22 Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

Если невозможно получить теплоснабжение от сети центрального отопления, используют электрический калорифер с несколькими ступенями мощности (до четырех).

Расход воздуха в приточно вытяжных системах обеспечивается изменением производительности приточно вытяжных вентиляторов. Если при низкой температуре наружного воздуха полной мощности электрического калорифера для поддержания заданной температуры недостаточно, то снижается производительность (скорость враще ния) вентиляторов. Следует помнить, что при снижении скорости вращения вентиляторов количество поступившего в помещение воз духа может не соответствовать требованиям санитарных норм. Однако это позволяет обеспечить работу центрального кондиционера до тем пературы наружного воздуха минус 20–25 °С. Аналогичная ситуация возникает в летний период в случае работы на охлаждение при высо кой (выше расчетной) температуре наружного воздуха.

В в центральном канале устанавливается датчик потока воздуха

и датчик перегрева калорифера. При отсутствии потока воздуха электрокалорифер выйдет из строя через 10–15 с, поэтому для его за щиты устанавливается датчик потока. Помимо этого, в калориферах, как правило, устанавливают два термостата:

термостат защиты от перегрева с самовозвратом (температура срабатывания 50 °С);

термостат защиты от возгорания с ручным возвратом (темпе ратура срабатывания 150 °С).

Первый термостат срабатывает обратимо, то есть после того, как температура воздуха за электрокалорифером снизится до 40 °С, кало рифер включится снова. Однако если такое выключение случится 4 раза в течение 1 часа, то произойдет аварийное отключение системы. При срабатывании второго термостата система отключится, вклю чить ее повторно можно будет только вручную после устранения неисправности.

Контроль запыленности фильтра оценивается падением давления на нем, которое измеряется дифференциальным датчиком давления. Датчик измеряет разность давлений воздуха до и после фильтра.

Допустимое падение давления на фильтре указывается в его пас порте (обычно 150–300 Па). Это значение устанавливают при наладке системы на дифференциальном датчике давления (уставка датчика). Когда падение давления достигает значения уставки, от датчика посту пает сигнал о предельной запыленности фильтра и необходимости его обслуживания или замены. Если в течение 24 часов после выдачи сиг нала предельной запыленности фильтр не будет очищен или заменен, произойдет аварийная остановка системы.

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха 23

Аналогичные датчики устанавливаются на вентиляторах. Если выйдет из строя вентилятор или ремень привода вентилятора, то сис тема будет остановлена в аварийном режиме.

1.4. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКВ ПО ОПТИМАЛЬНОМУ РЕЖИМУ

Термодинамическая модель подготовки приточ ного воздуха, основанная на регулировании влагосодержания по тем пературе точки росы, обуславливает большой перерасход холода и тепла. Однако широта ее использования связана с отсутствием быстродействующих точных регуляторов влажности.

В последнее время применяют метод регулирования СКВ по опти мальному режиму, позволяющему избежать повторного подогрева воз духа. Термодинамическая модель по оптимальному режиму меняется непрерывно, обеспечивая наименьший расход холода и тепла.

В таких моделях учитывается взаимное влияние двух контуров регулирования: температуры и влажности. Связанные системы регу лирования с двумя стабилизирующими контурами описываются довольно сложными математическими зависимостями, а их аппара турная реализация имеет высокую стоимость. Поэтому регулирова ние по оптимальному режиму применяется в технологическом или прецизионном кондиционировании воздуха.

Из описанных выше схем регулирования центральных кондицио неров вытекает, что для нормального функционирования установки центрального кондиционирования воздуха должна реализовываться определенная технология, обеспечивающая поддержание требуемого микроклимата в помещении. Для этого разрабатываются алгоритмы работы центральных кондиционеров по показаниям датчиков темпе ратуры, влажности, давления, величин токов, напряжения на элемен тах управления и т. д.

Реализация алгоритмов осуществляется исполнительными и за щитными элементами (электродвигатели, клапаны, заслонки и др.).

Таким образом, система автоматического управления установкой центрального кондиционирования должна выполнять следующие функции:

Управляющие (включение, выключение, задержки);

защитные (отключение при авариях, предупреждение повреж дений установки);

регулирующие (поддержание комфортных условий при минимальных эксплутационных расходах).

24 Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

1.5. УПРАВЛЯЮЩИЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ СКВ

Управляющие функции обеспечивают выполне ние заложенных алгоритмов нормального функционирования систе мы. К ним относятся функции:

последовательность пуска;

последовательность останова;

резервирующие и дополняющие.

1.5.1. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПУСКА

Для обеспечения нормального пуска кондицио нера необходимо соблюдать следующую последовательность:

1. Предварительное открытие воздушных заслонок

Предварительное открытие воздушных заслонок до пуска венти ляторов выполняется в связи с тем, что не все заслонки в закрытом состоянии могут выдержать перепад давлений, создаваемый вентиля тором, а время полного открытия заслонки электроприводом доходит до 2 мин. Входное напряжение управления электроприводом может быть 0–10 В (пропорциональное позиционное управление при плав ном регулировании) или ~24 В (~220 В) – двухпозиционное управле ние (открыто – закрыто).

2. Разнесение моментов запуска электродвигателей

Асинхронные электродвигатели имеют большие пусковые токи. Так, компрессоры холодильных машин имеют пусковые токи, в 7–8 раз превышающие рабочие (до 100 А). Если одновременно запустить вентиляторы, холодильные машины и другие приводы, то из за боль шой нагрузки на электрическую сеть здания сильно упадет напряже ние, и электродвигатели могут не запуститься. Поэтому запуск элект родвигателей необходимо разносить по времени.

3. Предварительный прогрев калорифера

Если включить кондиционер, не прогрев водяной калорифер, то при низкой температуре наружного воздуха может сработать защита от замораживания. Поэтому при включении кондиционера необходи мо открыть заслонки приточного воздуха, открыть трехходовой кла пан водяного калорифера и прогреть калорифер. Как правило, эта функция включается при температуре наружного воздуха ниже 12 °С.

В системах с вращающимся рекуператором сначала включается вытяжной вентилятор, затем начинает вращаться колесо рекуперато

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха 25

ра, а после его прогрева вытяжным воздухом включается приточный вентилятор.

Таким образом, последовательность включения должна быть сле дующей: вытяжная заслонка – вытяжной вентилятор – приточная заслонка – рекуператор – трехходовой клапан – приточный вентиля тор. Время запуска в летний период составляет 30–40 с, в зимний – до 2 мин.

1.5.2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ОСТАНОВА

1. Задержка остановки вентилятора приточного воздуха

В установках с электрокалорифером необходимо после снятия нап ряжения с электрокалорифера охлаждать его некоторое время, не вы ключая вентилятор приточного воздуха. В противном случае нагрева тельный элемент калорифера (тепловой электрический нагреватель – ТЭН) может выйти из строя.

2. Задержка выключения холодильной машины

При выключении холодильной машины хладагент сосредоточится в самом холодном месте холодильного контура, т. е. в испарителе. При последующем пуске возможен гидроудар. Поэтому перед выключением компрессора сначала закрывается клапан, устанавливаемый перед ис парителем, а затем при достижении давления всасывания 2,0–2,5 бар, компрессор выключается. Вместе с задержкой выключения компрес сора производится задержка выключения приточного вентилятора.

3. Задержка закрытия воздушных заслонок

Воздушные заслонки закрываются полностью только после оста новки вентиляторов. Так как вентиляторы останавливаются с задерж кой, то и воздушные заслонки закрываются с задержкой.

1.5.3. РЕЗЕРВИРУЮЩИЕ И ДОПОЛНЯЮЩИЕ ФУНКЦИИ

Дополняющие функции закладываются при ра боте в схеме нескольких одинаковых функциональных модулей (электрокалориферов, испарителей, холодильных машин), когда в за висимости от затребованной производительности включаются один или несколько элементов.

Для повышения надежности устанавливаются резервные вентиля торы, электронагреватели, холодильные машины. При этом периоди чески (например, через 100 ч) основной и резервный элементы меня ются функциями.

26 Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

1.6. ЗАЩИТНЫЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ СКВ

К защитным функциям относятся:

защита водяного калорифера от замораживания;

защита при выходе из строя вентиляторов или привода вентилятора;

защита при повышении перепада давления на фильтрах (засо рение фильтров);

защита холодильной машины при отклонении от допустимых значений питающего напряжения, давлений, температур, токов;

защита электрокалорифера от перегрева и сгорания.

2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СИСТЕМАМ АВТОМАТИЗАЦИИ СКВ

2.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Требования к системам автоматизации условно можно разделить на три группы:

общие требования для всех систем автоматизации;

требования, учитывающие специфику СКВ;

требования к системам автоматизации, определяемые конкрет ной СКВ.

Общие требования для всех систем автоматизации, независимо от объекта управления, определяются рядом общегосударственных, нормативных документов. Главным из них являются: ДСТУ БА 2.4. 3 95 (ГОСТ 21.4.08 93), СНиП 3.05.07.85 «Системы автоматизации», «Правила устройства электроустановок (ПУЭ)» и ДНАОП 0.00 1.32 01.

В ДСТУ БА 2.4. 3 95 (ГОСТ 21.4.08 93) изложены нормы и пра вила выполнения рабочей документации автоматизации технологи ческих процессов.

Сборник норм и правил СНиП 3.05.07 85 определяет порядок

и правила выполнения всех работ, связанных с производством, мон тажом и наладкой систем автоматизации технологических процессов

и инженерного оборудования.

В ПУЭ даны определения и общие указания по устройству элект роустановок, выбору проводников и электрических аппаратов по спо собу их защиты.

В ДНАОП 0.00 1.32 01 приведены правила устройств электрообо рудования специальных установок, в т. ч. в разделах 2 и 3 – электро оборудования жилых, общественных, административных, спортивных

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха 27

и культурно зрелищных зданий и сооружений, т. е. объектов, где установка СКВ обязательна. К отдельным положениям этих доку ментов мы будем обращаться в разделах, посвященных технической

2.2. ТРЕБОВАНИЯ, УЧИТЫВАЮЩИЕ СПЕЦИФИКУ СКВ

Эти требования в общем виде, представлены в разделе 9. СНиП 2.04.05 91*У «Отопление, вентиляция и кондици онирование» и регламентируют объем обязательных функций систем автоматизации: измерения, регулирования, сигнализации, автомати ческих блокировок и защиты технологического оборудования и т. п.

Автоматическое регулирование параметров обязательно для воз душного отопления, приточной и вытяжной вентиляции, работаю щей с переменным расходом, переменной смесью наружного и рецир куляционного воздуха и тепловой мощности калориферов 50 кВт и более, а также кондиционирования, холодоснабжения и местного доувлажнения воздуха в помещениях.

Основные контролируемые параметры СКВ:

температура воздуха и теплоносителя (холодоносителя) на вхо де и на выходе устройств;

температура наружного воздуха и в контрольных точках по мещения;

давление тепло и холодоносителя до и после устройств, где давление изменяет свое значение;

расход теплоты, потребляемой системы отопления и вентиляции;

давление (разность давлений) воздуха в СКВ с фильтрами и теплоутилизаторами по требованию технических условий на оборудование или по условию эксплуатации.

Необходимость дистанционного контроля и регистрации основ ных параметров определяется технологическими требованиями.

Датчики следует размещать в характерных точках в обслуживае мой (рабочей) зоне помещения, в местах, где они не подвергаются влиянию нагретых или охлажденных поверхностей или струй при точного воздуха. Допускается установка датчиков в воздуховодах, если параметры в них не отличаются от параметров воздуха в поме щении или отличаются на постоянную величину.

Если отсутствуют специальные технологические требования к точности, то точность поддержания в точках установки датчиков должна быть ±1 °С по температуре и ±7 % по относительной влажности. В случае применения местных кондиционеров доводчиков с индиви

28 Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

дуальными регуляторами прямого действия точность поддержания температуры ±2 °С.

Автоматическое блокирование предусматривается в:

системах с переменным расходом наружного и приточного воз духа для обеспечения минимально допустимой подачи воздуха;

теплообменниках первого подогрева и рекуператорах для предотвращения их замораживания;

контурах воздухообмена, циркуляции теплоносителя и хладагента, для защиты теплообменников, ТЭНов, компрессоров и др.;

системах противопожарной защиты и отключения оборудования в аварийных ситуациях.

Причиной возможного замерзания воды в трубах является лами нарное движение воды при отрицательной температуре наружного воздуха и переохлаждении воды в аппарате. При диаметре трубки теп лообменника d тр = 2,2 см и скорости воды меньшей 0,1 м/с скорость во ды у стенки практически равна нулю. Вследствие малого термическо го сопротивления трубки температура воды у стенки приближается к температуре наружного воздуха. Особенно подвержена замерзанию вода в первом ряду трубок со стороны потока наружного воздуха.

Выделим три основных фактора, способствующих замерзанию воды:

ошибки, допущенные при проектировании и связанные с завы шенной поверхностью нагрева, обвязкой по теплоносителю и способом управления;

превышение температуры горячей воды и, как следствие, резкое снижение скорости движения воды, из за чего создается опасность замерзания воды в теплообменнике;

перетекание холодного воздуха из за негерметичности клапана наружного воздуха и при полном закрытии плунжера водяного клапана.

Обычно защита от замерзания теплообменников выполняется на базе двухпозиционных регуляторов с датчиками температуры перед аппаратом и в обратном трубопроводе воды. Опасность заморажива ния прогнозируют по температуре воздуха перед аппаратом (t н <3 °С) и одновременным понижении температуры обратной воды, напри мер, t w min < 15 °С. При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор. В нера бочее время клапан остается приоткрытым (5–25 %) при закрытой заслонке наружного воздуха.

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха 29

Приведенные выше регламентированные функции автоматики СКВ не исчерпывают всех особенностей процесса и оборудования воздухообработки. Практика наладки и эксплуатации таких систем показала необходимость выполнения еще целого ряда требований. Здесь следует, прежде всего, остановиться на обязательном прогреве воздухонагревателя первого прогрева перед пуском двигателя при точного вентилятора и соблюдении последовательности включения

и останова рабочего оборудования системы. На рис. 1.13 показан типо вой график включения и выключения аппаратов и устройств приточ но вытяжной системы. Первым полностью открывается клапан калорифера, после его прогрева в течение 120 с подается команда на открытие воздушных заслонок, еще через 40 с включается вытяжной вентилятор и только при полностью открытых заслонках – приточ ный вентилятор. Кроме того, должен быть предусмотрен индивиду альный пуск оборудования, которое необходимо включать при наладке

и профилактических работах.

30 Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

2.3. ТРЕБОВАНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ КОНКРЕТНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

Эти требования формулируются на основе алго ритмов функционирования и управления СКВ. При этом выбор алго ритма управления определяется двумя основными качествами: точностью и экономичностью управления. Первое качество опреде ляет выбор оптимального закона управления, второe – оптимальной программы управления. Другие показатели, такие как надежность, стоимость и т. д. накладываются как ограничения на выбранный кри терий оптимальности первых двух факторов. И если определение оптимального закона управления производится специалистом по ав томатизации, то определение оптимальной программы управления должно вестись совместно специалистами по кондиционированию и вентиляции и специалистами по автоматизации. При таком подходе учитываются как требования к системе автоматизации, так и к автома тизируемому объекту. На практике более распространено раздельное проектирование с выдачей технического задания или исходных дан ных на автоматизацию.

В этих документах обычно оговаривается:

диапазон изменения возмущающих воздействий;

заданные параметры состояния воздуха и требования к точности их поддержания;

требования к поддержанию параметров воздуха в обслуживаемых помещениях в нерабочее время;

функциональная схема объекта с техническими характерис тиками выбранных аппаратов и устройств тепловлажностной обработки воздуха;

данные о расчетных максимальных и минимальных теплов лажностных нагрузках объекта, режимах тепловлагообработки воздуха и условия перехода от одного режима к другому;

графики или диапазоны изменения нагрузок на протяжении суток, рабочей недели, месяца и т. п.

Эти данные необходимы для реализации программного управле ния СКВ в указанные периоды с целью экономии электроэнергии, затрат тепла и холода.

На основании описанных требований и исходных данных произ водится выбор технических средств автоматики и разрабатывается техническая документация на систему автоматизации.

Ни одна система формирования и поддержания микроклимата на оптимальном уровне не сможет выполнять свои основные задачи точно и корректно, если не будет оснащена системой автоматики.

Состав оборудования систем автоматики

Основными считывающими, контролирующими и управляющими элементами систем автоматики являются:

Датчики: температуры воздуха, влажности, воды, перепада давления на воздушном фильтре — все они предназначены для контроля и реального фиксирования параметров работы установки. В соответствии с показаниями датчиков моделируется тот или иной режим работы установок.
Приводы исполнительных механизмов: воздушных клапанов, противопожарных клапанов или дымоудаления, регулирующих водяных клапанов и т. д. В зависимости от команды, выдаваемой управляющими элементами, приводы могу открывать или закрывать клапана, либо пропорционально изменять сечение на проход воздуха или воды.
Преобразователи частоты вентиляторов, насосов или роторных рекуператоров, а также регуляторы скорости — переназначены для изменения частоты вращения управляемого оборудования в зависимости от сигнала, поступающего с щита управления.
Термостаты, реле протока и прочие компоненты автоматизации, работа которых дублирует основные сигналы систем управления.
Контроллеры, регуляторы напряжения, температуры в составе щитов управления — «мозг» систем автоматизации. Их количество, вид и функциональность целиком и полностью зависит от логики управления, от типа управляемых систем и количества синхронно работающих.

Разновидности систем автоматизации

Неоспоримым фактом является прямая зависимость типа системы автоматики от применяемого оборудования систем вентиляции и требования к функциональности управления системами и поддержанию параметров воздуха.

Систем автоматизации можно выделить несколько типов:

Автоматика приточных систем с водяным или электрическим нагревом.
Комплексная автоматика приточных систем с нагревом воздуха и им соответствующих вытяжных систем.
Автоматика приточно-вытяжных установок с рекуперацией воздуха.
Комплексная автоматика и управление всеми климатическими системами: системой отопления, вентиляции, кондиционирования и т. .д.

Автоматика приточных систем с водяным или электрическим нагревом

Такой тип автоматизации является одним из простейших, позволяющий контролировать минимальное количество параметров и работу оборудования отдельных приточных систем. При данном типе автоматизации согласованного управления совместно с вытяжными системами не происходит.

Основными функциями таких систем является:

Поддержание температуры приточного воздуха;
Поддержание температуры обратного теплоносителя;
Защита калорифера от обмерзания;
Контроль засорения воздушного фильтра;
Регулирование скорости вращения вентилятора.

Щиты автоматики для таких систем, как правило, поставляются комплектно с установками, так как не требуют доскональной разработки программного продукта управления и логикой системы. С экономической точки зрения штатные комплектные шкафы автоматики можно применять когда приточных систем вентиляции в здании небольшое количество и они значительно удалены друг от друга.

Комплексная автоматика приточных и вытяжных систем

Данный тип автоматизации является одним из самых распространенных, так как позволяется выполнять следующий набор функций:

Поддержание температуры приточного воздуха в зависимости от температуры уставки контроллера, а также с корректировками в зависимости от температуры вытяжного воздуха или температуры базового помещения. То есть в случае, когда происходит рост температуры в помещении (или вытяжного воздуха общеобменных систем) автоматика выдает сигнал на исполнительные механизмы, что температуру приточного воздуха можно понизить до заданного диапазона. Градиент понижения температуры приточного воздуха не должен быть ниже температуры точки росы.
Управление качеством воздуха в зависимости от наполненности помещения посетителями (например, в торговых центрах и ли кинозалах). С увеличением содержания СО2 в вытяжном воздухе контроллер системы автоматики выдает сигнал на увеличение расходов воздуха для разбавления вредностей. При достижении нормируемых показателей системы могут выходить на минимальный расход, тем самым обеспечивается значительная экономия энергоресурсов.
Управление работой вентиляторов приточных систем согласованно с работой вытяжных из общего объема помещений. Эта функция как нельзя просто позволяет осуществлять главные правила сбалансированных систем вентиляции. То есть когда требуется снижение расхода приточного воздуха, система автоматики пропорционально снижает расход вытяжного воздуха. При этом системы должны быть общеобменными, управлять местными вытяжными системами по такому принципу нельзя с технологической точки зрения.

Щиты управления комплексных систем автоматизации уже не являются готовым продуктом, а должны разрабатываться специализированными организациями совместно с проектными организациями. Контроллеры в таких системах применяются свободно программируемого исполнения, в которые в процессе программирования вшивается программа с определенной логикой работы систем вентиляции. Щитов управления может быть равным количеству сисетем, а могут и объединяться по зонам управления, если, например, несколько приточных систем находятся в одной венткамере. Это позволит значительно экономить на стоимости контроллеров, наращивая их определенными блоками расширения. Щиты управления при этом должны быть соединены совей внутренней сетью.

Автоматика приточно-вытяжных установок с рекуперацией воздуха

Системы общеобменной вентиляции с функцией рекуперации являются разновидностью систем вентиляции со сбалансированной работой приточных и вытяжных установок, с добавлением в системы автоматизации дополнительных управляющих, сигнализирующих и контролирующих элементов.

Схема рекуператора

Основными функциями таких систем автоматики является:

Поддержание температуры приточного воздуха в зависимости от уставки либо с корректировкой по базовому датчику воздуха в помещении.
Контроль температуры вытяжного воздуха до и после рекуператора с целью предотвратить его замораживание, или в случае применения роторного рекуператора увеличить или уменьшить его частоту вращения.
Контроль обмерзания каналов пластинчатого рекуператора в зависимости от датчика дифференциального давления. В случае, когда воздушные каналы зарастают инеем или «ледяной» шубой, должен открыться байпас рекуператора или включиться первая ступень нагрева калориферов.
Поддержание температуры обратного теплоносителя.
Защита калорифера от обмерзания.
Контроль засорения воздушного фильтра.
Управление качеством воздуха в зависимости от показаний датчика СО2.
Управление работой вентиляторов приточных систем согласованно с работой вытяжных из общего объема помещений.
Управление частотой вращения роторного рекуператора в зависимости от соотношения температур приточного и вытяжного воздуха для достижения максимальной эффективности и снижения затрат на нагрев приточного воздуха.

Комплексная автоматика и управление всеми климатическими системами

Этот тип автоматизации инженерными системами является одним из самых сложных с точки зрения реализации, но в то же время позволяет максимально эффективно использовать все внешние и внутренние энергоресурсы здания.

Суть данного способа заключается в контроле работ инженерных систем, контроля общих параметров воздуха с целью не допустить одновременной работы «конкурирующих» установок.

Часто возникает ситуация когда системы отопления, ИТП и кондиционирования здания могут работать одновременно каждые в своем режиме, согласно программе контроллера каждой системы в отдельности. В целом такая работа является верной, поддерживаются все параметры, но общей логики включения/отключения систем не предусмотрено. Такие ситуации могут возникнуть в переходный период времени года, когда температура помещения с остеклением, выходящим южный фасад, начинает расти, включается система кондиционирования здания, при этом подача тепла в здание не прекращается, так как показания уличной температуры воздуха не позволяют прекратить обогревать помещения. Возникает перерасход тепловой и электрической энергии до момента, пока эти системы вручную не будут отрегулированы или отключены.

Комплексные системы автоматизации обязательно должны проектироваться одновременно со всеми инженерными системами здания и учитывать нюансы систем, ориентацию здания по сторонам света, работу систем в переходный период, зональное управление с учетом температур помещений и т. д.

P/S. от директора компании ООО «Регион»:

Автоматизация систем вентиляции устанавливается для того, чтобы оборудованием можно было управлять без непосредственного участия человека, в автоматическом режиме. Расходы на автоматизацию вентиляции оправданны в том случае, если в здании имеется сложная разветвленная сеть вентиляционного оборудования. Подобные системы характерны для производственных корпусов, офисных и торговых центров, промышленных теплиц и других объектов, на которых поддерживаются строго определенные параметры качества воздуха.

Внедрение систем автоматики и диспетчеризации дает еще одно важное преимущество – возможность экономии электроэнергии. Таким образом, затраты на монтаж автоматики вентиляции окупаются по мере эксплуатации системы.

Применение и задачи автоматического управления

Основная задача, решаемая при установке автоматического управления системой вентиляции – это обеспечить оптимальный микроклимат во всех помещениях здания без вмешательства человека. Автоматика вентиляции контролирует показатели воздуха и интенсивность воздухообмена, подстраивая режим работы оборудования под заданные значения.

Автоматизация систем вентиляции выполняет следующие функции:

контроль и обеспечение установленных характеристик микроклимата (температуры, влажности, количество подаваемого воздуха);
учет различных факторов (времени года, времени суток, температуры окружающей среды и т.д.);
диагностика оборудования;

обеспечение работы системы в заданном режиме;
аварийное отключение системы в форс-мажорных ситуациях;
дистанционное управление вентиляционным оборудованием.

Преимущества автоматических систем управления

Автоматизация вентиляционных систем позволяет добиться существенных преимуществ:

автоматизировать работу климатического оборудования, свести к минимуму участие человека в управлении оборудованием;
совместить несколько типов вентиляции в одном здании. Особенно актуально для производственных корпусов, оздоровительных, развлекательных центров и других объектов, в которых находится ряд помещений разного назначения;
обеспечить наиболее комфортный микроклимат в здании. Климатические показатели изменяются в зависимости от условий (погоды, времени суток, количества присутствующих людей и других факторов);
обеспечить экономию ресурсов;

повысить безопасность. В частности, при угрозе пожара автоматическое отключение оборудования позволяет минимизировать распространение огня.

Система автоматического регулирования в вентиляции и кондиционировании представляет собой сложный дорогостоящий комплекс. Помимо расходов на установку оборудования, автоматика требует более квалифицированного обслуживания, что увеличивает эксплуатационные затраты. Предварительный экономический расчет позволяет принять грамотное, взвешенное решение о необходимости автоматизации вентиляции.

Типы и элементы автоматики

Все автоматические системы вентиляции условно делятся на три типа:

система автоматики центрального кондиционирования воздуха предназначена для управления комплексом оборудования, предназначенного для поддержания оптимальных климатических показателей в помещении. Как правило, такие системы устанавливаются на крупных объектах – в промышленных зданиях, офисных, торговых, развлекательных центрах, на складах, в гостиницах и т.д. Сложнейшие современные системы теплоснабжения, кондиционирования и вентиляции состоят из множества элементов и узлов, работа которых может контролироваться только в автоматическом режиме;
система автоматики модульных систем вентиляции . Модульные вентиляционные системы состоят из отдельных блоков, которые поставляются в готовом виде и собираются в единый комплекс. Это воздуховоды, вентиляторы, фильтры, решетки и другие элементы. В систему автоматики таких комплексов входят датчики, контроллеры и исполнительные механизмы;
система автоматики систем пожарной вентиляции предназначена для обнаружения возгорания и предупреждения распространения пожара. Противопожарная автоматика работает по заданному алгоритму и позволяет зафиксировать возгорание, ограничить распространение пламени, оповестить людей, активизировать сигнализацию, противодымную защиту и оборудование пожаротушения.

В общем виде работу автоматизации и диспетчеризации систем кондиционирования и вентиляции можно описать следующим образом. Датчики, установленные в помещениях, замеряют климатические показатели и передают их на контроллер. Контроллер сверяет эти данные с параметрами, заданными в его программе, и отправляет сигнал исполнительным устройствам, после чего срабатывают соответствующие участки системы. Кроме того контроллер фиксирует изменения в работе самого климатического оборудования и извещает о необходимости профилактического ремонта.

Элементы автоматического управления вентиляцией объединяются на щитах автоматики. Таким образом, при необходимости специалист может контролировать работу системы из единого пункта управления.

Проектирование и монтаж систем автоматизации

Проектирование

Поскольку современные системы автоматизации вентиляции и кондиционирования отличаются высокой сложностью, особое внимание уделяется проектированию этих комплексов.

Разработкой проекта должны заниматься квалифицированные инженеры. Вентиляционная система и система автоматизированного управления составляют единый проект.

Монтаж

Монтаж автоматизированных систем осуществляется специализированными компаниями. Необходимым условием является соблюдение стандартов СНиП и ГОСТ. По окончании установки проводятся обязательные пуско-наладочные работы. Их цель – оценить состояние и работоспособность всего климатического оборудования, датчиков, замерить основные показатели функционирования системы.

Важные факторы

В процессе проектирования учитываются следующие факторы:

размеры и назначение, количество и функции помещений;
тип вентиляционной системы;
требования к качеству воздуха;
возможность и необходимость применения дополнительного климатического оборудования (осушителей, увлажнителей, ионизаторов воздуха и т.д.);
планируемый бюджет.

Специалисты компании «ЭКОХАУС» имеют большой опыт устройства автоматических систем вентиляции. По вашему запросу мы рассчитаем стоимость автоматики для вашего объекта, проконсультируем по вопросам, связанным с установкой климатического оборудования.

Расчет стоимости

Онлайн заявка на расчет стоимости проекта системы автоматизации вентиляции позволяет нам подобрать для Вас самый подходящий вариант. Мы детально ознакомимся с предъявленными Вами эксплуатационными требованиями и сообщим цену работ, которую Вы сможете сравнить с предложениями других компаний. Также стоимость проекта автоматизации можно узнать по телефону

Параметры влияющие на расчет стоимости систем автоматизации вентиляции

Размеры помещения. Стоимость системы автоматизации зависит от размеров и назначения, количества и функционального назначения помещений.
Требования к качеству воздуха. От типа и назначения, условий эксплуатации и специфических требований зависит необходимость применения дополнительного климатического оборудования (осушителей, увлажнителей, ионизаторов воздуха и т.д.).
Технология устройства. Стоимость оборудования, также как и затраты на соблюдение технологии различны, но мы гарантируем подобрать их по цене оптимальной качеству.

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.

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.