Автоматизация тепловых пунктов

Хотя процессу разработки «Правил проектирования тепловых пунктов» уделили совсем немного времени, сам документ оказался очень полезным для пользователей. Но следует отметить, что в нем все же содержится довольно много ошибок и неточностей, которые впрочем, не сильно повлияли на общий его смысл.

Здесь мы поясним, как решать задачи по автоматизации тепловых пунктов, обеспечивая нормальную их работу и соблюдение выполнения всех требований «Правил проектирования».

Начнем с рекомендаций относительно порядка автоматизации теплопунктов, а именно с узла ввода. В качестве примера обращаем внимание на схему автоматизации тепловых пунктов, изображенную на рис. 1. Такие схемы достаточно широко распространены, поэтому на ее основе удобно рассматривать другие возможные проектные решения. Разделять теплопункты на центральные и индивидуальные не нужно, поскольку принципы их автоматизации ничем не отличаются.

Рисунок 1. Схема автоматизации теплового пункта

Компонуем тепловой пункт

Узел ввода начинается всегда с головных задвижек, которыми оснащены прямые и обратные сетевые трубопроводы. Такие задвижки могут иметь ручной или электрический привод – вес зависит от диаметра условного их прохода.

Если задвижки оснащены электроприводом, то их открывает оператор с помощью специальных кнопок управления. Есть также возможность сделать управление автоматическим, если возникает аварийная ситуация: резкое падение давления теплоносителя, значительные его утечки и т.д.

После головных задвижек идет узел учета расходования теплоэнергии и теплоносителя. Его разрабатывают согласно правилам, которые издаются отдельной брошюрой. Здесь в обязательном порядке используются 2 расходомера: на обратном и прямом трубопроводе, а также на трубопроводе подпитки отопительной и вентиляционной систем.

Такие узлы учета должны быть обязательно в любом тепловом пункте для возможности рационального использования теплоэнергии и теплоносителя. При этом между головными задвижками и узлами учета не должно быть разных приборов и устройств, кроме отборного агрегата подпиточного теплоносителя из обратного трубопровода сети.

На прямом сетевом трубопроводе нужно разместить:

грязевики
фильтры
манометры
регулятор разности давления, если теплоноситель подается в теплопункт из теплосети.

Необходимость установки последнего обусловлена необходимостью поддержки постоянной разности давления, согласно заданным параметрам. Это позволяет более точно распределять теплоноситель в сети, исключая такой момент, как использование пунктами с более мощными потребителями большего количества теплоносителя, что особо актуально в холодное время года.

После узла ввода в сетевом трубопроводе идет система водоподготовки для калориферов. Это могут быть калориферы приточной вентиляционной системы или калориферы первого подогрева, установленные в центральном кондиционере.

Все вышенаписанное относится к независимой системе теплоснабжения приточной системы вентиляции, а это означает, что далее речь пойдет о автоматизации именно таких систем.

Температурные параметры теплоносителя устанавливаются согласно температурного графика. Это обязательно для теплоносителя городской сети, и добровольно – если речь идет о теплоносителе из местной котельной. Чем больше потребителей присоединено к теплосети, тем более необходимым становится контроль температуры обратного теплоносителя. Суть проста: в переходное между сезонами время теплоноситель может иметь завышенную температуру, гораздо выше той, что установлена температурным графиком. Эта ситуация возникает потому, что разница между температурой воздуха ночью и днем достаточно велика: ночью необходимо повышать температуру теплоносителя, а днем понижать. Но поскольку теплосеть обычно достаточно велика, то не всегда теплоноситель пониженной температуры успевает вовремя дойти до каждого обогреваемого объекта и этот объект получает теплоноситель с температурой, которую задали ему еще ночью. Поэтому нужно переключиться на поддержание температуры обратного теплоносителя, чтобы он успевал выйти на требуемый температурным графиком режим.

Все электрорегуляторы, работающие по температурному графику, изначально запрограммированы на автопереключение режимов в зависимости от создавшихся условий работы.

«Правила проектирования тепловых пунктов» имеют рисунки, на которых указан датчик контроля температуры обратного теплоносителя на обратном трубопроводе циркуляционного контура. При этом емкость этого контура достаточно велика, и как на нем происходит отбор теплоносителя проследить достаточно трудно. Поэтому часто можно наблюдать такую ситуацию: датчик срабатывает на завышенную температуру обратного теплоносителя, но через теплообменник и регулирующий клапан в сеть все-таки успевает уходить в большое количество теплоносителя с высокой температурой. А этого быть не должно. Поэтому датчик должен устанавливаться на обратном трубопроводе сразу после теплообменника.

Циркуляционные насосы отопительных систем и приточных вентиляционных систем обычно применяют с частотным преобразователем, потому что не все системы вентиляции могут работать одновременно, а давление в системе должно быть постоянным. И здесь давление между прямым и обратным трубопроводом можно поддержать за счет изменения количества подаваемого потребителям теплоносителя. В этом случае можно говорить о контроле разности давлений, как о контроле расхода. Включение и выключение системы изменяет сопротивление сети, поэтому меняется и количество теплоносителя и скорость его протекания в системе, а лишний теплоноситель «убирается» в пневмобак, включенный в систему подпитки.

Если мощность насоса менее 4кВт, то использовать частотные преобразователи для замкнутых систем, не имеет смысла, ведь такие насосы могут самостоятельно справится с возникшей ситуацией.

После вышеуказанного оборудования к сетевому трубопроводу могут быть присоединены теплообменники, предназначенные для вторичного подогрева систем кондиционирования со своими циркуляционными насосами. Если на объекте установлены еще дополнительные потребители тепла: бассейн и т.п., то к нему можно присоединить дополнительные устройства обогрева: для подогрева пола, ванны и т.д.

Стоит запомнить, что все датчики, предназначенные для регуляции, а не для защиты, нужно устанавливать максимально далеко от теплообменника, чем больше емкость объекта регулирования, тем меньше будет разница между временем запаздывания и постоянной регулирования, а это означает более устойчивые параметры регулирования. При постоянном количестве теплоносителя, который циркулирует в сети, преобразователи устанавливать не нужно. Следующим узлом в сетевом трубопроводе является теплообменник системы ГВС.

Система ГВС

На рисунке 1 показано 2-ступенчатая система ГВС. По «Правилам проектирования тепловых пунктов» допускается применение 1-ступенчатой системы ГВС. Однако практика показывает, что двухступенчатая система лучше, поскольку поддержание параметров более стабильное и использование теплоносителя более эффективное. Поэтому если в системе ГВС можно использовать одноступенчатую систему, то это еще не означает, что нельзя использовать двухступенчатую. Нарушением это не будет.

Есть еще один вопрос, который беспокоит тех, кто создает системы ГВС, которой при использовании кожухотрубных теплообменников не было. Речь идет о поддержке заданной температуры горячей воды. Но кожухотрубные теплообменники имеют ряд недостатков: громоздкость, занимают большую площадь, а пластинчатые, наоборот, не имеют этих минусов. Суть же проблемы заключается в следующем: когда горячая вода отбирается потребителем из пластинчатого теплообменника постоянно на протяжении длительного времени, то подержать нужную ее температуру не составляет труда. Но если происходит какой-либо сбой, то возникает проблема поддержания температуры воды на нужном уровне, ведь емкость пластинчатого теплообменника слишком мала.

При проведении эксперимента были подучены интересные результаты. Взяли 2 теплообменника производительностью 3литра/сек – пластинчатый и кожухотрубный. При одинаковых условиях эксплуатации им устроили скачкообразное возмущение, слив одновременно с каждого по 3 литра воды. Результаты: у кожухотрубного теплообменника температура понизилась на 0,070С, а у пластинчатого – на 60С. Ри этом в первом случае к норме температура вернулась очень быстро, а во втором понадобилось намного больше времени. То есть для уменьшения температуры воды в кожухотрубном теплообменнике, хотя бы на 10С, нужно слить почти 43 литра воды. В случае с пластинчатым теплообменником для этого нужно всего 0,5 литра.

Для стабилизации температурного режима можно использовать баки-аккумуляторы, о которых также упоминается в «Правилах проектирования тепловых пунктов». Их обычно применяют там, где нужны условия повышенного комфорта, например, в гостиницах VIP-класса. Но чтобы уменьшить потребление энергии, нужно добиваться максимально точного поддержания заданных параметров. Вопрос решить можно за счет установки после второй ступени теплообменника на прямом трубопроводе компенсационной емкости, которая может любой формы, но обязательно теплоизолированная. Размещать ее можно в любом месте, поэтому если нужно сэкономить место и не загромождать помещение, то она вполне может быть установлена у стены или под фальшполом.

Компенсационная емкость рассчитывается по формуле:

Vδ = 1,2 [(См•((tk – tн) / 0,5Δt) q α) – VТ],
где Vδ – объем компенсационной емкости (бака), л;
1,2 – коэффициент запаса;
См – количество возможных скачковых возмущений. При этом регулируемый параметр после емкости не должен отклоняется от заданной величины (в пределах допустимых значений): См ≥ 4. При этом См – это целое число, которое задается с учетом возможных разовых скачкообразных водоразборов;
Δt – допустимое отклонение температуры от заданной (точность регулирования);
tk – температура нагретой воды;
tн – температура холодной воды, нагреваемой в теплообменнике;
q – секундный расход горячей воды (по таблицам), л/с;
α – коэффициент одновременности водопотребления;
VТ – объем теплообменника (1 и 2 ступени нагреваемой воды и объем соединяющих ступени труб), л.

Размещение компенсационной емкости отображен на схеме (рис. 2).

Рисунок 2. Схема размещения компенсационной емкости

Компоновка теплового пункта

Для ИТП компенсационная емкость обычно не превышает в объеме 180-200 литров, что не так уж и много, поэтому вопрос использования такой емкости можно решить в практически каждом теплопункте. Но о такой емкости в «Правилах проектирования тепловых пунктов» ничего не сказано потому, как когда эти правила создавались, в ней не было необходимости. Поэтому при установке компенсационных емкостей нужно обсуждать с проектировщиком. Уже рассматривается вопрос о включении пункта об емкостях в «Правила проектирования тепловых пунктов», что необходимо в современных условиях.

При создании системы ГВС нужно помнить о пункте 3.19 «Правил проектирования тепловых пунктов». Теплообменники всегда рассчитываются для худших условий, а для ГВС – это летнее время, когда греющим сетевым теплоносителям (700С) нужно будет греть воду до 600С. А это означает, что теплообменник нужно подбирать с большой теплоотдающей поверхностью, которая слишком велика для зимнего режима работы, ведь греющий теплоноситель имеет обычно более высокую температуру. Это означает, что отдавая тепло на подогрев воды, теплоноситель так и имеет температуру, которая превышает допустимую для сброса в обратную систему. Но это нерационально. Поэтому зимой греющий теплоноситель после подогрева воды для системы ГВС подают в отопительную систему после клапана регулирующего поток теплоносителя. а это позволяет более рационально использовать греющий теплоноситель, более плавно регулировать его температуру, не превышая температуру теплоносителя в обратном трубопроводе.