Сегодня системы вентиляции и кондиционирования присутствуют во всех вновь строящихся здания. Их закладывают на стадии разработки проектов, потому что они обеспечивают: вентиляция – отток загрязненного воздуха и подачу свежего, кондиционирование – обеспечивает комфортные условия нахождения людей в помещениях, а именно приводит влажность и температуру к нормальным показателям. Так как обе системы достаточно сложные, то для них разрабатывается автоматизация, которая следит за параметрами их работы. В этой статье разберемся, что собой представляет автоматизация систем кондиционирования и вентиляции.

Зачем нужна

Во-первых, надо отметить, что нормальными условиями внутри помещения считаются:

температура +20-24С;
влажность – 40-65%;
скорость перемещения воздуха – 1 м/с.

Чтобы контролировать эти параметры, необходимо тщательно просчитать и собрать автоматизацию систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. При этом проектом определяются сразу места их установки и функциональное назначение. Очень часто в зданиях с большими габаритами и множеством помещений применяется система кондиционирования, которая включает в себя несколько подсистем. И, как показывает практика, все подсистемы работают в индивидуальном режиме. Чтобы за всеми ими проследить, и производится установка автоматики системы кондиционирования.

Необходимо понимать, что система кондиционирования и вентиляции достаточно затратна в плане потребления электроэнергии. Поэтому очень важно правильно настроить автоматику, обеспечивающую контроль над кондиционерами и вентиляторами. И если с последними проблем не возникает, потому что их настраивают на определенную скорость вращения, которая практически все время будет постоянной, то у кондиционеров настройка более сложная.

Ведь их работа в основном зависит от влажности и температуры воздуха внутри помещений. А эти две величины непостоянные. А значит, автоматику придется настраивать так, чтобы она в первую очередь контролировала эти два параметра, а затем передавала сигнал на кондиционеры. И они будут по мощности работать то с увеличением, то со снижением. И здесь настройку можно сделать так, чтобы и внутри помещений условия были нормальными, и потребляемая мощность кондиционеров не была максимальной.

За это отвечает диспетчеризация систем вентиляции и кондиционирования. А именно несколько приборов, которые обрабатывают данные и передают их на оборудование. При этом выдерживается строго последовательность алгоритмов, которые программируются индивидуально для каждого вида оборудования.

Автоматизация вентиляции и кондиционирования

Существуют три вида систем автоматизации вентиляции и кондиционирования: частичная, комплексная и полная. Чаще всего используют две первые. Сама автоматика состоит из нескольких блоков, контролирующих разные процессы:

датчики или, как их называют специалисты, первичные преобразователи;
вторичные;
регуляторы автоматические;
исполнительные механизмы, в некоторых схемах применяются регулирующие приборы;
электротехническая аппаратура, с помощью которой регулируются электроприводы вентиляторов и кондиционеров.

В основном все эти механизмы и приборы, входящие в состав промышленной автоматизации, являются стандартными. То есть, они производятся по ГОСТам серийно. Но есть некоторые из них, которые выпускаются мелкими партиями и предназначаются именно для систем кондиционирования воздуха, для систем отопления и вентиляции. К примеру, датчики для контроля над влажностью воздуха или температурные регуляторы марки Т-8 или Т-48.

Обычно все приборы, которые показывают параметры условия внутри помещений, устанавливают в специальный отдельный щит. При этом необходимо понимать, что чем больше подсистем в здании, тем больше щитов приходится устанавливать. Это усложняет проведение контроля над параметрами, которые необходимо периодически снимать. Чтобы упростить данный процесс, сегодня в разветвленных системах кондиционирования и вентиляции организуется пульт управления, за которым сидит оператор. Один человек полностью контролирует весь процесс. При этом с помощью интернета решается задача сигнализации и возможности контролировать все параметры на расстоянии. То есть, на телефон может прийти SMS с данными обо всех происходящих процессах.

Что касается датчиков, то очень важно правильно расположить их по помещениям с определенной частотой размещения. Именно эти небольшие приборы начинают реагировать на изменения параметров воздуха. Именно они дают толчок к началу изменения работы оборудования. Но в функции систем автоматизации вентиляции и кондиционирования воздуха входит не только отслеживание условия внутри помещения здания. В каждом воздуховоде устанавливаются датчики, которые отслеживают, а не попало ли что-нибудь внутрь. Ведь даже небольшой посторонний предмет может попасть в оборудование и вывести его из строя. Это очень важно и для заслонок, которыми перекрываются отвод и подача воздуха.

Любая автоматизация включает в себя и систему оповещения и сигнализации. Здесь стандартно: звуковая и световая.

Диспетчеризация вентиляции и кондиционирования

Диспетчеризация – это сбор сигналов с датчиков и на их основе управление всеми процессами. Основными функциями диспетчеризации вентиляции и кондиционирования являются:

Индексация поступающих сигналов от датчиков, их обработка и настройка.
Подача сигнала диспетчеру, если в системе произошли отклонения от заданных параметров или возникла нестандартная или аварийная ситуация.
При необходимости производится перевод работы всей схемы в аварийный режим.
Если возник пожар в здании, включается система отвода дыма.
Строго отслеживаются параметры воздуха, которые поддерживаются на всем протяжении работы оборудования.
При необходимости регулировка заданных параметров.
В часы пониженных нагрузок системы вентиляции и кондиционирования переводятся в режим экономии электроэнергии и других видов энергоносителей (пар, горячая вода).
Обрабатываются данные в момент включения или отключения.

В зависимости от того, какие требования заказчик предъявляется к кондиционированию, автоматизация может производиться с использованием свободно-контролируемых приборов (контроллеров) или с добавлением так называемых программно-аппаратных комплексов. Второй вариант дороже, но он дает возможность объединить в одном пункте контроля все рычаги управления.

При этом необходимо понимать, что ситуации в больших зданиях с несколькими подсистемами могут быть разными. Поэтому кондиционирование и вентиляция разделяется на модули в плане обеспечения диспетчеризации. И каждый модуль при возникновении внештатной ситуации может работ автономно.

Возможности диспетчеризации:

можно организовать управление большим количеством модулей, которые по мере необходимости подключаются параллельно;
настройка сбора данных, которые необходимы пользователю;
возможность передача данных на другие компьютеры;
контролируется телефонная и компьютерная сети;
автоматизация процессов передачи данных от нижних уровней к пульту управления;
передача данных на телефон.

Контроллеры для автоматизации и диспетчеризации

В принципе, необходимо отметить, что технологическая схема кондиционирования и вентиляции здания, в которую входит контроллер, является стандартной, а точнее базовой. Ее можно изменять под нужные требования с дополнением. К примеру, можно изменить контроль температуры внутри помещений не через канальный датчик, установленный в воздуховодах системы отводной вентиляции, а через каскадный, который устанавливается непосредственно в самом помещении. Или можно внести в конфигурацию подогрев жалюзи в кондиционировании, которые открывают или закрывают проемы.

То есть, диспетчеризацию систем вентиляции и кондиционирования с учетом установленных контролеров можно развивать по разным схемам. И при этом можно подобрать такую технологическую цепочку, которая будет выгодна именно для определенного вида зданий, где установлены разные требования к отдельным помещениям.

Автоматизация в быту

Сегодня все чаще звучит термин – «умный дом». По сути, это автоматизация контроля над всеми сетями, которые обеспечивают нормальную жизнедеятельность человека в собственном доме. Конечно, это обширная сеть, в задачи которой входит:

безопасность внешняя и внутренняя (последняя – это слежение за сотрудниками, выполняющих бытовую работу в доме);
контроль и слежение за аварийными ситуациями: утечка газа, холодной или горячей воды;
создания благоприятного климата внутри помещений, а это касается кондиционирования, отопления и вентиляции.

При этом диспетчеризация строго контролирует всю работу инженерных сетей. И если есть необходимость изменить какой-либо параметр, нет нужды бегать по этажам к щитам автоматики, чтобы провести настройку. «Умный дом» снабжается отдельно установленным мини-пультом или мини-блоком, через который и проводится регулирование и настройка требуемых режимов.

Самое главное, что вся автоматизация завязана на диспетчеризации с установленных в нее контроллеров. То есть, технологическая схема здесь точно такая же, как и на любом объекте, где присутствуют модульные схемы кондиционирования и вентиляции.

Кондиционирование воздуха : Автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения и качества) с целью обеспечения, как правило, оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, обеспечения сохранности ценностей (СП 60.13330.2012).

Системы кондиционирования делятся на три основные группы:

Сплит-система . Это система кондиционирования воздуха, состоящая из двух блоков: внешнего (компрессорно-конденсаторного агрегата) и внутреннего (испарительного). Принцип работы системы основан на удалении тепла из кондиционируемого помещения и переносе его на улицу. Сплит-система, как и любая система кондиционирования работает на тех же физических принципах, что и бытовой холодильник.

Центральные системы кондиционирования, совмещенные с системами вентиляции . Основной задачей таких систем является поддержание соответствующих параметров воздушной среды: температуры, относительной влажности, чистоты и подвижности воздуха во всех помещениях объекта с помощью одной или нескольких технологических установок, за счет распределения потоков с помощью системы трубопроводов.

При этом правильный состав воздуха поддерживается больше вентиляцией, чем кондиционированием. Приточная вентиляция отвечает за приток свежего воздуха, вытяжная - за вытяжку вредных примесей.

Приточная установка служит для обработки воздуха и подачи его в обслуживаемые помещения. Под обработкой воздуха понимается его очистка от пыли и других загрязнений, охлаждение, нагрев, осушение или увлажнение.

Мультизонные системы . Их применяют для объектов с большим количеством помещений, где есть необходимость в индивидуальном регулировании температуры воздуха и особые требования по комфортности помещений, например, помещения серверных или технологического оборудования, требующего большого теплоотвода. Конструктивно мультизональная система состоит из одного или нескольких наружных блоков, соединенных хладоновыми трубопроводами, электрическими кабелями питания и управления с необходимым числом внутренних блоков настенного, напольно-потолочного, кассетного и канального исполнения.

Наиболее распространенными мультизонными системами являются чиллеры, фанкойлы, центральные кондиционеры.

Система автоматизации позволяет системе кондиционирования обеспечить необходимые, порой существенно различающиеся, параметры в помещениях, при этом не допуская перерасхода электроэнергии (VRV и VRF системы).

Возможная ошибка при проектировании: Не разделять северный и южный контуры отопления и кондиционирования в больших зданиях. В результате, одна половина работников находится в комфорте, а вторая либо замерзает, либо перегревается.

Составные части системы

Управление системой центрального кондиционирования, совмещенной с системой вентиляции, можно декомпозировать на управление следующими частями:

В мультизонных системах кондиционирования управляют режимами работы наружного (центрального) блока, режимами работы каждого из внутренних блоков, распределением холодильной мощности по контурам. В этих системах каждый внутренний блок оснащается электронным терморегулирующим вентилем, который регулирует объем поступающего хладагента из общего контура в зависимости от тепловой нагрузки на этот блок. В результате, система лучше, чем обычные бытовые сплит-системы, поддерживает заданную температуру.

Какими параметрами можно управлять

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха позволяет им выполнять следующие функции:

Регулировать температуру и влажность воздуха, поступающего в систему подающих каналов;
Поддерживать параметры воздуха в пределах санитарных норм с помощью нескольких инструментов управления;
Переключать системы кондиционирования и вентиляции на энерго-сберегающие режимы работы в часы пониженных нагрузок;
При необходимости, переводить системы в нестандартные и аварийные режимы функционирования;
Отображение технологических параметров отдельных узлов системы вентиляции на локальных пультах управления;
Извещать оператора при отказе или выходе параметров отдельных устройств и агрегатов за уставки, а также в случае, если какие-либо узлы системы вентиляции находятся в рабочем состоянии, хотя по регламенту они должны быть выключенными.

Технические средства автоматизации систем вентиляции и систем кондиционирования воздуха включают в себя:

Первичные преобразователи (датчики);
Вторичные приборы;
Автоматические регуляторы и управляющие вычислительные машины;
Исполнительные механизмы и регулирующие органы;
Электротехническую аппаратуру управления электроприводами.

Параметры работы устройств и показания датчиков, наблюдение за которыми необходимо для правильной и экономичной работы системы, отображаются на местных щитах управления и на пультах системы диспетчеризации. Контроль промежуточных параметров может быть выведен на монитор автоматически, при выходе из заданного диапазона, или через вложенные меню по каждой из подсистем.

Приточные системы вентиляции оснащают приборами для измерения:

Температуры воздуха в обслуживаемых помещениях, на улице, и в промежуточных точках;
Температуры и давления воды (пара или хладагента) до и после воздухонагревателей (кондиционеров), компрессоров, циркуляционных насосов, теплообменников и в других критических точках технологического процесса;
Перепады давления воздуха на фильтрах вентиляционных установок;
Энергетические параметры агрегатов системы.

Установки кондиционирования воздуха дополнительно оснащают приборами для измерения давления и температуры холодной воды или рассола от холодильной станции, а также приборами температуры и влажности по ходу обработки воздуха.

В системе центрального кондиционирования управление температурой в помещении осуществляется с помощью изменения кратности воздухообмена (температура приточного воздуха устанавливается для системы в целом). В мультизонных системах, можно более точно устанавливать температуру для каждого из помещений, за счет изменения режима внутренних блоков с хладагентом, или теплоносителем (доводчики).

Датчики

В системе кондиционирования применяются следующие виды датчиков:

Датчики контроля температуры приточного воздуха и воздуха внутри помещения;
Датчики контроля концентрации в воздухе помещений углекислого газа СО2;
Датчики контроля влажности воздуха;
Датчики контроля состояния и работы оборудования (давления и скорости воздушного потока в воздуховодах, температурные, датчики давления или протока для устройств с циркулирующей по трубопроводам жидкостью и т.д.).

Выходные сигналы с датчиков поступают в шкаф управления для анализа полученных данных и выбора соответствующего алгоритма работы системы кондиционирования.

Терморегуляторы

Терморегуляторы являются элементом управления системы и бывают механическими и электронными. С помощью терморегулятора пользователь может устанавливать условия, которые он считает комфортными

Механические терморегуляторы . Они состоят из термической головки (чувствительного элемента) и клапана. При изменении температуры воздуха в охлаждаемом помещении чувствительный элемент реагирует на это и перемещает шток клапана регулятора. Таким изменением хода осуществляется регулирование подачи холодного воздуха.

Электронные терморегуляторы . Это автоматические устройства, пульты управления, которые обеспечивают поддержание заданной температуры в помещении. В системе охлаждения воздуха они автоматически управляют внутренним блоком (изменяя расход хладагента или частоту вращения вентилятора), целью их работы является созданием в помещении температурного режима, заданного пользователем.

Механический и электронный воздушные терморегуляторы отличаются только способом задания температуры. Механизм управления температурой у них идентичен - по сигналу, передаваемому по кабельной линии. В этом их отличие от регуляторов на радиаторных батареях.

Приводы исполнительных устройства

К исполнительным устройствам системы кондиционирования - воздушным клапанам и заслонкам, вентиляторам, насосам, компрессорам, а также калориферам, охладителям и т.д. подключаются электро- или пневмоприводы, через которые и осуществляется управление системой. Они позволяют:

Ступенчато или плавно (при применении преобразователей частоты) регулировать скорость вращения вентиляторов;
Управлять состоянием воздушных клапанов и заслонок;
Регулируется производительность канальных нагревателей и охладителей;
Регулировать производительность циркуляционных насосов;
Осуществляется управление увлажнителями и осушителями воздуха и т.д.

Анализ сигналов с датчиков, выбор алгоритма работы, передача команды на привод и контроль выполнения команды происходит в контроллерах и серверах системы автоматизации.

Управление электродвигателями компрессоров, насосов и вентиляторов, в особенности мощностью более 1 кВт, наиболее экономично выполнять с помощь преобразователей частоты. На рисунке показан возможный экономический эффект от применения ПЧ в системах кондиционирования.

Щиты автоматизации системы кондиционирования

Щиты автоматизации являются средством, предназначенным для управления системой кондиционирования и вентиляции. Основным элементом щита управления является микропроцессорный контроллер. Контроллеры систем автоматики, выпускаются свободно программируемыми, что позволяет их использовать в системах разного масштаба и назначения.

При подключении датчиков к щиту автоматизации системы кондиционирования учитывают тип сигнала, передаваемого преобразователем - аналоговый, дискретный или пороговый. Модули расширения, управляющие приводами устройств, выбирают с учетом вида управляющего сигнала и протокола управления.

После программирования контроллер выводит систему на заданные параметры и временной цикл работы, далее система может функционировать, в полностью автоматическом режиме осуществляется:

Анализ полученных от датчиков показаний, обработка данных и внесение в работу оборудования корректировок для поддержания заданных параметров среды внутри в помещении;
Вывод информации о системе опратору;
Слежение за работой и состоянием оборудования кондиционирования с выводом информации на индикационные табло;
Защиты оборудования от короткого замыкания, перегрева, избегания неправильных режимов работы, и т.п.;
Контроль своевременной замены фильтров и прохождения техобслуживания.

Проектирование системы автоматизации кондиционирования

Проект автоматизации систем кондиционирования выполняется с учетом технологических требований специалистов-проектировщиков ОВ:

Автоматизации подлежат холодильные машины, циркуляционные насосы, двух- и трех-ходовые клапаны, другое оборудование;
Учитываются летний, зимний, переходный, аварийный режимы работы систем;
Предусматривается синхронизация работы холодильных машин, циркуляционных насосов клапанов;
Предусматривают переключение основного и резервного насосов, для равномерного расходования ресурса;
Предусматривают передачу информации в систему диспетчеризации здания и реакции при получении тревожного сигнала от системы пожарной сигнализации .

Типичный состав проекта автоматизации системы кондиционирования содержит листы:

Режимы работы системы. Работа в системе автоматизации и диспетчеризации здания

Щиты управления могут работать в трех основных режимах управления:

Ручной режим . Используя пульт, подключенный к щиту автоматизации, он может быть размещен непосредственно на щите, или это могут быть кнопки включения/выключения режимов. Оператор вручную, непосредственно на щите, или удаленно выбирает режим работы системы в зависимости от параметров среды помещения.

Автоматический автономный режим . В этом случае включение, выключение, выбор режима работы системы происходит автономно, без учета данных других климатических систем, с уведомлением об этом диспетчерской системы.

Автоматический режим с учетом алгоритмов системы управления зданием. При таком режиме работа отопления синхронизирована с другими системами жизнеобеспечения здания. Подробнее об

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.

Вентиляция: Обмен воздуха в помещениях для удаления избытков теплоты, влаги, вредных и других веществ с целью обеспечения допустимого микроклимата и качества воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне при средней необеспеченности 400 ч/год - при круглосуточной работе и 300 ч/год - при односменной работе в дневное время (СП 60.13330.2012.)

Вентиляция бывает приточной и вытяжной.

Приточная - это вентиляция, при которой осуществляется подача очищенного свежего воздуха заданной температуры и влажности приточными установками и центральными кондиционерами.

Вытяжная - это вентиляция, при которой осуществляется удаление воздух из помещения с помощью вытяжных вентиляторов.

Приток и вытяжка должны быть равны по объему (исключением является противодымная вентиляция - когда на путях эвакуации создается подпор приточного воздуха). Внутри объекта приточный и вытяжной воздух распределяются по неравномерно. Например, в комнате приготовления пищи, в сан узлах, в комнатах сбора мусора баланс должен быть отрицательный (вытяжка больше притока), в чистых помещениях, например, кабинетах, переговорных, в чистых комнатах (микроэлектроника, фармацевтика) - напротив, положительный (приток больше вытяжки). Тогда запахи и пыль не будут распространяться по всем площадям и будут локализованы.

Если неприятные запахи и грязь распространяются по всем помещениям, это значит, что балансовые соотношения нарушены. Чаще всего это происходит по следующим причинам - ошибка при проектировании системы, засорение вентиляционных каналов, неправильная работа системы автоматизации.

Кратность воздухообмена —определяется числом обменов воздуха в помещении за единицу времени. Она равняется отношению объема воздуха, который подается в помещение в единицу времени, к объему помещения. Кратность воздухообмена может быть переменной величиной, она зависит от количества людей в помещении, температуры, влажности и т.п. Управление кратностью должно осуществляться в автоматическом режиме.

Кроме обеспечения комфортных условий в помещениях, автоматизации вентиляционных систем:

Процесс работы не автоматизированной системы вентиляции выглядит следующим образом: в помещение стало душно, оператор поднимает производительность системы вентиляции, в помещении стало холодно, оператор снижает производительность вентиляционной системы. Данный пример не имеет ничего общего с работой современных систем вентиляции, но иллюстрирует основную задачу системы автоматизации, которая должна выполняться - создание комфорта для посетителей здания или обеспечение заданных условий для производства.

Общий алгоритм работы системы. Основные параметры воздуха внутри помещения и на улице постоянно контролируются, измеряется температура воздуха, влажность, наличие в воздухе посторонних газов и примесей, концентрация СО2 и т.д. Данные поступают на микропроцессорный контроллер и анализируются. При выходе значений за определенный интервал (эти значения задаются при настройке системы, они называются «уставка»), контроллер передает управляющий сигнал на запуск исполнительных механизмов, вентиляторов, охладителей, нагревателей, осушителей, срабатывают клапана и заслонки, управляющих сечением воздуховодов и пр. При возвращении значений параметров в заданный диапазон, контроллер отправляет корректирующие сигналы.

Необходимость технического обслуживания определяется по косвенным параметрам, по падению давления или снижению скорости воздушных потоков в воздуховодах, энергопотреблению электрооборудования, сравнению параметров системы со средними для данного режима работы. Информация, выводимая оператору, сообщает о необходимости замены масла в компрессоре, замене фильтров, чистке воздуховодов и т.д.

Автоматика систем вентиляции состоит из следующих элементов:

Датчики и преобразователи;
Регуляторы;
Исполнительные механизмы;
Щиты автоматизации (контроллеры, управляющие контакты).

Датчики и преобразователи

Датчики - это элементы систем автоматизации вентиляции, служащие для получения информации о реальном состоянии регулируемого объекта. С их помощью осуществляется обратная связь системы регулирования с объектом по следующим параметрам: температуре, давлению, влажности и т.д.

Для того, чтобы информация с датчика передавалась системе в виде цифрового кода каждый датчик снабжается преобразователем.

Оптимальные места установки датчиков указываются в прилагаемых к ним инструкциях.

Датчики температуры могут быть для внутреннего и наружного применения; накладными на трубопровод (для контроля температуры поверхности трубопровода) или канальными (для измерения температуры воздуха в воздуховоде). Внутри помещений датчики температуры устанавливаются в нейтральных, относительно источников тепла или холода местах, снаружи здания в местах где датчик будет защищен от ветра или прямого попадания солнечных лучей.

Датчики влажности представляют собой блок с электронным прибором, измеряющим относительную влажность, и преобразующий данные в электронный сигнал. Бывают наружного и внутреннего исполнения. Устанавливаются в местах со стабильными условиями влажности, не допускается установка их вблизи радиаторов отопления, блоков кондиционеров, у источников влаги.

Датчики давления подразделяются на реле давления (механическое измерение перепада давлений и электрическое преобразование) и аналоговые датчики давления (преобразование давления сразу в электрический сигнал, например, с помощью пьезо-элементов). И те, и другие применяются для измерения давление как в одной точке, так и разность давлений в двух точках.

И внешние и внутренние датчики желательно устанавливать по два и более, например, с северной и с южной стороны здания. В современных системах, все внешние климатические датчики объединяют в единую метеостанцию.

Датчики потока измеряют скорость движения жидкости или газа в трубопроводе или воздуховоде. Расход жидкости вычисляется по формуле внутри процессорного блока исходя из разности давлений и других параметров (температуры, сечения трубопровода, плотности).

Исполнительные устройства

Исполнительные устройства следует рассматривать в привязке к управлению приводом.

Это важный элемент в таком процессе как управление вентиляцией, на долю которого выпадает роль осуществления приводной части автоматизации. Эти механизмы могут быть как электрическими, так и гидравлическими.

В качестве исполнительных устройств могут выступать клапаны, заслонки и частотные регуляторы.

Регуляторы

Регуляторы - это один из основных элементов системы автоматики для вентиляции, обеспечивающий управление исполнительными механизмами по показаниям различных датчиков.

По функциональному предназначению эти элементы вентиляционных систем подразделяются на регуляторы скорости и регуляторы температур.

Регуляторы скорости бывают однофазными и трёхфазными (также, как и двигатели). Также они бывают с плавным или ступенчатым регулированием, при этом выбор способа регулирования зависит от мощностей вентиляторов. Наиболее современным и экономичным является способ скорости вращения насосов и вентиляторов с помощью преобразователей частоты (ПЧ). Несмотря на высокую стоимость, ПЧ экономически оправдывают себя уже на двигателях с мощностью более 1 кВт.

Регуляторы температур в зависимости от способа управления бывают пороговыми, управляющие температурой с помощью полностью открытой или полностью закрытой заслонки (пример - автомобильный термостат), и с пропорционально дифференциальным управлением (PID), позволяют плавно управлять температурой в рабочем диапазоне.

Управление регуляторами в системах автоматизации вентиляции осуществляется из щитов управления.

Щиты автоматизации

Работа автоматизированной системы, ее удобство, надежность и безопасность эксплуатации напрямую зависят от алгоритмов управления процессом (специалистов, выполнивших проектирование и наладку), а также от возможностей комплектующих изделий. Алгоритмы реализуются на программном уровне и «зашиваются» в свободно программируемые контроллеры, установленные в щитах автоматизации .

При подключении датчиков к щиту автоматизации учитывают тип сигнала, передаваемого преобразователем (аналоговый, дискретный или пороговый). Аналогично выбираются и модули расширения, управляющие приводами устройств.

Щиты вентсистем бывают силовые, управляющие или совмещенные, если система небольшая. Щиты автоматики для вентиляции обеспечивают:

Включение и выключение системы вентиляции;
Индикацию состояния оборудования;
Защиту от неправильного подключения питающего напряжения и короткого замыкания;
Управление производительностью вентиляционной установки;
Индикацию состояния воздушных фильтров;
Защиту от перегрева электродвигателей;
Защиту калорифера от замерзания;
Поддержку и контроль температуры воздуха на входе вентиляционной установки и в помещении;
Возможность применения временных ручных алгоритмов управления.

Проектирование системы автоматизации вентиляции и кондиционирования

Система автоматизации вентиляции и кондиционирования является одним из наиболее сложных проектов инженерных систем здания.

Это связано с большим количеством точек контроля и исполнительных устройств в системе и учетом нескольких режимов работы системы, включая зимний и летний. Предусматривают:

Проект разрабатывается по заданию технологов - специалистов, разработчиков проекта вентиляции и кондиционирования. В стандартный комплект чертежей включают:

Режимы работы системы. Работа в системе автоматизации и диспетчеризации здания

Щит автоматизации системы вентиляции должен обеспечивать работу в следующих режимах:

Ручном . В этом случае управление системой осуществляется вручную.

Автоматическом автономном , с передачей данных в систему диспетчеризации. В этом случае включение и выключение происходит автономно, без учета показаний смежных инженерных систем, при этом уведомления о работе системы передаются диспетчеру.

Автоматический в составе автоматизированной системы управления зданием. При таком режиме работа вентиляции синхронизирована с другими системами жизнеобеспечения здания. Все системы здания, управляемые по разработанным алгоритмам, формируют систему автоматизации и диспетчеризации здания .

Иногда, хитрые интеграторы представляют автоматическую автономную систему как полностью автоматическую. Заказчик узнает об этом, когда начинает получать счета за коммунальные услуги с суммами, выше ожидаемых.

Управление системой осуществляется по протоколам управления здания. Наиболее известные это LonWorks, ModBus, BACnet.

Управление вентиляцией при пожаре

При проектировании систем автоматики вентиляции, учитывают их работу в случае пожара.

Согласно СП 60.13330.2012, для зданий и помещений, оборудованных автоматическими установками пожаротушения или автоматической пожарной сигнализацией, следует предусматривать автоматическое действия электроприемников систем вентиляции:

Отключение при пожаре в помещении или в системе вентиляции, которое может производиться централизованно, прекращая подачу электропитания и обеспечивая закрытие противопожарных клапанов на распределительные щиты систем вентиляции, или индивидуально для каждой системы с целью предотвращения распространения огня по воздуховодам и остановки притока кислорода к пламени;
Включения систем противодымной вентиляции на путях эвакуации и в зонах безопасности, или противодымной вентиляции в помещении, где произошел пожар, в зависимости от проектных решений;
Включения систем для удаления газа и дыма после пожара.