Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования. Автоматика вентиляции и кондиционирования

Автоматическое управление вентиляционными системами оптимизирует их работу. Особенное значение автоматика для вентиляции имеет при возведении больших зданий. Здесь вентиляционные конструкции расположены на больших площадях, и проконтролировать в ручном режиме работу всего оборудования проблематично. Важно правильно настроить автоматическую систему. Это будет гарантией её качественной работы и облегчит управление приборами.

• Показать всё

  Основные задачи автоматики

  Конструкция современных систем вентиляции устроена достаточно сложно. Она состоит из множества приборов, каждый из которых имеет своё назначение в обеспечении функционирования системы. Чтобы работа приборов была качественной, её нужно контролировать, добиваясь согласования действий всех агрегатов. Для этого и создана автоматика . Она значительно облегчает работу с системой и обеспечивает слаженную работу приборов без непосредственного участия человека.

  Контроль над работой механизмов осуществляется установленными на них специальными датчиками. Это позволяет оператору управлять системой удалённо с единого центра, не контактируя с каждым прибором непосредственно.

  Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования

  Комплекс датчиков собирает информацию с вентиляционных механизмов и передаёт её на монитор центра управления. Здесь она анализируется специалистом, после чего в случае серьёзных неполадок производится коррекция рабочего процесса.

  Если необходимо, система самостоятельно может осуществлять подключение дополнительных агрегатов и контрольных приборов для оптимизации рабочего режима. Это может понадобиться при изменениях погоды, что может привести к повышенной нагрузке на механизмы, из-за чего последние могут выйти из строя.

  При аварийной ситуации автоматика сама отключит приборы от электропитания.

  Автоматика системы вентиляции оптимизирует работу комплекса, уменьшает количество обслуживающего персонала до 1-2 человек. Благодаря этому снижаются расходы на оплату труда дополнительных работников.

  

  Режим работы

  Центром управления приточной вентиляции является щитовая. Щит обеспечивает три режима её функциональности:

  • ручной;
  • автоматический автономный;
  • автоматический.

  Первый вариант подразумевает ручной контроль над системой. Осуществляется он оператором, дежурящим в щитовой.

  Во втором случае запуск и остановка вентиляции, а также передача функциональных данных осуществляется независимо от показаний, собранных от смежных инженерных систем. Сведения о работе получает диспетчер.

  В полностью автоматическом режимевентиляция включена в общее автоматизированное управление, которое синхронизирует все функции, отвечающие за жизнеобеспечение здания, его системную автоматизацию диспетчеризацию.

  

  Узлы системы

  Устанавливать подобные системы непросто, поэтому настройкой центра автоматики должны заниматься только опытные специалисты. Автоматическая вентиляция разделяется на узлы управления:

  • сенсорными датчиками;
  • регуляторами;
  • исполнительной механикой.

  

  Сенсорные датчики

  Первая группа приборов занимается сбором информации об окружающей среде - температуре, давлении, уровне влажности и т. п. , а также о состоянии вентиляционных агрегатов. Собранные датчиками данные поступают в центр управления для анализа.

  Информация собирается прессостатами, термостатами и гигростатами. Эти элементы контроля устанавливаются в узловых точках системы и при достижении заданных программой рабочих параметров приборов или окружающей среды соединяют или разъединяют контакты, запуская или останавливая механизмы. Таким образом, поддерживается оптимальный режим температуры и влажности воздуха внутри канала или помещения.

  Параметры контролируются датчиками, фиксирующими влажность, температуру, давление и уровень углекислого газа.

  Регуляторы оборотов и частотные преобразователи

  Вторая группа приборов обрабатывает полученные сведения. Сравнивая показания сенсоров между собой и с заложенными в программе управления нормами, они корректируют работу системы отключением или подключением соответствующих функций, что обеспечивают исполнительные механизмы.

  Корректировка рабочих функций происходит с помощью регуляторов оборотов и частотных преобразователей. Регуляторы оборотов устанавливаются для обслуживания вентиляторов и могут контролировать как один, так и целую их группу. При установке этого узла контроля нужно помнить, что сила тока, проходящая через корректирующий агрегат, не должна в сумме быть больше допустимой для него. Поэтому, выбирая регулятор, нужно обязательно учитывать, на какую максимальную силу тока он спроектирован.

  
  

  С помощью частотных преобразователей проводятся безопасные запуски двигателей, мощность которых при этом не ограничена. Но самая важная функция преобразователей - регулировка скорости вращения двигателя с помощью изменяющихся частот напряжения питания. Это обеспечивает плавную регулировку скоростного режима, не влияя на механические характеристики. Процесс такой регулировки вызывает минимальную потерю мощности.

  Такие преимущества частотных преобразователей, несмотря на их высокую стоимость, делают их всё более популярными.

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

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

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

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

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

Рис. 8.5.

а - технологическая схема СККВ; б - процессы обработки воздуха

в /-б диаграмме

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

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

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

Рис. 8.6.

кондиционирования воздуха

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

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

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

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

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

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

Рис. 8.7.

процесса кондиционирования воздуха

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

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

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

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

Принципиальную схему системы автоматизации вентиляции, как правило, разрабатывают на стадии проектирования инженерных комплексов здания, в это же время решается вопрос о предпочтительном режиме управления (полуавтоматический или автоматический). Шкафы управления должны монтироваться в максимально доступном месте для того, чтобы при необходимости легко контролировать оборудование и выполнять его регулярное сервисное обслуживание.

Автоматическое управление позволяет:

• Регулировать интенсивность работы вентиляторов;
• Вовремя предотвращать замерзание водяного калорифера;
• Поддерживать оптимальную температуру воздуха и прочие показатели, влияющие на жизнедеятельность.

Понятие автоматизации

Автоматику вентиляции обеспечивают установленные в здании специальные шкафы, отвечающие за автоматическое управление всем имеющимся вентиляционным и климатическим оборудованием. Автоматизацию можно провести на любых объектах, вентиляционные системы которых являются усложненными схемами или комплексами средней сложности. Современные автоматизационные элементы выполняют одновременно несколько функций, а владелец за счет этого ограждается от неизбежных (в том случае, когда нет единого управления) сбоев системы.

Причины востребованности автоматизированных вентиляционных систем

Вентиляционные системы, в большинстве случаев, представляют собой сложные сочетания инженерного оборудования, предназначенного для обеспечения эффективного воздухообмена. Ручное управление здесь не рационально, так как постоянно меняются показатели давления, влажности и температуры в зависимости от времени года, климатический условий, изменяется количество удаляемого и поступающего воздуха. Идеальным решением будет полная автоматизация вентиляции и систем кондиционирования.

Необходимое оборудование

Основные элементы, благодаря которым обеспечивается автоматизация вентиляции :

• Регуляторы – ключевые составляющие, именно они координируют деятельность исполнительных механизмов на основе показателей имеющихся датчиков;
• Датчики – составные части, на основе которых и образуется система автоматики, они предоставляют информацию о текущем состоянии подконтрольного объекта. Датчики обеспечивают обратную связь по каждому отдельному параметру – влажность, температура, давление и пр. В качестве критериев для выбора датчиков выступают условия эксплуатации, требуемая точность замеров, диапазон показателей.
• Исполнительные механизмы – электрические, гидравлические, механические исполнительные устройства.

Преимущества использования автоматизированных вентиляционных систем:

• Заметная экономия электроэнергии (расходы уменьшаются примерно на 20%);
• Дистанционное управление и регулировка работы элементов системы;
• Индикация необходимых параметров функционирования системы;
• Возможность регулирования климатических характеристик воздуха в помещениях;
• Отслеживание интенсивности загрязнения фильтров, обеспечивающее своевременное сервисное обслуживание;
• Контроль эффективности оборудования, защита от переохлаждения, перегрева элементов системы.

На сегодняшний день автоматизацию вентиляции проводят не только на промышленных объектах, она актуальна и для большинства жилых, общественно-бытовых зданий. Основная ее задача – обеспечение максимально комфортного воздушного пространства в помещении.

Системы с автоматизированных управлением помогают провести оптимизацию работы вентиляционных систем. Особенно это важно в больших зданиях или на крупных предприятиях, где вентиляционная конструкция занимает довольно обширную территорию, и уследить за работой всех приборов бывает сложно. Оборудование применяется как на объектах, связанных с производством и промышленностью, так и в общественных зданиях — торговых центрах, местах отдыха, спортивных комплексах. Правильная настройка автоматики вентиляции гарантирует бесперебойную работу и удобное управление всей системой.

Назначение автоматических систем

Современные системы, предназначенные для осуществления вентилирования, являются довольно сложными, поскольку включают в себя множество разнообразных приборов со своими функциями и особенностями. Их качественная работа возможна только при осуществлении слаженных действий, которые нужно как-то контролировать. Разобраться в этом помогает схема автоматики вентиляции, которая предназначена для облегчения работы со всеми приборами, включенными в систему. Специальные датчики и механизмы помогают полноценно осуществлять контроль и отдавать различные команды без необходимости пересекать всю территорию предприятия, чтобы проделать какую-то операцию с прибором. Грамотно проведенная система способствует решению следующих вопросов:

• Отслеживает показатели и контролирует состояние комплекса. На монитор выводятся все необходимые данные, которые видит оператор, и может по ним сделать вывод о текущем положении дел. Кроме того, если произойдут какие-то неполадки, система сразу же подаст тревожный сигнал, оповещающий о том, что нужно решить проблему. А следя за показателями, можно увидеть возможные предвестники проблемы, на основе изменившихся данных, и предотвратить серьезные поломки, сразу вмешавшись в работу конструкции.
• Анализ данных каждого устройства может проводиться автоматически. Система сама собирает показатели, считывая их на протяжении определенного времени, а затем анализируя и сравнивая с нормой. В соответствии с полученными показаниями, автоматическое управление подает ту или иную команду или сигнал.
• Переключение режимов. Автоматика может подключать либо выключать доп. установки, приборы и функции, это зависит от времени суток, степени нагрузки или погодных условий, обеспечивая создание оптимального режима работы.
• В случае замыкания либо возникновения другой аварийной ситуации, система сама отключит оборудование от электросети, предотвращая более серьезные повреждения или даже возгорание приборов.

Наличие автоматического управления позволяет значительно оптимизировать работу всей техники, в итоге для обслуживания потребуются только 1-2 оператора, а не целый отдел персонала. Использование современных технологий позволяет снизить количество требуемых работников и, соответственно, сократить расходы, поэтому это подходящий вариант для коммерческих организаций.

Основные узлы системы

Проектирование подобных систем является сложным делом, требующим определенных знаний и навыков, поэтому шкаф автоматики вентиляции должен настраивать специалист, который в этом разбирается. Чтобы работать с приборами, нужно знать назначение каждого узла, особенности его работы и взаимодействия с другими элементами. Нужно иметь опыт работы с различными аппаратами и техникой от разных производителей. Именно поэтому выполнять всю работу должны профессионалы, которые имеют необходимые знания и опыт.

Современные щиты автоматики для систем вентиляции включают в себя довольно много различного оборудования. Все приборы, которые каким-либо образом задействованы в создании системы управления, можно разделить на три группы:

• Сенсорные датчики. Эти устройства собирают всевозможную информацию о состоянии системы, считывая уровень влажности, температуры, давления и прочие важные показатели. Они подают электрический сигнал, который поступает дальше в систему.
• Регуляторы и контроллеры. Эти приспособления отвечают за дальнейший анализ полученных данных. Они сравнивают информацию между собой, а также с установленными нормами, проводят логический анализ и на его основе подают какие-либо команды в систему, включая или отключая определенные функции.
• Исполнительная механика. Эти детали обеспечивают выполнение полученных команд, заставляя приборы исполнять определенные функции и действия.

Возможности и преимущества системы

Что может делать автоматическая система контроля? Минимальный набор доступных функций включает следующие пункты:

• Контроль за вращением вентиляторов и их частотой, а также регулировка этого процесса.
• Отслеживание температуры воды и предотвращение замерзания.
• Контроль состояния воздуха и управление системой на основании изучения параметров микроклимата.
• Индикация состояния фильтров и сигнализирование о необходимости их очищения.
• Перевод отдельных частей системы в неактивный режим.
• Защита техники от коротких замыканий и других неполадок.

Развитие техники позволяет создавать сложные схемы и системы, поэтому многие современные конструкции уже планируются с учетом таких факторов и никак не могут обойтись без автоматического управления. Если на предприятии или в организации используется самое современное вентиляционное оборудование, то, скорее всего, оно предполагает и наличие автоматического управления, и схемы уже заранее рассчитаны на установку таких приборов.

Впрочем, использование техники действительно имеет значительные преимущества. Машина способна быстро анализировать огромное число информационных потоков и проводить сразу множество операций, на что человеческий мозг просто не рассчитан. Поэтому такая система работает гораздо эффективней, чем даже целый отдел из человеческого персонала. Кроме того, технике не нужны выходные, перерыв на сон и на обед, она в любое время остается на своем посту и следит за системой вентиляции. Использование автоматики позволяет исключить возможные ошибки из-за влияния человеческого фактора.