Проектирование системы

 

Проектируемая автоматизированная система управления тепловым режимом производственного здания должна обеспечивать: требуемый температурный, влажностный и воздушный режим в зоне расположения технологического оборудования, необходимый для нормального выполнения технологических процессов; заданные значения температуры, влажности и подвижности внутреннего воздуха в рабочей зоне, определенные санитарно-гигиеническими требованиями; экономию затрат топливно-энергетических ресурсов на эксплуатацию здания; сокращение численности обслуживающего персонала.

Рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м от уровня пола или площадки, на которой находятся рабочие места.

Параметры микроклимата в рабочей зоне устанавливают по СНиП 2.04.05-86.

Температура t в, относительная влажность jв и скорость движения воздуха v в различных помещениях зданий должны соответствовать их допустимым значениям в зависимости от характеристики помещений (их назначения и удельных избытков явного тепла), категорий работ, приведенных для холодного и переходного периода года в табл. <http://www.tehlit.ru/1lib_norma_doc/2/2694/>, для теплого периода - в табл. <http://www.tehlit.ru/1lib_norma_doc/2/2694/>.

 

Таблица 1

Категория работы	Температура воздуха t в, °С	Относительная влажность воздуха jв, %, не более	Скорость движения воздуха v, м/с, не более
Легкая	17 - 22	75	0,3
Средней тяжести	15 - 20	75	0,5
Тяжелая	13 - 18	75	0,5

 

 

Таблица 2

Категория работы	Температура воздуха t в, °С	Относительная влажность воздуха jв, %, не более, при температуре воздуха t в, °С					Скорость движения воздуха v, м/с
		28	27	26	25	24
Легкая	Не более чем на 3 °С выше t м, но не выше 28 °С	55	60	65	70	75	0,3 - 0,5
Средней тяжести	То же	55	60	65	70	75	0,3 - 0,7
Тяжелая	То же, но не выше 26 °С	-	-	65	70	75	0,5 - 1
Примечание. Если в табл. 1 и 2 приведены пределы скорости движения воздуха, то следует считать большую скорость с более высокой температурой, а меньшую с более низкой.

 

Категория работы принимается по Санитарным нормам проектирования промышленных предприятий (СН 245-71) в зависимости от затрат энергии, которые устанавливают по ведомственным документам исходя из категории работ, выполняемых 50 % и более работающих в помещении.

В производственных помещениях, где площадь пола на одного работающего превышает 100 м2, а поддержание допустимых значений температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха по всей площади рабочей зоны невозможно по техническим причинам или нецелесообразно по экономическим соображениям, требуемые параметры воздушной среды следует обеспечивать только на постоянных рабочих местах. Вне постоянных рабочих мест допускаются в холодный и переходный периоды года более низкие температуры воздуха: до 12 °С при легкой работе, до 10 °С при работе средней тяжести и до 8 °С при тяжелой работе.

Для соблюдения комфортных условий в помещениях следует поддерживать оптимальные параметры воздуха, приведенные в табл. <http://www.tehlit.ru/1lib_norma_doc/2/2694/>.

 

Таблица 3

Категория работы	Температура воздуха t в, °С	Относительная влажность jв,%	Скорость движения воздуха v, м/с
Легкая	20 - 22 22 - 25	60 - 30	0,2 0,2 - 0,5
Средней тяжести	17 - 19 20 - 23	60 - 30	0,3 0,2 - 0,5
Тяжелая	16 - 18 18 - 21	60 - 30	0,3 0,3 - 0,7
Примечание. Над чертой даны значения параметров для холодного и переходного периодов года, под чертой - для теплого.

 

Поддержание оптимальных параметров воздушной среды, соответствующих легкой работе, обязательно в комнатах отдыха и местах вблизи рабочего места, предназначенных для отдыха. Применение оптимальных или близких к ним параметров воздуха рекомендуется, если поддержание их не вызывает дополнительных затрат или научно-экспериментального обоснования технико-экономической целесообразности капитальных затрат и эксплуатационных расходов, связанных с обеспечением таких параметров в помещениях.

Разработка системы может быть выполнена в несколько этапов.

На первом этапе расчетным путем выявляют: основные особенности здания и системы отопления и вентиляции с теплотехнической точки зрения и ожидаемую эффективность от внедрения системы; формулируют основные положения АСУ ТРП, ее структуру, номенклатуру технических и программных средств; составляют техническое задание на проектирование. На этом этапе могут отсутствовать детальные рабочие чертежи проекта здания и системы отопления.

На втором этапе разрабатывают проект АСУ ТРП: определяют технические средства, составляют математическую модель, алгоритмы, прикладное программное обеспечение, разрабатывают дополнительные средства управления системы отопления и вентиляции. Компоненты программного обеспечения отлаживают на имитационных моделях. На этом этапе необходимо выполнение значительных научно-исследовательских работ.

На третьем этапе в эксплуатируемом здании с действующим технологическим оборудованием проводят натурные исследования с целью выявления наиболее значимых параметров, необходимых для составления математической модели.

На четвертом этапе монтируют необходимые технические средства АСУ ТРП, датчики, исполнительные механизмы, актуаторы; выполняют пусконаладочные работы. Предполагается, что измерения будут выполняться автоматически, но ЭВМ будет работать в режиме наблюдения и советчика. На этом этапе завершается отладка основных программ и осуществляется настройка математической модели. Часть программ АСУ ТРП на этом этапе может еще не функционировать.

На завершающем пятом этапе заканчивается создание всей системы АСУ ТРП для работы ее в автоматизированном режиме. Следует отметить, что по времени четвертый и пятый этапы могут быть совмещены.

Работа автоматики управления отопительно-вентиляционными системами может быть основана либо на термодинамическом принципе, т.е. на использовании данных о физических процессах тепло- и массообмена, происходящих в здании, либо на кибернетическом, принципе, когда здание рассматривается как «черный ящик» и изучается взаимосвязь входных и выходных величин. Был избран термодинамический подход, так как он позволяет рассматривать систему «отопительная установка - объект» как взаимосвязанную нелинейную с переменной структурой и решать задачу оптимизации. Математическая модель формирования теплового режима здания (рис. 2) сводится к составлению уравнений теплового баланса, описывающих воздухообмен, технологические теплопоступления, наружные климатические воздействия, теплопотери через наружные ограждения за счет теплопроводности и фильтрации, теплосодержание технологического оборудования и внутренних ограждающих конструкций.

 

 

Рис. 2. Схема математической модели

 

Экспериментальные исследования проводят с целью определения особенностей распределения температуры внутреннего воздуха в плане и по высоте помещений; теплоаккумуляционных характеристик внутреннего оборудования и продукции, а также здания в целом; фактических теплозащитных показателей наружных ограждений; оценки инерционности систем отопления; выявления характерных участков в зонах действия приточных камер для выбора мест установки датчиков температуры; определения технологических теплопоступлений. Натурные исследования проводят при стационарных и нестационарных условиях теплообмена в зимний и переходный периоды года. Нестационарные условия изучаются в период снижения подачи тепла перед выходными и праздничными днями, в периоды натопа, понижения и повышения температуры наружного воздуха. Во время наблюдений измеряют: температуру, влажность, скорость и направление движения наружного воздуха, интенсивность солнечной радиации, перепад давлений воздуха с обеих сторон различно ориентированных ограждений, температуру и расход воздуха приточных камер, температуру и влажность внутреннего воздуха в плане и по высоте здания, температуру внутренних и наружных поверхностей и оборудования.

Основным ядром АСУ ТРП является управляющий вычислительный комплекс (УВК), на базе которого можно построить систему.

Централизованные управляющие вычислительные системы на базе мини-ЭВМ легко перенастраиваются с одной функции на другую путем замены программ в памяти ЭВМ. Возможно применение двухуровневых систем управления, в которых нижние уровни выполняются на традиционных средствах локального регулирования. Однако эти системы обладают следующими недостатками:

) малая живучесть, так как при отказе единственной ЭВМ система прекращает функционирование;

) сложность программного обеспечения, а также процедур обмена данными по каналам ввода - вывода;

) значительное число проводов и их длина в линии связи, подключенной к каналам ввода - вывода;

) сложное управление в реальном времени из-за большого времени реакции центральной системы.

На рис. 3 приведен пример централизованной системы.

 

 

Рис. 3. Блок-схема информационно-управляющего комплекса