С применением современного оборудования автоматизации. Системы теплоснабжения Оборудования и системы автоматического управления теплоснабжением

Внедрение автоматических систем регулирования (АСР) отопления, вентиляции, горячего водоснабжения является основным подходом к экономии тепловой энергии. Установка систем автоматического регулирования в индивидуальных тепловых пунктах по данным Всероссийского теплотехнического института (г. Москва) снижает потребление тепла в жилом секторе на 5-10%, а в административных помещениях на 40%. Наибольший эффект получается за счет оптимального регулирования в весенне-осенний период отопительного сезона, когда автоматика центральных тепловых пунктов практически не выполняет в полной мере свои функциональные возможности. В условиях континентального климата Южного Урала, когда в течение суток перепад наружной температуры может составлять 15-20 °С, внедрение автоматических систем регулирования отопления, вентиляции и горячего водоснабжения становится весьма актуальным.

Регулирование теплового режима здания

Управление тепловым режимом сводится к поддержанию его на заданном уровне или изменению в соответствии с заданным законом.

На тепловых пунктах производится регулирование в основном двух видов тепловой нагрузки: горячего водоснабжения и отопления.

Для обоих видов тепловой нагрузки АСР должна поддерживать неизменными заданные значения температуры воды горячего водоснабжения и воздуха в отапливаемых помещениях.

Отличительной особенностью регулирования отопления является его большая тепловая инерционность, тогда как инерционность системы горячего водоснабжения значительно меньше. Поэтому задача стабилизации температуры воздуха в отапливаемом помещении значительно сложнее, чем задача стабилизации температуры горячей воды в системе горячего водоснабжения.

Основными возмущающими воздействиями являются внешние метеоусловия: температура наружного воздуха, ветер, солнечная радиация.

Существуют следующие принципиально возможные схемы регулирования:

регулирование по отклонению внутренней температуры помещений от заданной путем воздействия на расход воды, поступающей в систему отопления;
регулирование в зависимости от возмущения внешних параметров, приводящих к отклонению внутренней температуры от заданной;
регулирование в зависимости от изменений наружной температуры и внутри помещения (по возмущению и по отклонению).

Рис. 2.1 Структурная схема управления тепловым режимом помещения по отклонению внутренней температуры помещения

На рис. 2.1 приведена структурная схема управления тепловым режимом помещения по отклонению внутренней температуры помещений, а на рис. 2.2 приведена структурная схема управления тепловым режимом помещения по возмущению внешних параметров.

Рис. 2.2. Структурная схема управления тепловым режимом помещения по возмущению внешних параметров

Внутренние возмущающие воздействия на тепловой режим здания незначительны.

Для метода регулирования по возмущению в качестве сигналов, позволяющих отслеживать наружную температуру, могут быть выбраны:

температура воды, поступающей в систему отопления;
количество теплоты, поступающее в систему отопления:
расход теплоносителя.

АСР должна учитывать следующие режимы работы системы централизованного теплоснабжения, при которых:

регулирование температуры воды на теплоисточнике не ведется по текущей наружной температуре, которая является основным возмущающим фактором для внутренней температуры. Температура сетевой воды на теплоисточнике определяется по температуре воздуха за длительный период с учетом прогноза и располагаемой тепловой мощности оборудования. Транспортное запаздывание, измеряемое часами, также приводит к несоответствию у абонента температуры сетевой воды текущей наружной температуре;
гидравлические режимы тепловых сетей требуют ограничения максимального, а иногда и минимального расходов сетевой воды на тепловую подстанцию;
нагрузка горячего водоснабжения оказывает существенное влияние на режимы работы отопительных систем, приводя к переменным в течение суток температурам воды в системе отопления или расходам сетевой воды на систему отопления в зависимости от вида системы теплоснабжения, схемы присоединения подогревателей горячего водоснабжения и схемы отопления.

Система регулирования по возмущению

Для системы регулирования по возмущению характерно то, что:

существует устройство, измеряющее величину возмущения;
по результатам измерений регулятор осуществляет управляющее воздействие на расход теплоносителя;
на регулятор поступает информация о температуре внутри помещения;
основное возмущение - температура наружного воздуха, которая контролируется АСР, поэтому возмущение будет называться контролируемым.

Варианты схем регулирования по возмущению при указанных выше отслеживающих сигналах:

регулирование температуры воды, поступающей в систему отопления по текущей температуре наружного воздуха;
регулирование расхода теплоты, подаваемой в систему отопления по текущей температуре наружного воздуха;
регулирование расхода сетевой воды по температуре наружного воздуха.

Как видно из рисунков 2.1, 2.2 независимо от способа регулирования автоматическая система регулирования теплоснабжения в своем составе должна содержать следующие основные элементы:

первичные измерительные устройства - датчики температуры, расхода, давления, перепада давления;
вторичные измерительные устройства;
исполнительные механизмы, содержащие регулирующие органы и приводы;
микропроцессорные регуляторы;
нагревательные приборы (бойлеры, калориферы, радиаторы).

Датчики АСР теплоснабжения

Основные параметры теплоснабжения, которые с помощью автоматических систем регулирования поддерживаются в соответствии с заданием, широко известны.

В системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения обычно измеряется температура, расход, давление, перепад давления. В некоторых системах измеряется тепловая нагрузка. Методы и способы измерения параметров теплоносителей традиционные.

Рис. 2.3

На рис. 2.3 приведены датчики температуры шведской фирмы "Тур и Андерсон".

Автоматические регуляторы

Автоматический регулятор - это средство автоматизации, получающее, усиливающее и преобразующее сигнал отключения регулируемой величины и целенаправленно воздействующее на объект регулирования.

В настоящее время в основном применяют цифровые регуляторы на базе микропроцессоров. При этом обычно в одном микропроцессорном контроллере реализуются несколько регуляторов для систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Большинство отечественных и зарубежных контроллеров для систем теплоснабжения обладают одинаковыми функциональными возможностями:

в зависимости от температуры наружного воздуха регулятор обеспечивает необходимую температуру теплоносителя на отопление здания по отопительному графику, управляя регулирующим клапаном с электроприводом, установленным на трубопроводе теплосети;

автоматическая корректировка отопительного графика производится в соответствии с потребностями конкретного здания. Для наибольшей эффективности сбережения тепла график подачи постоянно корректируется с учетом реальных условий теплопункта, климата, теплопотерь помещения;

экономия теплоносителя в ночное время достигается за счет временного метода регулирования. Изменение задания на частичное снижение теплоносителя зависит от наружной температуры так, чтобы, с одной стороны уменьшить потребление тепла, с другой, не проморозить и утром вовремя прогреть помещение. При этом автоматически рассчитывается момент включения дневного режима отопления, или интенсивного прогрева для достижения нужной температуры помещения в нужное время;

контроллеры позволяют осуществлять обеспечение возможно низкой температуры возвращаемой воды. При этом предусматривается защита системы от замораживания;

производится автоматическая корректировка, заданная в системе горячего водоснабжения. Когда потребление в системе горячего водоснабжения невелико, допустимы большие отклонения в температуре (увеличение зоны нечувствительности). При этом шток клапана не будет меняться слишком часто, и срок его службы продлится. При увеличении нагрузки зона нечувствительности автоматически уменьшается, и точность регулирования возрастает;

срабатывает сигнализация превышения уставок. Обычно вырабатываются следующие сигналы тревоги:
- сигнал тревоги по температуре, в случае отличия реальной от заданной температуры;
- сигнал тревоги от насоса поступает в случае сбоя в работе;
- сигнал тревоги от датчика давления в расширительном баке;
- сигнал тревоги по сроку эксплуатации поступает, если оборудование отработало установленный срок;
- сигнал общей тревоги - если контроллер зарегистрировал один или более сигналов тревоги;

ведется регистрация параметров регулируемого объекта и передача его на ЭВМ.

Рис. 2.4

На рис. 2.4 показаны микропроцессорные регуляторы ECL-1000 фирмы "Данфосс".

Регулирующие органы

Исполнительное устройство - это одно из звеньев автоматических систем регулирования, предназначенных для непосредственного воздействия на объект регулирования. В общем случае исполнительное устройство состоит из исполнительного механизма и регулирующего органа.

Рис. 2.5

Исполнительный механизм является приводной частью регулирующего органа (рис. 2.5).

В автоматических системах регулирования теплоснабжения применяются, в основном, электрические (электромагнитные и электродвигательные).

Регулирующий орган предназначен для изменения расхода вещества или энергии в объекте регулирования. Различают дозирующие и дроссельные регулирующие органы. К дозирующим относятся такие устройства, которые изменяют расход вещества за счет изменения производительности агрегатов (дозаторы, питатели, насосы).

Рис. 2.6

Дроссельные регулирующие органы (рис. 2.6) представляют собой переменное гидравлическое сопротивление, изменяющее расход вещества за счет изменения своего проходного сечения. К ним относятся регулирующие клапаны, элеваторы, повторные заслонки, краны и т.д.

Регулирующие органы характеризуются многими параметрами, основными из которых являются: пропускная способность K v , условное давление P y , перепад давления на регулирующем органе D y , и условный проход Д y .

Кроме приведенных параметров регулирующего органа, определяющих в основном их конструкцию и размеры, имеются и другие характеристики, которые учитываются при выборе регулирующего органа в зависимости от конкретных условий их применения.

Наиболее важной является пропускная характеристика, которая устанавливает зависимость пропускной способности относительно перемещения затвора при постоянном перепаде давления.

Дроссельные регулирующие клапана профилируются обычно с линейной или равнопроцентной пропускной характеристикой.

При линейной пропускной характеристике приращение пропускной способности происходит пропорционально приращению перемещения затвора.

При равнопроцентной пропускной характеристике приращение пропускной способности (при изменении перемещения затвора) идет пропорционально текущему значению пропускной способности.

В рабочих условиях вид пропускной характеристики изменяется в зависимости от перепада давления на клапане. При пом регулирующий клапан характеризуется расходной характеристикой, которая представляет собой зависимость относительного расхода среды от степени открытия регулирующего opгана.

Наименьшее значение пропускной способности, при котором сохраняется пропускная характеристика в пределах установленного допуска, оценивается как минимальная пропускная способность.

Во многих случаях автоматизации производственных процессов регулирующий орган должен иметь широкий диапазон изменения пропускной способности, который представляет собой отношение условной пропускной способности к минимальной пропускной способности.

Необходимым условием надежной работы автоматической системы регулирования является правильный выбор формы пропускной характеристики регулирующего клапана.

Для конкретной системы расходная характеристика определяется значениями параметров среды, протекающих через клапан, и его пропускной характеристикой. В общем случае расходная характеристика отличается от пропускной, так как параметры среды (в основном давление и перепад давлений), как правило, зависят от значения расхода. Поэтому задача выбора предпочтительной пропускной характеристики регулирующего клапана разбивается на два этапа:

выбор формы расходной характеристики, обеспечивающий постоянство коэффициента передачи регулирующего клапана во всем диапазоне нагрузок;

выбор формы пропускной характеристики, обеспечивающей при данных параметрах среды желаемую форму расходной характеристики.

При модернизации систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения заданы размеры типовой сети, располагаемый напор и первоначальное давление среды, регулирующий орган выбирают так, чтобы при минимальном расходе через клапан потеря в нем соответствовала избыточному давлению среды, развиваемому источником, а форма расходной характеристики была близка к заданной. Метод гидравлического расчета при выборе регулирующего клапана достаточно трудоемкий.

АУЖКХ треста 42 в содружестве с ЮУрГУ разработана программа расчета и выбора регулирующих органов для наиболее распространенных систем отопления и горячего водоснабжения.

Циркулярные насосы

Независимо от схемы присоединения тепловой нагрузки в контуре системы отопления устанавливают циркуляционный насос (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Циркулярный насос (фирма Grundfog).

Он состоит из регулятора скорости, электродвигателя и собственно насоса. Современный циркуляционный насос - это бессальниковый насос с мокрым ротором, не требующий технического ухода. Управление двигателя, как правило, осуществляется электронным регулятором числа оборотов, предназначенным для оптимизации производительности насоса, работающего в условиях повышенных внешних возмущений, действующих на отопительную систему.

Действие циркуляционного насоса основано на зависимости напора от производительности насоса и, как правило, имеет квадратичный характер.

Параметры циркуляционного насоса:

производительность;
максимальный напор;
число оборотов;
диапазон изменения числа оборотов.

АУЖКХ треста 42 располагает необходимой информацией по расчету и выбору циркуляционных насосов и может оказать необходимую консультацию.

Теплообменники

Важнейшими элементами теплоснабжения являются теплообменники. Различают два типа теплообменников: трубчатые и пластинчатые. Упрощенно трубчатый теплообменник можно представить в виде двух труб (одна труба находится внутри другой грубы). Пластинчатый теплообменник представляет собой компактный теплообменник, собранный на соответствующей раме из гофрированных пластин, снабженных уплотнителями. Используются трубчатые и пластинчатые теплообменники для горячего водоснабжения, отопления и вентиляции. Основными параметрами любого теплообменника являются:

мощность;
коэффициент теплопередачи;
потеря давления;
максимальная рабочая температура;
максимальное рабочее давление;
максимальный расход.

Кожухотрубные теплообменники имеют низкую эффективность из-за малых скоростей течений воды в трубках и межтрубном пространстве. Это приводит к низким значения коэффициента теплопередачи и, как следствие, неоправданно большим габаритам. При эксплуатации теплообменников возможны значительные отложения в виде накипи и продуктов коррозии. В кожухотрубных теплообменниках устранение отложений весьма затруднительно.

В сравнении с трубчатыми теплообменниками пластинчатые отличаются повышенной эффективностью за счет улучшения теплообмена между пластинами, в которых противоточно проходят турбулентные потоки теплоносителя. Кроме того, ремонт теплообменника осуществляется достаточно просто и без больших затрат.

Пластинчатые теплообменники успешно решают задачи подготовки горячей воды в тепловых пунктах практически без тепловых потерь, поэтому они на сегодняшний день активно используются.

Принцип действия пластинчатых теплообменников следующий. Жидкости, участвующие в процессе теплопередачи, через патрубки вводятся в теплообменник (рис. 2.8).

Рис. 2.8

Прокладки, установленные специальным образом, обеспечивают распределение жидкостей по соответствующим каналам, исключая возможность смешивания потоков. Тип гофров на пластинах и конфигурацию канала выбирают в соответствии с требуемой величиной свободного прохода между пластинами, обеспечивая тем самым оптимальные условия процесса теплообмена.

Рис. 2.9

Пластинчатый теплообменник (рис. 2.9) состоит из комплекта гофрированных металлических пластин с отверстиями в углах для прохода двух жидкостей. Каждая пластина оборудована прокладкой, которая ограничивает пространство между пластинами и обеспечивает ток жидкостей в этом канале. Расход теплоносителей, физические свойства жидкостей, потери давления и температурный режим определяют количество и размер пластин. Их гофрированная поверхность способствует повышению турбулентного потока. Соприкасаясь в пересекающихся направлениях, гофры поддерживают пластины, которые находятся в условиях разного давления со стороны обоих теплоносителей. Чтобы изменить пропускную способность (повысить тепловую нагрузку), необходимо добавить в пакет теплообменника определённое количество пластин.

Подводя итог изложенному, отметим, что достоинствами пластинчатых теплообменников являются:

компактность. Пластинчатые теплообменники более чем и три раза компактнее кожухотрубных и более чем в шесть раз легче при одинаковой мощности;
простота установки. Теплообменники не требуют специального фундамента;
малые затраты на обслуживание. Высокотурбулентный поток обуславливает низкую степень загрязнения. Новые модели теплообменников спроектированы таким образом, чтобы по возможности продлить период эксплуатации, при котором не требуется ремонта. Очистка и проверка занимает мало времени, так как в теплообменниках вынимается каждый лист нагрева, который может быть очищен индивидуально;
эффективное использование тепловой энергии. Пластинчатый теплообменник имеет высокий коэффициент теплопередачи, передает тепло от источника к потребителю с малыми потерями;
надежность;
способность значительно увеличивать тепловую нагрузку за счет добавления определенного количества пластин.

Температурный режим здания как объект регулирования

При описании технологических процессов теплоснабжения используют расчетные схемы статики, описывающие установившиеся состояния, и расчетные схемы динамики, описывающие переходные режимы.

Расчетные схемы системы теплоснабжения определяют связи между входными и выходными воздействиями на объект регулирования при основных внутренних и внешних возмущениях.

Современное здание - сложная теплоэнергетическая система, поэтому для описания температурного режима здания вводят упрощающие допущения.

Для многоэтажных гражданских зданий производится локализация части здания, для которой производится расчет. Так как температурный режим в здании изменяется в зависимости от этажа, горизонтальной планировки помещений, то расчет температурного режима производится для одного или нескольких наиболее благоприятно расположенных помещений.

Расчет конвективного теплообмена в помещении выводится из предположения, что температура воздуха в каждый момент времени одинакова во всем объеме помещения.

При определении теплоотдачи через наружные ограждения предполагается, что ограждение или его характерная часть имеют в плоскостях, перпендикулярных направлению потока воздуха, одинаковую температуру. Тогда процесс теплопередачи через наружные ограждения будет описываться одномерным уравнением теплопроводности.

Расчет лучистого теплообмена в помещении тоже допускает ряд упрощений:
а) воздух в помещении считаем лучепрозрачной средой;
б) многократным отражением лучистых потоков от поверхностей пренебрегаем;
в) сложные геометрические формы заменяем более простыми.

Параметры наружного климата:
а) если производить расчеты температурного режима помещений при экстремальных значениях показателей наружного климата, возможных в данном районе, то теплозащита ограждений и мощность системы регулирования микроклимата обеспечат устойчивое выдерживание заданных условий;
б) если принять более мягкие требования, то в помещении в некоторые моменты времени будут наблюдаться отклонения от расчетных условий.

Поэтому при назначении расчетных характеристик наружного климата обязателен учет обеспеченности внутренних условий.

Специалисты АУЖКХ треста 42 совместно с учеными ЮУрГУ разработали программу расчета на ЭВМ статических и динамических режимов работы абонентских вводов.

Рис. 2.10

На рис. 2.10 приведены основные возмущающие факторы, действующие на объект регулирования (помещение). Теплота Q ист, поступающая от источника тепла, выполняет функции управляющего воздействия для поддержания температуры помещения Т пом на выходе объекта. Наружная температура Т нар, скорость ветра V вет, солнечная радиация J рад, внутренние потери теплоты Q внут являются возмущающими воздействиями. Все эти воздействия являются функциями времени и носят случайный характер. Задача осложняется тем, что процессы теплообмена нестационарны и описываются дифференциальными уравнениями в частных производных.

Ниже приводится упрощенная расчетная схема системы отопления, достаточно точно описывающая статические тепловые режимы в здании, а также позволяющая качественно оценить влияние основных возмущений на динамику теплообмена, реализовать основные методы регулирования процессов отопления помещений.

В настоящее время исследования сложных нелинейных систем (к ним можно отнести процессы теплообмена в отапливаемом помещении) осуществляются методами математического моделирования. Применение вычислительной техники для исследования динамики процесса отопления помещения и возможных методов регулирования является эффективным и удобным инженерным методом. Эффективность моделирования состоит в том, что динамику сложной реальной системы можно исследовать с помощью сравнительно простых прикладных программ. Математическое моделирование позволяет исследовать систему при непрерывно изменяющихся ее параметрах, а так же возмущающих воздействиях. Использование моделирующих пакетов программ для исследования процесса отопления является особенно ценным, так как исследование аналитическими методами оказывается очень трудоемким и совершенно непригодным.

Рис. 2.11

На рис. 2.11 приведены фрагменты расчетной схемы статического режима системы отопления.

На рисунке имеются следующие обозначения:

t 1 (T н) - температура сетевой воды в подающей линии силовой сети;
T н (t) - температура наружного воздуха;
U - коэффициент смешения смесительного узла;
φ - относительный расход сетевой воды;
ΔТ - расчетный температурный напор в системе отопления;
δt - расчетный перепад температур в тепловой сети;
Т в - внутренняя температура отапливаемых помещений;
G - расход сетевой воды на тепловой пункт;
Д р - перепад давления воды в системе отопления;
t - время.

При абонентском вводе с установленным оборудованием при заданных расчетной нагрузке отопления Q 0 и суточном графике нагрузки горячего водоснабжения Q r программа позволяет решить любую из следующих задач.

При произвольной температуре наружного воздуха Т н:

определить внутреннюю температуру отапливаемых помещений Т в, при этом заданными являются расход сетевой воды ил ввод G с и температурный график в подающей линии;
определить расход сетевой воды на ввод G с, требуемый для обеспечения заданной внутренней температуры отапливаемых помещений Т в при известном температурном графике тепловой сети;
определить требуемую температуру воды в подающей линии тепловой сети t 1 (температурный график сети) для обеспечения заданной внутренней температуры отапливаемых помещений Т в при заданном расходе сетевой воды G с. Указанные задачи решаются для любой схемы присоединения системы отопления (зависимая, независимая) и любой схемы присоединения горячего водоснабжения (последовательная, параллельная, смешанная).

Помимо указанных параметров определяются расходы воды и температуры во всех характерных точках схемы, расходы тепла на систему отопления и тепловые нагрузки обоих ступеней подогревателя, потери напора теплоносителей в них. Программа позволяет рассчитывать режимы абонентских вводов с любым типом теплообменников (кожухотрубные или пластинчатые).

Рис. 2.12

На рис. 2.12 приведены фрагменты расчетной схемы динамического режима системы отопления.

Программа расчета динамического теплового режима здания позволяет для абонентского ввода с выбранным оборудованием при заданных расчетной нагрузке отопления Q 0 решить любую из следующих задач:

расчет схемы управления тепловым режимом помещения по отклонению его внутренней температуры;
расчет схемы управления тепловым режимом помещения по возмущению внешних параметров;
расчет теплового режима здания при качественном, количественном и комбинированном способах регулирования;
расчет оптимального регулятора при нелинейных статических характеристиках реальных элементов системы (датчики, регулирующие клапаны, теплообменники и т.д.);
при произвольно изменяющейся во времени температуре наружного воздуха T н (t) необходимо:
определить изменение во времени внутренней температуры отапливаемых помещений Т в;
определить изменение во времени расхода сетевой воды па ввод G с, требуемый для обеспечения заданной внутренней температуры отапливаемых помещений Т в при произвольном температурном графике тепловой сети;
определить изменение во времени температуры воды в подающей линии тепловой сети t 1 (t).

Указанные задачи решаются для любой схемы присоединения системы отопления (зависимая, независимая) и любой схемы присоединения горячего водоснабжения (последовательная, параллельная, смешанная).

Внедрение АСР теплоснабжения в жилых зданиях

Рис. 2.13

На рис. 2.13 показана принципиальная схема системы автоматического регулирования отопления и горячего водоснабжения в индивидуальном тепловом пункте (ИТП) с зависимым присоединением системы отопления и двухступенчатой схемой подогревателей горячего водоснабжения. Она была смонтирована АУЖКХ треста 42, прошла испытания и эксплуатационную проверку. Данная система применима к любой схеме присоединения систем отопления и горячего водоснабжения подобного типа.

Основная задача данной системы - поддерживать заданную зависимость изменения расхода сетевой воды на систему отопления и горячего водоснабжения от температуры наружного воздуха.

Присоединение системы отопления здания к тепловым сетям выполнено по зависимой схеме с насосным смешением. Для приготовления горячей воды на нужды ГВС предусмотрена установка пластинчатых подогревателей, подключенных к тепловой сети по смешанной двухступенчатой схеме.

Система отопления здания - двухтрубная вертикальная с нижней разводкой магистральных трубопроводов.

Система автоматического регулирования теплоснабжения здания включает в себя решения:

по автоматическому регулированию работы наружного контура теплоснабжения;
по автоматическому регулированию работы внутреннего контура системы отопления здания;
по созданию режима комфортности в помещениях;
по автоматическому регулированию работы теплообменника ГВС.

Система отопления оборудована микропроцессорным регулятором температуры воды контура отопления здания (внутреннего контура) в комплекте с датчиками температуры и регулирующим клапаном с электроприводом. В зависимости от температуры наружного воздуха регулирующий прибор обеспечивает необходимую температуру теплоносителя на отопление здания по отопительному графику, управляя регулирующим клапаном с электроприводом, установленным на прямом трубопроводе из теплосети. Для ограничения по максимуму температуры обратной воды, возвращаемой в теплосеть, предусмотрен ввод в микропроцессорный регулятор сигнала с датчика температуры, установленного на трубопроводе обратной воды в теплосеть. Микропроцессорный регулятор выполняет защиту системы отопления от замерзания. Для поддержания постоянного перепада давления на регулирующем клапане температуры предусмотрен регулятор перепада давления.

Для автоматического регулирования температуры воздуха в помещениях здания в проекте предусмотрены терморегуляторы на отопительных приборах. Терморегуляторы обеспечивают комфорт и экономят теплоэнергию.

Для поддержания постоянного перепада давления между прямым и обратным трубопроводом системы отопления установлен регулятор перепада давления.

Для автоматического регулирования работы теплообменника установлен автоматический регулятор температуры на греющей воде, который меняет подачу греющей воды в зависимости от температуры нагреваемой воды, поступающей в систему ГВС.

В соответствии с требованиями "Правил учета тепловой энергии и теплоносителя" от 1995 г. выполнен коммерческий учет тепловой энергии на вводе теплосети в ИТП посредством теплосчетчика, установленного на подающем трубопроводе из теплосети и счетчика объема, установленного на обратном трубопроводе в теплосеть.

В состав теплосчетчика входят:

расходомер;
процессор;
два датчика температуры.

Микропроцессорный контроллер обеспечивает индикацию параметров:

количество теплоты;
количество теплоносителя;
температура теплоносителя;
разность температур;
время работы теплосчетчика.

Все элементы автоматических систем регулирования и горячего водоснабжения выполнены на оборудовании фирмы "Данфосс".

Микропроцессорный регулятор ECL 9600 предназначен для управления температурным режимом воды в системах отопления и горячего водоснабжения в двух независимых контурах и применяется для установки на тепловых пунктах.

Регулятор имеет релейные выходы для управления регулирующими клапанами и циркуляционными насосами.

Элементы, которые должны быть присоединены к регулятору ECL 9600:

датчик температуры наружного воздуха ESMT;
датчик температуры на подаче теплоносителя в циркуляционном контуре 2, ESMA/C/U;
реверсивный привод регулирующего клапана серии AMВ или AMV (220 В).

Кроме того, следующие элементы могут быть присоединены дополнительно:

датчик температуры обратной воды из циркуляционного контура, ESMA/C/U;
датчик температуры внутреннего воздуха ESMR.

Микропроцессорный регулятор ECL 9600 имеет встроенные аналоговый или цифровой таймеры и жидкокристаллический индикатор, обеспечивающие простое обслуживание.

Встроенный индикатор служит для визуального наблюдения параметров и осуществления настройки.

В случае присоединения датчика температуры внутреннего воздуха ESMR/F происходит автоматическая корректировка темпера туры теплоносителя на подаче в систему отопления.

Регулятор может ограничить значение температуры обратном воды из циркуляционного контура в следящем режиме в зависимости от температуры наружного воздуха (пропорциональное ограничение) или установить постоянное значение максимального или минимального ограничения температуры обратной воды из циркуляционного контура.

Функции, обеспечивающие комфорт и экономию тепловой шсргии:

снижение температуры в системе отопления в ночное время и зависимости от температуры наружного воздуха или согласно заданному значению снижения;
возможность работы системы с увеличенной мощностью после каждого периода снижения температуры в системе отопления (быстрый разогрев помещения);
возможность автоматического выключения системы отопления при определенной заданной температуре наружного воздуха (летнее отключение);
возможность работы с различными типами механизированных приводов регулирующего клапана;
дистанционное управление регулятором при помощи ESMF/ECA 9020.

Защитные функции:

ограничение максимального и минимального значений температуры воды, подаваемой в циркуляционный контур;
управление насосом, периодический променаж в летний период;
защита системы отопления от замерзания;
возможность присоединения предохранительного термостата.

Современное оборудование автоматических систем регулирования теплоснабжения

Отечественные и зарубежные фирмы предоставляют большой выбор современного оборудования автоматических систем регулирования теплоснабжения практически с одинаковыми функциональными возможностями:

Управление отоплением:
- Демпфирование наружной температуры.
- "Эффект понедельника".
- Линейные ограничения.
- Ограничения температуры возврата.
- Коррекция по температуре помещений.
- Самокорректировка графика подачи.
- Оптимизация времени запуска.
- Экономичный режим в ночное время.

Управление ГВС:
- Функция низкой загрузки.
- Лимит температуры обратной воды.
- Отдельный таймер.

Управление насосом:
- Защита от замораживания.
- Отключение насоса.
- Променаж насоса.

Сигналы тревоги:
- От насоса.
- По температуре замораживания.
- Общий.

Комплекты оборудования теплоснабжения известных фирм, "Данфосс" (Дания), "Альфа-Лаваль" (Швеция), "Тур и Андерсон" (Швеция), "Рааб Кархер" (Германия), "Honeywell" (США) в общем случае включают следующие приборы и устройства для систем регулирования и учета.

Оборудование для автоматизации теплового пункта здания:

Оборудование для учета тепла.

Вспомогательное оборудование.
- Обратные клапаны.
- Шаровые краны устанавливаются для герметичного отключения стояков и для слива воды. При этом в открытом состоянии, во время работы системы, шаровые краны практически не создают дополнительных сопротивлений. Они также могут быть установлены на всех ответвлениях на вводе в здание и в тепловом пункте.
- Сливные шаровые клапаны.
- Обратный клапан устанавливается для защиты от попадания воды из подающей магистрали в обратную магистраль при остановке насоса.
- Фильтр сетчатый, с шаровым краном на дренаже, на вводе в систему обеспечивает очистку воды от твердых взвесей.
- Автоматические воздухоотводчики обеспечивают автоматический выпуск воздуха при заполнении системы отопления, а также в процессе работы системы отопления.
- Радиаторы.
- Конвекторы.
- Домофоны ("Вика" АУЖКХ треста 42).

В АУЖКХ треста 42 проведен анализ функциональных возможностей оборудования автоматических систем регулирования теплоснабжения наиболее известных фирм: "Данфосс", "Тур и Андерсон", "Honeywell". Сотрудники треста могут оказать квалифицированную консультацию по внедрению оборудования этих фирм.

Статья 18. Распределение тепловой нагрузки и управление системами теплоснабжения

1. Распределение тепловой нагрузки потребителей тепловой энергии в системе теплоснабжения между , поставляющими тепловую энергию в данной системе теплоснабжения, осуществляется органом, уполномоченным в соответствии с настоящим Федеральным законом на утверждение схемы теплоснабжения , путем внесения ежегодно изменений в схему теплоснабжения.

2. Для распределения тепловой нагрузки потребителей тепловой энергии все теплоснабжающие организации, владеющие источниками тепловой энергии в данной системе теплоснабжения, обязаны представить в орган, уполномоченный в соответствии с настоящим Федеральным законом на утверждение схемы теплоснабжения, заявку, содержащую сведения:

1) о количестве тепловой энергии, которую теплоснабжающая организация обязуется поставлять потребителям и теплоснабжающим организациям в данной системе теплоснабжения;

2) об объеме мощности источников тепловой энергии, которую теплоснабжающая организация обязуется поддерживать;

3) о действующих тарифах в сфере теплоснабжения и прогнозных удельных переменных расходах на производство тепловой энергии, теплоносителя и поддержание мощности.

3. В схеме теплоснабжения должны быть определены условия, при наличии которых существует возможность поставок тепловой энергии потребителям от различных источников тепловой энергии при сохранении надежности теплоснабжения . При наличии таких условий распределение тепловой нагрузки между источниками тепловой энергии осуществляется на конкурсной основе в соответствии с критерием минимальных удельных переменных расходов на производство тепловой энергии источниками тепловой энергии, определяемыми в порядке, установленном основами ценообразования в сфере теплоснабжения, утвержденными Правительством Российской Федерации, на основании заявок организаций, владеющих источниками тепловой энергии, и нормативов, учитываемых при регулировании тарифов в области теплоснабжения на соответствующий период регулирования.

4. Если теплоснабжающая организация не согласна с распределением тепловой нагрузки, осуществленным в схеме теплоснабжения, она вправе обжаловать решение о таком распределении, принятое органом, уполномоченным в соответствии с настоящим Федеральным законом на утверждение схемы теплоснабжения, в уполномоченный Правительством Российской Федерации федеральный орган исполнительной власти.

5. Теплоснабжающие организации и теплосетевые организации, осуществляющие свою деятельность в одной системе теплоснабжения, ежегодно до начала отопительного периода обязаны заключать между собой соглашение об управлении системой теплоснабжения в соответствии с правилами организации теплоснабжения, утвержденными Правительством Российской Федерации.

6. Предметом указанного в части 5 настоящей статьи соглашения является порядок взаимных действий по обеспечению функционирования системы теплоснабжения в соответствии с требованиями настоящего Федерального закона. Обязательными условиями указанного соглашения являются:

1) определение соподчиненности диспетчерских служб теплоснабжающих организаций и теплосетевых организаций, порядок их взаимодействия;

3) порядок обеспечения доступа сторон соглашения или, по взаимной договоренности сторон соглашения, другой организации к тепловым сетям для осуществления наладки тепловых сетей и регулирования работы системы теплоснабжения;

4) порядок взаимодействия теплоснабжающих организаций и теплосетевых организаций в чрезвычайных ситуациях и аварийных ситуациях.

7. В случае, если теплоснабжающие организации и теплосетевые организации не заключили указанное в настоящей статье соглашение, порядок управления системой теплоснабжения определяется соглашением, заключенным на предыдущий отопительный период, а если такое соглашение не заключалось ранее, указанный порядок устанавливается органом, уполномоченным в соответствии с настоящим Федеральным законом на утверждение схемы теплоснабжения.

Важной коммунальной услугой в современных городах является теплоснабжение. Система теплоснабжения служит для удовлетворения потребностей населения в услугах отопления жилых и общественных зданий, горячего водоснабжения (подогрев воды) и вентиляции.

Современная система теплоснабжения городов включает следующие основные элементы: источник тепла, тепловые передающие сети и устройства, а также потребляющие тепло оборудование и устройства - системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Системы теплоснабжения городов классифицируются по следующим критериям:

- степень централизации;
- род теплоносителя;
- способ выработки тепловой энергии;
- способ подачи воды на горячее водоснабжение и отопление;
- количество трубопроводов тепловых сетей;
- способ обеспечения потребителей тепловой энергией и др.

По степени централизации теплоснабжения различают два основных вида:

1) централизованные системы теплоснабжения, которые получили развитие в городах и районах с преимущественно многоэтажной застройкой. Среди них можно выделить: высокоорганизованное централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепла и электроэнергии на ТЭЦ - теплофикация и централизованное теплоснабжение от районных отопительных и промышленно-отопительных котельных;
2) децентрализованное теплоснабжение от мелких придомовых котельных установок (пристроенных, подвальных, крышных), индивидуальных отопительных приборов и т.п.; при этом отсутствуют тепловые сети и связанные с ними потери тепловой энергии.

По роду теплоносителя различают паровые и водяные системы теплоснабжения. В паровых системах теплоснабжения в качестве теплоносителя выступает перегретый пар. Эти системы используются в основном для технологических целей в промышленности, электроэнергетике. Для нужд коммунального теплоснабжения населения вследствие повышенной опасности при их эксплуатации они практически не используются.

В водяных системах теплоснабжения теплоносителем является горячая вода. Эти системы применяются в основном для снабжения тепловой энергией городских потребителей, для горячего водоснабжения и отопления, а в некоторых случаях - и для технологических процессов. В нашей стране водяные системы теплоснабжения составляют более половины всех тепловых сетей.

По способу выработки тепловой энергии различают:

- комбинированную выработку тепла и электроэнергии на теплоэлектроцентралях. В этом случае тепло рабочего тепловодяного пара используется для получения электроэнергии при расширении пара в турбинах, а затем оставшееся тепло отработанного пара используется для нагрева воды в теплообменниках, которые составляют теплофикационное оборудование ТЭЦ. Горячая вода используется для теплоснабжения городских потребителей. Таким образом, на ТЭЦ тепло высокого потенциала используется для выработки электроэнергии, а тепло низкого потенциала - для теплоснабжения. В этом состоит энергетический смысл комбинированной выработки тепла и электроэнергии, которая обеспечивает существенное снижение удельных расходов топлива при получении тепловой и электрической энергии;
- раздельную выработку тепловой энергии, когда нагрев воды в котельных установках (тепловых станциях) отделен от выработки электрической энергии.

По способу подачи воды на горячее водоснабжение водяные системы теплоснабжения делятся на открытые и закрытые. В открытых водяных системах теплоснабжения горячая вода поступает к водоразборным приборам местной системы горячего водоснабжения непосредственно из тепловых сетей. В закрытых водяных системах теплоснабжения воду из тепловых сетей используют только как греющую среду для нагревания в водоподогревателях - теплообменниках (бойлерах) водопроводной воды, которая поступает затем в местную систему горячего водоснабжения.

По количеству трубопроводов различают однотрубные, двухтрубные и многотрубные системы теплоснабжения.

По способу обеспечения потребителей тепловой энергией различаются одноступенчатые и многоступенчатые системы теплоснабжения - в зависимости от схем присоединения абонентов (потребителей) к тепловым сетям. Узлы присоединения потребителей тепла к тепловым сетям называют абонентскими вводами. На абонентском вводе каждого здания устанавливают подогреватели горячего водоснабжения, элеваторы, насосы, арматуру, контрольно-измерительные приборы для регулирования параметров и расхода теплоносителя по местным отопительным и водоразборным приборам. Поэтому часто абонентский ввод называют местным тепловым пунктом (МТП). Если абонентский ввод сооружается для отдельного объекта, то его называют индивидуальным тепловым пунктом (ИТП).

При организации одноступенчатых систем теплоснабжения абоненты-потребители тепла присоединяются непосредственно к тепловым сетям. Такое непосредственное присоединение отопительных приборов ограничивает пределы допустимого давления в тепловых сетях, так как высокое давление, необходимое для транспорта теплоносителя к конечным потребителям, опасно для радиаторов отопления. В силу этого одноступенчатые системы применяют для теплоснабжения ограниченного числа потребителей от котельных с небольшой длиной тепловых сетей.

В многоступенчатых системах между источником тепла и потребителями размещают центральные тепловые (ЦТП) или контрольно-распределительные пункты (КРП), в которых параметры теплоносителя могут изменяться по требованию местных потребителей. Оборудуются ЦТП и КРП насосными и водонагревательными установками, регулирующей и предохранительной арматурой, контрольно-измерительными приборами, предназначенными для обеспечения группы потребителей в квартале или районе тепловой энергией необходимых параметров. С помощью насосных или водонагревательных установок магистральные трубопроводы (первая ступень) частично или полностью гидравлически изолируются от распределительных сетей (вторая ступень). Из ЦТП или КРП теплоноситель с допустимыми или установленными параметрами по общим или отдельным трубопроводам второй ступени подается в МТП каждого здания для местных потребителей. При этом в МТП производятся лишь элеваторное подмешивание обратной воды из местных отопительных установок, местное регулирование расхода воды на горячее водоснабжение и учет расхода тепла.

Организация полной гидравлической изоляции тепловых сетей первой и второй ступени является важнейшим мероприятием повышения надежности теплоснабжения и увеличения дальности транспорта тепла. Многоступенчатые системы теплоснабжения с ЦТП и КРП позволяют в десятки раз уменьшить число местных подогревателей горячего водоснабжения, циркуляционных насосов и регуляторов температуры, устанавливаемых в МТП при одноступенчатой системе. В ЦТП возможна организация обработки местной водопроводной воды для предупреждения коррозии систем горячего водоснабжения. Наконец, при сооружении ЦТП и КРП в значительной мере сокращаются удельные эксплуатационные затраты и затраты на содержание персонала для обслуживания оборудования в МТП.

Тепловая энергия в виде горячей воды или пара транспортируется от ТЭЦ или котельной к потребителям (к жилым домам, общественным зданиям и промышленным предприятиям) по специальным трубопроводам - тепловым сетям. Трасса тепловых сетей в городах н других населенных пунктах должна предусматриваться в отведенных для инженерных сетей технических полосах.

Современные тепловые сети городских систем представляют собой сложные инженерные сооружения. Их протяженность от источника до потребителей составляет десятки километров, а диаметр магистралей достигает 1400 мм. В состав тепловых сетей входят теплопроводы; компенсаторы, воспринимающие температурные удлинения; отключающее, регулирующее и предохранительное оборудование, устанавливаемое в специальных камерах или павильонах; насосные станции; районные тепловые пункты (РТП) и тепловые пункты (ТП).

Тепловые сети разделяются на магистральные, прокладываемые на главных направлениях населенного пункта, распределительные - внутри квартала, микрорайона - и ответвления к отдельным зданиям и абонентам.

Схемы тепловых сетей применяют, как правило, лучевые. Во избежание перерывов в снабжении потребителя теплом предусматривают соединение отдельных магистральных сетей между собой, а также устройство перемычек между ответвлениями. В больших городах при наличии нескольких крупных источников тепла сооружают более сложные тепловые сети по кольцевой схеме.

Для обеспечения надежного функционирования таких систем необходимо их иерархическое построение, при котором всю систему расчленяют на ряд уровней, каждый из которых имеет свою задачу, уменьшающуюся по значению от верхнего уровня к нижнему. Верхний иерархический уровень составляют источники тепла, следующий уровень - магистральные тепловые сети с РТП, нижний - распределительные сети с абонентскими вводами потребителей. Источники тепла подают в тепловые сети горячую воду заданной температуры и заданного давления, обеспечивают циркуляцию воды в системе и поддержание в ней должного гидродинамического и статического давления. Они имеют специальные водоподготовительные установки, где осуществляется химическая очистка и дезаэрация воды. По магистральным тепловым сетям в узлы теплопотребления транспортируются основные потоки теплоносителя. В РТП теплоноситель распределяется по районам, в сетях районов поддерживаются автономные гидравлический и тепловой режимы. Организация иерархического построения систем теплоснабжения обеспечивает их управляемость в процессе эксплуатации.

Для управления гидравлическими и тепловыми режимами системы теплоснабжения ее автоматизируют, а количество подаваемого тепла регулируют в соответствии с нормами потребления и требованиями абонентов. Наибольшее количество тепла расходуется на отопление зданий. Отопительная нагрузка изменяется с изменением наружной температуры. Для поддержания соответствия подачи тепла потребителям в нем применяют центральное регулирование на источниках тепла. Добиться высокого качества теплоснабжения, применяя только центральное регулирование, не удается, поэтому на тепловых пунктах и у потребителей применяют дополнительное автоматическое регулирование. Расход воды на горячее водоснабжение непрерывно изменяется, и для поддержания устойчивого теплоснабжения гидравлический режим тепловых сетей автоматически регулируют, а температуру горячей воды поддерживают постоянной и равной 65 °С.

К числу основных системных проблем, осложняющих организацию эффективного механизма функционирования теплоснабжения в современных городах, можно отнести следующие:

- значительный физический и моральный износ оборудования систем теплоснабжения;
- высокий уровень потерь в тепловых сетях;
- массовое отсутствие у жителей приборов учета тепловой энергии и регуляторов отпуска тепла;
- завышенные оценки тепловых нагрузок у потребителей;
- несовершенство нормативно-правовой и законодательной базы.

Оборудование предприятий теплоэнергетики и тепловых сетей имеют в среднем по России высокую степень износа, достигшую 70%. В общем числе отопительных котельных преобладают мелкие, малоэффективные, процесс их реконструкции и ликвидации протекает очень медленно. Прирост тепловых мощностей ежегодно отстает от возрастающих нагрузок в 2 раза и более. Из-за систематических перебоев в обеспечении котельных топливом во многих городах ежегодно возникают серьезные трудности в теплоснабжении жилых кварталов и домов. Пуск систем отопления осенью растягивается на несколько месяцев, «недотопы» жилых помещений в зимний период стали нормой, а не исключением; темпы замены оборудования снижаются, увеличивается количество оборудования, находящегося в аварийном состоянии. Это предопределило в последние годы резкий рост аварийности систем теплоснабжения.

1. Распределение тепловой нагрузки потребителей тепловой энергии в системе теплоснабжения между источниками тепловой энергии, поставляющими тепловую энергию в данной системе теплоснабжения, осуществляется органом, уполномоченным в соответствии с настоящим Федеральным законом на утверждение схемы теплоснабжения, путем внесения ежегодно изменений в схему теплоснабжения.

3. В схеме теплоснабжения должны быть определены условия, при наличии которых существует возможность поставок тепловой энергии потребителям от различных источников тепловой энергии при сохранении надежности теплоснабжения. При наличии таких условий распределение тепловой нагрузки между источниками тепловой энергии осуществляется на конкурсной основе в соответствии с критерием минимальных удельных переменных расходов на производство тепловой энергии источниками тепловой энергии, определяемыми в порядке, установленном основами ценообразования в сфере теплоснабжения, утвержденными Правительством Российской Федерации, на основании заявок организаций, владеющих источниками тепловой энергии, и нормативов, учитываемых при регулировании тарифов в области теплоснабжения на соответствующий период регулирования.

2) порядок организации наладки тепловых сетей и регулирования работы системы теплоснабжения;

В рамках поставки электрощитового оборудования были поставлены силовые шкафы и шкафы управления для двух корпусов (ИТП). Для приема и распределения электроэнергии в тепловых пунктах используются вводно-распределительные устройства, состоящие из пяти панелей каждое (всего 10 панелей). В вводных панелях установлены переключающие рубильники, ограничители перенапряжения, амперметры и вольтметры. Панели АВР в ИТП1 и ИТП2 реализованы на базе блоков автоматического ввода резерва. В распределительных панелях ВРУ установлены аппараты защиты и коммутации (контакторы, устройства плавного пуска, кнопки и лампы) технологического оборудования тепловых пунктов. Все автоматические выключатели снабжены контактами состояния, сигнализирующими об аварийном отключении. Эта информация передается на контроллеры, установленные в шкафах автоматики.

Для контроля и управления оборудованием используется контроллеры ОВЕН ПЛК110. К ним подключены модули ввода/вывода ОВЕН МВ110-224.16ДН, МВ110-224.8А, МУ110-224.6У, а также сенсорные панели оператора.

Ввод теплоносителя осуществляется непосредственно в помещение ИТП. Подача воды на горячее водоснабжение, отопление и теплоснабжение воздухонагревателей систем вентиляции воздуха осуществляется с коррекцией по температуре наружного воздуха.

Отображение технологических параметров, аварий, состояние оборудования и диспетчерское управление ИТП осуществляется с АРМ диспетчеров в объединенном ЦДП здания. На сервере диспетчеризации осуществляется хранение архива технологических параметров, аварий, состояния оборудования ИТП.

Автоматизацией тепловых пунктов предусматривается:

поддержание температуры теплоносителя, подаваемого в системы отопления и вентиляции, в соответствии с температурным графиком;
поддержание температуры воды в системе ГВС на подаче потребителям;
программирование различных температурных режимов по часам суток, дням недели и праздничным дням;
контроль соблюдения значений параметров, определяемых технологическим алгоритмом, поддержка технологических и аварийных границ параметров;
контроль температуры теплоносителя, возвращаемого в тепловую сеть системы теплоснабжения, по заданному температурному графику;
измерение температуры наружного воздуха;
поддержание заданного перепада давления между подающим и обратным трубопроводами систем вентиляции и отопления;
управление циркуляционными насосами по заданному алгоритму:
- включение/выключение;
- управление насосным оборудованием с частотными приводами по сигналам от ПЛК, установленным в шкафах автоматики;
- периодическое переключение основной/резервный для обеспечения одинаковой наработки;
- автоматическое аварийное переключение на резервный насос по контролю датчика перепада давления;
- автоматическое поддержание заданного перепада давления в системах теплопотребления.
управление регулирующими клапанами теплоносителя в первичных контурах потребителей;
управление насосами и клапанами подпитки контуров отопления вентиляции;
задание значений технологических и аварийных параметров через систему диспетчеризации;
управление дренажными насосами;
контроль состояния электрических вводов по фазам;
синхронизация времени контроллера с единым временем системы диспетчеризации (СОЕВ);
пуск оборудования после восстановления электропитания в соответствии с заданным алгоритмом;
отправка аварийных сообщений в систему диспетчеризации.

Информационный обмен между контроллерами автоматизации и верхним уровнем (АРМ со специализированным ПО диспетчеризации MasterSCADA) осуществляется по протоколу Modbus/TCP.