Автоматизация теплового пункта гражданского здания

 

Введение

Системы теплоснабжения являются крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов в стране. От нормального функционирования этих систем зависят условия теплового комфорта в отапливаемых зданиях самочувствие людей, производительность труда и т.д. Выпуск качественной продукции на ряде промышленных предприятии требует строгого соблюдения нормируемых параметров микроклимата. Эффективность предприятий агропромышленного комплекса (урожайность плодов и овощей, выращиваемых в теплицах, продуктивность животноводства) также в большой степени определяется температурно-влажностными режимами в сельскохозяйственных помещениях, обеспечиваемыми работой систем теплоснабжения. Таким образом, проблема повышения качества, надежности, экономичности теплоснабжения имеет государственное значение [1].

Режимы теплопотребления, а следовательно и производства тепловой энергии, зависят, как известно, от большого количества факторов; условий погоды, теплотехнических качеств отапливаемых зданий и сооружений, характеристик тепловой сети и источников энергии и др. При выборе этих режимов нельзя не учитывать функциональных взаимосвязей системы теплоснабжения с другими системами инженерного обеспечения: электро-, газо-, водоснабжения.

Внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами в практику теплофикации и централизованного теплоснабжения позволяет резко повысить технический уровень эксплуатации этих систем и обеспечить значительную экономию топлива. Кроме экономии топлива, автоматизация рассматриваемых систем позволяет улучшить качество отопления зданий, повысить уровень теплового комфорта и эффективность промышленного и сельскохозяйственного производства в отапливаемых зданиях и сооружениях, а также надежность теплоснабжения при уменьшении численности обслуживающего персонала.

Применение системы автоматического программного регулирования отопления позволяет осуществлять дальнейшее совершенствование режима отопления, например, снижать температуру воздуха в жилых зданиях в ночное время или снижать отпуск теплоты на отопление промышленных и административных зданий в нерабочее время, что обеспечивает дополнительную экономию теплоты и создание комфортных условий [2].

1. Автоматические системы энергосбережения в зданиях мегаполисов

Согласно закону Республики Казахстан «Об энергосбережении» понятие энергосбережение это реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экологических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов и на вовлечение в оборот возобновляемых источников энергии.

Важными направлениями в законе «Об энергосбережении» РК являются:

- оптимизация режимов производства и потребления энергии, организация её учета и контроля;

- реализация проектов по внедрению энергоэффективной техники и продукции, передовых технологий.

Одним из способов обеспечения более экономичного и эффективного использования энергетических ресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ) является автоматизация инженерных систем жилых зданий. В основе концепции систем централизованного интеллектуального управления зданием лежит новый подход к организации системы жизнеобеспечения здания, при котором за счет комплекса программно-аппаратных средств значительно возрастает эффективность функционирования и надежность управления всеми инженерными системами и исполнительными устройствами здания. Данный подход позволяет за счет интеграции информации, поступающей от всех эксплуатируемых подсистем (информационных сетей, электроснабжения, систем отопления и вентиляции, охранно-пожарной сигнализации и видеонаблюдения, систем водоснабжения, канализации), получить возможность оперативного доступа к информации о состоянии всех подсистем здания, отображая ее в удобной и понятной форме. "Централизованные системы интеллектуального управления зданием" помогают эффективно управлять инженерными системами здания - сократить затраты на эксплуатацию и операционные затраты, повысить комфортность и безопасность пользователей, оптимизировать производственные процессы, обеспечить безопасность людей, а также дорогостоящего оборудования и имущества.

1.1 Современное здание как объект комплексной автоматизации

Комплексная автоматизация здания это новая отрасль АСУ ТП, так как все системы автоматического управления до сегодняшнего дня выполнялись для промышленных предприятий. В настоящее время в нашей стране строительство является локомотивом индустрии, соответственно можно представить комплексную автоматизацию здания как важную часть строительства.

Поддержание в здании нормальных жизненных условий, обеспечение его безопасности и защищенности от внештатных ситуации обеспечивают множество технологических систем, каждая из которых характеризуется большим набором параметров и сигналов управления. Все они в совокупности образуют то, что называется системой жизнеобеспечения здания.

В сегодняшние здания устанавливают от 25 до 50 и более разнородных систем жизнеобеспечения, которые отличаются не только назначением и выполняемыми функциями, но и принципами работы: электрические, механические, транспортные, электронные, гидравлические и т.д. Каждая из этих систем поставляется производителем, как правило, в виде комплекта оборудования, на базе которого можно создать законченное решение с собственной системой контроля и управления [3].

Для управления всеми этими системами организуется диспетчерский пункт (один или несколько), находящийся на котором диспетчер постоянно получает информацию о состоянии всех узлов системы жизнеобеспечения и имеет возможность при необходимости подать необходимые сигналы управления. Проблема заключается в том, что число параметров контроля и управления для многоэтажного здания может достигать нескольких тысяч, поэтому недопустим применяемый для небольших объектов подход, при котором автоматизация контроля и управления строится на отдельных локальных контроллерах, встроенных в оборудование или смонтированных отдельно и не связанных в единый комплекс.

Для того чтобы все эти разрозненные инженерные системы работали в едином комплексе, осуществляли между собой обмен данными, контролировались и управлялись из единой диспетчерской, главным звеном интеллектуального здания - является система управления зданием (BMS – Building Management System).

Система управления зданием, которую называют еще и системой автоматизации и диспетчеризации инженерного оборудования, является ядром интеллектуального здания и представляет собой аппаратно-программный комплекс, осуществляющий сбор, хранение и анализ данных от различных систем здания, а также управление работой этих систем через сетевые контроллеры (процессоры).

Интеллектуальные сетевые контроллеры, использующие открытые протоколы и стандарты передачи данных LonWork и BACNet, осуществляют контроль и управление работой подведомственных им инженерных систем, а также обмен данными с другими сетевыми контроллерами системы управления зданием. На основе собранной информации сетевые контроллеры автономно посылают управляющие команды на контроллеры инженерных систем в рамках заложенных в них алгоритмов реакции на события в штатных или нештатных ситуациях.

Такая архитектура системы управления зданием позволяет:

- в автоматическом режиме управлять работой систем вентиляции, кондиционирования, отопления, освещения и др., обеспечивая в каждом помещении наиболее комфортные условия для персонала по температуре, влажности воздуха и освещенности;

- получать объективную информацию о работе и состоянии всех систем и своевременно сообщать диспетчерам о необходимости вызова специалистов по сервисному обслуживанию в случае отклонения параметров любой из систем от штатных показателей;

- контролируя максимально возможное число параметров оборудования, точек контроля в здании и показателей загруженности систем, перераспределять энергоресурсы между системами, обеспечивая их эффективное использование и экономию энергоресурсов;

- ввести оптимальный режим управления инженерным оборудованием с целью сокращения затрат на использование энергоресурсов, потребляемых инженерными системами здания (горячей и холодной воды, тепла, электроэнергии, чистого воздуха и т.д.);

- обеспечить централизованный контроль и управление при нештатных ситуациях:

- осуществлять своевременную локализацию аварийных ситуаций;

- оперативно принимать решения при аварийных и нештатных ситуациях (пожаре, затоплении, утечках воды, газа, несанкционированном доступе в охраняемые помещения);

- ввести объективный анализ работы оборудования, действий инженерных служб и подразделений охраны при нештатных ситуациях на основе информации автоматизированных баз данных, документирующих все принятые решения и многое другое.

Используя открытые протоколы обмена данными между различными системами здания, структурированные кабельные и LAN/WAN сети, сетевые контроллеры системы управления зданием позволяют создать инженерную инфраструктуру, которая имеет высокую степень открытости для наращивания и быстрой модернизации инженерных систем. В максимальной конфигурации система управления зданием сможет осуществлять централизованный мониторинг оборудования и управление следующими инженерно-техническими системами и комплексами:

Система электрораспределения:

- системы гарантированного и бесперебойного электроснабжения;

- системы освещения (комнатные, коридорные, фасадные и аварийные);

- система вентиляции;

- система отопления;

- система горячего и холодного водоснабжения;

- системы канализации и дренажные системы;

- система оперативной связи и видеоконференций;

- система воздухоподготовки, очистки и увлажнения;

- система холодоснабжения

- система кондиционирования и климат-контроля;

- система контроля загазованности.

Транспортные системы:

- системы учета и контроля расходования ресурсов;

- система охранно-пожарной сигнализации;

- система противопожарной защиты и пожаротушения;

- система охранного видеонаблюдения;

- система контроля и управления доступом;

- система управления паркингом;

- метереологическая система;

- система часофикации.

Применение системы управления зданием удорожает общую стоимость инженерии здания на 20-50 долларов США на 1 квадратный метр общей площади здания и зависит от размеров здания и технических требований к работе инженерных систем. Для зданий площадью 15 000 кв. м. и более удорожание составляет $20 на 1 кв. м. Для зданий с меньшей площадью эта цифра увеличивается. Все приведенные оценки сделаны без учета стоимости самого инженерного оборудования, которое использует открытые протоколы обмена данными и будет установлено в здании.

В то же время, применение BMS и ресурсосберегающего оборудования позволяет:

- вписаться в ограниченные энергомощности и исключить расходы на строительство дополнительной подстанции и прокладку силовых кабелей, особенно в центральных частях города, где муниципальные власти ограничивают владельцев зданий в объемах энергопотребления;

- сократить расходы на дорогостоящие ремонт и замену вышедшего из строя оборудования, продлить срок его службы за счет постоянного мониторинга параметров инженерных систем и своевременного проведения наладочных работ при выявлении отклонений параметров систем от нормы;

- снизить на 20% ежемесячные коммунальные платежи (вода, тепло, канализация, электроснабжение) за счет работы систем в наиболее экономном режиме и автоматического перевода инженерии здания из дневного в ночной режим работы (когда автоматически отключается освещение, кондиционеры, снижается температура отопительных батарей в комнатах, персонал которых покинул здание);

- сократить в 3 раза расходы на службу эксплуатации, поскольку большинство систем будет работать в автоматическом режиме, что снижает расходы на ремонт или замену дорогостоящего оборудования, вышедшего из строя по причине халатности персонала или ошибок оператора;

- исключить расходы на интеллектуальную надстройку систем здания при расширении числа инженерных систем и их модернизации за счет использования возможностей открытой архитектуры системы управления здания;

- снизить заболеваемость сотрудников за счет создания комфортных условий для их работы и, как следствие, сократить расходы на реабилитацию сотрудников и страховые выплаты.

Помимо значительного снижения численности персонала, обслуживающего инженерные системы здания, за счет максимальной автоматизации процессов управления и контроля работы систем жизнеобеспечения, владелец интеллектуального здания может рассчитывать на получение следующих выгод:

- увеличится в 2 раза срок бесперебойной работы инженерных систем за счет автоматического поддержания оптимальных условий работы оборудования;

- при возникновении аварийных ситуаций операторы, осуществляющие контроль работы оборудования, будут иметь полную информацию о работе каждой системы и рекомендации BMS по выбору оптимального и наиболее безопасного выхода из ситуации. При этом большая часть задач будет решать автоматика здания;

- при появлении сбоев в работе оборудования BMS будет своевременно информировать службы эксплуатации, отвечающие за работу данного оборудования, а также главную службу эксплуатации и смежные подразделения. Иными словами, если оператор системы электроснабжения уснул на рабочем месте и BMS не видит его реакции на тревожные сообщения, то она отправляет тревогу главному диспетчеру;

- расходы на техническое обслуживание оборудования и инженерных систем будут минимальными; поскольку мониторинг параметров всех систем осуществляется круглосуточно и при своевременном вызове сервисных бригад, случаи серьезного ремонта оборудования будут исключены;

- все действия автоматики и операторов систем протоколируются BMS, поэтому вероятность возникновения ситуаций коллективной безответственности за остановку или сбой в работе оборудования близка к нулю.

1.2 Анализ технологических схем тепловых пунктов гражданских зданий

Тепловой пункт (ТП) — это комплекс устройств, расположенный в обособленном помещении, состоящий из элементов тепловых энергоустановок, обеспечивающих присоединение этих установок к тепловой сети, их работоспособность, управление режимами теплопотребления, трансформацию, регулирование параметров теплоносителя и распределение теплоносителя по типам потребления.

Основными задачами тепловых пунктов являются:

- преобразование вида теплоносителя;

- контроль и регулирование параметров теплоносителя;

- распределение теплоносителя по системам теплопотребления;

- отключение систем теплопотребления;

- защита систем теплопотребления от аварийного повышения параметров теплоносителя;

- учет расходов теплоносителя и тепла.

Тепловые пункты различаются по количеству и типу подключенных к ним систем теплопотребления, индивидуальные особенности которых, определяют тепловую схему и характеристики оборудования тепловых пунктов, а также по типу монтажа и особенностям размещения оборудования в помещении тепловых пунктов, различают следующие виды тепловых пунктов:

- индивидуальный тепловой пункт (ИТП);

- центральный тепловой пункт (ЦТП);

- блочный тепловой пункт (БТП) [4].

Индивидуальный тепловой пункт используется для обслуживания одного потребителя (здания или его части). Как правило, располагается в подвальном или техническом помещении здания, однако, в силу особенностей обслуживаемого здания, может быть размещён в отдельном сооружении.

Индивидуальный тепловой пункт имеет следующие виды тепловых нагрузок:

- система горячего водоснабжения (ГВС) предназначена для снабжения потребителей горячей водой. Различают закрытые и открытые системы горячего водоснабжения. Часто тепло из системы ГВС используется потребителями для частичного отопления помещений, например, ванных комнат, в многоквартирных жилых домах;

- система отопления предназначена для обогрева помещений с целью поддержания в них заданной температуры воздуха. Различают зависимые и независимые схемы присоединения систем отопления.

При зависимых схемах присоединения давление в абонентской установке зависит от давления в тепловой сети. При независимых схемах присоединения давление в местной системе не зависит от давления в тепловой сети.

Оборудование теплового пункта при зависимой схеме присоединения проще и дешевле, чем при независимой, при этом может быть получен несколько больший перепад температур сетевой воды в абонентской установке. Увеличение перепада температуры воды уменьшает расход теплоносителя в сети, что может привести к снижению диаметров сети и экономии на начальной стоимости тепловой сети и на эксплуатационных расходах.

В зависимости от характера тепловых нагрузок абонента и режима работы тепловой сети выбираются схемы присоединения абонентских установок к тепловой сети. На рисунке 1.1 показаны различные схемы присоединения абонентов к водяной тепловой сети. Схемы а—е показывают совместное присоединение в одном узле отопительной установки и установки горячего водоснабжения при закрытой системе.

Для обозначения различных схем присоединения отопительных установок и установок горячего водоснабжения к тепловой сети принята следующая индексация: отопительные установки О; зависимая со струйным смешением (ЗСС); зависимая с насосным смешением (ЗНС); независимая (Н). Например, О(ЗНС) обозначает отопительную установку, присоединенную по зависимой схеме с насосным смешением; установки горячего водоснабжения Г: параллельная (П); предвключенная (ПР); двухступенчатая смешанная (ДС); двухступенчатая последовательная (ДП).

Например, Г(ДП) обозначает присоединение установок горячего водоснабжения по двухступенчатой последовательной схеме [2].

На рисунке 1.1, а показано параллельное присоединение на одном абонентском вводе горячего водоснабжения и отопительной установки. При такой схеме расход сетевой воды на абонентском вводе определяется арифметической суммой расходов воды на отопление и горячее водоснабжение.

Расход сетевой воды на отопление поддерживается постоянно на расчетном уровне регулятором расхода 12. Расход сетевой воды на горячее водоснабжение является резкопеременной величиной. Регулятор температуры 13 изменяет этот расход в соответствии с нагрузкой горячего водоснабжения.

Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение определяется по максимальному значению этой нагрузки и при минимальной температуре воды в подающем трубопроводе тепловой сети. Поэтому суммарный расход сетевой воды получается завышенным, что удорожает систему теплоснабжения. Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение можно уменьшить при включении в схему аккумулятора горячей воды для выравнивания графика нагрузки горячего водоснабжения. Однако установка аккумулятора горячей воды усложняет оборудование теплового пункта и увеличивает требующиеся габариты помещения пункта. Поэтому обычно аккумуляторы горячей воды в жилых домах не устанавливаются, хотя это усложняет режимы работы сети.

При параллельном присоединении систем отопления и горячего водоснабжения сетевая вода используется на абонентском вводе недостаточно рационально. Обратная сетевая вода, возвращаемая из отопительной установки с температурой примерно 40 - 70 °С, не используется для подогрева холодной водопроводной воды, имеющей на вводе температуру около 5 °С, хотя теплотой обратной воды после отопления можно покрыть значительную долю нагрузки горячего водоснабжения, поскольку температура горячей воды, подаваемой в систему горячего водоснабжения, обычно не превышает 60— 65 °С. При рассматриваемой схеме вся тепловая нагрузка горячего водоснабжения удовлетворяется за счет теплоты сетевой воды, поступающей в водо-водяной подогреватель 6 непосредственно из подающей линии тепловой сети.

Вследствие нерационального использования теплоносителя на абонентском вводе и удовлетворения нагрузки горячего водоснабжения по максимуму суточного графика получается завышенный расчетный расход воды в городских тепловых сетях. Это вызывает увеличение диаметров тепловых сетей и рост начальных затрат на их сооружение, а также увеличение расхода электрической энергии на перекачку теплоносителя.

Расчетный расход воды несколько снижается при двухступенчатой смешанной схеме присоединения установки горячего водоснабжения и отопительной установки, предложенной П.М. Клушиным (рисунок 1.1, б).

Особенностью этой схемы является двухступенчатый подогрев воды для горячего водоснабжения. В нижней ступени подогрева 7 холодная вода предварительно подогревается за счет теплоты воды, возвращаемой из абонентской установки, благодаря чему уменьшается тепловая производительность подогревателя верхней ступени 8 и снижается расход сетевой воды на покрытие нагрузки горячего водоснабжения.

В рассматриваемой схеме подогреватель нижней ступени 7 включен по сетевой воде последовательно, а подогреватель верхней ступени 8 — параллельно по отношению к отопительной системе.

Преимущество двухступенчатой смешанной схемы по сравнению с параллельной — меньший расчетный расход сетевой воды благодаря частичному удовлетворению нагрузки горячего водоснабжения за счет теплоты воды, возвращаемой из системы отопления.

Одним из методов выравнивания тепловой нагрузки жилых зданий без установки аккумуляторов горячей воды служит применение так называемого связанного регулирования (рисунок 1.1, в и г). В этом случае с помощью регулятора расхода 12, установленного на тепловом пункте, поддерживается постоянный расход сетевой воды на удовлетворение суммарной тепловой нагрузки отопления и горячего водоснабжения. На рисунке 1.1, в осуществлено двухступенчатое последовательное присоединение установок горячего водоснабжения и отопления.

В этой схеме сетевая вода, поступающая из подающей линии тепловой сети, разветвляется на два потока. Один поток проходит через регулятор расхода 12, другой — через водо-водяной подогреватель 8. Сетевая вода, прошедшая через подогреватель 8, смешивается затем с потоком воды, прошедшим через регулятор расхода, и общий поток воды поступает через элеватор 15 в отопительную установку. Обратная вода после отопительной установки предварительно проходит через водо-водяной подогреватель нижней ступени 7, в котором она подогревает холодную воду, поступающую из водопровода. Подогретая водопроводная вода после нижней ступени 7 проходит через водо-водяной подогреватель верхней ступени 8 и направляется в местную систему горячего водоснабжения.

В том случае, когда после нижней ступени 7 температура подогретой водопроводной воды достаточна для удовлетворения потребителей горячего водоснабжения, регулятор температуры 13 перекрывает проход сетевой воды через верхнюю ступень 8. При этом режиме весь поток сетевой воды поступает из подающей линии сети через клапан регулятора 12 в отопительную установку.

Если температура водопроводной воды после нижней ступени подогрева 7 ниже требуемой, регулятор температуры 13 открывает клапан и на подогреватель верхней ступени 8 ответвляется часть воды, поступающей на тепловой пункт из подающей линии тепловой сети.

При любом положении регулятора температуры расход сетевой воды на абонентских вводах остается практически постоянным. Это обеспечивается регулятором расхода 12, поддерживающим практически постоянный перепад давлений в сопле элеватора 15, через которое проходит весь расход сетевой воды, поступающей на тепловой пункт. При увеличении регулятором 13 расхода сетевой воды через подогреватель 8 регулятор 12 прикрывается.

Преимущество двухступенчатой последовательной схемы (рисунок 1.1, в) по сравнению с двухступенчатой смешанной схемой (рисунок 1.1, б) заключается в выравнивании суточного графика тепловой нагрузки и лучшем использовании энтальпии теплоносителя, что приводит к дополнительному уменьшению расхода воды в сети.

На рисунке 1.1, д и е показано присоединение к тепловой сети отопительной установки и установки горячего водоснабжения по двухступенчатой последовательной схеме. На рисунок 1.1, д отопительная установка присоединена по зависимой схеме с элеватором и смесительным насосом, а на рис. 1.1, е — по независимой схеме. В отличие от предыдущих схем местное регулирование отопительной нагрузки в этих схемах проводится по внутренней температуре отапливаемых зданий с помощью регулятора отопления 14.

Поддержание постоянного расхода воды в местной отопительной системе при снижении регулятором отопления подачи сетевой воды в схеме, приведенной на рисунке 1.1, д, достигается за счет работы смесительного насоса 16. В схеме, показанной на рисунке 1.1, е, циркуляционный контур отопительной системы гидравлически изолирован от контура сетевой воды.

Циркуляция воды в отопительной установке, осуществляемая насосом 16, поддерживается постоянной.

На рисунке 1.2 показаны существующие схемы присоединения абонентов к водяной тепловой сети по открытой системе теплоснабжения.

Жилые здания, имеющие обычно два вида тепловой нагрузки – отопление и горячее водоснабжение, присоединяются к тепловой сети по схемам изображенным на рисунке 1.2, а и б. На рисунке 1.2, а отопительная установка и установка горячего водоснабжения присоединены к тепловой сети по принципу несвязанного регулирования. Обе установки работают независимо друг от друга. Расход сетевой воды в отопительной установке не зависит от нагрузки установки горячего водоснабжения и поддерживается постоянным с помощью регулятора расхода 12. Расход сетевой воды на горячее водоснабжение изменяется в весьма широком диапазоне – от максимального в часы наибольшего водоразбора до нуля в период отсутствия водоразбора.

Соотношение расходов воды на горячее водоснабжение из подающей и обратной линий, зависящее от температуры сетевой воды на абонентском вводе, устанавливается регулятором температуры 13. Суммарный расход сетевой воды в подающем трубопроводе тепловой сети равен сумме расходов воды в подающем трубопроводе на отопление и горячее водоснабжение.

Максимальный расход сетевой воды в подающем трубопроводе, по которому определяется расчетный расход в подающем трубопроводе сети, имеет место при максимальной нагрузке горячего водоснабжения и минимальной температуре воды в этом трубопроводе. то есть при режиме, когда нагрузка горячего водоснабжения целиком обеспечивается из подающего трубопровода.

Расход сетевой воды в обратном трубопроводе после абонентской установки равен разности расходов сетевой воды на отопление и водоразбор из этого трубопровода на горячее водоснабжение. Максимальный расход воды в обратном трубопроводе равен расходу на отопление. Такое соотношение устанавливается тогда, когда расход воды на горячее водоснабжение полностью отсутствует, например, в ночное время, или при удовлетворении нагрузки горячего водоснабжения полностью водой из подающего трубопровода тепловой сети, что имеет место при минимальной температуре воды в нем, равной 60 ⁰С.

При подключении на абонентских вводах жилых зданий отопительной установки и установки горячего водоснабжения по принципу несвязанного регулирования получается завышенный расчетный расход воды в подающем трубопроводе тепловой сети, росту начальных затрат на ее сооружения и удорожанию транспорта теплоты.

Расчетный расход воды в городских тепловых сетях заметно снижается при присоединении на тепловых пунктах отопительных установок горячего водоснабжения по принципу связанного регулирования. Такое присоединение показано на рисунке 1.2, б. В этом случае регулятор расхода 12, установленный на общем подающем трубопроводе абонентского ввода, поддерживает постоянный расход воды из подающего трубопровода на тепловой пункт. В часы большого водоразбора на горячее водоснабжение из подающего трубопровода снижается подача сетевой воды, а, следовательно, и теплоты на отопление.

Недоданная теплота компенсируется в часы малого водоразбора из подающего трубопровода, когда большая часть или вся сетевая вода, поступающая на тепловой пункт, направляется в отопительную систему. Гидравлическая разрегулировка отопительных установок в периоды большого водоразбора из подающего трубопровода может быть устранена при установке на перемычке элеватора центробежного насоса 16, который в при этих режимах включается в работу (рисунок 1.2, б - г).

При присоединении абонентских установок по принципу связанного регулирования (рисунок 1.2, б) строительная конструкция отапливаемых зданий используются в качестве теплового аккумулятора, выравнивающего суточный график тепловой нагрузки абонентской установки.

При повышенной гидравлической нагрузке горячего водоснабжения у большинства абонентов, что характерно для новых жилых районов, часто отказываются от установки регуляторов расхода на тепловых пунктах, ограничиваясь установкой только регуляторов температуры 13 в узле присоединения абонентской системы горячего водоснабжения к тепловой сети. Такое присоединение показано на рисунке 1.2, в. Роль регуляторов расхода воды в этой схеме выполняют постоянные гидравлические сопротивления 12, устанавливаемые на тепловых пунктах при начальной регулировке системы теплоснабжения. Постоянное сопротивление рассчитывается индивидуально для каждого ввода из условия получения одинакового закона изменения расхода сетевой воды у всех абонентов при изменении нагрузки горячего водоснабжения.

На схемах, приведенных на рисунке 1.2, г и д, показаны тепловые пункты, в которых местное регулирование отопительной нагрузки производится по внутренней температуре воздуха в отапливаемых помещениях. На рисунке 1.2, г отопительная установка присоединена по зависимой схеме, на рисунке 1.2, д — по независимой.

Клапан регулирующего устройства регулирует подачу сетевой воды на отопление. Поддержание требуемого расхода воды на отопление в местной отопительной установке независимо от подачи сетевой воды осуществляется насосами 16.

Независимое присоединение отопительных установок тепловой сети (рисунок 1.2, д) позволяет существенно улучшить качество сетевой воды, а следовательно, и воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, и повысить надежность теплоснабжения. Это особенно важно для крупных районов, в которых при длинных магистралях и разнородной тепловой нагрузке давление в обратном трубопроводе тепловой сети в условиях непосредственного водоразбора может изменяться в широких пределах, что при зависимой схеме присоединения нарушает нормальную работу отопительной установки.

Согласно СНиП 41-01-2003 системы отопления должны обеспечивать в отапливаемых помещениях нормируемую температуру воздуха в течение отопительного периода при параметрах наружного воздуха не ниже расчетных. Для обеспечения требуемой гидравлической и тепловой устойчивости систем водяного отопления потери давления должны составлять:

- в стояках однотрубных систем - не менее 70% общих потерь давления в циркуляционных кольцах без учета потерь давления в общих участках;

- в стояках однотрубных систем отопления с нижней разводкой подающей и верхней разводкой обратной магистрали - не менее 300 Па на каждый метр высоты стояка;

- в циркуляционных кольцах через верхние приборы (ветки) двухтрубных вертикальных систем, а также через приборы однотрубных горизонтальных систем - не менее естественного давления в них при расчетных параметрах теплоносителя.

Наиболее эффективной и регулируемой является двухтрубная система, для которой и будут в дальнейшем производиться все расчеты.

2. Автоматические системы регулирования потребления тепла в гражданских зданиях

2.1 Методы регулирования отпуска тепла в системах централизованного теплоснабжения

Автоматическое управление отпуском теплоты на здания может производиться по отклонению регулируемой величины, по возмущению и путем комбинирования этих двух методов.

В первом случае датчики, замеряющие температуру внутреннего воздуха, устанавливаются в одном или нескольких отапливаемых помещениях и приводят в действие регулятор при отклонении этой температуры от установленного значения. Для осуществления программного регулирования датчики оборудуются специальным устройством, связанным с часовым механизмом.

При регулировании по возмущению датчики устанавливаются снаружи здания и замеряют значения метеорологических параметров. Использование этого метода требует соблюдения условия инвариантности системы отопления по отношению к внешним возмущениям.

Математически это условие выражается следующим образом:

W_yпp = W_возм,                                             (2.1)

где W_yпp — передаточная функция по управляющему воздействию;

W_возм — то же, по возмущающему воздействию.

Расшифровывая значения указанных передаточных функций, можно получить:

W_сист х W_комп = W_м + W_б,                            (2.2)

где W_сист — передаточная функция объекта теплоснабжения, охватываемого данной ступенью управления, от температуры (расхода) теплоносителя на выходе из узла управления к количеству теплоты, передаваемой воздуху отапливаемого помещнеия;

 W_комп — передаточная функция регулятора с соответствующим компенсирующим устройством;

 W_M, W_б — передаточные функции теплоемких и нетеплоемких наружных ограждений — от изменения метеорологических условий к количеству теплоты, теряемой отапливаемыми помещениями.

Схема компенсации возмущений, отвечающая уравнению (2.2), приведена на рисунке 2.1.

Достоинство автоматического управления по отклонению заключается в том, что регулятор учитывает всю совокупность факторов, влияющих на температурный режим отапливаемых помещений, и выполняет свою задачу независимо от причин, вызвавших отклонение внутренней температуры.

Δ(t,v,R)

Δ(t,v,R)

Рисунок 2.1 - Схема компенсации возмущений в системе отопления

Эксплуатационные изменения статических и динамических характеристик объекта практически не сказываются на качестве регулирования. Недостатки этого метода заключаются в следующем.

В современных многоэтажных зданиях даже при хорошо отрегулированной системе отопления наблюдается значительный разброс температур воздуха в отапливаемых помещениях, намного превышающий допустимую точность регулирования. В связи с этим выбор представительных помещений с целью сведения к минимуму влияния случайных, локальных факторов на процесс управления представляет большие трудности. Увеличение же с этой целью общего количества датчиков — контрольных помещений приводит к удорожанию автоматики, усложнению ее обслуживания и снижению надежности.

Система автоматического управления по отклонению внутренней температуры обладает неблагоприятными динамическими характеристиками, поскольку замкнутый контур регулирования содержит в данном случае звено с большой инерционностью — отапливаемое здание

В случае охвата ступенью управления целого ряда зданий (ЦТП, КРП) негативное влияние указанных обстоятельств (разброс температур в помещениях, большая инерционность контура регулирования) при регулировании по отклонению еще более возрастает.

Достоинство автоматического управления по возмущению состоит в том, что оно производится по основным определяющим режимам теплопотребления зданий (температура наружного воздуха, скорость ветра, солнечная радиация). Влияние локальных, случайных факторов на температуру воздуха в том или ином помещении на процесс управления исключается.

При управлении по возмущению система обладает хорошими динамическими свойствами, так как в контур регулирования не входит отапливаемое помещение. При этом регулятор начинает выполнять свою задачу еще до того, как возмущающее воздействие проникло в отапливаемое помещение и вызвало в нем отклонение регулируемой величины — температуры воздуха — от заданного значения.

Недостаток этого метода заключается в том, что регулятор реагирует только на те возмущения, которые оцениваются соответствующими датчиками и заложены в закон управления.

Учитывая многообразие возмущений, действующих в системе теплоснабжения, и особенности этой системы как объекта управления, становятся очевидными те трудности принципиального характера, которые возникают при применении рассматриваемого метода управления.

Необходимо отметить, что автоматическая разомкнутая система управления по возмущению в «чистом» виде не получила применения в практике теплоснабжения и отопления.

Наиболее распространенная схема управления по возмущению предусматривает наличие обратной связи по параметру теплоносителя в тепловом пункте. В связи с этим система управления оказывается частично замкнутой (по регулирующему параметру) и в ее контур включается источник теплоты, тепловые сети, а при установке датчика температуры на обратном трубопроводе — и система отопления. Таким образом, создается
принципиальная возможность исключить влияние случайных отклонений режима работы тепловой сети на тепловой режим здания.

Рассматриваемая схема реализует следующий закон управления:

П = F(B),                                (2.3)

где П — параметр обратной связи;

 В - внешние возмущения, заложенные закон управления.

В качестве обратной связи П в различных схемах автоматизации систем теплоснабжения и отопления используются температура воды на входе в пункт управления, температура обратной воды, полусуммы температур прямой и обратной воды, расход воды, температура и расход воды.

Во многих существующих системах автоматизации для оценки внешних возмущений используются датчики температуры наружного воздуха. Величина сигнала от этого датчика сравнивается с температурой теплоносителя, которая должна быть равна температуре по отопительному графику, заложенному в закон управления. Преимуществом такой системы является простота схемной реализации, а недостатком — отсутствие учета при управлении других метеорологических факторов (кроме наружной температуры), а также динамических свойств объекта.

Для формирования сигнала, характеризующего величину внешних возмущений В, могут применяться физические и математические модели.

В первом случае используется датчик, обеспечивающий комплексный учет метеорологических параметров (температуры наружного воздуха, скорости ветра, солнечной радиации), действующих на здание или его зону (фасад). Такого рода датчик должен представлять собой физическую модель, теплофизические характеристики которой подобны теплофизическим характеристикам здания (или его зоны) по всем каналам передачи внешних возмущений.

Во втором случае параметры внешней среды замеряются с помощью стандартных метеорологических датчиков. Полученная от этих датчиков информация поступает на вычислительное устройство, которое в зависимости от замеренных величин, времени суток, дня недели, а также других факторов рассчитывает в соответствии с программой, построенной для эталонной модели здания, требуемое значение параметра П₃. Значение П₃ сравнивается с фактически замеренным значением параметра П_ф, в результате чего регулятор вырабатывает соответствующее корректирующее воздействие.

Как уже отмечалось, наряду с регулированием по отклонению и по возмущению находят применение системы комбинированного управления. Один из вариантов системы комбинированного управления, при котором часть отопительного сезона регулирование отпуска теплоты производится по отклонению, а часть — по возмущению.

Следует отметить, что системы адаптивного управления, которым в последнее время в отопительной технике уделяется все большее внимание, также основываются на совместном использовании принципов управления по возмущению и по отклонению. Особенность этих систем состоит в том, что математическая эталонная модель здания, по которой определяется величина управляющего воздействия, не является жестко детерминированной, а корректируется в процессе эксплуатации в соответствии с информацией о фактическом тепловом состоянии объекта.

Наиболее целесообразным методом регулирования отпуска теплоты в системах централизованного теплоснабжения современных городов с разнородной тепловой нагрузкой (отопление, горячее водоснабжение) является сочетание центрального качественного регулирования по отопительной нагрузке или по суммарной нагрузке отопления и горячего водоснабжения с групповым или местным количественным регулированием отдельных видов нагрузки.

Выбор основного импульса для местного регулирования зависит от типа и режима работы установки.

В установках горячего водоснабжения в качестве такого импульса обычно выбирается температура воды после подогревателя в закрытых системах или после смесительного устройства в открытых системах

Выбор импульса для регулирования отопительной нагрузки является более сложной задачей, так как температуры в отдельных помещениях отапливаемых зданий могут существенно различаться и зависят не только от количества теплоты, поданной в здание, но и от качества работы отопительной установки здания, условии эксплуатации отдельных помещений, бытовых тепловыделений, а также солнечной инсоляции и инфильтрации, которые, в свою очередь, зависят от размещения отдельных помещений здания по отношению к сторонам света и розе ветров. Поэтому для экономичного удовлетворения отопительной нагрузки необходимо в дополнение к местному регулированию осуществлять индивидуальное регулирование отдельных помещений или отдельных зон каждого здания, подверженных различному влиянию солнечной инсоляции, ветровой инфильтрации, бытовых тепловыделений и других условий.

Для местного регулирования отопительной нагрузки используются обычно следующие раздельные импульсы:

а)       внутренняя температура представительного помещения или средняя внутренняя температура нескольких помещений;

б)      внутренняя температура устройства, моделирующего температурный режим;

в)      температура наружного воздуха или интегральный метеорологический показатель, учитывающий наружную температуру и солнечную инсоляцию.

Это позволяет без нарушения качества теплоснабжения использовать аккумулирующую способность зданий для балансирования подачи теплоты на отопление за определенный период времени (например, за 12 ч или 1 сут) при неравномерной тепловой нагрузке системы в отдельные часы суток.

При использовании первых двух импульсов создается также возможность применять различные сочетания температур и расходов воды в подающем трубопроводе тепловой сети для удовлетворения отопительной нагрузки.

Необходимость в осуществлении таких режимов возникает обычно при каких-либо отказах на отдельных участках параллельно работающих сблокированных магистральных тепловых сетей.

При временном снижении пропускной способности сети по расходу воды можно сбалансировать подачу теплоты на отопление путем повышения температуры в подающем трубопроводе тепловой сети. При использовании третьего импульса, т.е. наружной температуры или интегрального метеорологического показателя, регулирование отопительной нагрузки осуществляется по расчетной программе, в которой заложены режимы теплопотребления, характеристики оборудования групповой или местной подстанции и теплотехнические характеристики ограждающих конструкций и аккумулирующей способности здания. Программой задается расход сетевой воды при разных наружных температурах. При этом исходят из условия постоянного соответствия температуры воды в подающем трубопроводе тепловой сети температуре наружного воздуха. При отклонении фактической температуры воды в тепловой сети от расчетной для данной температуры наружного воздуха возникает небаланс теплоты во всех отапливаемых помещениях.

На рисунке 2.2 показана принципиальная схема ГТП при закрытой системе теплоснабжения и независимом присоединении отопительных установок к тепловой сети. Регулирование отопительной нагрузки осуществляется по импульсу, получаемому от устройства 8, моделирующего внутренний тепловой режим здания с заданной характеристикой.

На рисунке 2.3 показана принципиальная схема регулирования отпуска теплоты на отопление по импульсу наружной температуры, выполненной в групповой тепловой подстанции с независимым присоединением нагрузки отопления и двухступенчатой последовательной схемой нагрузки горячего водоснабжения.

Измерение температуры наружного воздуха производится инерционным термометром сопротивления 5, показания которого преобразуются в унифицированный сигнал с помощью измерительного усилителя 6. Измерение расхода сетевой воды производится датчиком расходомера 3. Оба сигнала вводятся в измерительный блок релейного регулирующего прибора 8, из которого выходные команды через блок ручного управления 9 воздействуют на исполнительный механизм, перемещающий регулирующий клапан 11. Вся эта аппаратура выпускается промышленностью серийно. Температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения t_г, поддерживается на заданном уровне регулятором температуры 1, воздействующим на расход сетевой воды, проходящей через подогреватель верхней ступени горячего водоснабжения.

Регулятор поддерживает постоянный расход сетевой воды через подогреватель отопления независимо от характера суточного графика нагрузки горячего водоснабжения. В зависимости от температуры наружного воздуха система производит автоматическую перенастройку регулирующего клапана 11 [2].

2.2 Выбор функционально – технологической схемы автоматизированного теплового пункта здания

По функциональному назначению тепловой пункт можно разделить на отдельные узлы (рисунок 2.4), связанные между собой трубопроводами и имеющие обособленные или, в отдельных случаях, общие средства автоматического управления:

- I — узел ввода тепловой сети;

- II — узел учета теплопотребления;

- III — узел согласования давлений (в тепловой сети и системах теплопотребления);

- IV — узел присоединения систем вентиляции;

- V — узел присоединения системы ГВС;

- VI — узел присоединения систем отопления.

Технологическая схема теплового пункта разработанная инженерами фирмы “Danfoss” приведена на рисунке 2.4.

Настоящая схема теплового пункта обеспечивает потребителей тепловой энергией и снабжает горячей водой. Выбор технологического оборудования и средств автоматизации по данной схеме производится, из каталога оборудовании фирмы “Danfoss”.

Узлы ввода тепловой сети, учета теплопотребления и согласования давлений являются обязательной принадлежностью отопительного теплового пункта.

Узел ввода оснащается: стальной запорной приварной или фланцевой арматурой (шаровыми кранами типа JiP диаметром 40 мм); сетчатыми фильтрами (муфтовыми — Д_у = 40 мм типа Y222P при Т_макс = 110 °C).

При закрытой системе теплоснабжения «рабочий» фильтр предусматривается только на подающем трубопроводе (рисунок 2.5 а), а при открытой — также на «летней» перемычке обратного трубопровода (рисунок 2.5 б). Применение сетчатых фильтров не исключает установки до них (по ходу движения теплоносителя) абонентского грязевика для защиты сетки фильтра от повреждений крупными твердыми включениями. Для заполнения систем теплопотребления, присоединенных к закрытой тепловой сети по зависимой схеме, допускается узел ввода выполнять, как и при открытой схеме теплоснабжения (рисунок 2.5 б), с установкой на перемычке диаметром 20–32 мм фильтра, но без грязевика.

Узел учета теплопотребления (II) (далее — «узел учета») входит в состав теплового пункта. Проект узла учета должен выполняться в соответствии с требованиями «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя».

В качестве прибора учета рекомендуется применять тепловычислитель типа «СПТ 943.1», который предназначен для вычисления потребляемой тепловой энергии в двух отдельных контурах отопления закрытых и открытых систем теплоснабжения.

Подробное описание теплосчетчика будет выполнено в подразделе «Технические требования и выбор аппаратуры учета теплопотребления зданием» настоящего дипломного проекта.

Узел согласования давлений (III) предназначен для обеспечения работы всех элементов теплового пункта, систем теплопотребления, а также тепловых сетей в стабильном и безаварийном гидравлическом режиме.

Оборудование узла согласования давлений позволяет:

- поддерживать постоянные перепады давлений теплоносителя на исполнительных механизмах регулирующих устройств систем теплопотребления;

- обеспечивать давление теплоносителя в трубопроводах в пределах, допустимых для элементов систем и самого теплового пункта;

- гарантировать заполнение систем теплоносителем и защищать их от опорожнения;

- обеспечивать невскипание перегретого теплоносителя в верхних точках систем теплопотребления;

- при необходимости ограничивать предельный расход теплоносителя;

- осуществлять автоматическую гидравлическую балансировку тепловых сетей.

Поскольку системы вентиляции в настоящем дипломном проекте не рассматриваются, узел присоединения систем вентиляции также не будет рассмотрен.

Узел присоединения системы ГВС (V)

Способ приготовления горячей воды для хозяйственно-питьевых нужд определяется принятой в регионе схемой централизованного теплоснабжения.

При закрытой системе теплоснабжения нагрев водопроводной воды для ГВС производится, как правило, в скоростных водоподогревателях. В качестве водоподогревателей в современных системах горячего водоснбжения рекомендуется использовать пластинчатые водоподогреватели, которые производит фирма «Danfoss». Для небольших зданий, а также в целях обеспечения гарантированного запаса горячей воды (по требованию заказчика) допускается применение емкостных водоподогревателей.

Скоростные водоподогреватели могут присоединяться к системе теплоснабжения по одноступенчатой параллельной или двухступенчатой смешанной схеме. При двухступенчатой схеме в холодный период года водопроводная вода сначала подогревается обратным теплоносителем после системы отопления в первой ступени, а затем доводится до требуемой температуры во второй ступени первичным теплоносителем из тепловой сети. В теплый период года водопроводная вода нагревается только за счет сетевого теплоносителя, который в это время проходит последовательно через обе ступени водоподогревателя.

Узел присоединения системы отопления (VI)

Контур отопления на принципиальной схеме приведенной на рисунке 2.4 присоединен к внешней тепловой сети по зависимой схеме.

Зависимая схема присоединения системы отопления — самая распространенная в настоящее время. По требованиям нормативных документов она является приоритетной. Эта схема присоединения применяется, прежде всего, при одинаковом графике регулирования температуры теплоносителя в тепловой сети и в системе отопления. Основным критерием ее использования в других случаях является предписание теплоснабжающей организации.

Зависимая схема не требует использования дорогого тепломеханического оборудования. Главным ее элементом является насос, который необходим при автоматизации узла, а также при применении радиаторных терморегуляторов в системе отопления. Гидроэлеватор в качестве побудителя циркуляции не рассматривается как устройство, создающее недостаточные напоры и не поддающееся автоматизации.

Насос рекомендуется устанавливать в контуре системы отопления на подающем или обратном трубопроводе. Он подбирается на расчетный расход теплоносителя в системе отопления и при напоре, соответствующем суммарным потерям давления в ней с запасом в 10 %.

Автоматизация зависимо присоединенной к тепловой сети системы отопления осуществляется с помощью электронных регуляторов температуры (погодных компенсаторов).

2.2.1 Расчет тепловых нагрузок здания для выбора технологического оборудования отопительного теплового пункта

В настоящем дипломном проекте в качестве отапливаемого здания рассматривается пятиэтажное жилое здание с габаритными размерами 10х60х15 м. Поскольку отапливаемое здание является жилым, помимо нагрузки отопления в нем имеется нагрузка горячего водоснабжения. Количество жильцов равно 350 человек. Для выбора технологического оборудования отопительного теплового пункта необходимо вычислить расчетные расходы теплоты на отопление, а также среднечасовой расчетный и максимально часовой расходы теплоты на горячее водоснабжение, суммарную тепловую мощность систем отопления и ГВС.

По СНиП 2.04.07-86 наименьшей температурой воды в подающем трубопроводе для закрытых систем теплоснабжения, необходимым для подогрева воды, поступающей в системы горячего теплоснабжения потребителей должно быть не менее 70 °С, в нашем случае температура равна 95 °С.

Тепловые нагрузки принимают по проектным данным, если в результате обследования установлено соответствие проектам систем отопления и горячего водоснабжения. При отсутствии проектов или их несоответствии фактическим данным тепловые нагрузки для жилых зданий – по удельным характеристикам [5].

Расчетные расходы теплоты (Гкал/ч) на отопление жилых зданий определяют по укрупненным показателям:

, Гкал/ч,                (2.4)

где q – удельная отопительная характеристика здания при t_н.р= минус 30 ⁰С,

кал/(м³*ч*⁰С), q = 0,40 ккал/(м³*ч*⁰С);

a - поправочный коэффициент, учитывающий климатические условия и применяемый в случаях, когда расчетная температура наружного воздуха отличается от 30 ⁰С, a = 0,95;

V – объем здания по наружному обмеру, м³, V = 10*60*15 = 9000м³;

t_в – расчетная температура внутри здания, ⁰С, t_в = 20 ⁰С;

t_н.р – расчетная температура наружного воздуха, ⁰С, t_н.р = минус 33 ⁰С;

Q_от = 0,95×0,40×9000×(20-(-33)) ×10^-6=0,18126 Гкал/ч = 210.03 кВт.

Расход воды на отопление рассчитывается по формуле:

,                           (2.5)

где -расход на отопление, ;

-тепловая нагрузка на отопление, Гкал/ч;

-температура в падающем и обратном трубопроводах, ⁰С

(95 – 70 ⁰С соответственно).

.

Расходы теплоты системы горячего водоснабжения

Расход горячей воды среднечасовой за сутки наибольшего потребления определяется по формуле:

,         (2.6)

где N - число потребителей равно 350 человек;

A - норма расхода горячей воды на одного потребителя, 120л;

G^ср_г – среднечасовой расход воды на горячее водоснабжение, м³/ч;

10^-3 – коэффициент перевода расхода воды из л/ч в м³/ч.

Максимально часовой расход горячей воды:

,        (2.7)

где G^ср_г – среднечасовой расход воды на горячее водоснабжение, м³/ч;

G^макс_г – максимально часовой расход воды на горячее водоснабжение, м³/ч;

к - коэффициент часовой неравномерности (при N=350, к=3,55).

Среднечасовой расход горячей воды:

,                       (2.8)

где -температура холодной воды, 5 ⁰С;

-температура горячей воды для закрытых, 55 ⁰С.

Среднечасовой расчетный и максимально часовой расходы теплоты на горячее водоснабжение (Гкал/ч) определяют по формулам:

,                            (2.9)

Q_г^cp = 1.75 х 50 х 0.001 = 0.0875 Гкал/ч = 101,5 кВт,

,                       (2.10)

Q_г^макс = 6,2125 * 50 * 0,001 = 0,310625 Гкал/ч = 360,325 кВт,

где 55 – принятая температура горячей воды;

-температура холодной воды, 5 ⁰С;

G^ср_г – среднечасовой расход воды на горячее водоснабжение, м³/ч;

G_г^макс- максимально часовой расход горячей воды, м³/ч.

Суммарный расход теплоты на системы отопление и горячего водоснабжения жилого здания можем рассчитать по формуле:

,      (2.11)

где Q_å - суммарный расход теплоты на отопление и ГВС, Гкал/ч;

Q_от^ср - расход теплоты на отопление, Гкал/ч;

Q_г^макс - расход теплоты на горячее водоснабжение, Гкал/ч.

2.2.2 Выбор технологического оборудования автоматизированного теплового пункта

2.2.2.1 Выбор регулятора перепада давления для систем отопления и горячего водоснабжения

Автоматические регуляторы перепада давления – устройства, стабилизирующие располагаемое давление регулируемого участка на заданном уровне. Регуляторы перепада давления имеют многообразное конструктивное исполнение, позволяющее применять их для любых проектных решений по стабилизации давления теплоносителя. Они могут быть с внутренней или наружной резьбой, с фланцами, с приварными патрубками. Каковы бы ни были конструктивные отличия регуляторов перепада давления все они основаны на одном принципе работы – начальном уравновешивании давления пружины настройки 10 и давления теплоносителя, передаваемого через гибкую диафрагму (мембрану) 7 (рисунок 2.6).

Диафрагма – измерительный элемент. Она воспринимает импульсы давления с обеих сторон и сопоставляет их разницу с заданной величиной, устанавливаемой посредством соответствующего сжатия пружины рукояткой настройки 9. Каждому числу оборотов рукоятки настройки соответствует автоматически поддерживаемый перепад давления. При наличии рассогласования образующаяся активация диафрагмы передается на шток 5 и перемещает затвор клапана 2 относительно регулирующего отверстия. Импульс давления попадает в подмембранное и надмембранное пространство, образуемое крышками 6 и 8, через перепускное отверстие 12 и штуцер 11.

Выбор регулятора осуществляют по его максимальной пропускной способности. Следует стремиться к тому, чтобы требуемая пропускная способность регулятора была ниже максимальной пропускной способности, но не более чем на 70 %. Требуемый автоматически поддерживаемый перепад давления, либо автоматически поддерживаемое давление регулятором должно находиться примерно в середине регулируемого им диапазона. Установку регулятора на требуемый перепад давления, либо на давление осуществляют соответствующим поворотом гайки настройки.

Исходной величиной для выбора перепада давлений на регулирующих клапанах теплового пункта является перепад давлений в трубопроводах тепловой сети на вводе в здание (на узле ввода теплового пункта) ΔРс. В соответствии с требованиями нормативных документов этот перепад должен быть не менее 1,5 бар. Обычно перепад давлений на вводе в здание принимается по официальным данным теплоснабжающей организации с запасом 10 % (0,9ΔРс) [8].

Регулятор перепада давления для систем отопления и горячего водоснабжения выбирается программой «Danfoss SAC Selector» версии 1.1 (#"OLE_LINK2">«Heat Exchanger Calculation Tool» производства фирмы «Danfoss». В программу вводится максимально часовая мощность системы горячего водоснабжения, расход горячей воды и температуры входящей и выходящей из теплообменника сетевой воды. Пользовательский интерфейс программы приведен на рисунке 2.7. Технические параметры выбранного теплообменника приведены в таблице 2.7. Габаритные размеры теплообменника показаны на рисунке 2.8.

Таблица 2.7 – Параметры теплообменника для системы ГВС

Технические параметры теплообменника	Значения
Тип теплообменника	XG 10-1 30
Мощность, КВт.	362,8
	первичная сторона	вторичная сторона
Расход, м3/ч	12,772	5,829
Входная температура,°C	95	5
Выходная температура, °C	70	58,9
Деств. обр. темп.	70
LMTD	49,1
Потери напора, бар	3,42	0,741
Скорость, м/с	6,1	2,8
Скорость, м/с	1,049	0,447
Число/Контур	14	15
Объем воды, л.	0,63	0,68
Технические параметры теплообменника	Значения
	первичная сторона	вторичная сторона
Максимально допустимое давление, бар	16
Максим. допустимая температура, 0С	150
Запас поверхности, %	0,00
Поверхность теплообмена, м2	0,60
Вес, кг	22,0

A – 76 мм. B – 158 мм. C – 65 мм. D - 235 мм. E - 188 мм. F – 460 мм. L_max – 500мм.

T₁₁ на входе греющего контура

T₁₂ на выходе греющего контура

T₂₁ на входе нагреваемого контура

T₂₂ на выходе нагреваемого контура

2.2.2.4 Выбор циркуляционных насосов для контуров отопления и горячего водоснабжения

Насос является основным элементом водяной инженерной системы здания. Его работа полностью взаимосвязана со всем оборудованием системы, в том числе и запорно-регулирующей арматурой. От их совместной работы зависит эффективность функционирования всей системы. Особенно это касается систем с переменным гидравлическим режимом, где регулирование расходом теплоносителя приводит к изменению гидравлических и электрических параметров насоса.

Подбирают насос по расчетному расходу и потерям давления в системе при частично закрытых терморегуляторах

Для системы отопления следует выбрать насос с расчетным расходом теплоносителя более 7,2524 м³/ч. и напором насоса больше 9 м. Допустимая температура перекачиваемой среды насоса до 100⁰С.

Параметры циркуляционного насоса Wilo TOP-S 30/10 EM достаточны для применения его в системе отопления. Внешний вид насоса Wilo TOP-S 30/10 EM показан на рисунке 2.9.

Циркуляционный насос с резьбовым соединением Wilo TOP-S 30/10 EM применяется в системах охлаждения, водяного отопления, кондиционирования.

К основным достоинствам можно отнести простой монтаж, надежность в работе, три ступени частоты вращения. Насос состоит из чугунного корпуса, вала из нержавеющей стали и рабочего колеса, изготовленного из композитных материалов. Допустимые перекачиваемые жидкости: вода систем отопления и водогликолевая смесь. Данные циркуляционного насоса Wilo TOP-S 30/10 EM для контура отопления получены из сайта #"#">#"1.files/image017.gif">                                    (4.1)

 

где Е_Н – нормируемая минимальная освещенность, лк (определяется по таблице). Работу оператора, в соответствии с этой таблицей, можно отнести к IV разряду зрительной работы, следовательно, минимальная освещенность будет Е = 300 Лк при газоразрядных лампах;

k_з- коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока лампы в результате загрязнения светильников в процессе эксплуатации (его значение определяется по таблице коэффициентов запаса для различных помещений и в нашем случае k = 1,3);

S - площадь освещаемого помещения ( в нашем случае s = 28 м² );

z - отношение средней освещенности к минимальной (обычно принимается равным 1,2-1,5 , пусть z = 1,2);

n - коэффициент использования, (выражается отношением светового потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп и исчисляется в долях единицы; зависит от характеристик светильника, размеров помещения, окраски стен и потолка, характеризуемых коэффициентами отражения от стен (Р_с) и потолка (Р_п)). Значение n определим по таблице коэффициентов использования различных светильников. Для этого вычислим индекс помещения по формуле:

i = AB/[h(A+B)],                                        (4.2)

где А – длина помещения теплового пункта, м;

В – ширина помещения теплового пункта, м;

h – высота помещения теплового пункта, м.

подставив значения, получим i =1,018.

Зная индекс помещения i, Р_с, Р_р и Р_п, по таблице находим n = 0,33. Подставим все значения в формулу для определения светового потока Ф:

                

Для обеспечения световым потоком помещение теплового пункта равным 9927,3 Лм, необходимо выбрать четыре люминесцентные лампы мощностью 80 Вт. При выборе осветительных приборов используем светильники типа ОД. Выбранные светильники с лампами рекомендуется установить на потолке помещения теплового пункта в два ряда, по два светильника в каждом ряду, поскольку такое освещение гарантирует равномерное и достаточное освещение для зрительной работы IV разряда.

4.4 Пожарная безопасность

Причинами пожара и возгораний в помещении теплового пункта являются:

- неправильное устройство и неисправность или нарушение режима работы аппаратуры узла учета, электронного регулятора теплопотребления;

- неисправность и перегрузка технологического оборудования блочного теплового пункта (двигатели циркуляционных насосов контуров отопления и ГВС, редукторные электроприводы);

- перегрузка электрических сетей, износ изоляции электропроводки и короткое замыкание;

- неправильное заземление электрооборудовании;

- несоблюдение рабочим персоналом правил пожарной безопасности;

- неосторожное обращение с огнем (курение в неположенных местах, небрежное и неосторожное проведение газо- сварочных работ на тепловом пункте).

Горючими элементами могут быть:

- перегородки, двери;

- составляющие части блочного теплового пункта, такие как

ластиковые корпуса редукторных электроприводов, резиновые прокладки между фланцевыми соединениями;

- панель электронного регулятора теплопотребления;

- изоляция электропроводки;

- шумоизоляционные пластиковые, полимерные материалы теплового

пункта;

- скопившийся мусор.

Для ликвидации пожара возникшего в помещении теплового пункта в начальной стадии применяются первичные средства пожаротушения: сухой песок, асбестовые одеяла, кошмы, внутренние пожарные водопроводы, огнетушители ручные и передвижные.

Большое значение для защиты от пожаров является правильный выбор огнетушащего вещества. Поскольку аппаратура узла учета, электронный регулятор теплопотребления и редукторные электроприводы являются дорогостоящими, в случае пожара применение воды и пены в качестве огнегасящего средства должно быть совсем исключено. В этом случае используются порошковые огнетушители типа ОП-2, ОП-10, ОПС-10.

Необходимо оснастить помещение теплового пункта автоматизированной системой оповещения пожара и установить централизованную систему сигнализации, которая при возникновении пожара сигнализируется на пульте диспетчера пожарной службы.

Для этой цели рекомендуется оборудовать помещение датчиками дыма и термодатчиками.

Аудитория имеет площадь 28 м². Так как аудитория занимает площадь менее 200 м², то в помещении предусматривается один эвакуационный выход. Проходы в помещении, коридоры и рабочие места не следует загромождать различными предметами.

При возникновении пожара в помещении теплового пункта необходимо производить эвакуацию людей согласно плану, изображенного на рисунке 4.2.

Стрелками показано предполагаемое направление движения людей при экстренной эвакуации.

	Во двор

5. Промышленная экология

В разделе промышленной экологии рассмотрены вопросы негативного влияния оборудования, применяемого для автоматизации систем отопления и горячего водоснабжения. В основе автоматизации системы отопления с зависимым присоединением к тепловым сетям лежит электронный регулятор «ECL Comfort-300», термоэлектрические сопротивления и другие электронно-измерительные приборы, а также в качестве исполнительного механизма в системе регулирования отпуском теплоты применяется редукторные электропривода. Целью настоящего раздела является описания вредного влияния ЭМИ и ЭМП, излучаемые от вышеперечисленных оборудований на организм человека и на окружающую среду, а также определение мер по защите от вредного влияния ЭМИ И ЭМП на здоровье человека и на окружающую среду.

В процессе жизнедеятельности человек постоянно находится в зоне действия электромагнитного (ЭМ) поля Земли. Такое поле, называемое фоном, считается нормальным и не наносит здоровью людей никакого вреда.

Электромагнитное поле (ЭМП) - физическое поле движущихся электрических зарядов, в котором осуществляется взаимодействие между ними. Частные проявления ЭМП - электрическое и магнитное поля. Поскольку изменяющиеся электрическое и магнитное поля порождают в соседних точках пространства соответственно магнитное и электрическое поля, эти оба связанных между собой поля распространяются в виде единого ЭМП [14].

Экспериментальные данные свидетельствуют о высокой биологической активности ЭМП во всех частотных диапазонах. При относительно высоких уровнях облучающего ЭМП современная теория признает тепловой механизм воздействия. При относительно низком уровне ЭМП (к примеру, для радиочастот выше 300 МГц это менее 1 мВт/см2) принято говорить о нетепловом или информационном характере воздействия на организм. Многочисленные исследования в области биологического действия ЭМП позволят определить наиболее чувствительные системы организма человека: нервная, иммунная, эндокринная и половая. Эти системы организма являются критическими. Реакции этих систем должны обязательно учитываться при оценке риска воздействия ЭМП на население.

Люди длительное время подвергающиеся электромагнитному излучению в большей степени подвергаются психологическим стрессам, функциональным нарушениям центральной нервной системы, болезням сердечно-сосудистой системы. По результатам исследований можно сделать выводы и о вероятности гормональных сдвигов и нарушений иммунного статуса человека.

Электронный регулятор при выполнении своих функций излучает на окружающую среду электромагнитное излучение. Продолжительная работа с электронным регулятором влечет за собой появление головных болей, болезненные ощущения в области мышц лица и шеи, ноющие боли в позвоночнике, резь в глазах, слезоточивость, нарушение четкого видения, боли при движении рук. Электронный регулятор и встроенный дисплей является источником:

- электромагнитного поля;

- электростатического поля;

- слабых электромагнитных излучений в низкочастотном и высокочастотном диапазонах (2 Гц – 400 кГц);

- рентгеновского излучения;

- ультрафиолетового излучения;

- инфракрасного излучения;

- излучения видимого диапазона.

В результате исследований о влиянии электронной техники на организм человека были накоплены данные о неблагоприятном действии магнитных и электромагнитных полей на организм человека и окружающую среду. Работами ученых было установлено, что, во-первых, нервная система человека, особенно высшая нервная деятельность, чувствительна к ЭМП, и, во-вторых, что ЭМП обладает так называемым информационным действием при воздействии на человека в интенсивностях ниже пороговой величины теплового эффекта.

Поглощаемая тканями энергия электромагнитного поля превращается в теплоту. Если механизм терморегуляции не способен рассеять избыточное тепло, то возможно повышение температуры тела. Органы и ткани человека, обладающие слабо выраженной терморегуляцией, более чувствительны к облучению (мозг, глаза, почки, кишечник, семенники). Перегревание отдельных органов ведет к их заболеваниям.

Влияние электромагнитных волн заключается не только в их тепловом воздействии. Микропроцессы под действием полей заключаются в поляризации макромолекул тканей и ориентации их параллельно электрическим силовым линиям, что может приводить к изменению их свойств.

Отрицательное воздействие электромагнитных полей вызывает обратимые, а также необратимые изменения в организме: торможение рефлексов, понижение кровяного давления, замедление сокращений сердца, изменение состава крови в сторону увеличения числа лейкоцитов и уменьшения числа эритроцитов, помутнение хрусталика глаза.

Степень безопасности пользователя цифровой техникой регулируется множеством различных международных стандартов, которые год от года становятся все строже и строже [15].

Функциональные нарушения, вызванные биологическим действием электромагнитных полей, способны в организме кумулироваться (накапливаться), но являются обратимыми, если исключить воздействие излучения и улучшить условия труда.

В ходе автоматизации системы отопления использовались различные электротехнические устройства (такие как термоэлектрические сопротивления, электрические насосы, электронные расходомеры, электронные исполнительные механизмы и т.д.), что обусловило интенсивное «электромагнитное загрязнение» среды обитания человека.

Оборудование подключается к электрической сети промышленной частоты 50 Гц и напряжением ~220 В. Как известно, электротехническое оборудование является источниками электромагнитного поля, влияющего на окружающую среду, и может отрицательно воздействовать на здоровье рабочего персонала и других близ расположенных людей. В связи с этим рассмотрим вопросы влияния электромагнитных полей на человека, а также методов защиты от вредного воздействия их на здоровье.

Электромагнитные поля характеризуются длиной волны λ. Источник, генерирующий излучение, т. е. создающий электромагнитные колебания, характеризуется частотой f. По характеру взаимодействия с веществом ЭМВ подразделяют на ионизирующие (рентгеновское и гамма-излучение) и неионизирующее (волны меньших частот). Значения диапазона волн и частот электромагнитного спектра приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Электромагнитный спектр

Электромагнитные волны	Диапазон длин волн, см.	Диапазон частот, Гц
Радиоволны	λ > 10 – 2	f < 3 ∙ 10 12
Инфракрасное излучение	λ ≈ 5∙10 – 2 – 7,4∙10 – 5	f ≈ 6∙10 11 – 4∙10 14
Видимый свет	λ ≈ 7,4∙10 – 5 – 4∙10 – 5	f ≈ 4∙10 14 – 7,5∙10 14
Ультрафиолетовое излучение	λ ≈ 4∙10 – 5 – 10 – 7	f ≈ 7,5∙10 14 – 3∙10 17
Рентгеновское излучение	λ ≈ 2∙10 – 5 – 6∙10 – 12	f ≈ 1,5∙10 15 – 5∙10 21
Гамма-излучение	λ < 2∙10 – 8	f > 1,5 ∙ 10 18

Степень и характер воздействия ЭМИ на организм определяются плотностью потока энергии, частотой излучения, продолжительностью воздействия, режимом облучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), размером облучаемой поверхности, индивидуальными особенностями организма, а также наличием сопутствующих факторов (повышенная температура воздуха, наличие рентгеновского излучения и др.). Наиболее биологически активен диапазон СВЧ, менее активен УВЧ и затем диапазон ВЧ. При этом уровень опасности резко возрастает при воздействии ЭМП на организм, ослабленный в результате ранее перенесенной болезни или находящийся в болезненном состоянии.

Характер воздействия ЭМП на человека определяется дозовыми критериями. К ним относится удельная поглощенная мощность (УПМ) – поглощенная единицей массы организма человека часть энергии ЭМП (единицы измерения Вт/кг или мВт/кг).

Эффекты от воздействия электромагнитного излучения могут проявляться в различной форме: от незначительных функциональных сдвигов до нарушений, свидетельствующих о развитии явной патологии. Следствием поглощения биологической тканью энергии ЭМП является тепловой эффект. Как известно, избыточная теплота, выделяющаяся в организме человека, отводится путем увеличения нагрузки на систему терморегуляции тела человека. Однако, начиная с определенного предела, организм не справляется с отводом теплоты от отдельных органов, и температура последних повышается, достигая подчас опасных значений.

При длительном постоянном воздействии ЭМП радиочастотного (РЧ) диапазона на организм человека происходят нарушения сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной систем, что проявляется в постоянных головных болях, повышении утомляемости, слабости, нарушении сна, повышенной раздражительности, ухудшении памяти, дрожании и рук, и век, потливости, непостоянстве температуры тела и др. [15].

Воздействие ЭМП на иммунную систему сопровождается нарушением белкового обмена, изменением состава крови, в организме могут появиться антитела, способствующие разрушению собственных тканей.

ЭМП может нанести удар и по эндокринной системе, как следствие активируется процесс свертывания крови, организм теряет устойчивость к действию высоких температур, развивается гипоксия и т.д.

Получены подтверждения относительно вредного влияния ЭМП на репродуктивную (воспроизводительную) функцию человека. При этом установлено, что эмбрион намного чувствительнее организма матери к действию ЭМП. Беременная женщина должна знать о том, что ЭМП даже низкой интенсивности оказывает отрицательное воздействие на ее организм, оно может вызвать преждевременные роды, а также патологию у ребенка. Сказанное относится, прежде всего, к тем женщинам, которые работают на ЭВМ с нарушением норм безопасности.

Защита людей от воздействия ЭМИ осуществляется посредством: правовых, организационных, инженерно-технических и лечебно-профилактических мероприятий. К правовым мероприятиям относятся разработка и принятие правовых и нормативно-технических документов, таких как: системы государственных стандартов (ГОСТов), санитарных правил и норм (СанПиН) и предельно допустимых уровней (ПДУ) ЭМП. ПДУ ЭМП – такие его значения, которые при ежедневном облучении в соответствующем для данного источника режиме не вызывают у человека (независимо от возраста и пола) заболеваний или отклонений в состоянии здоровья.

ГОСТ 12.1.006-84 - Система стандартов безопасности труда устанавливает допустимые уровни ЭМП на рабочих местах персонала, осуществляющего работы с источниками ЭМП, и требования к проведению контроля. Настоящий стандарт распространяется на электромагнитные поля (ЭМП) диапазона частот 60 кГц - 300 ГГц.

Для электромагнитных полей промышленной частоты (50 Гц) предельно допустимый уровень напряженности электрического поля в жилых помещениях составляет 500 В/м.

В диапазоне 30 кГц – 300 МГц вредное воздействие и интенсивность ЭМИ радиочастот (РЧ) оценивается значением напряженности электрической составляющей поля (E, В/м), магнитная составляющая действующими санитарными правилами для населения не нормируется. В диапазоне 300 МГц – 300 ГГц вредное воздействие ЭМИ РЧ оценивается значением плотности потока энергии – S (Вт/м ²). В таблице 5.2 приведены предельно допустимые уровни электромагнитного излучения радиочастот для населения.

Таблица 5.2 – Предельно допустимые уровни ЭМИ РЧ для населения

Диапазон частот	E, В/м, ≤	H, А/м, ≤	S, Вт/м 2
30–300 кГц	25	–	–
300–3000 кГц	15	–	–
3–30 МГц	10	–	–
30–300 МГц	3	–	–
60 кГц – 1,5 МГц	–	5	–
30–50 МГц	–	0,3	–
300 МГц – 300 ГГц	–	–	0,1

Организационные мероприятия включают выбор рациональных режимов работы оборудования, ограничения места и времени нахождения персонала в зоне действия ЭМИ РЧ (защита расстоянием и временем), периодический контроль облучаемости и т. д.

Защита расстоянием (наиболее эффективный метод) используется в случае невозможности ослабить интенсивность облучения сокращением времени пребывания человека в опасной зоне.

Защита временем очень проста, она предусматривает максимально возможное ограничение времени пребывания человека в электромагнитном поле. Рекомендуется выводить служащий персонал несколько раз в рабочий день из рабочего места.

К инженерно-техническим мероприятиям относятся:

- рациональное размещение оборудования;

- использование средств, которые ограничивают поступление электромагнитного излучения на рабочие места (поглотители мощности, экранирование; использование минимальной мощности генератора и т. п.).

В технических средствах защиты используют явления отражения и поглощения энергии излучателя, применяя различные виды экранов и поглотителей мощности. Благодаря высоким коэффициентам поглощения и почти полному отсутствию волнового сопротивления металлы обладают высокой отражательной и поглощающей способностью и поэтому широко применяются для экранирования.

Толщину экрана, обеспечивающую необходимое ослабление, можно рассчитать. Однако расчетная толщина экрана обычно мала, поэтому она выбирается из конструктивных соображений. При мощных источниках излучения, особенно при длинных волнах, толщина экрана может быть принята расчетной.

Толщина экрана в основном определяется частотой и мощностью излучения и мало зависит от применяемого металла. Значения коэффициентов экранирования ЭМП приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 - Значения коэффициентов экранирования ЭМП    

Частота МГц	Коэффициенты экранирования
	дБ	раз
0,01 – 0,16	26,9-17,1	22,2-7,1
0,24 – 22,0	16,6-6,4	6,7-2,1
30,0 – 90,0	11,0-13,9	3,9-4,9
110,0 – 210,0	11,0-8,2	3,9-2,5
230,0 – 420,0	9,0-14,0	3,1-25,1
430,0 – 530,0	13,1-8,0	20,4-6,3
540,0 – 640,0	6,0-5,3	4,5-3,4
650,0 – 740,0	7,9-11,0	6,1-12,9
760,0 – 920,0	12,6	18,2-6,1
940,0 – 1000,0	11,7-12,0	14,8-16,5
2450,0	8,0	6,1
10000,0	18,1	64,7
34500,0	18,3	67,8

Защита от СВЧ излучений кроме экранирования самих источников может быть обеспечена поглощающими нагрузками, экранированием рабочих мест и применением индивидуальных средств защиты. Экраны могут быть снабжены поглощающими или интерференционными покрытиями, для улучшения условий поглощения, т.к. в поглощающих покрытиях электромагнитная энергия рассеивается в виде тепловых потерь (материалы для поглощающих покрытий — каучук, пенополистирол, полиуретан и т.п.).

Для защиты глаз используют специальные радиозащитные очки из стекла, отражающего электромагнитные излучения.

Для защиты тела — капюшоны, халаты и комбинезоны, выполненные из металлизированной хлопчатобумажной ткани.

Медико-профилактические и лечебные мероприятия осуществляются в целях предупреждения, ранней диагностики и лечения нарушений в состоянии здоровья работника, связанных с воздействием ЭМИ [15].

Голова, грудь и руки являются главными объектами воздействиями ЭМИ. Методы защиты при работе на электрооборудовании.  Помещения, в которых устанавливаются электрооборудование, должны удовлетворять определенным требованиям, в частности:

- необходимая площадь одного рабочего места должна быть не менее 10 м ²;

- наличие естественного и искусственного видов освещения, которые обеспечивают освещенность не менее 300–500 лк;

- наличие отопления и системы кондиционирования, обеспечивающих соблюдение оптимального микроклимата на рабочем месте: температуры 19–30°С при относительной влажности 55–62%;

- металлические решетки, стеллажи и другие металлические предметы должны быть заземлены;

- полы должны обладать антистатическими свойствами (не накапливать статического электричества);

- регулярная влажная уборка помещения [16].

Необходимо установить систему вентиляции, а при невозможности чаще проветривать помещение.

Следует отметить, что большую роль в снижении низкочастотной электрической составляющей электромагнитного поля электрооборудования играет эффективность заземления (зануления) и экранирование токопроводящих кабелей.

Выполнение вышеперечисленных рекомендации и требовании значительно снижает вредное влияние электромагнитных полей и излучении на здоровье человека и на окружающую среду.

Номинальный срок службы подавляющего большинства оборудования отопительного теплового пункта составляет десять – пятнадцать лет. После истечения срока эксплуатации оборудования подлежит разборке и утилизации. Металлические изделия, такие как электродвигатель насоса, клапана и т.д. отправляются на вторичную переработку для изготовления новых изделий. Кабели и электрические провода разделяются на оболочку и медь для повторного использования. Электронно-лучевые трубки разбираются вручную, вакууммируются, чтобы избежать опасности внутреннего взрыва, и отправляются на перерабатывающие предприятия – фронтальное и конусное стекло можно применять для производства новых электронно-лучевых трубок. От печатных плат отделяют компоненты, содержащие опасные вещества (например, батареи), затем они подвергаются переплавке для извлечения благородных металлов.

Электронный регулятор, датчики температуры и ультразвуковые расходомеры после истечения срока эксплуатации приходят в полную негодность и не подлежат дальнейшему использованию. Они разбираются по отдельным электрическим элементам, а корпус идет на переработку.

С 2003 г. действуют европейские директивы по утилизации отходов производства электрического и электронного оборудования (Waste Electrical and Electronic Equipment – WEEE) и по ограничению применения опасных материалов в производстве электрического и электронного оборудования (Restriction of the use of certain Hazardous Substances – RoHS).

Директива об утилизации отходов электрического и электронного оборудования WEEE возлагает ответственность за переработку и утилизацию отходов бытовой электроники на производителя. Pb, Hg, Cd, Cr 6+, РВВ, РВDE и Cl - элементы, которые должны контролироваться по директиве WEEE cреди других токсичных соединений.

6. Оценка технико-экономической эффективности автоматизации тепловых пунктов зданий

Автоматизируемый тепловой пункт призван усовершенствовать снабжение потребителей тепловой энергией и горячей водой. Этот эффект достигается за счет внедрения цифрового регулятора, который автоматически будет следить за температурой наружного воздуха и температуры жилого помещения и отпускать соответствующее количество теплоты на отопление и поддерживать постоянную температуру горячей воды. Оценка качества автоматизированного теплового пункта на стадии его создания включает определение времени разработки и стоимости его создания, а также материальных затрат и экономической эффективности от внедрения. Автоматизация теплового пункта реализовано на базе электронного регулятора ECL 300, который получает сигналы от датчиков температуры, обрабатывает их, регулирует работу насосов и регулирующих клапанов через исполнительные механизмы. Автоматизированный тепловой пункт (далее АТП) значительно повысит комфорт в отапливаемых помещениях, будет снабжать потребителей качественной горячей питьевой водой.

На разработку проекта автоматизированного теплового пункта потребовалось четыре месяца. Это время понадобилось на проектирование автоматизированного теплового пункта, составление описания к нему. Более подробная информация о времени, потраченном на разработку проекта, представлена в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Обоснование периода разработки

Дата начала	Дата завершения		Действия
01.02.2009	10.02.2009		Разработка технического задания
11.02.2009	01.03.2009		Сбор и анализ информации об объекте автоматизации
02.03.2009	10.03.2009		Оформление документации
11.03.2009	04.04.2009		Выбор средств автоматизации и технологических оборудовании
05.04.2009	10.04.2009		Выбор конкретных оборудовании для теплового пункта
11.04.2009	14.04.2009		Оформление документации
15.04.2009	20.04.2009		Анализ вредных факторов воздействующих на человека при эксплуатации АТП
21.04.2009	23.04.2009		Оформление документации
24.04.2009	30.04.2009		Анализ влияния на экологическое состояние окружающей среды АТП
01.05.2009	06.05.2009		Оформление документации
Дата начала	Дата завершения		Действия
07.05.2009	24.05.2009	Расчет себестоимости автоматизации теплового пункта
22.05.2009	31.05.2009	Оформление документации

6.1 Расчет затрат на разработку автоматизированного теплового пункта

Затраты на автоматизацию теплового пункта (З_соз) определяются по следующей формуле:

З_соз = МЗ + Ф_от + З_эл + НР, тенге,                                (6.1)

где МЗ – материальные затраты, тенге;

Ф_от – фонд оплаты труда, тенге;

З_эл – затраты на электроэнергию, тенге;

НР – накладные расходы, тенге.

В связи с тем, что разработка проекта автоматизации проводится в аудитории КарГТУ, то затраты на аренду производственного помещения не рассчитываются.

Расчет материальных затрат на автоматизацию теплового пункта.

Статьи материальных затрат приведены в таблице 6.2. Они включают в себя затраты на приобретение оборудования теплового пункта, а также приобретение прочих материалов, необходимых для создания нужных условий.

Для автоматизации объекта требуются: электронный регулятор, датчики температуры наружного и внутреннего воздуха, регулятор перепада давления, регулирующие клапаны для систем отопления и ГВС, электроприводы к ним, теплообменник для системы горячего водоснабжения, насосы циркуляционные для систем отопления, горячего водоснабжения. Также необходимы аппаратуры узла учета, такие как ультразвуковой расходомер, тепловычислитель, датчик давления и температуры. Все эти составляющие в схеме были условно выделены в группу «Оборудования теплового пункта». В группу «Обеспечение» вошли материалы, необходимые для обеспечения рабочего процесса: канцелярские товары и дисковый накопитель (флэш-карта Transcend емкостью 1 Гб).

Таблица 6.2 – Материальные затраты

Наименование материалов и комплектующих изделий	Цена, тенге
Оборудования теплового пункта:
- электронный регулятор ECL Comfort 300 (1шт.)	104664
- карта для ECL Comfort 300 (1шт.)	36362
Наименование материалов и комплектующих изделий	Цена, тенге
Оборудования теплового пункта:
- датчики температуры наружного воздуха ESMT (1шт.)	12844
- датчик температуры внутреннего воздуха ESM-10 (1шт.)	12843
- датчик погружной ESMU (4шт.)	17025
- разгруженный регулятор перепада давления AFPA (1шт.)	168272
- клапан VFG2 для регулятора перепада давления (1шт.)	234900
- клапан с электроприводом для системы отопления VF2 (1шт.)	54260
- клапан с электроприводом для системы ГВС VF2 (1шт.)	64500
- Циркуляционный насос для системы отопления (1шт.)	42345
- Циркуляционный насос для системы ГВС (1шт.)	32400
- теплообменник XG 10-1 30 для системы ГВС (1шт.)	49200
- тепловычислитель СПТ 943.1 (1шт.)	156040
- расходомер ультразвуковой SONO 2500 CT (2шт.)	113392
- преобразователь давления для тепловычислителя MBS-3000 (2шт.)	26170
- термометры сопротивления КТПТР-01-1-80 (2шт.)	30256
- термометр показывающий биметаллический ТБ – 10 (12шт.)	1500
- манометр показывающий модель 111.10 (18шт.)	2650
- трехходовой кран для манометра 11б18бк (18 шт.)	1500
- кран шаровой типа X1666 (6шт.)	22820
- клапан обратный типа 402 (3 шт.)	7451
Обеспечение:
- дисковый накопитель	900
- канцелярские товары	1500
Итого	1193794

Все цены на технологические оборудования теплового пункта взяты из прайс-листа фирмы «Данфосс» на 1 апреля 2009 года. Следовательно, материальные затраты (МЗ) составляют 1193794 тенге.

Расчет заработной платы оператора КИПиА и социального налога.

С целью разработки схемы теплового пункта, подборки оборудования руководством теплоснабжающей организации был заключен двусторонний договор, в котором оговорены обязательства сторон. Предприятие, согласно договора, обязуется единовременно выплатить 320000 тенге по факту получения всей необходимой документации, включая схемы, обеспечения и предписания по условиям безопасной эксплуатации и охраны труда, а также экологической безопасности. Так как из обоснования периода следует, что проект разрабатывается четыре месяца, следовательно, заработная плата (ЗП) в месяц составит 80000 тенге.

Сумма социального налога рассчитывается по формуле:

Н_с = (З_об - ПН) х 0,11, тенге,                     (6.2)

где Н_с – сумма социального налога, тенге;

З_об – заработная плата, тенге;

ПН – пенсионные отчисления, тенге.

Исходя из формулы (6.2) рассчитаем сумму социального налога:

Н_с = (320000 – (320000 х 0,1)) х0,11 = 31680 тенге.

Работодатель помимо 320000 тенге должен выплатить 31680 тенге социального налога за произведенную работу.

Расчёт затрат на электроэнергию.

Стоимость электроэнергии, потребляемой за год, определяется по формуле:

З_элэвм = Р_эвм х Т_по х С_эл х А, тенге, (6.3)

где Р_эвм – суммарная мощность ПЭВМ, кВт;

Т_по – количество затраченного времени на проектирование теплового пункта, сек;

С_эл – стоимость 1кВт×ч электроэнергии, тенге;

А – коэффициент интенсивного использования мощности машины.

Согласно техническому паспорту ЭВМ Р_эвм равна 1,1 кВт, стоимость 1кВт в час электроэнергии по тарифам компании «КарагандыЭнергоСбыт», С_эл для юридических лиц равна 7,87 тенге, интенсивность использования машины А равна 0,87. Мы рассматриваем тарифы для юридических лиц, так как разработка проекта автоматизации производится в условиях КарГТУ.

Таким образом расчётное значение затрат на электроэнергию, потребляемую ПЭВМ составляет:

З_элэвм = 1,1 х 1000 х 7,87 х 0,87 = 7531,59 тенге.

Для работы за столом или за компьютером необходимо хорошее освещение, поэтому для помещения площадью 16 м² используем три электрические лампочки мощностью 100 Вт, т.е 0,1 кВт, тогда суммарная мощность лампочек (Р_ламп) равна 0,3 кВт, а коэффициент интенсивного использования (А) принимается равным 0,5. Отсюда следует, что расчётное значение затрат на электроэнергию, необходимую для освещения рабочего помещения, рассчитывается по формуле:

З_элосв = Р_ламп х Т_по х С_эл х А, тенге, (6.4)

З_элосв = 0,3 х 800 х 7,87 х 0,5 = 944,4 тенге.

Общая сумма затрат на электроэнергию рассчитывается по формуле:

З_эл = З_элэвм + З_элосв, тенге, (6.5)

З_эл = 7531,59 + 944,4 = 8475,99 тенге.

 

Амортизационные отчисления ПЭВМ. Стоимость комплектующих были взяты из прайс-листа компаний «ALSER» на 12 марта 2009 года и приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 – Конфигурация ПЭВМ

Наименование комплектующих	Цена, тенге
Принтер лазерный	18000
Материнская плата PQ61m28	14000
Монитор 17" DAEWOO 793ps	30000
Процессор Intel Celeron 2,26 GHz	6500
Оперативная память DDR 1024 Mb	6300
Жёсткий диск HDD 160 Gb Seagate Barracuda 7200 rpm IDE	13000
Видеокарта AGP 128Mb ATI X300	10500
Дисковод FDD 1,44 Mitsumi/ALPs	700
Корпус ATX 4106 microlab	4300
Итого:	103300

Расчёт амортизации выполнен кумулятивным методом. Формула необходимая для расчёта приведена ниже:

, %,                               (6.6)

где: Н_А – норма амортизации, проценты;

Т_Н – нормативный срок службы, год.

К_К – коэффициент кумулятивности и рассчитывается он как сумма нормативных сроков службы.

В таблице 6.4 представлены значения расчёта.

Так как создание проекта заняло четыре месяца: с 01.02.2009 по 31.05.2009, просуммируем амортизационные отчисления ПЭВМ за эти месяцы. Амортизационные отчисления составят 50307 тенге.

Таблица 6.4 – Расчёт амортизации

Наименование месяца	Номер месяца	Число TН	Норма амортизации по месяцам, %	Сумма отчислений, тенге
Январь	1	12	15,38	15887,54
Февраль	2	11	14,10	14565,30
Март	3	10	12,82	13243,06
Апрель	4	9	11,53	11910,49
Май	5	8	10,25	10588,25
Наименование месяца	Номер месяца	Число TН	Норма амортизации по месяцам, %	Сумма отчислений, тенге
Июнь	6	7	8,974	9270,142
Июль	7	6	7,69	7943,77
Август	8	5	6,41	6621,53
Сентябрь	9	4	5,12	5288,96
Октябрь	10	3	3,84	3966,72
Ноябрь	11	2	2,56	2644,48
Декабрь	12	1	1,28	1322,24

Итоговые затраты на автоматизацию теплового пункта.

Так как прочие затраты, помимо указанных выше, отсутствуют, то итоговые затраты равны сумме всех видов затрат на автоматизацию теплового пункта (З_соз). Они рассчитываются по формуле (6.1):

З_соз = 1193794 + 31680 + 320000 + 8475,99 + 50307 = 1604256,99 тенге.

6.2 Обоснование эффективности автоматизации теплового пункта

В результате автоматизации теплового пункта решаются, такие проблемы как недостача необходимого количества тепла в отапливаемых помещениях в особо холодное время года и избыток тепла в помещениях в теплые периоды года. Автоматизированный тепловой пункт обеспечит комфортные условия в отапливаемых помещениях. Электронный регулятор теплопотребления здания эффективно регулирует работу циркуляционного насоса, тем самым, снижая расходы электроэнергии.

Также значительно снижается нагрузка на мастера КИПиА. Его функции и обязанности сводятся к контролю за технологическим процессом, наблюдению за текущими параметрами теплоносителя в системе (в трубопроводах) и принятии своевременных решений в случае возникновения внештатных ситуаций в отопительном тепловом пункте.

В результате установки узла учета теплоносителя на тепловом пункте, потребитель тепловой энергии будет реально заинтересован в экономии теплоносителя и тепловой энергии, что соответственно внесет большой вклад в развитие политики энергосбережения и ресурсосбережения.

Заключение

В настоящем дипломном проекте были анализированы существующие схемы отопительных тепловых пунктов гражданских зданий с нагрузками отопления и горячего водоснабжения. А также была разработана функционально-технологическая схема автоматизированного теплового пункта и выбраны соответствующее технологическое оборудование и средства автоматизации для автоматизации теплового пункта гражданского здания.

Основным элементом автоматизированного теплового пункта является электронный регулятор, так как это устройство следит за параметрами теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения и на основе этих данных вырабатывает управляющие сигналы (команды) для исполнительных механизмов. Установкой электронного регулятора теплопотребления здания на тепловом пункте, решаются проблемы обеспечения комфортных условий в отапливаемом здании, а также в значительной мере уменьшается расход теплоносителя в системе отопления.

В результате установки узла учета расхода теплоносителя на тепловом пункте, потребитель тепловой энергии будет реально заинтересован в экономии теплоносителя и тепловой энергии, что соответственно внесет большой вклад в развитие политики энергосбережения и ресурсосбережения.

Значительно снижается нагрузка на рабочий персонал отопительного теплового пункта. Их функции и обязанности сводятся к контролю за технологическим процессом, наблюдению за текущими параметрами теплоносителя в системе (в трубопроводах) и принятии своевременных решений в случае возникновения внештатных ситуаций в отопительном тепловом пункте.

Список использованных источников

1. Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления/ Чистович С.А., Аверьянов В.К., Темпель Ю.Я. и др. - СПб.: Стройиздат, 1987. – 248 с.

2. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 472 с.

3. Уваров А.В. Автоматизация инженерных систем современных зданий и комплексов// Промышленные АСУ и контроллеры. – 2005. - № 9. – с. 15 – 19.

4. СП 41-101-95. Проектирование тепловых пунктов. М.: Изд-во ГУП ЦПП, 2004.

5. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей/ Манюк В.И., Каплинский Я.И. и др. - М.: Стройиздат, 1988. – 289 с.

6. Применение средств автоматизации «Danfoss» в тепловых пунктах систем централизованного теплоснабжения зданий/ Под ред. Невского В.В., – М.: ООО Данфосс, 2007. – 81 с.

7. Cтандартные автоматизированные блочные тепловые пункты фирмы «Danfoss»/ Под ред. Невского В.В.. – М.: ООО Данфосс, 2008. – 50 с.

8 Пырков В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование. – Киев.: «Такі справи», 2008. – 252 с.

9. Правила учета тепловой энергии и теплоносителя/ Алматы.: Министерство энергетики и угольной промышленности, 1997. – 57 с.

10. СНиП 2.04.07-86. Тепловые сети. – М.: Изд – во стандартов, 1986.

11. СанПиН 2.1.2.1002-00 Санитарно-Эпидемиологические Требования к жилым зданиям и комплексам. – М.: Изд – во стандартов, 2000.

12. СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение". – М.: Изд – во стандартов, 1995

13. Савельев И.В.. Курс общей физики, том 2, «Электричество и магнетизм. Волны. Оптика». М.: - Наука, 1978. – 256 с.

14. Ромашев Д.К. Реферат «Электромагнитное поле и его влияние на здоровье человека» - СПб.: - СПГТУ, 2001, – 21с.

15. Экология и безопасность жизнедеятельности: учеб. пособие для вузов/ Кривошеин Д.А., Муравей Л.А., Роева Н.Н.и др.; Под ред. Муравья Л.А.. – М.: Юнити-Дана, 2002. – 447с.

16. ГОСТ 12.1.006-84 - Система стандартов безопасности труда. – М.: Изд – во стандартов, 1984                            

17. Янычев С. Инновации на пользу экологии // Экология и мир. – 2007. - № 12. – с. 11 – 12.

Введение Системы теплоснабжения являются крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов в стране. От нормального функционирования этих систем

Больше работ по теме:

Электромагнитные волны в волноводном тракте
Диплом
Электрооборудование фрикционного пресса
Диплом
Электроснабжение бумажной фабрики
Диплом
Реконструкция тепловых сетей котельной ОАО "Нарьян–Марстрой"
Диплом
Проектування малої гідростанції на Печенізькому водосховищі
Диплом