технические характеристики центрального кондиционера
В настоящемпроекте рассматривается центральный кондиционер CDC318 производства фирмы«Wesper». В его состав входит (рис.1.1):
1 – заслонкавытяжного воздуха;
2 –переточная заслонка;
3 – заслонкаприточного воздуха;
4 – секциявытяжного вентилятора;
5 – секция воздухонагревателяпервого подогрева;
6 – секцияувлажнителя;
7 – секциявоздухоохладителя;
8 – секциявоздухонагревателя второго подогрева;
9 – секцияприточного вентилятора.
/>
Рис.1.1Центральный кондиционер CDC318
Секция вытяжного вентилятора
расходвытяжного воздуха, м3/ч____________________________25000;
развиваемоедавление, Па_________________________________544;
мощностьэлектродвигателя, кВт___________________________7,5;
частотавращения, об/мин_________________________________1455.
Теплообменник первого подогрева
В секции первого подогрева используется водяной нагреватель.
Конструктивно воздухонагреватель первого подогрева, как ивоздухоохладитель, из медных трубок с алюминиевым оребрением.
Стандартноколлекторы оснащаются дополнительными патрубками с резьбой, предназначеннымидля спуска воды и отвода воздуха.
Патрубкиколлекторов выведены наружу. Концы патрубков подающего и обратного коллекторатакже имеют резьбу.
Кожухтеплообменников имеет специальные транспортные держатели, облегчающие демонтажи транспортировку.
Оребрениетрубок воздухонагревателя произведено пластинчатыми ребрами с шагом 1,6 мм
типнагрева____________________________________________водяной;
температуравоздуха на входе, °С___________________________-18;
температуравоздуха на выходе, °С__________________________+31,1;
температураводы на входе, °С______________________________+80;
температураводы на выходе, °С_____________________________+60;
расходтеплоносителя, л/ч______________________________20468.
относительнаявлажность воздуха на входе, %___________________90;
относительнаявлажность воздуха на выходе, %___________________2;
тепловаямощность, кВт____________________________________476.
Камера орошения
Увлажнениевоздуха в центральном кондиционере осуществляется в секции оросительногоувлажнения водой (форсуночной камере) или секции парового увлажнения.
Камераорошения состоит из корпуса, в который установлены трубные гребенки, поддон инасос.
В форсуночнойкамере происходит адиабатическое увлажнение воздуха циркуляционной водой,которая поступает из поддона. Воздух вступает в непосредственный контакт споверхностью капель воды, распыляемой с помощью форсунок. Распыляясь, водапревращается в густой туман мелких капель, сквозь который движется воздух,поглощая водяные пары.
Производительностьфорсунок зависит от диаметра выходного отверстия, давления и температуры водыперед форсункой. Установка форсунок в поперечном сечении форсуночной камерывыполняется на трубных гребенках, к которым циркуляционным насосом подаетсявода из поддона. Распыливающие форсунки выполнены так, чтобы снизитьзагрязнение отложениями.
Поддонвыполняет функции резервуара запасной емкости воды, обеспечивающего плавнуюработу насоса. Поддон оснащен водосливом с поплавковым клапаном для спускаоборотной воды, а также водяным вводом для пополнения выпаренной воды.
Циркуляционныйнасос размещен возле поддона на кронштейне. На всасывающем патрубке насосарасположен сетчатый фильтр.
Конструкциюфорсуночной камеры дополняют два сепаратора-каплеуловителя, предотвращающиеунос капель воды к последующим секциям центрального кондиционера.
Один работаетна выходе из секции как сепаратор, другой является направляющим для выравниванияпотока воздуха на входе. Эти сепараторы являются высокоэффективными элементамиоборудования. Сепараторы изготовлены из пластмассовых профилей и имеют несущуюконструкцию из нержавеющей стали.
Вследствиеуноса воды с воздухом в процессе увлажнения, необходимо восполнять потери воды.
Подпиткаводой регулируется с помощью поплавка, который помещен на питательном патрубке,а циркуляционная выпускается ручным шаровым клапаном, размещенным нанагревательной стороне насоса.
Кожух секцииувлажнения изготавливается из нержавеющего листа, что полностью исключаеткоррозию, имеет окно для контроля и освещения внутреннего объема.
Эффективностьувлажнения в секции такого типа составляет около 90%.
типувлажнения _________________________________форсунки;
температуравоздуха на входе, °С___________________________+31,1;
температуравоздуха на выходе, °С__________________________+15;
относительнаявлажность воздуха на входе, %______________2;
относительнаявлажность воздуха на выходе, %__________________66;
расход воды,л/ч__________________________________________12821;
температураводы, °С_____________________________________+15;
расходконденсата, л/ч_____________________________________195,1.
Секция воздухоохладителя
Секцияохлаждения представляет собой водяной теплообменник — воздухоохладитель,изготовленный из медных трубок (4 ряда) с алюминиевыми ребрами. В качествехладагента (рабочей среды) используется вода, поступающая от чиллера(холодильной машины). Коллекторы выполнены из стальной оцинкованной трубы.Входные и выходные патрубки коллектора имеют наружную резьбу. Стандартноколлекторы оснащаются дополнительными патрубками для спуска хладагента и отводавоздуха.
Патрубкиколлекторов выведены наружу секции. Воздухоохладитель имеет кожух изоцинкованной стали. Кожух оборудован специальными транспортными держателями,облегчающими демонтаж и транспортировку.
Ореберениетрубок воздухоохладителя производится пластинчатыми ребрами, что обеспечиваетвысокую теплоотдачу при низком аэродинамическом сопротивлении теплообменника.
Стандартно всекцию охлаждения устанавливается поддон для конденсатной воды, сделанный изнержавеющей листовой стали и оснащенный выведенным наружу сливным патрубком, ккоторому присоединяется переливной сифон, т.н. водяной затвор.
Водяныевоздухоохладители оснащаются противозамораживающими термостатами.
За секциейохлаждения в центральном кондиционере устанавливаются эффективные сепараторы(каплеуловители).
типохлаждения _________________водяной;
температуравоздуха на входе, °С___________________________+35;
температуравоздуха на выходе, °С__________________________+17,1;
температураводы на входе, °С______________________________+6;
температураводы на выходе, °С_____________________________+12;
расходхладоносителя, л/ч_____________________________36459;
относительнаявлажность воздуха на входе, %___________________50;
относительнаявлажность воздуха на выходе, %__________________99;
холодильнаямощность, кВт_______________________254,4.
Теплообменник второго подогрева
В секциивторого подогрева используется электрический нагреватель.
Электрическийнагреватель выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда с укрепленными вкорпусе греющими элементами в виде оребренных ТЭНов. Электрический нагревательподключается к электросети 3/380 В/50 Гц. Такая конструкция позволяет легкодемонтировать нагреватель из секции для осмотра и ремонта (предварительно нужноснять панель). Элементы нагревателя укреплены вертикально, а контакты выведенык клеммной панели на боковой стенке корпуса нагревателя. Каждый элементотдельно к клеммной панели, однако для ступенчатого регулирования их соединяютблоками по три штуки. Нагреватель имеет термостат безопасности, ограничивающийчрезмерный рост температуры внутри системы, а также отключение нагревателей вслучае прекращения подачи воздуха.
типнагрева______________________ электрический;
температуравоздуха на входе, °С___________________________+15;
температуравоздуха на выходе, °С__________________________+20;
относительнаявлажность воздуха на входе, %_________66;
относительнаявлажность воздуха на выходе, %________________48;
тепловаямощность, кВт____________________________________36.
Секция вытяжного вентилятора
расход приточноговоздуха, м3/ч___________________________25000;
развиваемоедавление, Па_________________________________877;
мощностьэлектродвигателя, кВт___________________________11;
частотавращения, об/мин_________________________________1460.
Расчет характеристик центрального кондиционера произведен в программе WinClim.
3.Математическая модель технологического процесса
Существуетдва метода теоретического исследования теплообменных аппаратов, применяемых вустановках кондиционирования воздуха: как объектов с распределеннымипараметрами и как объектов с сосредоточенными параметрами.
Калориферыподогрева воздуха и поверхностные воздухоохладители являются объектамирегулирования с распределенными параметрами, и динамика их описываетсядифференциальными уравнениями в частных производных. Только этот методматематического исследования позволяет аналитически получить величинузапаздывания этих объектов регулирования и может считаться точным.
Второй методматематического исследования – аппроксимация этих технологических аппаратовмоделями с сосредоточенными параметрами – является приближенным, однако вомногих случаях достаточным для предварительных инженерных расчетов.
Теплообменныеаппараты, применяемые в установках кондиционирования воздуха, делятся на двегруппы:
снепосредственным контактом воздуха и тепло- или хладоносителя (камеры орошения,паровые увлажнители и аппараты местного доувлажнения);
с передачейтепла через стенку, отделяющую воздух от тепло- или хладоносителя (аппаратысухого или поверхностного типа, трубчатые и ребристые воздухоохладители ивоздухоподогреватели).
Установкакондиционирования воздуха представляет собой комбинацию теплообменных аппаратовразличного назначения.
Присоставлении уравнения теплового баланса кондиционируемого помещения как объектаавтоматического управления можно условно принять, что в действии находитсятолько регулятор влажности и влагосодержание воздуха в рассматриваемый моментвремени постоянно (d=const). При составлении материального баланса, наоборот,необходимо считать, что в действии находится только регулятор температуры и вданный момент постоянна температура t=const.
Тепло-влажностныебалансы помещений при расчетных параметрах наружного воздуха следует составлятьдля зимнего и летнего периодов.
Присоставлении уравнения теплового баланса считают, что по всему объему происходитхорошее перемешивание воздуха и в уравнение подставляют средние значениявходящих величин. Поэтому передаточные функции могут быть получены в предложении,что технологические аппараты установок кондиционирования воздуха являютсяобъектами регулирования с сосредоточенными параметрами.
В системахкондиционирования воздуха отклонения температуры воздуха от заданных значений,возникающие вследствие тех или иных возмущений, должны устраняться засравнительно небольшое время. При медленных изменениях тепловых нагрузок (приизменениях температуры наружного воздуха, солнечного нагрева строительныхограждений и т. п.) системы регулирования, как правило, успевают реагировать наотклонения параметров воздуха от заданных значений, поэтому анализ вопросоврегулирования систем кондиционирования при медленных изменениях тепловыхнагрузок не имеет по существу практического значения.
Наиболеесложным с точки зрения динамики объектом регулирования в установкекондиционирования воздуха является камера орошения. В процессе регулированиятемпература точки росы после камеры орошения может изменяться с изменениемследующих регулирующих воздействий:
энтальпииводы, разбрызгиваемой через форсунки;
соотношенияобъёмов свежего и рециркуляционного воздуха (изменением энтальпиивоздушно-паровой смеси);
тепловоймощности калорифера первого подогрева. При единичных возмущениях по этимканалам кривые разгона будут различными и, следовательно, будут различатьсяпараметры камеры орошения как объекта автоматического регулирования.
Такимобразом, динамика камеры орошения не может описываться одним дифференциальнымуравнением, и при определении настроечных параметров регулятора необходимоучитывать особенности камеры орошения как объекта с изменяющейся структурой. Впервом приближении следует усреднять параметры объекта по всем каналамрегулирующих воздействий. Система регулирования температуры точки росы послекамеры орошения приведена на рис.
Переходныефункции камеры орошения достаточно хорошо аппроксимируются дифференциальнымиуравнениями второго порядка/>
/> (3.1)
Передаточнаяфункция камеры орошения, полученная путем составления тепло-влажностныхбалансов в установившемся и переходном режимах,
/> (3.2)
Этапередаточная функция позволяет представить камеру орошения какинтегрально-дифференцирующее звено.
Решениедифференциального уравнения, соответствующего передаточной функции, имеет вид
/> (3.3)
Теоретическикривая разгона 1, построенная по этому уравнению, показана на рис., а кривая 2соответствует апериодическому звену с передаточной функцией
/> (3.4)
Как видно изполученных кривых, наличие производной в числителе передаточной функциисказывается в скачкообразном изменении параметра в момент времени />, затем обекривые практически не различаются.
Камерыорошения кондиционеров большой тепловой мощности могут с достаточной дляпрактических расчетов точностью аппроксимироваться апериодическим звеном извеном запаздывания с передаточной функцией
/> (3.5)
Рассмотримпередаточные функции камеры орошения при различных режимах работы.
/>
При понижении энтальпии воздуха
/> (3.6)
где /> /> /> (3.7-3.8)
/> - коэффициенторошения;
/> — расходобрабатываемого воздуха, кг/с;
/> — расходразбрызгиваемой воды, кг/с;
/> — удельнаятеплоемкость воды, Дж/(кг*К);
/>, /> - начальная иконечная температура воды, />;
/> — масса воды вподдоне камеры, кг;
/>-температура воздуха по сухому термометру после камеры, />;
/>, здесь (3.9)
/> — безразмерныйкоэффициент, учитывающий начальные параметры воздуха и воды. />; (3.10)
/>-температурный критерий. />; (3.11)
/>-температура точки росы, />;
/> — постоянный коэффициент;
/> ,/> — показателистепени;
/> — отношение масс или объемов рециркуляционной и разбрызгиваемой воды;
/> - температурапоступающей холодной воды, />;
/>; />-температура воздуха по сухому термометру до камеры орошения, />.
Характернойособенностью постоянной времени /> и коэффициента усиления /> является ихзависимость от соотношения масс или объемов холодной и рециркуляционной воды иначальных параметров воздуха и воды. При />величина /> и в этом решении камера орошенияможет рассматриваться как усилительное звено. При /> /> увеличивается, и переходныйпроцесс приближается к апериодическому.
При изменениирасхода воздуха (количественное регулирование)
/>, (3.12)
однакозначения постоянных времени в этом случае другие.
Приадиабатических процессах
/>. (3.13)
Когдавозмущающим воздействием является изменение влагосодержания воздуха до камеры,а выходной параметр – изменение температуры воздуха после камеры орошения,
/>. (3.14)
Исследованиядинамических свойств измерительных преобразователей температуры при их работе ввоздушных потоках различной скорости показали, что они могут описыватьсяпередаточной функцией апериодического звена,
/>. (3.15)
Постояннаявремени />являетсяфункцией скорости воздушного потока />, омывающего преобразователь, и вобщем случае определяется из выражения
/>, (3.16)
где /> — постояннаявремени при />;
/>,/>-постоянныевеличины, зависящие от конструкции и теплофизических свойств измерительногопреобразователя.
Динамикаэлектрических измерительных преобразователей влажности описывается передаточнойфункцией вида
/>, (3.17)
где /> - начальноесопротивление измерительного преобразователя при
заданнойвлажности воздуха;
/> — начальная влажностьвоздуха;
/>-постоянная времени измерительного преобразователя.
Передаточнаяфункция объектов регулирования секций подогрева в каждой точке диапазонарегулирования может быть приведена к виду
/>, (3.18)
где /> - коэффициентусиления регулирующего органа (регулирующий орган является безынерционнымзвеном);
/> - коэффициентусиления секции камеры подогрева;
/> - комплекснаяпеременная;
/> - запаздывание(секции подогрева совместно с измерительным
преобразователемтемпературы);
/> - постояннаявремени (секции подогрева совместно с измерительным
преобразователемтемпературы).
Температуруприточного воздуха можно регулировать путем изменения расхода горячей воды,проходящей через калорифер; расхода воздуха через калорифер со сдвоеннымвоздушным клапаном; температуры воды (добавлением к горячей воде холодной изпостороннего источника).
Секция подогрева может описываться передаточной функцией вида
/>. (3.19)
Сдвоенныйвоздушный и регулирующий клапаны на линии теплоносителя приближенно можносчитать безынерционными элементами системы регулирования
/>. (3.20)
Коэффициентыусиления клапанов рассчитываются по их рабочим расходным характеристикам сучетом переменных давлений на клапанах и характеристик сочленений.
Такимобразом, передаточная функция объекта регулирования
/>. (3.21)
В общемслучае коэффициент усиления />, время запаздывания />, постояннаявремени /> являютсявеличинами, изменяющимися внутри диапазона регулирования, и, следовательно,получить одинаковое качество регулирования во всем диапазоне регулирования безпринятия специальных мер невозможно.
Если величины/> и /> в заданномдиапазоне регулирования изменяются незначительно, то можно линеаризоватьстатическую характеристику за счет, например, специально подобранногосочленения исполнительного механизма с регулирующим органом и получитьпрактически одинаковое качество регулирования во всем диапазоне регулирования.Если величины /> и /> изменяются значительно, то речьможет идти об обеспечении качества «не хуже» заданного в диапазонерегулирования.
С учетомвышесказанного передаточные функции по основным каналам регулирования имеютвид:
«влажностьнаружного воздуха – влажность воздуха на выходе из установки кондиционирования»
/>;
«влажностьнаружного воздуха – влажность воздуха в помещении»
/>;
«температуранаружного воздуха – температура на выходе из установки кондиционирования»
/>;
«температуранаружного воздуха – температура воздуха в помещении»
/>;
«соотношениехолодной и рециркуляционной воды – температура воды»
/>.
/>
Рис. 3.2 –Кривая разгона малоинерционного объекта (температура воздуха на выходе изустановки кондиционирования)
/>
Рис. 3.3 — Кривая разгона инерционного объекта (температура воздуха в помещении)
/>
Рис 3.4. — Кривая разгона малоинерционного объекта (влажность воздуха на выходе изустановки кондиционирования)
/>
Рис. 3.5 — Кривая разгона инерционного объекта (влажность в помещении)
/>
Рис. 3.6 — Кривая разгона инерционного объекта (изменение соотношения«холодная-рециркуляционная вода).
4. Разработкасистемы регулирования
4.1Автоматические системы регулирования температуры воздуха
На рис. 4.1приведены структурные схемы автоматических систем регулирования температурывоздуха с помощью теплообменника (калорифера), типичные для установоккондиционирования воздуха. К объекту регулирования в этом случае относятсякондиционируемое помещение, воздуховод, воздухонагреватель и регулирующийвентиль; к регулятору – измерительный и управляющий элементы и исполнительныймеханизм.
Как видно изсхем, при установке преобразователя после теплообменника (в объектерегулирования) система регулирования замкнута, при установка преобразователяперед теплообменником (в потоке наружного воздуха) – разомкнута, так какизменение температуры в объекте регулирования не вызывает изменений положениярегулирующего органа. При наличии двух преобразователей, один из которыхустановлен в регулируемом объекте, а другой – в потоке наружного воздуха,регулирующее воздействие является алгебраической суммой воздействий.
Основныеавтоматические системы регулирования температуры воздуха, применяемые вустановках кондиционирования воздуха, показаны на рис. 4.2.
Приразмещении преобразователя в воздуховоде обеспечивается постоянная температуравоздуха, поступающего в помещение, где температура воздуха не регулируется, иее отклонения не могут вызвать изменений положения регулирующего органа (рис.4.2, а).
Регулятор,преобразователь которого расположен в кондиционируемом помещении, приотклонении температуры от заданного значения воздействует на регулирующийвентиль, изменяющий количество пара, поступающего в воздухонагреватель (рис.4.2, б).
Системарегулирования, состоящая из двух теплообменников – калорифера подогрева воздухаи поверхностного охладителя, работающих последовательно (поверхностныйохладитель включается при полностью закрытом вентиле, регулирующем подачутеплоносителя (рис. 4.2, в)), может быть также системой релейногорегулирования, если в зависимости от знака отклонения температуры, включаетсякалорифер подогрева или поверхностный охладитель.
/>
/>
Рис. 4.1 –Функциональные и структурные схемы автоматических систем регулированиятемпературы воздуха:
а – приустановке измерительного преобразователя после калорифера; б – при установкеизмерительного преобразователя перед калорифером; в – при наличии двухизмерительных преобразователей; /> - регулируемая величина; /> - заданноезначение; />/> - отклонениерегулируемой величины от заданного значения; /> - регулирующее воздействие; М –возмущение по нагрузке.
В системесостоящей из теплообменника, регулятора и регулируемого клапана (рис. 4.2, г),регулирование осуществляется изменением соотношения между объемом воздуха,проходящего через нагреватель, и холодного воздуха. Преимущество этой схемызаключается в том, что небольшое изменение положения подвижных клапанов сразу сказываетсяна температуре приточного воздуха и таким образом уменьшается запаздываниесистемы регулирования.
Широкоприменяются автоматические системы регулирования температуры воздуха, состоящиеиз регулятора с преобразователем, калорифера и воздухоохладителя, двухрегулирующих вентилей и одного воздушного клапана (рис. 4.2, д). Температуравоздуха поддерживается постоянной регулированием соотношения между нагретым иохлажденным воздухом и смеси. Регулирующие вентили в системах тепло- ихладоносителей открываются в зависимости от знака отклонения температурывоздуха в воздуховоде.
В системе(рис. 4.2, е), состоящей из смесительно-регулирующего клапана и калорифераподогрева воздуха, исполнительные механизмы могут работать последовательно,т.е. калорифер подогрева воздуха включается тогда, когда температура не можетбыть обеспечена за счет изменения температуры смеси приточного ирециркуляционного воздуха.
/>
/>
/>
Рис. 4.2 –Основные автоматические системы регулирования температуры воздуха, применяемыев установках кондиционирования воздуха:
а – спреобразователем в воздуховоде; б – с преобразователем в помещении; в – скалорифером и поверхностным охладителем; г – с регулируемым воздушным клапаном;д – с двумя теплообменниками и воздушным клапаном; е – сосмесительно-регулирующим воздушным клапаном.
На рис. 4.3приведены автоматические системы регулирования температуры воздуха одновременнос изменением соотношения количества наружного и рециркуляционного воздуха ипоследующей обработкой смеси и с помощью теплообменников. Изменение соотношениярасходов наружного и рециркуляционного воздуха осуществляется регулятором,чувствительный элемент которого установлен в потоке наружного воздуха. Наличиесоленоидного вентиля обеспечивает более быстрое охлаждение воздуха.
/>
Рис. 4.3 –Автоматические системы регулирования температуры с последующей обработкой смесинаружного и рециркуляционного воздуха:
а – смоторными исполнительными механизмами; б – с соленоидным вентилем на подачехолодоносителя.
Приведенныесхемы регулирования применяются в различных комбинациях почти во всехустановках кондиционирования воздуха.
Регулированиетемпературы воздуха регулятором, преобразователь которого расположеннепосредственно в объекте, обладающем большим емкостным запаздыванием, можетпривести к значительному перерегулированию за счет того, что регулирующий органможет занимать крайние положения (особенно при релейном регулировании).Специальный регулятор-ограничитель, расположенный в воздуховоде, обеспечиваетизменение температуры приточного воздуха в заранее заданных пределах (рис.4.4).
/>
Рис. 4.4 –Автоматические система регулирования при минимальном и максимальном ограниченияхтемпературы воздуха:
1 – регулятортемпературы в помещении; 2 – регулятор-ограничитель.
Возможны двавида ограничения – по минимальной температуре и максимальной. Если температуравоздуха в объекте регулирования при максимальном ограничении ниже значения,заданного регулятору-ограничителю, то управляющий сигнал в линии регулирующегооргана определяется только отклонением от заданного значения температурывоздуха в объекте регулирования (управляющий сигнал проходит черезрегулятор-ограничитель неизменным). Если же температура воздуха достигаетзначения, заданного регулятору-ограничителю, то последний своим управляющимэлементом (например, устройством сопло-заслонка) соответствующим образомизменит давление в линии регулирующего органа, вследствие чего уменьшитсярасход теплоносителя, поступающего в калорифер. Температура воздуха в объектерегулирования понизится, и регулятор- ограничитель не будет работать.
Приминимальном ограничении и достижении температурой воздуха значения, заданногорегулятору-ограничителю, этот регулятор увеличивает подачу теплоносителя, идальнейшее регулирование осуществляется основным регулятором. Основнойрегулятор и регулятор-ограничитель включены в управляющую магистраль сжатоговоздуха последовательно. На рис. 4.4 показано минимальное и максимальноеограничение с помощью двух регуляторов-ограничителей.
/>
Рис. 4.5 –Автоматические системы регулирования температуры приточного воздуха:
а –разомкнутая система регулирования: 1 – регулятор температуры в воздуховоде; 2 –электропневмореле, блокирующее работу вентилятора и воздушных клапанов; б –регулирование температуры с минимальным ограничением: 1 – регулятор температурыв помещении; 2 – регулятор-ограничитель; 3 – электропневматическое реле; в –регулирование температуры воздуха с минимальным ограничением и изменениемсоотношения расходов наружного и рециркуляционного воздуха: 1 – регулятортемпературы; 2 – регулятор-ограничитель; 3 – регулятор положения воздушныхклапанов; 4 – электропневматическое реле.
Максимальноеи минимальное ограничение возможно и с помощью одного регулятора-ограничителя.В этом случае регулирующим органом управляет только регулятор-ограничитель, ароль регулятора температуры воздуха в объекте регулирования сводится кизменению значения, заданного регулятору-ограничителю, при отклоненияхтемпературы воздуха от заданного значения в объекте регулирования.
Рассмотримнесколько типовых схем автоматического регулирования температуры приточноговоздуха (рис. 4.5)
Регулятор,преобразователь которого расположен в приточном канале, управляет степеньюоткрытия регулирующего вентиля в калорифере.
Системарегулирования температуры воздуха в объекте разомкнута, и изменение тепловойнагрузки не влияет на степень открытия регулирующего вентиля (рис. 4.5, а).
Регулятортемпературы объекта управляет регулирующим вентилем калорифера, а регулятор,преобразователь которого расположен в канале, является минимальнымограничителем и включается в том случае, если температура воздуха нижезаданного минимума (рис. 4.5, б).
Системарегулирования температуры воздуха в объекте с минимальным ограничением ирегулированием соотношения расходов наружного и рециркуляционного воздуха (рис.4.5, в), характеризуется наличием регулируемых воздушных клапанов. Регулирующиеорганы калорифера и воздушных клапанов включены последовательно. Порядок работывоздушных клапанов и калориферов определяется экономичностью работы системы инеобходимым количеством свежего воздуха.
В системерегулирования температуры удаляемого воздуха при минимальном ограничениитемпературы приточного воздуха (рис. 4.6, а) регулирование температурыприточного и рециркуляционного воздуха осуществляется отдельным регулятором,преобразователь которого расположен в канале притока. Для предотвращениязамерзания через калорифер проходит предварительно подогретый воздух.Последовательная работа регулятора температуры удаляемого воздуха иминимального регулятора-ограничителя обеспечивает регулирование по среднейтемпературе объекта, однако в этом случае увеличивается запаздывание.
/>
Рис. 4.6 –Автоматические системы регулирования температуры приточного воздуха:
а –регулирование температуры удаляемого воздуха; б – регулирование температурыудаляемого воздуха при наличии байпаса; в – многозональное регулирование приминимальном ограничении температуры приточного воздуха: 1-4 – регуляторы.
В системерегулирования температуры воздуха (рис. 4.6, б) значительная инерционностьтеплообменников (калориферов) может быть уменьшена применением клапана,изменяющего соотношение нагретого и ненагретого воздуха. При закрытиирегулирующего вентиля калорифера одновременно закрывается дроссельный клапан,расположенный перед ним, и открывается обводной канал (байпас).
В системемногозонального регулирования температуры при минимальном ограничениитемпературы приточного воздуха (рис. 4.6, в) предварительный подогрев всегоприточного воздуха осуществляется смешением наружного и рециркуляционноговоздуха с помощью двух регуляторов с различными заданиями (летним и зимнимрежимами). Температура воздуха в каждом объекте регулируется независимо спомощью собственных воздухонагревателей при минимальном ограничении температурыприточного воздуха.
4.2Автоматические системы регулирования влажности воздуха
По способурегулирования относительной влажности воздуха в объекте системы делятся на тритипа:
системы скосвенным регулированием относительной влажности воздуха; в этом случаеотносительная влажность воздуха в объекте стабилизируется или изменяется позаданной программе в функции температуры точки росы после камеры орошения итемпературы в самом объекте;
системы спрямым регулированием относительной влажности воздуха с помощью регуляторавлажности, преобразователь которого установлен в самом объекте. Регулятор воздействуетнепосредственно на подачу соответствующих энергоносителей так, чтобы в объектерегулирования поддерживалось значение влажности воздуха.
На рис. 4.7,а приведена система косвенного регулирования относительной влажности воздуха подвум режимам (летнему и зимнему).
Регулированиетемпературы воздуха осуществляется регулятором 1, преобразователь которогорасположен в объекте (рис. 4.7, а). Минимальное ограничение температурыприточного воздуха обеспечивается регулятором-ограничителем 2. Температура смесинаружного и рециркуляционного воздуха
регулируетсярегуляторами 5 и 6, а температура воздуха после камеры орошения – автономнымконтуром регулирования для двух режимов (летнего и зимнего, причем регуляторы 3и 4 включены по схеме ограничения).
На рис. 4.7,б показана схема регулирования температуры воды в камере орошения двухтеплообменников – подогревателя и охладителя. Схема позволяет интенсивновоздействовать на температуру точки росы и в ряде случаев отказаться отпредварительного нагрева или охлаждения воздуха. В качестве охладителя водыможно использовать испаритель холодильной машины. Для повышения точности работыисполнительные механизмы должны быть снабжены позиционерами. Графики работыэлементов схемы приведены на рис. 4.7, в.
/>
Рис. 4.7 –Система косвенного регулирования относительной влажности воздуха по двумрежимам:
а –функциональная схема; б – схема регулирования температуры воды; в – графикиработы элементов схемы: 1 – клапан горячей воды; 2 – компрессор; 3 – клапанхолодной воды.
Схема с такназываемой скользящей температурой точки росы показана на рис. 4.8. Схемаобеспечивает два режима работы – летний и зимний. В зимнем режиме температура ивлажность воздуха в объекте постоянны, а в летнем – температура точки росы итемпература в объекте могут в заданных пределах изменяться, влажность воздуха вобъекте постоянна. Отсутствие охладителя в схеме исключает нормальную работупри очень высокой наружной температуре воздуха и высокой относительнойвлажности.
Регулятор,преобразователь которого установлен в потоке наружного воздуха, летом изменяетзаданные значения температуры точки росы и температуры воздуха в объекте.Смесительно-регулирующий воздушный клапан и калорифер предварительногоподогрева включены последовательно. Регулятор температуры воздуха в объектеуправляет подачей теплоносителя в калорифер. Возможно также применениерегулятора минимального ограничения (показано пунктиром на рис. 4.8, а).
/>
/>
/>
/>
/>
Рис. 4.8. –Схемы со скользящей температурой точки росы:
а – с камеройорошения; б – схема без камеры орошения; в – схема с регулятором влажностивоздуха в объекте; г – графики работы элементов установки: 1 – клапан свежеговоздуха; 2 – калорифер предварительного подогрева; 3 – байпас; д – схема спредварительным подогревом наружного воздуха.
Регуляторвлажности в этой схеме является минимальным ограничителем влажности в объекте.При увеличении относительной влажности воздуха по сравнению с заданнымзначением регулятор влажности включает через промежуточное реле водяной насосциркуляции воды в камере орошения.
Скользящийрежим без камеры орошения обеспечивает установка, схема которой показана нарис. 4.8, б. В зимний период обеспечивается постоянная температура в помещениипри минимальном ограничении температуры приточного воздуха. В летний периодтемпература воздуха изменяется в функции температуры наружного воздуха,регулятор температуры наружного воздуха автоматически изменяет заданиерегулятору объекта. Регулятор влажности воздуха в объекте является максимальнымограничителем. При превышении влажности в объекте относительно заданногозначения увеличивается подогрев воздуха в калорифере.
При прямомрегулировании влажности воздуха регулятор влажности, расположенныйнепосредственно в объекте, воздействует на регулирующие органы элементовустановки, влияющих на величину относительной влажности в объекте. Схема такойустановки показана на рис. 4.8, в. В этом случае температура и относительнаявлажность воздуха поддерживаются постоянными. Графики работы элементов показанына рис. 4.8, г.
/>
/>
/>
Рис. 4.9. –Схемы регулирования влажности воздуха:
а – прямоерегулирование влажности подмешиванием холодной воды в камере орошения; б –каскадная схема регулирования влажности воздуха; в – зависимость заданногозначения температуры точки росы от изменения относительной влажности воздуха вобъекте.
Другая схемапрямого регулирования влажности воздуха показана на рис. 4.8, д. Регулятортемпературы в объекте включает подогреватель воздуха тогда, когда температуравоздуха становится ниже заданного значения, и таким образом устраняетсяпоступление влажного воздуха.
Расположениекалорифера предварительного подогрева в канале наружного воздуха возможно взонах с мягкими климатическими условиями.
В схеме,приведенной на рис. 4.9, а, понижение температуры точки росы достигается подмешиваниемхолодной воды в камере орошения. Регулятор относительной влажности управляетклапаном калорифера второго подогрева воздуха. На рис. 4.9, б регуляторвлажности в объекте непрерывно изменяет задание регулятору температуры точкиросы и таким образом «следит» за относительной влажностью в объекте. Регулятортемпературы точки росы управляет работой калорифера предварительного подогревавоздуха (или охладителя) и воздушных смесительных клапанов.
Регулятортемпературы в объекте изменяет значение, заданное регулятору-ограничителю,который управляет работой калорифера второго порядка.
Диаграммыработы этой системы показаны на рис. 4.9, в.
/>
Рис. 4.10 –Структурная схема каскадной АСР температуры воздуха в помещении
/>
Рис. 4.11 –Структурная схема каскадной АСР влажности воздуха в помещении
/>
Рис. 4.12 –Структурная схема одноконтурной АСР температуры воды
/>
Рис. 4.13 –Переходный процесс регулирования по каналу «изменение температуры наружноговоздуха – изменение температуры в помещении».
/>
Рис. 4.13 –Переходный процесс регулирования по каналу «изменение влажности наружноговоздуха – изменение влажности в помещении».
/>
Рис. 4.14 –Переходный процесс регулирования по каналу «изменение соотношенияхолодная-рециркуляционная вода – изменение температуры воды».
5. Выбортехнических средств автоматизации.
5.1 Выбор иобоснование контролируемых технологических переменных
Поддержаниепостоянной температуры приточного воздуха
Управлениетемпературой приточного воздуха (регулирование температуры воздуха в канале)используется при подаче в помещение нагретого воздуха с постояннойтемпературой. Датчик температуры расположен в приточном воздуховоде.
Регулированиетемпературы в помещении
Регулированиетемпературы в помещении (постоянная температура в помещении, регулированиетемпературы вытяжного воздуха) используется для поддержания в помещениипостоянной температуры. Регулирование температуры в помещении применяется такжепри изменении температуры воздуха из-за сквозняков, нагрева оборудования и т.п. Температура приточного воздуха будет изменяться в зависимости отнеобходимости прогрева или охлаждения помещения. Вспомогательный датчиктемпературы расположен в приточном воздуховоде и управляет минимальной имаксимальной температурой приточного воздуха для того, чтобы в помещение непоступал переохлажденный или перегретый воздух. Главный датчик находится впомещении или в вытяжном воздуховоде (если необходимо определить среднеезначение температуры в нескольких комнатах).
Защита отзамерзания
Датчик защитыот замерзания в основном предназначен для предотвращения замерзаниятеплоносителя в водяном калорифере. При образовании льда медные трубки вкалорифере могут лопнуть с последующим нанесением ущерба в результате утечкиводы. Место расположения температурного датчика является особенно важным, т.к.он должен находиться в зоне наиболее низкой температуры нагревателя.
Компенсациянаружной температуры
В некоторыхслучаях необходимо, чтобы изменение наружной температуры вызывало определенноеизменение уставки температуры главного регулятора. Это означает, что еслинаружная температура переходит через определенное значение, то заданная уставкатемпературы должна постепенно возрастать.
В этом случаедатчик, контролирующий температуру наружного воздуха, подключается к главномурегулятору через отдельный блок. Такая компенсация может выполняться как летом,так и зимой. Компенсация в летний период означает, что если температуранаружного воздуха поднимется выше определенного значения, то значение уставкитемпературы тоже возрастет. Компенсация в зимний период года означает, чтозначение уставки температуры увеличится, если температура наружного воздухаопустится ниже определенного значения.
Влажностьвоздуха
Наиболееоптимальной считается относительная влажность воздуха в диапазоне от 30% до60%. Верхняя граница влажности составляет около 70%.
5.2 Выборсредств измерения температуры
Для измерениятемпературы приточного воздуха используется канальный датчик температурыTG-K3/Pt1000 производства фирмы «Regin»:
Диапазонизмерения__________________________-30…+70°С;
Погрешностьизмерения_______________________±0,5°С;
Инерционность_______________________________38с.
Для измерениятемпературы воздуха в помещении используется комнатный датчик температурыTG-R5/Pt1000 производства фирмы «Regin»:
Диапазонизмерения__________________________0…+50°С;
Погрешностьизмерения_______________________±0,5°С;
Для измерениятемпературы наружного (атмосферного) воздуха используется наружный датчиктемпературы TG-R6/Pt1000 производства фирмы «Regin»:
Диапазонизмерения__________________________-40…+60°С;
Погрешностьизмерения_______________________±0,5°С;
Для измерениятемпературы воды на выходе теплообменника используется накладной датчиктемпературы TG-А1/Pt1000 производства фирмы «Regin»:
Диапазонизмерения__________________________-40…+60°С;
Погрешностьизмерения_______________________±0,5°С;
5.3 Выборсредств измерения влажности
Для измерениявлажности в помещении используется комнатный преобразователь влажности HRT250производства фирмы «Regin»:
Диапазонизмерения__________________________0…100%;
Погрешностьизмерения_____________±2% (при влажности 0…90%);
±3% (при влажности 90…100%);
5.4 Выборэлектропривода заслонки наружного воздуха
Электрическиеприводы POLAR BEAR® разработаны специально для использования с воздушнымизаслонками, выполняющими защитные функции, и предназначены, например, длязащиты от замораживания и для гарантированного полного закрытия. Припоступлении управляющего сигнала привод перемещает заслонку в нормальноерабочее положение, постепенно натягивая встроенную пружину. При предусмотренном,либо аварийном отключении питания привода энергия пружины моментальноустанавливает заслонку в закрытое положение. Компактность и универсальныйадаптер, имеющий функцию ограничения угла вращения, наделяют приводмногофункциональными свойствами.
Техническиехарактеристики электропривода DA2.F:
Моментвращения_______________________________________16 Н*м
Площадьзаслонки_______________________________________3 м2
Времясрабатывания двигатель_________________________90 с
пружина________________________________________10с
Рабочеенапряжение______________________________________24 В
Частота_________________________________________________50Гц
Потребляемаямощность в рабочем положении_________________7 Вт
в конечныхположениях_________________________________0,6 Вт
Угол поворотарабочий__________________90°
ограниченныйдиапазон_______________________________0°…30°
________________________________60°…90°
Масса___________________________________________________2,9кг
Управляющий сигнал____________________________________0…10 В
Индикацияположения______________________________механическая,
5.5 Выборэлектропривода переточной заслонки и заслонки рециркуляционного воздуха
Дляуправления заслонками рециркуляции и перетока применяется электропривод DM1.1производства фирмы POLAR BEAR®.
Техническиехарактеристики электропривода DМ1.1:
Моментвращения_______________________________________16 Н.м
Площадьзаслонки_______________________________________3 м2
Времясрабатывания____________________________80…110 с
Рабочеенапряжение______________________________________24 В
Частота_________________________________________________50Гц
Потребляемаямощность в рабочем положении_________________4 Вт
в конечныхположениях_________________________________0,6 Вт
Угол поворотарабочий_________________________90°
ограниченныйдиапазон_______________________________5°…85°
Масса___________________________________________________1,1кг
Управляющий сигнал____________________________________0…10 В
Индикацияположения____________________механическая, с помощью указеля
Число цикловсрабатывания________________________________60 000
Уровеньшума_________________________________________45 дБ (А)
Классзащиты_____________________________________________II
Степеньзащиты___________________________________________IP 44
Температураэксплуатации_______________________-20…+50°C
Относительнаявлажность окружающей среды__________________5…95 %
5.6 Выборконтроллера
CORRIGO С30 –это новый контроллер, легкий в использовании и эксплуатации. Он разработан дляиспользования в системах управления центральным кондиционированием воздуха.Контроллер имеет дисплей и встроенный индикатор на передней панели длясигнализации; управление контроллера — посредством кнопок.
Контроллерразработан для крепления на DIN-рейку в шкаф или на шкаф.
Необходимыефункции выбираются с помощью текстовых меню или значением кода конфигурациименю в зависимости от типа используемого приложения.
У контроллераесть годовые часы и автоматический переключатель лето/зима.
Система менюпозволяет работать пользователям с различными уровнями доступа, показываетуставки и позволяет их изменять, в зависимости от степени доступа. Это сделанодля предотвращения неквалифицированного обращения с контроллером, т.е. нанижнем пользовательском уровне невозможно ввести некорректные уставки припросмотре текущего состояния, значений параметров, аварий и т.д. При нормальнойработе, без нажатия каких-либо кнопок, дисплей сам показывает наиболее важныепоказатели, такие как установленные/текущие значения, логическое управлениевыходами, время/дата и т.д.
AI Аналоговыевходы
У контроллераC30 шесть аналоговых входов AI3...AI8. Входы AI3, AI4 предназначены дляиспользования преобразователей влажности с выходным сигналом 0...10В. ВходыAI5…I8 предназначены для использования датчиков температуры типа Pt1000.
AI3 Комнатныйпреобразователь влажности HRT
AI4 Канальныйпреобразователь влажности HRT250
AI5 Датчиктемпературы наружного воздуха TG-R6/Pt1000
AI6 Датчиктемпературы приточного воздуха TG-K3/Pt1000
AI7 Датчиктемпературы воздуха в помещении TG- R5/Pt1000
AI8 Датчиктемпературы обратной воды TG-А1/Pt1000.
Цифровые входы DI
У контроллераС30 десять цифровых входов АI1… АI2 и DI1…DI8 для активизации соответствующихфункций и мониторинга аварий.
Эти входыдолжны быть присоединены только к потенциально свободным закрывающимся реле.
АI1 Контрольработы приточного вентилятора или реле давления.
АI2 Контрольработы вытяжного вентилятора или реле давления.
DI1 Контрользагрязненности фильтра.
DI2 Контрольциркуляционного насоса, контур нагревателя.
DI3 Аварийныйвход чиллера (чиллеров).
DI4 Контрольвращения роторного рекуператора.
Контрольобледенения на теплообменнике.
DI5 Пожарнаятревога.
DI6 Внешняяавария. Внешние переключатели не в положении “Auto”.
DI7 Кнопкаили таймер для задержки выключения (для одной скорости) /
Задержкавыключения работы для двухскоростных систем вентиляции.
DI8 Кнопкаили таймер для задержки выключения на низкой скорости (для
двухскоростныхсистем).
Аналоговые выходы AO
У контроллераС30 три аналоговых выхода, AO1...AO3. Выходы имеют сигнал 0...10 V DC, 5 mA изащищены от короткого замыкания.
АО1 Y1 –охлаждение, нагрев или заслонка.
АО2 Y2 –нагрев, пластинчатый теплообменник, роторный рекуператор, тепловой насос,охлаждение или заслонка.
АО3 Y3 –нагрев или охлаждение.
АО6Увлажнение/осушение.
Цифровые выходы DO
У контроллераС30 семь дискретных выходов, DO1...DO7. Выходы имеют сигнал 0...10 V DC, 5 mA изащищены от короткого замыкания.
DO1Управление приточным вентилятором.
Высокаяскорость приточного вентилятора для двухскоростных систем.
DO2Управление вытяжным вентилятором.
Высокаяскорость вытяжного вентилятора для двухскоростных систем.
DO3Управление циркуляционным насосом.
Блокировкаэлектрического нагрева.
DO4Управление компрессором 1 (DX-охлаждение).
Низкаяскорость приточного вентилятора для двухскоростных систем.
DO5Управление компрессором 2 (DX-охлаждение).
Низкаяскорость вытяжного вентилятора для двухскоростных систем.
DO6Управление внешней защиты от обмерзания.
Срабатываниепротивопожарной заслонки.
DO7 Аварийныйвыход.
/>
Рис.5.1Пример системы управления с контроллером серии С30
Функцииконтроля С30
Прикладное управление температурой воздуха
Датчиктемпературы приточного воздуха(AI3) управляет последовательностью длядостижения установленной температуры.
/>
Управление воздухом с компенсацией внешней температуры
Датчиктемпературы приточного воздуха(AI3) управляет последовательностью длядостижения заданной температуры. Задатчик компенсирован, учитывая сенсорвнешней температуры (AI1). Параметры, установленные в меню «Установки», в менюдля внешней компенсации, становятся доступными, когда выбор сделан.
Компенсациявнешней температуры может быть установлена с помощью двух начальных двухконечных позиций, см. раздел «Установки».
/>
Управлениетемпературой в помещении с каскадным контролем температуры воздуха
Датчиктемпературы приточного воздуха (AI3) управляет последовательностью, поэтомузадатчик достигается, так же как и управление воздухом.
Датчиктемпературы Приточного воздуха (AI3) управляет последовательностью, так чтозадатчик достигается точно так же, как и контроль приточного воздуха. Задатчикдля приточной температуры определяется Датчиком Комнатной температуры (AI2),который при необходимости нагревания увеличивает задатчик для приточноговоздуха в соответствие с установленными параметрами или, при необходимостиохлаждения понижает задатчик.
Каскадныйфактор (насколько задатчик температуры помещения должен быть изменен(поградусно)) устанавливается в «Установках», см. соответствующий выбор.
ПРИМЕЧАНИЕ:каскадное управление является PI-управлением с устанавливаемым I-временем (фабричныеустановки 10 минут) и работает с установками между установленным минимальным имаксимальным ограничением.
(Текущаяустановка температуры помещения отражена в меню каскадного фактора).
/>
Управлениетемпературой в помещении с мин/макс ограничением температуры приточноговоздуха.
Датчикуправления температурой Room (AI2) управляет последовательностью для достиженияустановленных параметров. Температура поддерживается этим датчиком сограничением минимального и максимального значений.
/>
Управлениетемпературой в помещении без датчика приточного воздуха.
Датчиктемпературы Room (AI2) управляет последовательностью для достижения значенийустановок.
/>
Управлениетемпературой воздуха с компенсацией внешней температуры или управлениетемпературой помещения с мин/макс ограничениями. Переключатель, зависимый отвнешней температуры.
Датчиквнешней температуры управляет переключением между управлением воздухом (зима) иуправлением в помещении (лето).
Датчикприточного воздуха (AI3) управляет последовательностью для достижения установленныхпараметров. Установки – внешняя температура компенсируется датчиком внешнейтемпературы (AI1). Параметры устанавливаются в меню «Установки».
Датчик впомещении (AI2) управляет последовательностью для достижения установленныхпараметров. Температура может быть макс/мин лимитирована. Параметрыустанавливаются в меню «Установки».
/>
Выборрегулирующего органа и исполнительного механизма
Необходимаямощность для подогрева приточного воздуха в зимний период составляет 381 кВт;для охлаждения в летний период – 123 кВт. Разность температур теплоносителя80…60°С,хладоносителя 7…12°С. Расход теплоносителя составляет:
/>
хладоносителя:
/>
В качестверегулирующего органа на подаче теплоносителя применен трехходовой клапан типаNMTR производства фирмы Regin. Подбор клапана производится при условии перепададавления на нем не выше 20 кПа. Подбор производится по диаграмме, изображеннойна рис.6.1.
/>
Рис. 6.1Диаграмма подбора трехходового клапана типа NMTR
В качестверегулирующего органа на подаче хладоносителя применен трехходовой клапан типаBGTR производства фирмы Regin. Подбор клапана производится при условии перепададавления на нем не выше 20 кПа. Подбор производится по диаграмме, изображеннойна рис. 6.2.
/>
Рис. 6.2.Диаграмма подбора трехходового клапана типа BGTR
На подачетеплоносителя установлен трехходовой клапан NMTR50-39 (рис. 5) с условнымпроходом DN=50мм и условной пропускной способностью Кv=39 м3/ч. На подачехладоносителя установлен трехходовой клапан BGTR65-63 (рис. 6) с условнымпроходом DN=65 мм и условной пропускной способностью Кv=63м3/ч.
В качествеисполнительного механизма на клапане теплоносителя применен электроприводAQM24-1R (рис.7) производства фирмы Regin. Технические характеристикиэлектропривода AQM24-1R:
Напряжениепитания______________________________________24 В.
Частота_________________________________________________50Гц.
Управляющийсигнал________________________________0…10 В.
Потребляемаямощность__________________________________6 Вт.
Длинаштока_______________________________________20 мм.
Время ходаштока_________________________________10 с/мм.
Фактическоеусилие____________________________________500 Н.
В качествеисполнительного механизма на клапане хладоносителя применен электроприводAV24-MFT (рис.8) производства фирмы Belimo. Технические характеристикиэлектропривода AV24-MFT:
Напряжениепитания____________________________________24 В.
Частота________________________________________________50Гц.
Управляющийсигнал___________________________________0…10 В.
Потребляемаямощность___________________________________6 Вт.
Длинаштока____________________________________________50 мм.
Время ходаштока________________________________________3 с/мм.
Фактическоеусилие_____________________________________2000 Н.
/>
Рис. 6.3Трехходовой регулирующий клапан NMTR50-39
А=160 мм
В1=100 мм
В2=73 мм
С=G 2”
D=126 мм
Масса – 5,0кг.
/>
Рис. 6.4Трехходовой регулирующий клапан BGTR65-63
А=260 мм
В1=170 мм
В2=190 мм
С=185 мм
D=200 мм
Масса – 23кг.
/>
Рис. 6.5Электропривод AQM24-1R
/>
Рис. 6.6 ЭлектроприводAV24-MFT
8.Технико-экономическое обоснование
8.1 Введение
Автоматизированныесистемы кондиционирования приводят, в конечном счете, к экономии потребляемойэлектроэнергии. Это происходит за счет равномерного потребления. В нашем случаеэкономия электроэнергии оценивается в 5% от годового потребления.Предполагается, что экономия электроэнергии покроет затраты на приобретение иустановку АСУ.
8.2 Расчеткапитальных вложений, необходимых для реализации проекта.
Табл. 8.1 — Расчет капитальных вложений
Оборудование и затраты Кол.-во
Цена за ед.,
грн. Общая стоимость, грн. 1. Контроллер “Corrigo-C30” 1 4947.6 4947.6 2. Трехходовой регулирующий клапан NMTR50-39 2 1407.4 2814.8 3. Трехходовой регулирующий клапан BGTR65-63 1 3087.6 3087.6 4. Электропривод AQM24-1R 2 1686.4 3372.8 5. Электропривод AV24-MFT 1 6280.6 6280.6 6. Канальный датчик температуры TG-K3/Pt1000 1 198.4 198.4 7. Комнатный датчик температуры TG-R5/Pt1000 1 204.6 204.6 8. Наружный датчик температуры TG-R6/Pt1000 1 285.2 285.2 9. Накладной датчик температуры TG-А1/Pt1000 1 161.2 161.2 10. Комнатный преобразователь влажности HRT 1 1227.6 1227.6 11. Канальный преобразователь влажности НDТ 3200 1 1159.4 1159.4 12. Капиллярный термостат ТС3 1 83.7 83.7 13. Дифференциальный датчик давления DPS500 3 272.8 818.4 14. Электропривод DA2.F 1 1277.2 1277.2 15. Электропривод DМ1.1 2 923.8 1847.6 16. Щит управления и питания 1 5580 5580 17. Монтаж оборудования 1 8336.7 8336.7 18. Пусконаладочные работы 1 1667.4 1667.3 19. Непредвиденные расходы 1 3334.7 3334.7 20. Накладные расходы 1 2667.7 2667.7
Итого:49353.1 грн.
8.3 Расчетгодовых эксплуатационных расходов, связанных с эксплуатацией АСУ
Для того,чтобы АСУ выполняла свои функции, необходимы расходы по содержанию иэксплуатации АСУ. В нашем случае такие годовые расходы определяются следующимобразом:
/>, (8.1)
где /> — амортизация, /> — затраты наремонт, />-зарплата, />-затраты на электроэнергию, /> — прочие затраты.
Амортизацияопределяется по формуле
/> />, (8.2)
где /> — нормаамортизации, составляющая 25%, /> — общая стоимость АСУ.
Ремонтныезатраты составляют
/> />, (8.3)
Затраты на заработную плату составляют
/> />, (8.4)
где /> — численностьпо штату, />/> — заработнаяплата с начислениями одного человека.
Затраты на электроэнергию определятся по формуле
/> /> (8.5)
Прочиезатраты составляют
/> /> (8.6)
8.4 Расчетэкономии электроэнергии
Экономияэлектроэнергии составляет
/>,
где
/>/>
— годоваяпотребляемая электроэнергия,
/> -потребляемая мощность,
/> — число часовработы кондиционера за год;
/> — коэффициентзагрузки электродвигателя;
/> — коэффициентодновременного включения.
9. Техникабезопасности
Здоровье,работоспособность, да и просто самочувствие человека в значительной степениопределяются условиями микроклимата и воздушной среды в жилых и общественныхпомещениях, где он проводит значительную часть своего времени.
По меренасыщения зданий современными отопительно-вентиляционными системами,осветительной техникой и разнообразным электробытовым оборудованием все болееочевидным становится выражение: «Дом – это машина для жилья».
Если говоритьо физиологическом воздействии на человека окружающего воздуха, то следуетнапомнить, что человек в сутки потребляет около 3 кг пищи и 15 кг воздуха. Чтоэто за воздух, какова его свежесть и чистота, душно, жарко или холодно человекув помещении, во многом зависит от инженерных систем, специально предназначенныхдля обеспечения воздушного комфорта.
Средиинженерных систем здания можно выделить: систему вентиляции, систему отопления(либо комбинированную отопительно-вентиляционную систему) и системукондиционирования воздуха (СКВ). Воздушное отопление, совмещенное свентиляцией, создает в помещении вполне удовлетворительный микроклимат иобеспечивает благоприятные условия воздушной среды. СКВ представляет собойсистему более высокого порядка (с большими возможностями). Принципиальноепреимущество состоит в том, что, помимо выполнения задач вентиляции иотопления, СКВ позволяет создать благоприятный микроклимат (комфортный уровеньтемператур) в летний, жаркий период года, благодаря использованию в своемсоставе фреоновой холодильной машины.
Такимобразом, подготовка воздуха в СКВ может включать его охлаждение, нагрев,увлажнение или осушку, очистку (фильтрацию, ионизацию и т.п.), причем системапозволяет поддерживать в помещении заданные кондиции воздуха независимо отуровня и колебаний метеорологических параметров наружного (атмосферного)воздуха, а также переменных поступлений в помещение тепла и влаги.
9.1Определение параметров внешнего воздуха и оптимальных микроклиматическихусловий
Расчетныепараметры внешнего воздуха определяются климатическими условиями местности, вкоторой будет работать СКВ, и ее назначением. Расчет принято вести попараметрам, определяемым следующим образом:
— дляхолодного времени года – средняя температура наиболее холодной пятидневки иэнтальпия воздуха, соответствующая этой температуре и средней относительнойвлажности наиболее холодного месяца в 13 ч;
— для теплоговремени года – температура воздуха, наиболее высокое значение которойнаблюдается в данном пункте на протяжении 220 ч, и соответствующая энтальпиявоздуха (в среднем по многолетним наблюдениям).
Для г. Одессыпараметры внешнего воздуха приведены в табл. 9.1.
Таблица 9.1период года температура энтальпия влагосодержание относительная влажность холодный и переходный — 15 — 3,1 16,4 68,0 теплый 30,5 14,5 11,7 41,5
Системыкондиционирования воздуха комфортного назначения рассчитываются на поддержаниепараметров воздуха в кондиционируемых помещениях, оптимальных для самочувствиялюдей, находящихся в них. Параметры определяются условиями тепло- ивлагообмена, которые в свою очередь зависят от состояния здоровья человека,характера выполняемой им работы, нервного напряжения, одежды, а также оттемпературы, влажности, скорости движения окружающего воздуха и другихфакторов. Учет всех перечисленных условий для каждого конкретного случая весьмагромоздок. Значения оптимальных параметров воздуха для различныхпроизводственных, общественных и жилых помещений регламентированысоответствующими нормами.
В табл. 9.2приведены параметры внешнего воздуха для легких условий.
Табл. 9.2 — параметры внешнего воздуха для легких условийпериод года температура энтальпия влагосодержание относительная влажность холодный и переходный 20 13,7 14,7 30 теплый 22 15,3 16,6 30
Подачу СКВнеобходимо рассчитывать отдельно для теплого, переходного и холодного периодовгода.
Для каждогоиз периодов согласно инструкциям производят расчеты по излишкам явной теплоты,по излишкам влаги, по излишкам полной теплоты и по количеству выделяющихсявредных веществ. Для упрощения расчета параметры удаляемого воздуха –температура, влагосодержание, энтальпия и концентрация вредных веществ –принимаются равными соответствующим параметрам воздуха в помещении.
9.2 Расчет поизлишкам явной теплоты
Количествовоздуха, удаляемого из помещения, />,
/>, (9.1),
где /> — излишек явнойтеплоты в помещении, />;
/>, (9.2),
/> — явнаятеплота, выделяемая организмами людей, находящихся в помещении;
/>=/>=/>=0 — теплота отсолнечной радиации (инсоляции), работающих электродвигателей и источниковосвещения соответственно;
/>, /> - температураудаляемого и приточного воздуха соответственно, />.
Явнаятеплота, выделяемая организмами людей, />,
/>, (9.3),
где /> — количествоявной теплоты, выделяемой одним человеком в спокойном состоянии:
при />= 20/>/>= 85 />, />/>;
при />= 22/>/>= 70 />, />/>.
Такимобразом, для холодного и переходного периодов года количество удаляемоговоздуха составляет
/>/>
Для теплогопериода
/> />
9.3 Расчет поизлишкам влаги
Количествовоздуха, удаляемого из помещения, />,
/>, (9.4)
где /> — излишек влагив помещении, />;
/>, (9.5)
/> — количестволюдей, находящихся в помещении; /> — количество влаги, выделяемойодним человеком (в спокойном состоянии):
при />= 20/>/>=75 />;
при />= 22/>/>=100 />;
/>, />-влагосодержание удаляемого и приточного воздуха соответственно, />.
Такимобразом, для холодного и переходного периодов года количество удаляемоговоздуха составляет
/> />
Для теплогопериода
/> />
9.4 Расчет поизлишкам полной теплоты
Количествовоздуха, удаляемого из помещения, />,
/>, (9.6)
где /> — излишекполной теплоты в помещении, />;
/>, (9.7)
/> — явнаятеплота, выделяемая организмами людей, находящихся в помещении;
/>=/>=/>=0 — теплота отсолнечной радиации (инсоляции), работающих электродвигателей и источниковосвещения соответственно;
/>, /> - энтальпияудаляемого и приточного воздуха соответственно.
Полнаятеплота, выделяемая организмами людей, />,
/>, (9.8),
где /> — количествополной теплоты, выделяемой одним человеком в спокойном состоянии:
при />= 20/>/>= 130/>;
при />= 22/>/>= 125 />.
Такимобразом, для холодного и переходного периодов года количество удаляемоговоздуха составляет
/> />
Для теплогопериода
/> />
9.5Определение категории помещения по пожарной опасности и расчет установокпожаротушения
Согласно [7]здание относится к категории Д (в помещении находятся материалы в холодномсостоянии, кабельные электропроводки и оборудование, отдельные предметымебели). Исходя из этого, расчетная масса комбинированногоуглекислотно-хладонового состава (УХС) для объемного пожаротушения определяетсяпо формуле
/> />, (9.9)
где /> - коэффициенткомпенсации не учитываемых потерь УХС, для помещений с дверными и оконнымипроемами принимается />=1.2;
/> - нормативнаямассовая огнетушащая концентрация УХС, при времени заполнения помещения, равном60 />, принимается/>= 0.4 />;
/> — объемзащищаемого помещения, />.
Расчетноечисло баллонов /> определяется из расчетавместимости в 40-литровый баллон 25 />УХС: />
Внутреннийдиаметр магистрального трубопровода определяется по формуле
/> />, (9.10)
где />=12 — диаметрсифонной трубки баллона, />; />=245 — число одновременноразрежаемых баллонов.
Эквивалентнаядлина магистрального трубопровода определяется по формуле
/>/>, (9.11)
где /> — коэффициентувеличения длины трубопровода для компенсации не учитываемых местных потерь,принимается />=1.05; />=120- длина трубопровода по проекту, />.
Площадьсечения выходного отверстия оросителя /> определяется по формуле
/>, />, (9.12)
где /> - площадьсечения магистрального трубопровода, />; />20 — число оросителей.
Расход УХС />, />длятрубопровода диаметром 35 /> определяется в зависимости отэквивалентной длины; при /> = 120/>и />= 4.4 />.
Удельныйрасход УХС составляет:
/>/> (9.13)
Площадьсечения трубопровода:
/> (9.14)
Расход УХСсоставляет
/>/> (9.15)
Расчетноевремя подачи УХС:
/>,
где /> — расчетнаямасса УХС, />;/> — расходУХС, />.
Массаосновного состава запаса УХС определяется по формуле
/>/>, (9.16)
где /> — коэффициент,учитывающий остаток УХС в баллонах и трубопроводах, принимается />