Специфика проблемы управления приточной вентиляцией

На данный момент в нашей стране и за рубежом наиболее применяемой в системах вентиляции является приточная установка с водяным калорифером. Это одна из самых «простых», на первый взгляд, систем. Выбор на ней останавливается, когда финансовые вложения в систему вентиляции невелики. Действительно, необходимый перечень технологического оборудования таких систем невелик — это воздухозаборная решетка, жалюзи, фильтр, водяной калорифер с арматурой, вентилятор, сеть воздуховодов и автоматика. Если мы попытаемся сейчас выяснить, какой элемент в этом списке самый надежный, то ответ напросится сам собой — то, что не имеет подвижных частей и не подлежит замене, а именно калорифер. По этой логике наибольшее число отказов должно приходиться на вентилятор и систему автоматики. А так ли это?

Ответ на этот вопрос мы получим в процессе обсуждения проблемы.

Действительно — водяной калорифер не нуждается в частом обслуживании и сам по себе агрегат надежный, но качество его работы целиком и полностью зависит от системы автоматики.

Рассмотрим более подробно рисунок установки.

Данная система приточной вентиляции работает следующим образом: наружный воздух поступает через воздухозаборную решетку и, проходя через жалюзийную решетку, попадает в секцию фильтров, где происходит очистка от механических примесей и пыли. Очищенный, он направляется в водяной калорифер, в котором происходит его нагрев за счет тепла горячей воды из магистрали сети. Далее воздух попадает в секцию вентилятора, из которой он транспортируется в приточный канал.

Обвязка калорифера, а точнее регулирующая арматура в зависимости от источника горячей воды представляется двумя способами:

а) при потреблении из городской сети, где расход обратной воды не фиксирован и существует лишь необходимость поддержания температуры обратной воды, применяют двухходовой вентиль,

б) при потреблении из местной котельной или бойлера, где расход обратной воды жестко фиксирован и изменения в нем могут повлиять на функционирование сети, применяют трехходовой вентиль.

Работа системы, как в первом, так и во втором случае практически не отличается. Разница состоит в том, что в варианте с двухходовым вентилем возможно полное прекращение протока в обратной магистрали. Это не может не повлиять на экономию теплоносителя, но в рамках данной статьи будем считать первый и второй способ эквивалентными.

Рассмотрим, какие функции должна выполнять система автоматики в данном процессе подготовки воздуха:

1. включение/выключение системы (вручную или по таймеру);
2. поддержание требуемой температуры воздуха в канале подачи при включенном вентиляторе в рабочем режиме;
3. защита калорифера от разморозки;
4. поддержание температуры обратной воды при выключенном вентиляторе в дежурном режиме;
5. тренинговый старт насоса.

Разделим процесс работы автоматики на три режима:

а) предстартовый прогрев;
б) запуск;
в) работа;
г) дежурный режим.

Перед тем, как перейти к описанию работы системы автоматики на этих режимах, необходимо рассмотреть две задачи: чем мы будем регулировать и с помощью каких параметров будем проводить анализ. Вернемся еще раз к схеме установки.

«Датчик наружного воздуха» — датчик, устанавливаемый на открытом воздухе, показывающий температуру окружающей среды. «Датчик температуры воздуха в канале» — датчик устанавливаемый после секции вентилятора на прямолинейном участке воздуховода, определяющий температуру в канале. «Датчик температуры обратной воды» — датчик устанавливаемый сразу после водяного калорифера на трубе, показывающий температуру воды. Отметим, что для более точного регулирования этот датчик должен находиться как можно ближе к выходу из калорифера, так как в некоторых системах при низких расходах воды в контуре возможна сильная инерционность.

Вообще, для большей управляемости и динамичности желательно, чтобы водяной контур обвязки калорифера был предельно короток. Для более надежной защиты от замерзания рабочего вещества во время зимней эксплуатации, после калорифера устанавливается «термостат защиты от заморозки». Он крепится к теплообменной поверхности калорифера и срабатывает при значительном снижении температуры или зональном переохлаждении калорифера.

Важную роль в управлении установкой играет система автоматики, которая включает в себя программируемый контроллер, промежуточные реле, пускатели и исполнительные механизмы.

Что касается исполнительных механизмов, то их может быть сколько угодно. Основными из них являются: привод жалюзийной решетки, контактор вентилятора, пускатель насоса и регулируемый клапан. Как правило, если не предъявляются требования по жесткой работе жалюзийной решетки (невозможность работы под разряжением), то ее привод и контактор вентилятора объединяют в единые группы. Сигнал на включение/выключение вентилятора передается одновременно с сигналом открытия жалюзийной решетки.

Перед пуском системы в зимний период времени производится предстартовый прогрев. В первый момент времени, когда система еще не запущена (дежурный режим), поддерживается функция контроля воды в обратной магистрали. Для поддержания этой функции клапан почти закрыт и открытие дроссельной заслонки и запуск вентилятора в этот период грозит разморозкой калорифера. Поэтому важной задачей в момент прогрева является контроль датчика температуры обратной воды, во избежание резкого падения температуры подачи воздуха. Прогрев также необходим еще и затем, чтобы в момент пуска в воздуховод подавался уже нагретый воздух, для создания комфортабельных условий в помещении. Прогрев может осуществляться как по времени, так и по достижении определенной температуры обратной воды. На наш взгляд оптимальным решением является прогрев воды до заданной температуры, причем прогрев должен закончиться за определенный интервал времени. Для системы обвязки калорифера это означает, что циркуляционный насос включен и трехходовой вентиль исправен.

После того, как система прогрета, осуществляется запуск и выход на режим. В это время очень важно контролировать температуру обратной воды, так как она может начать резко снижаться, как из-за низкой температуры наружного воздуха, так и из-за снижения циркуляционного расхода. В момент запуска также важно следить за температурой в канале. Поэтому мы считаем, что процесс запуска должен представлять собой кривую достижения заданной температуры в канале, опираясь на показания двух датчиков: датчика обратной воды и датчика температуры в канале. Причем предпочтение в управлении отдается именно температуре обратной воды, поскольку именно от нее зависит безопасность калорифера при зимнем включении. Таким образом в разные моменты времени, в зависимости от показания датчиков, регулируемым параметром может быть и вода обратной магистрали, и температура в канале. Как видно, в первоначальный момент времени (запуска), мы контролируем температуру обратной воды. Что же делать, если она неуклонно падает? Казалось бы, необходимо выключить систему, а затем начать процедуру запуска заново. Мы предлагаем не останавливать систему, а произвести кратковременное открытие клапана на 100%. Тем самым мы решаем две проблемы: избавляем систему от процесса перезапуска и время выхода на режим. Если и после этого температура продолжает падать, то единственным решением остается остановить агрегат до выяснения причины неисправности.

После приближения к заданной температуре в канале система выходит на рабочий режим.

При выключении приточной вентиляции система переходит в дежурный режим. Основными функциями его являются поддержание температуры обратной воды и защита калорифера от разморозки.

В нашей компании мы применяем два вида контроллеров: TAC Menta производства Швеции и ТРМ 33 Российского промышленного объединения «ОВЕН».

TAC Menta - это свободно программируемый контроллер с развитой интерактивной средой, позволяющей мобильно вносить изменения и коррекцию, как в установки, так и в тело программы. Программа в нем, представлена в виде блоков и набора базовых элементов. Имея в своем распоряжении переносной компьютер (NoteBook), специалист может на месте в интерактивном режиме настроить и откорректировать работу системы.

Контроллер имеет набор цифровых и аналоговых входов-выходов для подключения полного перечня вышеуказанных устройств. Также он имеет модули расширения для подключения дополнительных устройств, таких, как датчики перепадов давления на фильтре и вентиляторе, датчики протока воды по желанию заказчика.

ТРМ 33 — контроллер, использующий программу, описываемую выше. Он программируется с помощью ассемблера под конкретную приточную установку. У него имеются входы под 3 температурных датчика, вход для дистанционного пуска, а также выходы для управления заслонкой и вентилятором, аналоговый выход для управления клапаном и выход для индикации аварии.

Недостатком первого контроллера является, разве что, его стоимость.

Недостатком отечественного контроллера является ограничение по входам-выходам и необходимость достаточно большого объема начальной информации для программиста.

То, что подходит для одной системы, может не подходить для другой, но основные моменты, описанные выше, применимы к ним. Модернизируя программу, можно добиться прекрасных результатов.

Грачев П.В., 
инженер технического отдела компании «ПО Петроспек»