АСУ17Т1 (Лекции по АСУТП - в Ворде)

Лекция 17. Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

17.1Общие положения.

Автоматизация систем вентиляции и конди­ционирования воздуха обеспечивает требуемые условия воздуш­ной среды в помещениях, повышение надежности работы систем, включение и отключение их по специальным требованиям (напри­мер, при авариях), сокращение обслуживающего персонала, эко­номию тепла, холода и электроэнергии.

Параметры, наблюдение за которыми необходимо для правиль­ной и экономичной работы систем вентиляции и кондиционирова­ния воздуха, контролируются показывающими приборами, при­чем на щиты автоматизации рекомендуется выносить только приборы контроля основных параметров, отображающих работу си­стем в целом. Приборы контроля промежуточных параметров, ха­рактеризующих работу отдельных элементов и узлов систем, устанавливаются по месту.

Параметры, необходимые для учета и анализа работы оборудо­вания, должны контролироваться самопишущими приборами, а па­раметры, отклонение которых от нормы может привести к аварий­ному состоянию оборудования, браку продукции или к нарушению технологического процесса — сигнализирующими приборами.

Приборы контроля рекомендуется устанавливать:

• в системах приточной вентиляции — для измерения темпе­ратуры приточного и наружного воздуха и параметров теплоно­сителя;

• в системах приточной вентиляции, совмещенных с. воздушным отоплением, для измерения температуры воздуха в обслуживае­мых помещениях, приточного и наружного воздуха и параметров теплоносителя;

• в системах кондиционирования воздуха —для измерения температуры воздуха в помещениях, приточного воздуха, воздуха после оросительной камеры, а также температуры наружного воздуха, относительной влажности воздуха в помещении (при необходимости ее регулирования), температуры горячей воды до калорифера и после него; температуры холодной воды, подводимой к оросительной камере; температуры и давления воды после насо­сов, подающих воду в оросительную камеру.

Выбор системы автоматического регулирования по закону управления (позиционный, пропорциональный, пропорционально-интегральный и др.) зависит от требований к точности поддер­жания регулируемых параметров, динамических свойств объектов регулирования, назначения систем, а также технической и эко­номической целесообразности.

По виду используемой энергии системы регулирования могут быть пневматическими и электрическими.

Рис. 17.1. Схема авто­матизации приточной вентиляционной уста­новки

Пневматические системы автоматического регу­лирования применяют, как правило, при наличии па предприятии сетей сжатого воздуха давлением 0,3—0,6 МПа, а также при уста­новке приборов в пожаро- и взрывоопасных помещениях.

Э л е к т р и ч е с к и е с и с т е м ы автоматического регули­рования используют, когда на предприятии нет сетей сжатого воздуха, а устройство специальных установок для его приготовле­ния экономически нецелесообразно.

Автоматическое регулирование температуры воздуха в систе­мах приточной вентиляции производят смешиванием наружного и рециркуляционного воздуха, изменением теплопроизводитель-ности калориферов или тем и другим способами

При регулировании систем кондиционирования воздуха преду­сматривается поддержание в помещениях заданной температуры, относительной влажности и давления воздуха.

17.2. Автоматизация систем вентиляции. Рассмотрим схему автома­тизации приточной вентиляционной установки (рис. 17.1.). Темпе­ратур)' воздуха после вентилятора 3 в помещении, горячей воды до калорифера 6 и после него измеряют ртутными термометрами /. Регулятор температуры 2 автоматически регулирует температуру воздуха в помещении, воздействуя на регулирующий клапан горячей воды 4.

В схеме предусмотрены два датчика 5 и 7 температуры для защиты калорифера от замерзания. Первый из них измеряет тем-

пературу теплоносителя в обратном трубопроводе после калори­фера, а второй —температуру воздуха в пространстве между фильтром 8 и калорифером 6.

При работающей вентиляционной установке, при понижении температуры теплоносителя в обратном трубопроводе до 20—25 С вентилятор отключается, а регулирующий клапан полностью от­крывается и обеспечивает подачу теплоносителя в калорифер для его прогрева. Так как замерзание калорифера при положительной температуре входящего в него воздуха невозможно, то нет необхо­димости отключать вентилятор и открывать регулирующий клапан горячей воды. В этом случае датчик температуры, установленный перед калорифером, отключает узел защиты от замерзания.

Датчик температуры воздуха перед калорифером служит также и для защиты его от замерзания в период, когда вентилятор отклю­чен, например в ночное время. Узел защиты в этом случае работает следующим образом. Если температура воздуха перед калорифе­ром (т. е. в пространстве между фильтром и калорифером) станет ниже -|-3° С, клапан 4 откроется и в калорифер поступит горячая вода. После прогрева калорифера и повышения температуры воз­духа в месте чувствительного элемента датчика клапан 4 снова закрывается. Таким образом осуществляется автоматическое двух-позиционное регулирование температуры воздуха перед калорифе­ром при неработающем вентиляторе. Для защиты калорифера при пуске системы предусматривается его предварительный прогрев перед включением вентилятора.

П
ри включении вентилятора подается команда на открытие приемного воздушного клапана (заслонки) с исполнительным механизмом 9.

Рис. 17.2. Схема регулирования нагревания воздуха.

На рис. 17.2 представлены две возможные схемы регулирова­ния нагревания воздуха. Терморегулятор Т (рис. 17.2,а), уста­новленный в потоке подогретого воздуха, в случае отклонения температуры его от заданного уровня воздействует на моторный клапан М/С, который изменяет в необходимом направлении по­дачу теплоносителя в калорифер /С. Этот метод регулирования нагревания воздуха целесообразно применять, когда теплоноси­телем служит вода.

Количество воды, поступающей в калорифер, более или менее пропорционально высоте расположения клапана МК, над седлом. В случае применения в качестве теплоносителя пара эта про­порциональность соблюдается слабее. Поэтому, если для нагре­вания воздуха используется пар, целесообразно применить ме­тод регулирования, изображенный на рис. 17.2.6.

Рис. 17.3. Схема регулирования увлажнения воздуха.

Терморегулятор Т действует на двигатель (сервомотор) СМ, который изменяет положение дрос­сельных клапанов, регулирующих соотношение между возду­хом, проходящим через калори­фер К, и воздухом, проходящим, через обходной канал.

Регулирование процесса увлаж­нения воздуха в форсуночной камере может быть осуществле­но одним из двух методов (рис. 17.3) на основе адиабатного на­сыщения.

Коэффициент α_р зависит от коэффициента орошения р, то следует изменить величину последнего. Для этого не­обходимо, чтобы импульсы, исходящие от влагорегулятора В, установленного в помещении, приводили в действие, например, моторный клапан МК, установленный на нагнетательной сторо­не насоса, подающего воду из 'поддона камеры к форсункам (см. рис. 13.3,а).

Р
ассмотрим простейшие примеры автоматического регулиро­вания параметров состояния воздуха его охлаждения..

Рис. 17.4. Схема регулирования охлаждения воздуха.

Эта задача может быть решена и иным путем. И при постоян­ных величинах φи ρ можно произвольно изменять конечное влагосодержание воздуха, выходящего из увлажнительной каме­ры, изменяя температуру, до которой воздух нагревается в кало­рифере. Для осуществления последнего метода регулирования влагорегулято. В должен действовать, например, на моторный клапан М/С, регулирующий подачу теплоносителя в калорифер (см. рис. 17.3.6).

Рассмотрим один из возможных методов регулирования про­цесса охлаждения воздуха. Пусть воздух, перемещаемый по каналу П (рис. 17.4), поступает в форсуночную камеру, в которой он должен быть охлажден при взаимодействии с разбрызгивае­мой холодной водой. Если температура воздуха, выходящего из охлаждающего устройства, должна изменяться в соответствии с тепловым режимом помещения, то по импульсам, возникаю­щим в терморегуляторе Т, и передаваемым сервомотору СМ,происходит такое изменение положения дроссельных клапанов К₁ и К₂, что какая-то часть полного потока воздуха ответвляется в форсуночную камеру и там охлаждается, а другая часть про­ходит в обходной -канал О. Температура воздуха в этом канале не изменяется. По другую сторону форсуночной камеры оба по­тока воздуха смешиваются и смесь получает необходимую тем­пературу. При каких-то крайних условиях весь воздух, посту­пающий по каналу П, полностью вводится в форсуночную каме­ру, либо полностью направляется в обходный канал О.

При рассмотрении примеров автоматического регулирования состояния воздуха совершенно не освещался вопрос, какая си­стема регулирования наиболее целесообразна в каждом частном случае: двухпозиционная, или пропорционального действия, или какая-нибудь другая. Выбор системы автоматического регулиро­вания должен быть основан, как это было отмечено выше, на соотношении . между производством регулирующего агента, обеспечиваемого системой кондиционирования воздуха, и ем­костью на стороне потребления этого агента. Если производство регулирующего агента значительно превосходит емкость на сто­роне потребления, то для этого соотношения уместна система пропорционального действия. При обратном соотношении прием­лема система двухпозициоиного действия.

Применительно к задаче поддержания постоянного влагосодержания в помещении определение величины емкости на сторо­не потребления регулирующего агента сводится к определению того количества водяного пара, которое может быть воспринято воздухом, содержащимся в помещении.

Температура воздуха помещения изменяется вследствие изме­нения температуры внутренних поверхностей ограждений. Для упрощения будем считать, что предметы, находящиеся в помеще­нии, не оказывают влияния на температуру воздуха.

Как известно, температура внутренних поверхностей огражде­ний не равна температуре воздуха, но в каждом частном случае между их температурой и температурой воздуха устанавливает­ся определенная разность. В силу того что внутренние поверхно­сти ограждений всегда достаточно велики, температура воздуха сравнительно быстро приходит в соответствие с температурой поверхностей. Поэтому по изменению температуры воздуха мож­но судить об изменении температуры поверхности.

17.3. Автоматизация систем кондиционирования воздуха. Рассмо­трим схему автоматизации кондиционера, работающего с первой рециркуляцией, с первым и вторым подогревами воздуха. Ртутные термометры 4 (рис. 17.5) установлены для контроля температуры воздуха после оросительной камеры 10, после вентилятора 6 и в помещении, а также для измерения температуры горячей воды до и после калориферов первого 13 и второго 8 подогревов. Давле­ние воды после насоса контролируется манометром 11. Для конди­ционера предусмотрены два контура регулирования: температуры воздуха в помещении и температуры точки росы.

Контур регулирования температуры воздуха в помещении со­стоит из регулятора температуры 5 и регулирующего клапана 7, установленного на обратной линии горячей воды калорифера вто­рого подогрева.

Контур регулирования температуры точки росы позволяет получить после оросительной камеры воздух, имеющий практиче­ски постоянное содержание влаги. Если такой воздух подать в по­мещение и поддерживать в нем определенную температуру (напри­мер, изменяя степень нагрева воздуха в калорифере), то тем са­мым будет обеспечено поддержание в заданных пределах и относительной влажности воздуха. Таким методом пользуются обычно в тех случаях, когда влаговыделение в помещениях отсутствует или же оно незначительно.

Рассмотрим работу контура регулирования температуры точки росы. Чувствительный элемент регулятора температуры 9 нахо­дится непосредственно за оросительной камерой, где относительная влажность воздуха близка к 100% и где температура воздуха, из­меренная сухим и мокрым термометрами, а также температура точ­ки росы уходящего из камеры воздуха практически совпадают.

Рис. 17.5. Схема автоматизации кондиционера, работающего с первой рецирку­ляцией, с первым и вторым подогревами воздуха

В холодный период года регулятор температуры управляет регулирующим клапаном горячей воды 12 калорифера первого подогрева, при этом в кондиционер поступает минимальное коли­чество наружного воздуха по санитарной норме.

В переходный период года регулятор температуры управляет исполнительными механизмами клапанов наружного 1, рецирку­ляционного 2 и выбросного 3 воздуха. Блокировка регулирующего клапана горячей воды 12 выполнена так, что в переходный период он полностью закрыт.

Для калориферов первого подогрева, работающих на смеси наружного и рециркуляционного воздуха, автоматическую защиту от замерзания допускается не предусматривать, если температура смеси перед фильтром 14 при расчетной температуре наружного воздуха (расчетные параметры Б) не опускается ниже 5° С.