180698 (Разработка автоматизированной системы управления установкой кондиционирования воздуха)

Содержание

1. Введение

2. Краткое описание технологического процесса

2.1 Общие сведения о кондиционерах

2.2 Конструкция и режимы работы центрального кондиционера

2.3 Технические характеристики центрального кондиционера

3. Математическая модель технологического объекта

4. Разработка системы регулирования

4.1 Автоматическая система регулирования температуры воздуха

4.2. Автоматическая система регулирования влажности воздуха

5. Выбор технических средств автоматизации, программного обеспечения, датчиков

5.1 Выбор и обоснование контролируемой технологической переменной

5.2 Выбор средств измерения температуры

5.3 Выбор средств измерения влажности

5.4 Выбор электропривода заслонки наружного воздуха

5.5 Выбор электропривода приточной заслонки и заслонки рециркуляционного воздуха

5.6 Выбор контроллера

6. Расчет регулирующего органа и исполнительного механизма

7. Разработка схем

8. Технико-экономическое обоснование

8.1 Введение

8.2 Расчет капитальных вложений, необходимых для реализации проекта

8.3 Расчет годовых эксплуатационных расходов, связанных с эксплуатацией АСУ

9. Техника безопасности

9.1 Определение параметров внешнего воздуха и оптимальных микроклиматических условий

9.2 Расчет по излишкам явной теплоты

9.3 Расчет по излишкам влаги

9.4 Расчет по излишкам полной теплоты

9.5 Определение категории помещения по пожарной опасности и расчет установок пожаротушения

Реферат

Ключевые слова: кондиционирование, центральный кондиционер, температура, влажность.

Объектом исследования являются автоматические системы регулирования температуры и влажности воздуха.

Цель проекта: разработка автоматизированной системы управления установкой кондиционирования воздуха.

1. Введение

Среди инженерных систем здания можно выделить: систему вентиляции, систему отопления (либо комбинированную отопительно-вентиляционную систему) и систему кондиционирования воздуха (СКВ). Воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией, создает в помещении вполне удовлетворительный микроклимат и обеспечивает благоприятные условия воздушной среды. СКВ представляет собой систему более высокого порядка (с большими возможностями). Принципиальное преимущество состоит в том, что, помимо выполнения задач вентиляции и отопления, СКВ позволяет создать благоприятный микроклимат (комфортный уровень температур) в летний, жаркий период года, благодаря использованию в своем составе фреоновой холодильной машины.

Таким образом, подготовка воздуха в СКВ может включать его охлаждение, нагрев, увлажнение или осушку, очистку (фильтрацию, ионизацию и т.п.), причем система позволяет поддерживать в помещении заданные кондиции воздуха независимо от уровня и колебаний метеорологических параметров наружного (атмосферного) воздуха, а также переменных поступлений в помещение тепла и влаги.

2. Краткое описание технологического объекта управления

2.1 Общие сведения о центральных кондиционерах

Центральные кондиционеры, нашедшие самое широкое применение в комфортном и технологическом кондиционировании, представляют собой неавтономные кондиционеры, снабжаемые извне холодом (подводом холодной воды или незамерзающих жидкостей), теплом (подводом горячей воды или пара) и электроэнергией для привода вентиляторов, насосов, запорно-регулирующих аппаратов на воздушных и жидкостных коммуникациях и пр.

Центральные кондиционеры предназначены для обслуживания нескольких помещений или одного большого помещения. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают одно помещение больших размеров (театральный зал, закрытый стадион, производственный цех и т.п.).

Современные центральные кондиционеры выпускаются в секционном исполнении и состоят из унифицированных типовых секций (трехмерных модулей), предназначенных для регулирования, смешивания, нагревания, охлаждения, очистки, осушки, увлажнения и перемещения воздуха.

2.2 Конструкция и режимы работы центрального кондиционера

Центральный кондиционер состоит из отдельных типовых секций, герметично соединенных между собой. Корпус кондиционера исполнен на базе каркаса из алюминиевых профилей, к которым крепятся постоянные и съемные (для доступа к агрегатам) панели.

Панели состоят из наружного и внутреннего оцинкованных листов, между которыми устанавливается минераловатная теплоизоляционная прокладка.

С целью облегчения подхода к узлам установки предусмотрены открываемые смотровые двери или съемные панели со стороны обслуживания.

Требования к параметрам кондиционируемого воздуха лежат в основе технологической компоновки, поэтому набор секций может быть весьма разнообразен.

Секции могут быть скомпонованы в двухъярусном исполнении или с учетом рельефов помещений, в которых устанавливается кондиционер.

Кроме стандартных типовых компоновок существует возможность создания собственной уникальной компоновки кондиционера.

Размеры секций унифицированы и зависят, как правило, от расхода и скорости обрабатываемого в кондиционере воздуха. Среди основных секций, используемых при компоновке кондиционера: секция вентиляторная, охлаждения, нагрева, увлажнения, фильтрации, шумоглушения и теплоутилизации.

Выбор той или иной компоновки (технологической линии обработки воздуха) зависит от многих факторов, в первую очередь, от назначения и режима использования помещений, конструктивных особенностей здания, а также от санитарно-гигиенических, строительно-монтажных, архитектурных, эксплуатационных и экономических требований.

2.3 Технические характеристики центрального кондиционера

В настоящем проекте рассматривается центральный кондиционер CDC318 производства фирмы «Wesper». В его состав входит (рис.1.1):

1 – заслонка вытяжного воздуха;

2 – переточная заслонка;

3 – заслонка приточного воздуха;

4 – секция вытяжного вентилятора;

5 – секция воздухонагревателя первого подогрева;

6 – секция увлажнителя;

7 – секция воздухоохладителя;

8 – секция воздухонагревателя второго подогрева;

9 – секция приточного вентилятора.

Рис.1.1 Центральный кондиционер CDC318

Секция вытяжного вентилятора

расход вытяжного воздуха, м3/ч____________________________25000;

развиваемое давление, Па_________________________________544;

мощность электродвигателя, кВт___________________________7,5;

частота вращения, об/мин_________________________________1455.

Теплообменник первого подогрева

В секции первого подогрева используется водяной нагреватель.

Конструктивно воздухонагреватель первого подогрева, как и воздухоохладитель, из медных трубок с алюминиевым оребрением.

Стандартно коллекторы оснащаются дополнительными патрубками с резьбой, предназначенными для спуска воды и отвода воздуха.

Патрубки коллекторов выведены наружу. Концы патрубков подающего и обратного коллектора также имеют резьбу.

Кожух теплообменников имеет специальные транспортные держатели, облегчающие демонтаж и транспортировку.

Оребрение трубок воздухонагревателя произведено пластинчатыми ребрами с шагом 1,6 мм

тип нагрева____________________________________________водяной;

температура воздуха на входе, С___________________________-18;

температура воздуха на выходе, С__________________________+31,1;

температура воды на входе, С______________________________+80;

температура воды на выходе, С_____________________________+60;

расход теплоносителя, л/ч______________________________20468.

относительная влажность воздуха на входе, %___________________90;

относительная влажность воздуха на выходе, %___________________2;

тепловая мощность, кВт____________________________________476.

Камера орошения

Увлажнение воздуха в центральном кондиционере осуществляется в секции оросительного увлажнения водой (форсуночной камере) или секции парового увлажнения.

Камера орошения состоит из корпуса, в который установлены трубные гребенки, поддон и насос.

В форсуночной камере происходит адиабатическое увлажнение воздуха циркуляционной водой, которая поступает из поддона. Воздух вступает в непосредственный контакт с поверхностью капель воды, распыляемой с помощью форсунок. Распыляясь, вода превращается в густой туман мелких капель, сквозь который движется воздух, поглощая водяные пары.

Производительность форсунок зависит от диаметра выходного отверстия, давления и температуры воды перед форсункой. Установка форсунок в поперечном сечении форсуночной камеры выполняется на трубных гребенках, к которым циркуляционным насосом подается вода из поддона. Распыливающие форсунки выполнены так, чтобы снизить загрязнение отложениями.

Поддон выполняет функции резервуара запасной емкости воды, обеспечивающего плавную работу насоса. Поддон оснащен водосливом с поплавковым клапаном для спуска оборотной воды, а также водяным вводом для пополнения выпаренной воды.

Циркуляционный насос размещен возле поддона на кронштейне. На всасывающем патрубке насоса расположен сетчатый фильтр.

Конструкцию форсуночной камеры дополняют два сепаратора-каплеуловителя, предотвращающие унос капель воды к последующим секциям центрального кондиционера.

Один работает на выходе из секции как сепаратор, другой является направляющим для выравнивания потока воздуха на входе. Эти сепараторы являются высокоэффективными элементами оборудования. Сепараторы изготовлены из пластмассовых профилей и имеют несущую конструкцию из нержавеющей стали.

Вследствие уноса воды с воздухом в процессе увлажнения, необходимо восполнять потери воды.

Подпитка водой регулируется с помощью поплавка, который помещен на питательном патрубке, а циркуляционная выпускается ручным шаровым клапаном, размещенным на нагревательной стороне насоса.

Кожух секции увлажнения изготавливается из нержавеющего листа, что полностью исключает коррозию, имеет окно для контроля и освещения внутреннего объема.

Эффективность увлажнения в секции такого типа составляет около 90%.

тип увлажнения _________________________________форсунки;

температура воздуха на входе, С___________________________+31,1;

температура воздуха на выходе, С__________________________+15;

относительная влажность воздуха на входе, %______________2;

относительная влажность воздуха на выходе, %__________________66;

расход воды, л/ч__________________________________________12821;

температура воды, С _____________________________________+15;

расход конденсата, л/ч_____________________________________195,1.

Секция воздухоохладителя

Секция охлаждения представляет собой водяной теплообменник - воздухоохладитель, изготовленный из медных трубок (4 ряда) с алюминиевыми ребрами. В качестве хладагента (рабочей среды) используется вода, поступающая от чиллера (холодильной машины). Коллекторы выполнены из стальной оцинкованной трубы. Входные и выходные патрубки коллектора имеют наружную резьбу. Стандартно коллекторы оснащаются дополнительными патрубками для спуска хладагента и отвода воздуха.

Патрубки коллекторов выведены наружу секции. Воздухоохладитель имеет кожух из оцинкованной стали. Кожух оборудован специальными транспортными держателями, облегчающими демонтаж и транспортировку.

Ореберение трубок воздухоохладителя производится пластинчатыми ребрами, что обеспечивает высокую теплоотдачу при низком аэродинамическом сопротивлении теплообменника.

Стандартно в секцию охлаждения устанавливается поддон для конденсатной воды, сделанный из нержавеющей листовой стали и оснащенный выведенным наружу сливным патрубком, к которому присоединяется переливной сифон, т.н. водяной затвор.

Водяные воздухоохладители оснащаются противозамораживающими термостатами.

За секцией охлаждения в центральном кондиционере устанавливаются эффективные сепараторы (каплеуловители).

тип охлаждения _________________водяной;

температура воздуха на входе, С___________________________+35;

температура воздуха на выходе, С__________________________+17,1;

температура воды на входе, С______________________________+6;

температура воды на выходе, С_____________________________+12;

расход хладоносителя, л/ч_____________________________36459;

относительная влажность воздуха на входе, %___________________50;

относительная влажность воздуха на выходе, %__________________99;

холодильная мощность, кВт_______________________254,4.

Теплообменник второго подогрева

В секции второго подогрева используется электрический нагреватель.

Электрический нагреватель выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда с укрепленными в корпусе греющими элементами в виде оребренных ТЭНов. Электрический нагреватель подключается к электросети 3/380 В/50 Гц. Такая конструкция позволяет легко демонтировать нагреватель из секции для осмотра и ремонта (предварительно нужно снять панель). Элементы нагревателя укреплены вертикально, а контакты выведены к клеммной панели на боковой стенке корпуса нагревателя. Каждый элемент отдельно к клеммной панели, однако для ступенчатого регулирования их соединяют блоками по три штуки. Нагреватель имеет термостат безопасности, ограничивающий чрезмерный рост температуры внутри системы, а также отключение нагревателей в случае прекращения подачи воздуха.

тип нагрева______________________ электрический;

температура воздуха на входе, С___________________________+15;

температура воздуха на выходе, С__________________________+20;

относительная влажность воздуха на входе, %_________66;

относительная влажность воздуха на выходе, %________________48;