Automação do sistema de fornecimento de calor (ponto de aquecimento individual). Sistemas de controle automático para fornecimento de calor Implementação de sistemas de controle automatizado para fornecimento de calor em edifícios residenciais

Arroz. 6. Linha de dois fios com dois fios corona em diferentes distâncias entre eles

16m; 3 - pb = 8 m; 4 - b,

BIBLIOGRAFIA

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SOU. Prokhorenkov

MÉTODOS PARA CONSTRUIR UM SISTEMA AUTOMATIZADO DE CONTROLE DE FORNECIMENTO DE CALOR DISTRIBUÍDO DA CIDADE

Atenção considerável é dada às questões de introdução de tecnologias de economia de recursos na Rússia moderna. Essas questões são especialmente agudas nas regiões do Extremo Norte. O óleo combustível para caldeiras urbanas é o óleo combustível, que é entregue por ferrovia das regiões centrais da Rússia, o que aumenta significativamente o custo da energia térmica gerada. Duração

A estação de aquecimento nas condições do Ártico é 2-2,5 meses mais longa do que nas regiões centrais do país, o que está associado às condições climáticas do Extremo Norte. Ao mesmo tempo, as empresas de calor e energia devem gerar a quantidade necessária de calor na forma de vapor, água quente sob certos parâmetros (pressão, temperatura) para garantir a atividade vital de todas as infraestruturas urbanas.

Reduzir o custo de geração de calor fornecido aos consumidores só é possível por meio da combustão econômica de combustível, uso racional da eletricidade para as próprias necessidades das empresas, minimizando as perdas de calor nas áreas de transporte (redes de calor da cidade) e consumo (edifícios, empresas da cidade ), além de reduzir o número de funcionários nas áreas de produção.

A solução de todos estes problemas só é possível através da introdução de novas tecnologias, equipamentos, controlos técnicos que possibilitem assegurar a eficiência económica do funcionamento das empresas termoeléctricas, bem como melhorar a qualidade da gestão e operação das centrais térmicas, sistemas de energia.

Formulação do problema

Uma das tarefas importantes no campo do aquecimento urbano é a criação de sistemas de fornecimento de calor com o funcionamento paralelo de várias fontes de calor. Os modernos sistemas de aquecimento urbano urbano desenvolveram-se como sistemas muito complexos, distribuídos espacialmente com circulação fechada. Como regra, os consumidores não têm a propriedade de autorregulação, a distribuição do refrigerante é realizada pela instalação preliminar de resistências hidráulicas constantes especialmente projetadas (para um dos modos) [1]. A este respeito, a natureza aleatória da seleção de energia térmica pelos consumidores de vapor e água quente leva a processos transitórios dinamicamente complexos em todos os elementos de um sistema de energia térmica (TPP).

O controle operacional do estado das instalações remotas e o controle dos equipamentos localizados em pontos controlados (CP) é impossível sem o desenvolvimento de um sistema automatizado para controle de despacho e gerenciamento de pontos de aquecimento central e estações de bombeamento (ASDK e U TsTP e NS) do cidade. Assim, um dos problemas urgentes é a gestão dos fluxos de energia térmica, tendo em conta as características hidráulicas tanto das próprias redes de aquecimento como dos consumidores de energia. Requer a resolução de problemas relacionados com a criação de sistemas de fornecimento de calor, onde em paralelo

Várias fontes de calor (estações térmicas - TS)) funcionam na rede geral de calor da cidade e no cronograma geral de carga de calor. Tais sistemas permitem economizar combustível durante o aquecimento, aumentar o grau de carga do equipamento principal e operar unidades de caldeira em modos com valores de eficiência ideais.

Resolvendo os problemas de controle ótimo dos processos tecnológicos de uma caldeira de aquecimento

Resolver os problemas de controle ótimo dos processos tecnológicos da caldeira de aquecimento "Severnaya" da Empresa Regional de Calor e Energia do Estado (GOTEP) "TEKOS", no âmbito de uma bolsa do Programa de Importação de Economia de Energia e Proteção Ambiental Equipamentos e Materiais (PIEPOM) do Comitê Russo-Americano, o equipamento foi fornecido (financiado pelo governo dos EUA). Este equipamento e o software desenvolvido para o mesmo permitiram resolver uma vasta gama de tarefas de reconstrução na empresa base GOTEP "TEKOS", e os resultados obtidos foram replicados para as empresas de calor e energia da região.

A base para a reconstrução dos sistemas de controle para as unidades de caldeira TS foi a substituição de ferramentas de automação obsoletas do painel de controle central e sistemas de controle automático local por um moderno sistema de controle distribuído baseado em microprocessador. O sistema de controle distribuído implementado para caldeiras baseado no sistema microprocessado (MPS) TDC 3000-S (Supper) da Honeywell forneceu uma solução integrada única para a implementação de todas as funções do sistema para controle de processos tecnológicos do TS. O MPS operado possui qualidades valiosas: simplicidade e visibilidade do layout das funções de controle e operação; flexibilidade no atendimento de todos os requisitos do processo, levando em consideração indicadores de confiabilidade (funcionando no modo de espera "quente" do segundo computador e USO), disponibilidade e eficiência; fácil acesso a todos os dados do sistema; facilidade de mudança e expansão das funções de serviço sem feedback no sistema;

melhoria da qualidade de apresentação das informações de forma conveniente para a tomada de decisões (interface de operação inteligente e amigável), o que ajuda a reduzir erros do pessoal operacional na operação e controle dos processos de TS; criação informática de documentação para sistemas de controlo de processos; maior prontidão operacional do objeto (o resultado do autodiagnóstico do sistema de controle); sistema promissor com alto grau de inovação. No sistema TDC 3000 - S (Fig. 1) é possível conectar controladores PLC externos de outros fabricantes (esta possibilidade é implementada se houver um módulo PLC gateway). As informações dos controladores PLC são exibidas

Ele é exibido no TOC como uma matriz de pontos disponíveis para leitura e escrita de programas do usuário. Isso possibilita o uso de estações de E/S distribuídas instaladas nas proximidades de objetos gerenciados para coleta de dados e transferência de dados para TOC por meio de um cabo de informações usando um dos protocolos padrão. Esta opção permite integrar novos objetos de controle, incluindo o sistema automatizado de controle de despacho e gerenciamento de pontos de aquecimento central e estações de bombeamento (ASDKiU TsTPiNS), no sistema de controle de processo automatizado existente da empresa sem alterações externas para os usuários.

rede local de computadores

Estações universais

Histórico aplicado por computador

módulo de gateway

Controle de LAN

Gateway de backbone

Eu reservo (ARMM)

Módulo de Aprimoramento. Gerenciador de Processos Avançados (ARMM)

Rede de controle universal

Controladores de E/S

Rotas de cabos 4-20 mA

Estação de E/S SIMATIC ET200M.

Controladores de E/S

Rede de dispositivos PLC (PROFIBUS)

Rotas de cabos 4-20 mA

Sensores de fluxo

Sensores de temperatura

Sensores de pressão

Analisadores

Reguladores

Estações de frequência

válvulas de portão

Sensores de fluxo

Sensores de temperatura

Sensores de pressão

Analisadores

Reguladores

Estações de frequência

válvulas de portão

Arroz. 1. Coleta de informações por estações PLC distribuídas, transferindo-as para o TDC3000-S para visualização e processamento, seguida da emissão de sinais de controle

Os estudos experimentais realizados mostraram que os processos que ocorrem na caldeira a vapor nos modos de operação de sua operação são de natureza aleatória e não estacionária, o que é confirmado pelos resultados de processamento matemático e análise estatística. Levando em conta a natureza aleatória dos processos que ocorrem na caldeira a vapor, as estimativas do deslocamento da expectativa matemática (MO) M(t) e dispersão 5 (?) ao longo das principais coordenadas de controle são tomadas como medida de avaliação da qualidade do controle:

Em, (t) 2 MZN (t) - MrN (t) ^ gMix (t) ^ min

onde Mzn(t), Mmn(t) são o MO ajustado e atual dos principais parâmetros ajustáveis ​​da caldeira a vapor: a quantidade de ar, a quantidade de combustível e a saída de vapor da caldeira.

s 2 (t) = 8|v (t) - q2N (t) ^ s^ (t) ^ min, (2)

onde 52Tn, 5zn2(t) são as variações atuais e ajustadas dos principais parâmetros controlados da caldeira a vapor.

Então o critério de qualidade de controle terá a forma

Jn = I [avMy(t) + ßsö;, (t)] ^ min, (3)

onde n = 1,...,j; - ß - coeficientes de peso.

Dependendo do modo de operação da caldeira (regular ou básico), deve ser formada uma estratégia de controle ideal.

Para o modo de operação de controle da caldeira a vapor, a estratégia de controle deve visar a manutenção da pressão no coletor de vapor constante, independentemente do consumo de vapor pelos consumidores de calor. Para este modo de operação, a estimativa do deslocamento da pressão de vapor no coletor principal de vapor na forma

ep (/) = Pz(1) - Pm() ^B^ (4)

onde VD, Pt(0 - valores médios definidos e atuais da pressão do vapor no coletor de vapor principal.

O deslocamento da pressão do vapor no coletor principal de vapor por dispersão, levando em conta (4), tem a forma

(0 = -4r(0 ^^ (5)

onde (UrzOO, art(0 - dispersões de pressão dadas e atuais.

Métodos de lógica fuzzy foram usados ​​para ajustar os coeficientes de transferência dos reguladores dos circuitos do sistema de controle de caldeira multiconectado.

Durante a operação piloto de caldeiras a vapor automatizadas, foi acumulado material estatístico, que permitiu obter características comparativas (com a operação de unidades de caldeiras não automatizadas) da eficiência técnica e econômica da introdução de novos métodos e controles e continuar o trabalho de reconstrução em outras caldeiras. Assim, para o período de operação semestral das caldeiras a vapor não automatizadas nº 9 e 10, bem como das caldeiras a vapor automatizadas nº 13 e 14, foram obtidos os resultados, que são apresentados na Tabela 1.

Determinação de parâmetros para carregamento ótimo de uma usina térmica

Para determinar a carga ótima do veículo, é necessário conhecer as características energéticas de seus geradores de vapor e da caldeira como um todo, que são a relação entre a quantidade de combustível fornecida e o calor recebido.

O algoritmo para encontrar essas características inclui as seguintes etapas:

tabela 1

Indicadores de desempenho da caldeira

Nome do indicador Valor dos indicadores para caldeiras de ordenha

№9-10 № 13-14

Geração de calor, Gcal Consumo de combustível, t Taxa específica de consumo de combustível para a geração de 1 Gcal de energia térmica, kg de combustível de referência cal 170.207 20.430 120,03 217.626 24.816 114,03

1. Determinação do desempenho térmico das caldeiras para vários modos de carga do seu funcionamento.

2. Determinação das perdas de calor A () tendo em conta o rendimento das caldeiras e a sua carga útil.

3. Determinação das características de carga das unidades de caldeira na faixa de mudança do mínimo permitido para o máximo.

4. Com base na variação da perda total de calor em caldeiras a vapor, a determinação de suas características energéticas, refletindo o consumo horário de combustível padrão, de acordo com a fórmula 5 = 0,0342 (0, + AC?).

5. Obtenção das características energéticas das caldeiras (TS) utilizando as características energéticas das caldeiras.

6. Formar, tendo em conta as características energéticas do TS, decisões de controlo sobre a sequência e ordem do seu carregamento durante o período de aquecimento, bem como na época estival.

Outra questão importante da organização da operação paralela de fontes (TS) é a determinação de fatores que têm um impacto significativo na carga das casas de caldeiras e as tarefas do sistema de controle de fornecimento de calor para fornecer aos consumidores a quantidade necessária de energia térmica no local. menor custo possível para sua geração e transmissão.

A solução do primeiro problema é realizada vinculando os horários de fornecimento com os horários de uso de calor por meio de um sistema de trocadores de calor, a solução do segundo - estabelecendo a correspondência entre a carga de calor dos consumidores e sua produção, ou seja. , planejando a mudança de carga e reduzindo as perdas na transmissão de energia térmica. A garantia da vinculação dos horários de fornecimento e aproveitamento de calor deve ser realizada através do uso de automação local em etapas intermediárias desde as fontes de energia térmica até seus consumidores.

Para solucionar o segundo problema, propõe-se implementar as funções de estimativa da carga planejada dos consumidores, levando em consideração as possibilidades economicamente justificadas das fontes de energia (ES). Tal abordagem é possível utilizando métodos de controle situacional baseados na implementação de algoritmos de lógica fuzzy. O principal fator que tem um impacto significativo na

a carga de calor das casas de caldeiras é a parte dela que é usada para aquecimento de edifícios e para abastecimento de água quente. O fluxo de calor médio (em Watts) usado para aquecimento de edifícios é determinado pela fórmula

de onde /de - a temperatura externa média por um determinado período; r( - a temperatura média do ar interno da sala aquecida (a temperatura que deve ser mantida em um determinado nível); / 0 - a temperatura estimada do ar externo para o projeto de aquecimento;<70 - укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых и общественных зданий в Ваттах на 1 м площади здания при температуре /0; А - общая площадь здания; Кх - коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий (при отсутствии конкретных данных его можно считать равным 0,25).

Pode-se ver pela fórmula (6) que a carga de calor no aquecimento dos edifícios é determinada principalmente pela temperatura do ar exterior.

O fluxo de calor médio (em Watts) para o abastecimento de água quente de edifícios é determinado pela expressão

1,2w(a + ^)(55 - ^)p

Yt „. " _ Com"

onde m é o número de consumidores; a - a taxa de consumo de água para abastecimento de água quente a uma temperatura de +55 ° C por pessoa por dia em litros; b - a taxa de consumo de água para abastecimento de água quente consumida em edifícios públicos a uma temperatura de +55 ° C (presumida em 25 litros por dia por pessoa); c é a capacidade calorífica da água; /x - temperatura da água fria (da torneira) durante o período de aquecimento (assumida como +5 °C).

A análise da expressão (7) mostrou que, ao calcular a carga térmica média no abastecimento de água quente, ela se mostra constante. A extração real de energia térmica (na forma de água quente da torneira), ao contrário do valor calculado, é aleatória, o que está associado a um aumento na análise de água quente pela manhã e à noite e uma diminuição na a seleção durante o dia e a noite. Na fig. 2, 3 mostra gráficos de mudança

Petróleo 012 013 014 015 016 017 018 019 1 111 112 113 114 115 116 117 118 119 2 211 212 213 214 215 216 217 218 219 3 311 312 313 3 14

dias do mês

Arroz. 2. Gráfico de mudanças na temperatura da água no CHP N9 5 (7 - água da caldeira direta,

2 - trimestral direto, 3 - água para abastecimento de água quente, 4 - trimestral reverso, 5 - água da caldeira de retorno) e temperaturas do ar externo (6) para o período de 1 a 4 de fevereiro de 2009

pressão e temperatura da água quente para TsTP No. 5, que foram obtidos do arquivo de SDKi U TsTP e NS de Murmansk.

Com o início dos dias quentes, quando a temperatura ambiente não cai abaixo de +8 ° C por cinco dias, a carga de aquecimento dos consumidores é desligada e a rede de aquecimento funciona para as necessidades de fornecimento de água quente. O fluxo de calor médio para o fornecimento de água quente durante o período sem aquecimento é calculado pela fórmula

onde é a temperatura da água fria (da torneira) durante o período sem aquecimento (supostamente +15 °С); p - coeficiente que considera a variação do consumo médio de água para abastecimento de água quente no período sem aquecimento em relação ao período de aquecimento (0,8 - para o setor habitacional e comunitário, 1 - para as empresas).

Tendo em conta as fórmulas (7), (8), são calculados os gráficos de carga térmica dos consumidores de energia, que servem de base para a construção de tarefas para a regulação centralizada do fornecimento de energia térmica do TS.

Sistema automatizado de controle de despacho e gerenciamento de pontos de aquecimento central e estações de bombeamento da cidade

Uma característica específica da cidade de Murmansk é que ela está localizada em uma área montanhosa. A elevação mínima é de 10 m, a máxima é de 150 m. A este respeito, as redes de aquecimento têm um gráfico piezométrico pesado. Devido ao aumento da pressão da água nos trechos iniciais, a taxa de acidentes (rupturas de tubulações) aumenta.

Para controle operacional do estado de objetos remotos e controle de equipamentos localizados em pontos controlados (CP),

Arroz. Fig. 3. Gráfico de variação da pressão da água na central de aquecimento central N° 5 para o período de 1 de fevereiro a 4 de fevereiro de 2009: 1 - abastecimento de água quente, 2 - água direta da caldeira, 3 - direto trimestral, 4 - reverso trimestral,

5 - frio, 6 - retorno de água da caldeira

foi desenvolvido por ASDKiUCTPiNS da cidade de Murmansk. Pontos controlados, onde foram instalados equipamentos de telemecânica durante as obras de reconstrução, estão localizados a uma distância de até 20 km do empreendimento-sede. A comunicação com os equipamentos telemecânicos do CP é feita através de uma linha telefónica dedicada. As caldeiras centrais (CTPs) e as estações de bombeamento são edifícios separados nos quais os equipamentos tecnológicos são instalados. Os dados do painel de controle são enviados para a sala de controle (no PCARM do despachante) localizado no território do Severnaya TS da empresa TEKOS e para o servidor TS, após o qual ficam disponíveis para os usuários da rede local da empresa para resolver seus problemas de produção.

De acordo com as tarefas resolvidas com a ajuda de ASDKiUTSTPiNS, o complexo tem uma estrutura de dois níveis (Fig. 4).

Nível 1 (superior, grupo) - console do despachante. Neste nível estão implementadas as seguintes funções: controle centralizado e controle remoto de processos tecnológicos; exibição de dados no visor do painel de controle; formação e emissão de

mesmo documentação; formação de tarefas no sistema de controle de processo automatizado da empresa para gerenciar os modos de operação paralela das estações térmicas da cidade para a rede geral de calor da cidade; acesso dos usuários da rede local do empreendimento ao banco de dados do processo tecnológico.

Nível 2 (local, local) - equipamentos CP com sensores colocados neles (alarmes, medições) e dispositivos de atuação final. Neste nível, são implementadas as funções de coleta e processamento primário de informações, emitindo ações de controle sobre os atuadores.

Funções desempenhadas pelo ASDKiUCTPiNS da cidade

Funções de informação: controle de leituras de sensores de pressão, temperatura, vazão de água e controle do estado dos atuadores (ligar/desligar, abrir/fechar).

Funções de controle: controle de bombas de rede, bombas de água quente, outros equipamentos tecnológicos da caixa de engrenagens.

Funções de visualização e registro: todos os parâmetros de informação e parâmetros de sinalização são exibidos nas tendências e diagramas mnemônicos da estação do operador; todas as informações

Estação de trabalho do PC do despachante

Adaptador SHV/K8-485

Linhas telefônicas dedicadas

controladores KP

Arroz. 4. Diagrama de blocos do complexo

parâmetros, parâmetros de sinalização, comandos de controle são registrados no banco de dados periodicamente, bem como em casos de mudança de estado.

Funções de alarme: falta de energia na caixa de velocidades; ativação do sensor de inundação no posto de controle e segurança no posto de controle; sinalização de sensores de limitação (alta/baixa) de pressão em tubulações e transmissores de mudanças de emergência no estado dos atuadores (ligar/desligar, abrir/fechar).

O conceito de um sistema de apoio à decisão

Um moderno sistema de controle de processo automatizado (APCS) é um sistema de controle homem-máquina de vários níveis. O despachante em um sistema de controle de processo automatizado multinível recebe informações de um monitor de computador e atua em objetos localizados a uma distância considerável dele, utilizando sistemas de telecomunicações, controladores e atuadores inteligentes. Assim, o despachante torna-se o personagem principal na gestão do processo tecnológico do empreendimento. Os processos tecnológicos em engenharia de energia térmica são potencialmente perigosos. Assim, durante trinta anos, o número de acidentes registrados dobra aproximadamente a cada dez anos. Sabe-se que nos modos estacionários de sistemas complexos de energia, os erros devido à imprecisão dos dados iniciais são de 82-84%, devido à imprecisão do modelo - 14-15%, devido à imprecisão do método - 2 -3%. Devido à grande parcela do erro nos dados iniciais, há também um erro no cálculo da função objetivo, o que leva a uma significativa zona de incerteza na escolha do modo ótimo de operação do sistema. Esses problemas podem ser eliminados se considerarmos a automação não apenas como uma forma de substituir o trabalho manual diretamente na gestão da produção, mas como meio de análise, previsão e controle. A transição do despacho para um sistema de apoio à decisão significa uma transição para uma nova qualidade - um sistema de informação inteligente de uma empresa. Qualquer acidente (exceto desastres naturais) é baseado em erro humano (operador). Uma das razões para isso é a abordagem antiga e tradicional de construir sistemas de controle complexos, focados no uso da tecnologia mais recente.

conquistas científicas e tecnológicas subestimando a necessidade de utilizar métodos de gestão situacional, métodos de integração de subsistemas de controle, bem como construir uma interface homem-máquina eficaz focada em uma pessoa (despachante). Ao mesmo tempo, está prevista a transferência das funções do despachante para análise de dados, previsão de situações e tomada de decisões apropriadas para os componentes de sistemas inteligentes de apoio à tomada de decisão e execução (SSPIR). O conceito SPID inclui uma série de ferramentas unidas por um objetivo comum - promover a adoção e implementação de decisões de gestão racionais e eficazes. SPPIR é um sistema automatizado interativo que atua como um intermediário inteligente que suporta uma interface de usuário em linguagem natural com um sistema ZAOA e usa regras de decisão que correspondem ao modelo e base. Junto a isso, o SPPIR desempenha a função de rastreamento automático do despachante nas etapas de análise de informações, reconhecimento e previsão de situações. Na fig. A Figura 5 mostra a estrutura do SPPIR, com o auxílio do qual o despachante TS gerencia o fornecimento de calor do microdistrito.

Com base no exposto, podem ser identificadas diversas variáveis ​​linguísticas fuzzy que afetam a carga do TS e, consequentemente, o funcionamento das redes de calor. Essas variáveis ​​são dadas na Tabela. 2.

Dependendo da estação, hora do dia, dia da semana, bem como das características do ambiente externo, a unidade de avaliação de situação calcula a condição técnica e o desempenho necessário das fontes de energia térmica. Esta abordagem permite resolver os problemas de economia de combustível no aquecimento urbano, aumentando o grau de carga dos equipamentos principais e operando caldeiras em modos com valores ótimos de eficiência.

A construção de um sistema automatizado para gerenciamento distribuído de fornecimento de calor de uma cidade é possível nas seguintes condições:

introdução de sistemas de controle automatizados para unidades de caldeiras de caldeiras de aquecimento. (Implementação de sistemas automatizados de controle de processos no TS "Severnaya"

Arroz. 5. A estrutura do SPPIR da caldeira de aquecimento do microdistrito

mesa 2

Variáveis ​​linguísticas que determinam a carga de uma caldeira de aquecimento

Notação Nome Faixa de valores (conjunto universal) Termos

^mês Mês Janeiro a Dezembro Jan, Fev, Mar, Abr, May, Jun, Jul, Ago, Set, Out, Nov, "dec"

T-week Dia da semana de trabalho ou fim de semana "trabalhando", "feriado"

TSug Hora do dia das 00:00 às 24:00 "noite", "manhã", "dia", "noite"

t 1 n.v Temperatura do ar externo de -32 a +32 ° С "inferior", "-32", "-28", "-24", "-20", "-16", "-12", "- 8", "^1", "0", "4", "8", "12", "16", "20", "24", "28", "32", "acima"

1" na velocidade do vento de 0 a 20 m/s "0", "5", "10", "15", "maior"

proporcionou uma redução na taxa de consumo específico de combustível das caldeiras nº 13.14 em relação às caldeiras nº 9.10 em 5,2%. A economia de energia após a instalação de conversores vetoriais de frequência nos acionamentos dos ventiladores e exaustores de fumaça da caldeira nº 13 foi de 36% (consumo específico antes da reconstrução - 3,91 kWh/Gcal, após a reconstrução - 2,94 kWh/Gcal, e

Nº 14 - 47% (consumo específico de eletricidade antes da reconstrução - 7,87 kWh/Gcal., após a reconstrução - 4,79 kWh/Gcal));

desenvolvimento e implantação do ASDKiUCTPiNS da cidade;

introdução de métodos de suporte de informação para operadores de TS e ASDKiUCTPiNS da cidade utilizando o conceito de SPPIR.

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No âmbito do fornecimento de equipamentos de quadro eléctrico, foram fornecidos armários de potência e armários de controlo para dois edifícios (ITP). Para a recepção e distribuição de energia eléctrica nos pontos de aquecimento são utilizados dispositivos de distribuição de entradas, constituídos por cinco painéis cada (10 painéis no total). Chaves de comutação, pára-raios, amperímetros e voltímetros são instalados nos painéis de entrada. Os painéis ATS em ITP1 e ITP2 são implementados com base em unidades de transferência automática. Nos painéis de distribuição da ASU, são instalados dispositivos de proteção e comutação (contatores, soft starters, botões e lâmpadas) para os equipamentos tecnológicos dos pontos de aquecimento. Todos os disjuntores são equipados com contatos de status que sinalizam um desligamento de emergência. Esta informação é transmitida aos controladores instalados nos armários de automação.

Para controlar e gerenciar o equipamento, são utilizados controladores OWEN PLC110. Eles são conectados aos módulos de entrada/saída ARIES MV110-224.16DN, MV110-224.8A, MU110-224.6U, bem como painéis de toque do operador.

O refrigerante é introduzido diretamente na sala ITP. O fornecimento de água para abastecimento de água quente, aquecimento e fornecimento de calor de aquecedores de ar de sistemas de ventilação de ar é realizado com uma correção de acordo com a temperatura do ar externo.

A visualização dos parâmetros tecnológicos, acidentes, estado dos equipamentos e controle de despacho do ITP é realizada a partir do posto de trabalho dos despachantes na sala de controle central integrada do edifício. No servidor de despacho é armazenado o arquivo de parâmetros tecnológicos, acidentes e o estado dos equipamentos ITP.

A automação de pontos de aquecimento prevê:

• manter a temperatura do refrigerante fornecido aos sistemas de aquecimento e ventilação de acordo com o cronograma de temperatura;
• manutenção da temperatura da água no sistema de DHW no abastecimento aos consumidores;
• programação de vários regimes de temperatura por horas do dia, dias da semana e feriados;
• controle de conformidade com os valores de parâmetros determinados pelo algoritmo tecnológico, suporte de limites de parâmetros tecnológicos e de emergência;
• controle de temperatura do transportador de calor retornado à rede de aquecimento do sistema de fornecimento de calor, de acordo com um determinado cronograma de temperatura;
• medição da temperatura do ar exterior;
• manter uma determinada queda de pressão entre as tubulações de alimentação e retorno dos sistemas de ventilação e aquecimento;
• controle de bombas de circulação de acordo com um determinado algoritmo:
  • Ligado desligado;
  • controle de equipamentos de bombeamento com conversores de frequência de acordo com sinais de PLC instalados em gabinetes de automação;
  • comutação periódica principal/reserva para garantir o mesmo tempo de operação;
  • transferência automática de emergência para a bomba de reserva de acordo com o controle do sensor de pressão diferencial;
  • manutenção automática de uma determinada pressão diferencial em sistemas de consumo de calor.
• controle de válvulas de controle do transportador de calor em circuitos consumidores primários;
• controle de bombas e válvulas para alimentação de circuitos de aquecimento e ventilação;
• definindo os valores dos parâmetros tecnológicos e de emergência através do sistema de despacho;
• controle de bombas de drenagem;
• controle do estado das entradas elétricas por fases;
• sincronização do horário do controlador com o horário comum do sistema de despacho (SOEV);
• partida do equipamento após a restauração do fornecimento de energia de acordo com um determinado algoritmo;
• envio de mensagens de emergência para o sistema de despacho.

A troca de informações entre os controladores de automação e o nível superior (estação de trabalho com software especializado de despacho MasterSCADA) é realizada usando o protocolo Modbus/TCP.

Artigo 18. Distribuição de carga de calor e gerenciamento de sistemas de fornecimento de calor

1. A distribuição da carga térmica dos consumidores de energia térmica no sistema de fornecimento de calor entre aqueles que fornecem energia térmica neste sistema de fornecimento de calor é realizada pelo órgão autorizado de acordo com esta Lei Federal a aprovar o esquema de fornecimento de calor, fazendo anualmente alterações no esquema de fornecimento de calor.

2. Para distribuir a carga térmica dos consumidores de energia térmica, todas as organizações de fornecimento de calor que possuem fontes de energia térmica neste sistema de fornecimento de calor são obrigadas a apresentar ao órgão autorizado de acordo com esta Lei Federal para aprovar o esquema de fornecimento de calor, um aplicativo contendo informações:

1) sobre a quantidade de energia térmica que a organização fornecedora de calor se compromete a fornecer aos consumidores e organizações fornecedoras de calor neste sistema de fornecimento de calor;

2) sobre o volume de capacidade das fontes de energia térmica, que a organização de fornecimento de calor se compromete a apoiar;

3) sobre as tarifas vigentes na área de fornecimento de calor e custos variáveis ​​específicos previstos para a produção de energia térmica, transportador de calor e manutenção de energia.

3. No esquema de fornecimento de calor, devem ser determinadas as condições em que é possível fornecer energia térmica aos consumidores a partir de várias fontes de energia térmica, mantendo a confiabilidade do fornecimento de calor. Na presença de tais condições, a distribuição da carga térmica entre fontes de energia térmica é realizada de forma competitiva de acordo com o critério de custos variáveis ​​específicos mínimos para a produção de energia térmica por fontes de energia térmica, determinados da forma estabelecido pelos princípios de preços no campo do fornecimento de calor, aprovados pelo governo da Federação Russa, com base em organizações de aplicativos que possuem fontes de energia térmica e padrões levados em consideração ao regular as tarifas no campo do fornecimento de calor para o período de regulamentação correspondente.

4. Se a organização de fornecimento de calor não concordar com a distribuição da carga de calor realizada no esquema de fornecimento de calor, ela tem o direito de recorrer da decisão sobre tal distribuição, tomada pelo órgão autorizado de acordo com esta Lei Federal para aprovar o esquema de fornecimento de calor, ao órgão executivo federal autorizado pelo Governo da Federação Russa.

5. As organizações de fornecimento de calor e as organizações de redes de calor que operam no mesmo sistema de fornecimento de calor, anualmente antes do início do período de aquecimento, são obrigadas a celebrar um acordo entre si sobre a gestão do sistema de fornecimento de calor de acordo com as regras de organização do calor fornecimento, aprovado pelo Governo da Federação Russa.

6. O objeto do acordo especificado na parte 5 deste artigo é o procedimento para ações mútuas para garantir o funcionamento do sistema de fornecimento de calor de acordo com os requisitos desta Lei Federal. As condições obrigatórias deste contrato são:

1) determinar a subordinação dos serviços de despacho de organizações de fornecimento de calor e organizações de rede de calor, o procedimento para sua interação;

3) o procedimento para garantir o acesso das partes no acordo ou, por mútuo acordo das partes no acordo, a outra organização a redes de calor para ajuste de redes de calor e regulação da operação do sistema de fornecimento de calor;

4) o procedimento para interação entre organizações de fornecimento de calor e organizações de rede de calor em situações de emergência e emergências.

7. Se as organizações de fornecimento de calor e as organizações de rede de calor não tiverem celebrado o acordo especificado neste artigo, o procedimento de gerenciamento do sistema de fornecimento de calor é determinado pelo contrato celebrado para o período de aquecimento anterior e, se tal contrato não tiver sido celebrado anteriormente, o procedimento especificado é estabelecido pelo organismo autorizado de acordo com esta lei federal para aprovação do esquema de fornecimento de calor.

A Siemens é líder mundial reconhecida no desenvolvimento de sistemas para o setor de energia, incluindo sistemas de aquecimento e abastecimento de água. Isso é o que um dos departamentos faz. Siemens - Tecnologias de Construção – “Automação e segurança de edifícios”. A empresa oferece uma gama completa de equipamentos e algoritmos para a automação de caldeiras, pontos de aquecimento e estações de bombeamento.

1. Estrutura do sistema de aquecimento

A Siemens oferece uma solução abrangente para a criação de um sistema de controle unificado para sistemas urbanos de aquecimento e abastecimento de água. A complexidade da abordagem está no fato de que tudo é oferecido aos clientes, começando com cálculos hidráulicos de sistemas de aquecimento e abastecimento de água e terminando com sistemas de comunicação e despacho. A implementação desta abordagem é assegurada pela experiência acumulada dos especialistas da empresa, adquirida em diferentes países do mundo durante a implementação de vários projetos na área de sistemas de fornecimento de calor em grandes cidades da Europa Central e Oriental. Este artigo aborda as estruturas dos sistemas de fornecimento de calor, os princípios e algoritmos de controle que foram implementados na implementação desses projetos.

Os sistemas de fornecimento de calor são construídos principalmente de acordo com um esquema de 3 estágios, cujas partes são:

1. Fontes de calor de diferentes tipos, interconectadas em um único sistema em loop

2. Pontos de aquecimento central (CHP) ligados às principais redes de aquecimento com uma temperatura elevada do transportador de calor (130 ... 150 ° C). Na central de aquecimento central, a temperatura diminui gradualmente até uma temperatura máxima de 110 ° C, com base nas necessidades do ITP. Para sistemas pequenos, o nível de pontos de aquecimento central pode estar ausente.

3. Pontos de aquecimento individuais que recebem energia térmica da central de aquecimento e fornecem calor à instalação.

A principal característica das soluções Siemens é que todo o sistema é baseado no princípio de distribuição de 2 tubos, que é o melhor compromisso técnico e econômico. Esta solução permite reduzir as perdas de calor e o consumo de eletricidade em comparação com os sistemas de 4 tubos ou 1 tubo com tomada de água aberta, amplamente utilizados na Rússia, cujos investimentos na modernização dos quais sem alterar sua estrutura não são eficazes. Os custos de manutenção para tais sistemas estão aumentando constantemente. Entretanto, é o efeito econômico que é o principal critério para a celeridade do desenvolvimento e aperfeiçoamento técnico do sistema. Obviamente, ao construir novos sistemas, soluções ótimas que foram testadas na prática devem ser adotadas. Se estamos falando de uma grande revisão de um sistema de fornecimento de calor de uma estrutura não ideal, é economicamente lucrativo mudar para um sistema de 2 tubos com pontos de aquecimento individuais em cada casa.

Ao fornecer aquecimento e água quente aos consumidores, a sociedade gestora suporta custos fixos, cuja estrutura é a seguinte:

Custos de geração de calor para consumo;

perdas em fontes de calor devido a métodos imperfeitos de geração de calor;

perdas de calor na rede de aquecimento;

R custos de eletricidade.

Cada um desses componentes pode ser reduzido com o gerenciamento ideal e o uso de ferramentas de automação modernas em cada nível.

2. Fontes de calor

Sabe-se que grandes fontes combinadas de calor e energia, ou aquelas em que o calor é um produto secundário, como processos industriais, são preferidas para sistemas de aquecimento. Foi com base em tais princípios que nasceu a ideia de aquecimento distrital. Caldeiras que operam com diferentes tipos de combustível, turbinas a gás, etc. são usadas como fontes de calor de backup. Se as caldeiras a gás servirem como principal fonte de calor, elas devem operar com otimização automática do processo de combustão. Esta é a única maneira de obter economias e reduzir as emissões em comparação com a geração de calor distribuída em cada casa.

3. Estações de bombeamento

O calor das fontes de calor é transferido para as principais redes de aquecimento. O transportador de calor é bombeado por bombas de rede que funcionam continuamente. Portanto, atenção especial deve ser dada à seleção e operação das bombas. O modo de funcionamento da bomba depende dos modos dos pontos de aquecimento. Uma diminuição da vazão no CHP acarreta um aumento indesejável na altura manométrica da(s) bomba(s). Um aumento na pressão afeta negativamente todos os componentes do sistema. Na melhor das hipóteses, apenas o ruído hidráulico aumenta. Em ambos os casos, a energia elétrica é desperdiçada. Sob essas condições, um efeito econômico incondicional é fornecido com o controle de frequência das bombas. Vários algoritmos de controle são usados. No esquema básico, o controlador mantém uma pressão diferencial constante na bomba alterando a velocidade. Devido ao fato de que com a diminuição da vazão do refrigerante, as perdas de pressão nas linhas são reduzidas (dependência quadrática), também é possível reduzir o setpoint (setpoint) da queda de pressão. Esse controle de bombas é chamado de proporcional e permite reduzir ainda mais o custo de operação da bomba. Controle mais eficiente das bombas com correção da tarefa pelo “ponto remoto”. Neste caso, é medida a queda de pressão nos pontos finais das redes principais. Os valores atuais de pressão diferencial compensam as pressões na estação de bombeamento.

4. Pontos de aquecimento central (CHP)

Os sistemas de aquecimento central desempenham um papel muito importante nos sistemas de aquecimento modernos. Um sistema de fornecimento de calor com economia de energia deve funcionar com o uso de pontos de aquecimento individuais. No entanto, isso não significa que as centrais de aquecimento serão fechadas: elas atuam como estabilizador hidráulico e, ao mesmo tempo, dividem o sistema de fornecimento de calor em subsistemas separados. No caso da utilização de ITP, os sistemas de abastecimento central de água quente estão excluídos da central de aquecimento. Ao mesmo tempo, apenas 2 tubos passam pela central de aquecimento, separados por um permutador de calor, que separa o sistema de vias principais do sistema ITP. Assim, o sistema ITP pode operar com outras temperaturas de refrigeração, bem como com pressões dinâmicas mais baixas. Isso garante o funcionamento estável do PTI e, ao mesmo tempo, reduz os investimentos no PTI. A temperatura de alimentação da CHP é corrigida de acordo com o horário de temperatura de acordo com a temperatura exterior, tendo em conta a limitação de verão, que depende da procura do sistema de AQS na CHP. Estamos falando de um ajuste preliminar dos parâmetros do refrigerante, que permite reduzir as perdas de calor nas rotas secundárias, além de aumentar a vida útil dos componentes da automação térmica no ITP.

5. Pontos de aquecimento individuais (ITP)

A operação do ITP afeta a eficiência de todo o sistema de fornecimento de calor. O ITP é uma parte estrategicamente importante do sistema de fornecimento de calor. A transição de um sistema de 4 tubos para um sistema moderno de 2 tubos está associada a certas dificuldades. Em primeiro lugar, isto implica a necessidade de investimentos e, em segundo lugar, sem um certo “know-how”, a introdução do ITP pode, pelo contrário, aumentar os custos operacionais da sociedade gestora. O princípio de funcionamento do ITP é que o ponto de aquecimento está localizado diretamente no edifício, que é aquecido e para o qual é preparada água quente. Ao mesmo tempo, apenas 3 tubos estão conectados ao prédio: 2 para o refrigerante e 1 para o abastecimento de água fria. Assim, a estrutura das tubulações do sistema é simplificada e, durante o reparo planejado das rotas, ocorre imediatamente a economia na colocação de tubos.

5.1. Controle do circuito de aquecimento

O controlador ITP controla a saída de calor do sistema de aquecimento alterando a temperatura do refrigerante. O setpoint da temperatura de aquecimento é determinado a partir da temperatura externa e da curva de aquecimento (controle com compensação climática). A curva de aquecimento é determinada tendo em conta a inércia do edifício.

5.2. Construindo a inércia

A inércia dos edifícios tem um impacto significativo no resultado do controle de aquecimento compensado pelo clima. Um controlador ITP moderno deve levar em conta esse fator de influência. A inércia da edificação é determinada pelo valor da constante de tempo da edificação, que varia de 10 horas para casas de painel a 35 horas para casas de alvenaria. Com base na constante de tempo do edifício, o controlador IHS determina a chamada temperatura externa "combinada", que é usada como sinal de correção no sistema automático de controle de temperatura da água de aquecimento.

5.3. força do vento

O vento afeta significativamente a temperatura ambiente, especialmente em arranha-céus localizados em áreas abertas. O algoritmo de correção da temperatura da água para aquecimento, levando em consideração a influência do vento, proporciona até 10% de economia de energia térmica.

5.4 Limitação da temperatura de retorno

Todos os tipos de controle descritos acima afetam indiretamente a redução da temperatura da água de retorno. Esta temperatura é o principal indicador da operação econômica do sistema de aquecimento. Com vários modos de operação do IHS, a temperatura da água de retorno pode ser reduzida usando as funções de limitação. No entanto, todas as funções limitadoras acarretam desvios das condições de conforto, e sua utilização deve ser apoiada por um estudo de viabilidade. Em esquemas independentes para conectar o circuito de aquecimento, com operação econômica do trocador de calor, a diferença de temperatura entre a água de retorno do circuito primário e o circuito de aquecimento não deve exceder 5 ° C. A economia é garantida pela função de limitação dinâmica da temperatura da água de retorno ( DRT - diferencial de temperatura de retorno ): quando o valor definido da diferença de temperatura entre a água de retorno do circuito primário e o circuito de aquecimento é excedido, o controlador reduz o fluxo do meio de aquecimento no circuito primário. Ao mesmo tempo, a carga de pico também diminui (Fig. 1).

A introdução de sistemas de controle automático (ACS) para aquecimento, ventilação e fornecimento de água quente é a principal abordagem para economizar energia térmica. A instalação de sistemas de controle automático em pontos de aquecimento individuais, de acordo com o Instituto de Engenharia Térmica da Rússia (Moscou), reduz o consumo de calor no setor residencial em 5-10% e nas instalações administrativas em 40%. O maior efeito é obtido devido à regulação ideal no período primavera-outono da estação de aquecimento, quando a automação dos pontos de aquecimento central praticamente não cumpre totalmente sua funcionalidade. Nas condições do clima continental dos Urais do Sul, quando durante o dia a diferença na temperatura externa pode ser de 15 a 20 ° C, a introdução de sistemas de controle automático para aquecimento, ventilação e fornecimento de água quente se torna muito relevante.

Gerenciamento térmico de edifícios

A gestão do regime térmico reduz-se a mantê-lo em um determinado nível ou alterá-lo de acordo com uma determinada lei.

Nos pontos térmicos, são regulados principalmente dois tipos de carga de calor: fornecimento de água quente e aquecimento.

Para ambos os tipos de carga de calor, o ACP deve manter os mesmos pontos de ajuste para a temperatura da água quente de abastecimento da água e do ar em ambientes aquecidos.

Uma característica distintiva da regulação do aquecimento é a sua grande inércia térmica, enquanto a inércia do sistema de abastecimento de água quente é muito menor. Portanto, a tarefa de estabilizar a temperatura do ar em uma sala aquecida é muito mais difícil do que a tarefa de estabilizar a temperatura da água quente em um sistema de abastecimento de água quente.

As principais influências perturbadoras são as condições meteorológicas externas: temperatura exterior, vento, radiação solar.

Existem os seguintes esquemas de controle fundamentalmente possíveis:

• regulação do desvio da temperatura interna das instalações do conjunto, influenciando o fluxo de água que entra no sistema de aquecimento;
• regulação em função da perturbação dos parâmetros externos, levando a um desvio da temperatura interna da ajustada;
• regulação em função das alterações da temperatura exterior e interior da divisão (por perturbação e por desvio).

Arroz. 2.1 Diagrama estrutural de gerenciamento térmico da sala por desvio de temperatura ambiente

Na fig. 2.1 mostra um diagrama de blocos do controle do regime térmico da sala de acordo com o desvio da temperatura interna das instalações e na fig. 2.2 mostra um diagrama de blocos do controle do regime térmico da sala por perturbação de parâmetros externos.

Arroz. 2.2. Diagrama estrutural do controle do regime térmico da sala por perturbação de parâmetros externos

Os efeitos perturbadores internos no regime térmico do edifício são insignificantes.

Para o método de controle de perturbação, os seguintes sinais podem ser selecionados como sinais para monitorar a temperatura externa:

• a temperatura da água que entra no sistema de aquecimento;
• a quantidade de calor que entra no sistema de aquecimento:
• consumo de refrigerante.

O ACP deve ter em conta os seguintes modos de funcionamento do sistema de aquecimento urbano, nos quais:

• o controle da temperatura da água na fonte de calor não é baseado na temperatura externa atual, que é o principal fator de perturbação da temperatura interna. A temperatura da água da rede na fonte de calor é determinada pela temperatura do ar durante um longo período, tendo em conta a previsão e a potência calorífica disponível do equipamento. O atraso de transporte, medido pelo relógio, também leva a um descompasso entre a temperatura da água da rede do assinante e a temperatura externa atual;
• os regimes hidráulicos das redes de aquecimento exigem a limitação do consumo máximo e, por vezes, mínimo de água da rede para uma subestação térmica;
• a carga de abastecimento de água quente tem um impacto significativo nos modos de funcionamento dos sistemas de aquecimento, levando a temperaturas variáveis ​​da água durante o dia no sistema de aquecimento ou consumo de água da rede para o sistema de aquecimento, dependendo do tipo de sistema de abastecimento de calor, o esquema para conectar aquecedores de água quente e o esquema de aquecimento.

Sistema de controle de distúrbios

Para um sistema de controle de distúrbios, é característico que:

• existe um dispositivo que mede a magnitude da perturbação;
• de acordo com os resultados das medições, o controlador exerce um efeito de controle sobre a vazão do refrigerante;
• o controlador recebe informações sobre a temperatura dentro da sala;
• a principal perturbação é a temperatura do ar exterior, que é controlada pelo ACP, pelo que a perturbação será denominada controlada.

Variantes de esquemas de controle para distúrbios com os sinais de rastreamento acima:

• regulação da temperatura da água que entra no sistema de aquecimento de acordo com a temperatura externa atual;
• regulação do fluxo de calor fornecido ao sistema de aquecimento de acordo com a temperatura externa atual;
• regulação do consumo de água da rede em função da temperatura do ar exterior.

Como pode ser visto nas Figuras 2.1, 2.2, independentemente do método de regulação, o sistema automático de controle de fornecimento de calor deve conter os seguintes elementos principais:

• dispositivos de medição primários - sensores de temperatura, vazão, pressão, pressão diferencial;
• dispositivos de medição secundários;
• mecanismos executivos contendo órgãos reguladores e unidades;
• controladores microprocessados;
• dispositivos de aquecimento (caldeiras, aquecedores, radiadores).

Sensores de fornecimento de calor ASR

Os principais parâmetros de fornecimento de calor, que são mantidos de acordo com a tarefa com a ajuda de sistemas de controle automático, são amplamente conhecidos.

Em sistemas de aquecimento, ventilação e água quente, a temperatura, vazão, pressão e queda de pressão são geralmente medidas. Em alguns sistemas, a carga de calor é medida. Métodos e métodos para medir os parâmetros de transportadores de calor são tradicionais.

Arroz. 2.3

Na fig. 2.3 mostra os sensores de temperatura da empresa sueca Tour e Anderson.

Reguladores automáticos

Um regulador automático é uma ferramenta de automação que recebe, amplifica e converte o sinal de desligamento variável controlado e influencia propositalmente o objeto regulado.

Atualmente, os controladores digitais baseados em microprocessadores são usados ​​principalmente. Neste caso, geralmente vários controladores para sistemas de aquecimento, ventilação e abastecimento de água quente são implementados em um controlador microprocessado.

A maioria dos controladores nacionais e estrangeiros para sistemas de fornecimento de calor tem a mesma funcionalidade:

1. dependendo da temperatura do ar externo, o regulador fornece a temperatura necessária do transportador de calor para aquecer o edifício de acordo com o cronograma de aquecimento, controlando a válvula de controle com um acionamento elétrico instalado na tubulação da rede de aquecimento;


2. o ajuste automático do cronograma de aquecimento é feito de acordo com as necessidades de um determinado edifício. Para maior eficiência de economia de calor, o cronograma de fornecimento é constantemente ajustado levando em consideração as condições reais do ponto de calor, clima e perda de calor na sala;


3. a economia do transportador de calor à noite é alcançada devido ao método temporário de regulação. Alterar a tarefa para uma diminuição parcial do líquido de arrefecimento depende da temperatura externa para que, por um lado, reduza o consumo de calor, por outro lado, não congele e aqueça a sala a tempo pela manhã. Ao mesmo tempo, o momento de ligar o modo de aquecimento diurno, ou aquecimento intensivo, é calculado automaticamente para atingir a temperatura ambiente desejada no momento certo;


4. os controladores permitem garantir a temperatura da água de retorno o mais baixa possível. Isso prevê a proteção do sistema contra congelamento;


5. é efectuada a correcção automática definida no sistema de água quente. Quando o consumo no sistema de água quente sanitária é baixo, são aceitáveis ​​grandes desvios de temperatura (aumento da banda morta). Desta forma, a haste da válvula não será trocada com muita frequência e sua vida útil será estendida. Quando a carga aumenta, a zona morta diminui automaticamente e a precisão do controle aumenta;


6. alarme é acionado quando os pontos de ajuste são excedidos. Geralmente são gerados os seguintes alarmes:
   • alarme de temperatura, em caso de diferença entre a temperatura real e a definida;
   • um alarme da bomba vem em caso de mau funcionamento;
   • sinal de alarme do sensor de pressão no tanque de expansão;
   • um alarme de vida útil é acionado se o equipamento chegar ao fim de sua vida útil;
   • alarme geral - se o controlador registrou um ou mais alarmes;


7. os parâmetros do objeto regulado são registrados e transferidos para um computador.

Arroz. 2.4

Na fig. 2.4 controladores microprocessados ​​ECL-1000 da Danfoss são mostrados.

Reguladores

O atuador é um dos elos dos sistemas de controle automático projetados para influenciar diretamente o objeto da regulação. No caso geral, o dispositivo de acionamento consiste em um mecanismo de acionamento e um corpo regulador.

Arroz. 2,5

O atuador é a parte de acionamento do órgão regulador (Fig. 2.5).

Em sistemas automáticos de controle de fornecimento de calor, são usados ​​principalmente elétricos (motores eletromagnéticos e elétricos).

O órgão regulador é projetado para alterar o fluxo de matéria ou energia no objeto da regulação. Existem corpos reguladores de dosagem e aceleração. Os dispositivos de dosagem incluem dispositivos que alteram a taxa de fluxo de uma substância alterando o desempenho das unidades (dosadores, alimentadores, bombas).

Arroz. 2.6

Os reguladores do acelerador (Fig. 2.6) são uma resistência hidráulica variável que altera a taxa de fluxo da substância alterando sua área de fluxo. Estes incluem válvulas de controle, elevadores, amortecedores secundários, torneiras, etc.

Os reguladores são caracterizados por vários parâmetros, sendo os principais: vazão K v , pressão nominal P y , queda de pressão no regulador D y , e passagem nominal D y .

Além dos parâmetros do órgão regulador acima, que determinam principalmente seu design e dimensões, existem outras características que são levadas em consideração na escolha de um órgão regulador, dependendo das condições específicas de seu uso.

A mais importante é a característica de vazão, que estabelece a dependência da vazão em relação ao movimento da válvula a uma queda de pressão constante.

As válvulas de controle do acelerador geralmente são perfiladas com uma característica de vazão linear ou percentual igual.

Com uma característica de largura de banda linear, o aumento da largura de banda é proporcional ao incremento no movimento da porta.

Com uma característica de largura de banda de porcentagem igual, o incremento de largura de banda (quando o movimento do obturador muda) é proporcional ao valor de largura de banda atual.

Sob condições de operação, o tipo de característica de fluxo muda dependendo da queda de pressão na válvula. Quando assistida, a válvula de controle é caracterizada por uma característica de vazão, que é a dependência da vazão relativa do meio com o grau de abertura do corpo regulador.

O menor valor do rendimento, no qual a característica do rendimento permanece dentro da tolerância especificada, é avaliado como o rendimento mínimo.

Em muitas aplicações de automação de processos industriais, o regulador deve ter uma ampla faixa de vazão, que é a razão entre a vazão nominal e a vazão mínima.

Uma condição necessária para a operação confiável de um sistema de controle automático é a escolha correta da forma da característica de fluxo da válvula de controle.

Para um sistema específico, a característica de vazão é determinada pelos valores dos parâmetros do meio que flui pela válvula e sua característica de vazão. Em geral, a característica de vazão difere da característica de vazão, pois os parâmetros do meio (principalmente pressão e queda de pressão) geralmente dependem da vazão. Portanto, a tarefa de escolher as características de fluxo preferidas da válvula de controle é dividida em duas etapas:

1. seleção da forma das características do fluxo, garantindo a constância do coeficiente de transmissão da válvula de controle em toda a faixa de cargas;


2. seleção da forma da característica de vazão, que fornece a forma desejada da característica de vazão para os parâmetros dados do meio.

Ao modernizar os sistemas de aquecimento, ventilação e abastecimento de água quente, são especificadas as dimensões de uma rede típica, a pressão disponível e a pressão inicial do meio, o corpo regulador é escolhido de modo que a uma vazão mínima através da válvula, a perda de corresponde ao excesso de pressão do meio desenvolvido pela fonte, e a forma da característica de escoamento é próxima do dado. O método de cálculo hidráulico ao escolher uma válvula de controle é bastante trabalhoso.

A AUZhKH trust 42 em colaboração com a SUSU desenvolveu um programa para calcular e selecionar órgãos reguladores para os sistemas de aquecimento e abastecimento de água quente mais comuns.

Bombas circulares

Independentemente do esquema de conexão da carga de calor, uma bomba de circulação é instalada no circuito do sistema de aquecimento (Fig. 2.7).

Arroz. 2.7. Bomba circular (Grundfog).

É composto por um controlador de velocidade, um motor elétrico e a própria bomba. A bomba de circulação moderna é uma bomba sem prensa com rotor úmido que não requer manutenção. O controle do motor geralmente é realizado por um controlador eletrônico de velocidade projetado para otimizar o desempenho da bomba operando em condições de aumento de distúrbios externos que afetam o sistema de aquecimento.

A ação da bomba de circulação é baseada na dependência da pressão do desempenho da bomba e, via de regra, tem caráter quadrático.

Parâmetros da bomba de circulação:

• atuação;
• pressão máxima;
• Rapidez;
• faixa de velocidade.

A AUZhKH trust 42 tem as informações necessárias sobre o cálculo e seleção de bombas de circulação e pode fornecer os conselhos necessários.

Trocadores de calor

Os elementos mais importantes do fornecimento de calor são os trocadores de calor. Existem dois tipos de trocadores de calor: tubulares e de placas. Simplificado, um trocador de calor tubular pode ser representado como dois tubos (um tubo está dentro do outro rugoso). O trocador de calor de placas é um trocador de calor compacto montado em uma estrutura adequada de placas corrugadas equipadas com vedações. Trocadores de calor tubulares e de placas são usados ​​para fornecimento de água quente, aquecimento e ventilação. Os principais parâmetros de qualquer trocador de calor são:

• potência;
• coeficiente de transferência de calor;
• perda de pressão;
• temperatura máxima de operação;
• pressão máxima de trabalho;
• fluxo máximo.

Os trocadores de calor casco e tubo têm baixa eficiência devido às baixas taxas de fluxo de água nos tubos e no anel. Isso leva a valores baixos do coeficiente de transferência de calor e, como resultado, dimensões excessivamente grandes. Durante a operação dos trocadores de calor, são possíveis depósitos significativos na forma de incrustações e produtos de corrosão. Em trocadores de calor casco e tubo, a eliminação de depósitos é muito difícil.

Comparados aos trocadores de calor tubulares, os trocadores de calor de placas são caracterizados por maior eficiência devido à melhor transferência de calor entre as placas, nas quais o refrigerante turbulento flui em contracorrente. Além disso, o reparo do trocador de calor é bastante simples e barato.

Os trocadores de calor de placas resolvem com sucesso os problemas de preparação de água quente em pontos de aquecimento praticamente sem perda de calor, por isso são usados ​​ativamente hoje.

O princípio de operação dos trocadores de calor a placas é o seguinte. Os líquidos envolvidos no processo de transferência de calor são introduzidos através dos bicos no trocador de calor (Fig. 2.8).

Arroz. 2,8

As juntas, instaladas de forma especial, garantem a distribuição dos líquidos nos canais apropriados, eliminando a possibilidade de mistura de fluxos. O tipo de ondulação nas placas e a configuração do canal são selecionados de acordo com a passagem livre necessária entre as placas, garantindo assim condições ideais para o processo de troca de calor.

Arroz. 2.9

O trocador de calor de placas (Fig. 2.9) consiste em um conjunto de placas metálicas corrugadas com furos nos cantos para a passagem de dois fluidos. Cada placa é equipada com uma gaxeta que limita o espaço entre as placas e garante o fluxo de líquidos neste canal. A vazão dos refrigerantes, as propriedades físicas dos líquidos, as perdas de pressão e as condições de temperatura determinam o número e o tamanho das placas. Sua superfície corrugada contribui para um aumento do fluxo turbulento. Entrando em contato em direções de interseção, as ondulações suportam as placas, que estão sob condições de pressão diferentes de ambos os transportadores de calor. Para alterar a capacidade (aumentar a carga de calor), um certo número de placas deve ser adicionado ao pacote do trocador de calor.

Resumindo o exposto, notamos que as vantagens dos trocadores de calor a placas são:

• compacidade. Os trocadores de calor de placas são mais de três vezes mais compactos que os trocadores de calor de casco e tubo e mais de seis vezes mais leves com a mesma potência;
• facilidade de instalação. Os trocadores de calor não requerem uma fundação especial;
• baixos custos de manutenção. O fluxo altamente turbulento resulta em um baixo grau de poluição. Novos modelos de trocadores de calor são projetados de forma a prolongar ao máximo o período de operação, que não requer reparos. A limpeza e a verificação levam pouco tempo, pois nos trocadores de calor é retirada cada folha de aquecimento, que pode ser limpa individualmente;
• uso eficiente da energia térmica. O trocador de calor a placas possui alto coeficiente de transferência de calor, transferindo calor da fonte para o consumidor com baixas perdas;
• confiabilidade;
• a capacidade de aumentar significativamente a carga térmica adicionando um certo número de placas.

O regime de temperatura do edifício como objeto de regulação

Ao descrever processos tecnológicos de fornecimento de calor, são usados ​​esquemas de design de estática que descrevem estados estacionários e esquemas de design de dinâmica que descrevem modos de transição.

Os esquemas de projeto do sistema de fornecimento de calor determinam a relação entre os efeitos de entrada e saída no objeto de controle sob os principais distúrbios internos e externos.

Um edifício moderno é um sistema complexo de calor e energia; portanto, são introduzidas suposições simplificadoras para descrever o regime de temperatura de um edifício.

• Para edifícios civis de vários andares, a parte do edifício para a qual o cálculo é feito é localizada. Como o regime de temperatura no edifício varia dependendo do piso, do layout horizontal das instalações, o regime de temperatura é calculado para uma ou mais das instalações localizadas mais favoravelmente.


• O cálculo da transferência de calor por convecção na sala é derivado da suposição de que a temperatura do ar em cada momento é a mesma em todo o volume da sala.


• Ao determinar a transferência de calor através de invólucros externos, assume-se que o invólucro ou sua parte característica têm a mesma temperatura em planos perpendiculares à direção do fluxo de ar. Em seguida, o processo de transferência de calor através dos invólucros externos será descrito por uma equação de condução de calor unidimensional.


• O cálculo da transferência de calor radiante em uma sala também permite várias simplificações:

  a) consideramos o ar da sala um meio radiante;
  b) desprezamos reflexões múltiplas de fluxos radiantes de superfícies;
  c) as formas geométricas complexas são substituídas por outras mais simples.



• Parâmetros climáticos ao ar livre:

  a) se o regime de temperatura das instalações for calculado em valores extremos dos indicadores climáticos externos possíveis em uma determinada área, a proteção térmica das cercas e a potência do sistema de controle microclimático garantirão o cumprimento estável das condições especificadas;
  b) se aceitarmos requisitos mais suaves, na sala em alguns momentos haverá desvios das condições do projeto.

Portanto, ao atribuir as características de projeto do clima externo, é obrigatório levar em consideração a segurança das condições internas.

A AUZhKH trust 42 especialistas em conjunto com cientistas da SUSU desenvolveram um programa de computador para calcular os modos de operação estáticos e dinâmicos das buchas de assinante.

Arroz. 2.10

Na fig. 2.10 mostra os principais fatores perturbadores que atuam sobre o objeto de regulação (sala). A fonte de calor Q, proveniente da fonte de calor, desempenha as funções de uma ação de controle para manter a temperatura ambiente T pom na saída do objeto. Temperatura externa T nar, velocidade do vento V vento, radiação solar J rad, perda de calor interna Q no interior são influências perturbadoras. Todos esses efeitos são funções do tempo e são aleatórios. A tarefa é complicada pelo fato de que os processos de transferência de calor não são estacionários e são descritos por equações diferenciais em derivadas parciais.

Abaixo está um esquema de projeto simplificado do sistema de aquecimento, que descreve com precisão as condições térmicas estáticas no edifício e também permite avaliar qualitativamente o impacto dos principais distúrbios na dinâmica de transferência de calor, para implementar os principais métodos de regulação do processos de aquecimento de ambientes.

Atualmente, estudos de sistemas não lineares complexos (que incluem processos de transferência de calor em uma sala aquecida) são realizados usando métodos de modelagem matemática. O uso de tecnologia computacional para estudar a dinâmica do processo de aquecimento de ambientes e possíveis métodos de controle é um método de engenharia eficaz e conveniente. A eficácia da modelagem reside no fato de que a dinâmica de um sistema real complexo pode ser estudada usando programas de aplicação relativamente simples. A modelagem matemática permite explorar o sistema com a mudança contínua de seus parâmetros, bem como influências perturbadoras. O uso de pacotes de software de modelagem para estudar o processo de aquecimento é especialmente valioso, pois o estudo por métodos analíticos acaba sendo muito trabalhoso e completamente inadequado.

Arroz. 2.11

Na fig. 2.11 mostra fragmentos do esquema de projeto do modo estático do sistema de aquecimento.

A figura tem os seguintes símbolos:

1. t 1 (T n) - a temperatura da água da rede na linha de alimentação da rede elétrica;
2. T n (t) - temperatura exterior;
3. U - proporção de mistura da unidade de mistura;
4. φ - consumo relativo de água da rede;
5. ΔT - diferença de temperatura de projeto no sistema de aquecimento;
6. δt é a diferença de temperatura calculada na rede de aquecimento;
7. T in - temperatura interna das instalações aquecidas;
8. G - consumo de água da rede no ponto de aquecimento;
9. D p - queda de pressão da água no sistema de aquecimento;
10. t - tempo.

Com entrada de assinante com equipamento instalado para determinada carga de aquecimento calculada Q 0 e programação diária de carga de abastecimento de água quente Q r, o programa permite resolver qualquer uma das seguintes tarefas.

A uma temperatura exterior arbitrária T n:

• determinar a temperatura interna das instalações aquecidas T in, enquanto as especificadas são a vazão de água da rede ou entrada G com e o gráfico de temperatura na linha de alimentação;
• determinar o consumo de água da rede para a entrada G c, necessária para fornecer uma dada temperatura interna das instalações aquecidas T com um gráfico de temperatura conhecido da rede de aquecimento;
• determinar a temperatura da água necessária na linha de alimentação da rede de aquecimento t 1 (gráfico de temperatura da rede) para garantir a temperatura interna especificada das salas aquecidas T in a uma determinada vazão de água da rede G s. Estas tarefas são resolvidas para qualquer esquema de conexão do sistema de aquecimento (dependente, independente) e qualquer esquema de conexão de abastecimento de água quente (série, paralelo, misto).

Além dos parâmetros acima, as taxas e temperaturas de fluxo de água são determinadas em todos os pontos característicos do esquema, taxas de fluxo de calor para o sistema de aquecimento e cargas térmicas de ambos os estágios do aquecedor e perdas de pressão dos transportadores de calor neles. O programa permite calcular os modos de entrada do assinante com qualquer tipo de trocador de calor (casca e tubo ou placa).

Arroz. 2.12

Na fig. 2.12 mostra fragmentos do esquema de projeto do modo dinâmico do sistema de aquecimento.

O programa de cálculo do regime térmico dinâmico do edifício permite a entrada do assinante com o equipamento selecionado para uma determinada carga de aquecimento de projeto Q 0 para resolver qualquer uma das seguintes tarefas:

• cálculo do esquema de controle do regime térmico da sala de acordo com o desvio de sua temperatura interna;
• cálculo do esquema de controle do regime térmico da sala de acordo com a perturbação dos parâmetros externos;
• cálculo do regime térmico do edifício com métodos qualitativos, quantitativos e combinados de regulação;
• cálculo do controlador ótimo com características estáticas não lineares de elementos reais do sistema (sensores, válvulas de controle, trocadores de calor, etc.);
• com uma temperatura exterior T n (t) que varia arbitrariamente no tempo, é necessário:
• determine a mudança no tempo da temperatura interna das instalações aquecidas T in;
• determinar a mudança no tempo do fluxo de água da rede pa entrada G necessária para fornecer uma dada temperatura interna das instalações aquecidas T com um gráfico de temperatura arbitrário da rede de aquecimento;
• determinar a variação temporal da temperatura da água na linha de alimentação da rede de aquecimento t 1 (t).

Estas tarefas são resolvidas para qualquer esquema de conexão do sistema de aquecimento (dependente, independente) e qualquer esquema de conexão de abastecimento de água quente (série, paralelo, misto).

Implementação de ASR para fornecimento de calor em edifícios residenciais

Arroz. 2.13

Na fig. 2.13 mostra um diagrama esquemático de um sistema de controle automático para aquecimento e fornecimento de água quente em um ponto de aquecimento individual (ITP) com uma conexão dependente do sistema de aquecimento e um esquema de dois estágios de aquecedores de água quente. Foi montado pela confiança AUZhKH 42, passou por testes e verificações operacionais. Este sistema é aplicável a qualquer esquema de ligação para sistemas de aquecimento e água quente deste tipo.

A principal tarefa deste sistema é manter uma determinada dependência da variação do consumo de água da rede para o sistema de aquecimento e abastecimento de água quente da temperatura do ar exterior.

A conexão do sistema de aquecimento do edifício às redes de aquecimento é feita de acordo com um esquema dependente com mistura de bombas. Para a preparação de água quente para as necessidades de abastecimento de água quente, está prevista a instalação de aquecedores de placas conectados à rede de aquecimento de acordo com um esquema misto de dois estágios.

O sistema de aquecimento do edifício é um sistema vertical de dois tubos com uma distribuição inferior das tubulações principais.

O sistema automático de controle de fornecimento de calor do edifício inclui soluções para:

• para controle automático da operação do circuito externo de fornecimento de calor;
• para controle automático da operação do circuito interno do sistema de aquecimento do edifício;
• criar um modo de conforto nas instalações;
• para controlo automático do funcionamento do permutador de calor DHW.

O sistema de aquecimento está equipado com um controlador de temperatura da água baseado em microprocessador para o circuito de aquecimento do edifício (circuito interno), completo com sensores de temperatura e uma válvula de controle motorizada. Dependendo da temperatura do ar externo, o dispositivo de controle fornece a temperatura necessária do transportador de calor para aquecer o edifício de acordo com o cronograma de aquecimento, controlando a válvula de controle com um acionamento elétrico instalado em uma tubulação direta da rede de aquecimento. Para limitar a temperatura máxima da água de retorno à rede de aquecimento, um sinal de um sensor de temperatura instalado na tubulação de água de retorno à rede de aquecimento é inserido no controlador microprocessado. O controlador microprocessado protege o sistema de aquecimento do congelamento. Para manter uma pressão diferencial constante, um regulador de pressão diferencial é fornecido na válvula de controle de temperatura.

Para controlar automaticamente a temperatura do ar nas instalações do edifício, o projeto prevê termostatos nos dispositivos de aquecimento. Os termorreguladores proporcionam conforto e economizam energia térmica.

Para manter uma pressão diferencial constante entre as tubulações diretas e de retorno do sistema de aquecimento, é instalado um regulador de pressão diferencial.

Para controlar automaticamente o funcionamento do permutador de calor, é instalado um controlador automático de temperatura na água de aquecimento, que altera o fornecimento de água de aquecimento em função da temperatura da água aquecida que entra no sistema de DHW.

De acordo com os requisitos das "Regras de contabilização de energia térmica e refrigerante" de 1995, a contabilização comercial de energia térmica foi realizada na entrada da rede de aquecimento para o ITP por meio de um medidor de calor instalado na tubulação de alimentação de a rede de aquecimento e um medidor de volume instalado na tubulação de retorno à rede de aquecimento.

O medidor de calor inclui:

• medidor de vazão;
• CPU;
• dois sensores de temperatura.

O controlador microprocessado fornece indicação de parâmetros:

• quantidade de calor;
• a quantidade de refrigerante;
• temperatura do refrigerante;
• diferença de temperatura;
• tempo de operação do medidor de calor.

Todos os elementos dos sistemas de controle automático e abastecimento de água quente são feitos em equipamentos Danfoss.

O controlador microprocessado ECL 9600 foi concebido para controlar o regime de temperatura da água em sistemas de aquecimento e abastecimento de água quente em dois circuitos independentes e é utilizado para instalação em pontos de aquecimento.

O regulador possui saídas de relé para controle de válvulas de controle e bombas de circulação.

Itens a serem conectados ao controlador ECL 9600:

• sensor de temperatura do ar externo ESMT;
• sensor de temperatura na alimentação de refrigerante no circuito de circulação 2, ESMA/C/U;
• acionamento reversível da válvula de controle da série AMB ou AMV (220 V).

Além disso, os seguintes elementos podem ser anexados opcionalmente:

• sensor de temperatura da água de retorno do circuito de circulação, ESMA/C/U;
• Sensor de temperatura do ar interno ESMR.

O controlador microprocessado ECL 9600 possui temporizadores analógicos ou digitais integrados e um display LCD para fácil manutenção.

O indicador embutido serve para observação visual de parâmetros e ajuste.

Quando um sensor de temperatura do ar interno ESMR/F é conectado, a temperatura do meio de aquecimento é corrigida automaticamente no fornecimento ao sistema de aquecimento.

O controlador pode limitar o valor da temperatura da água de retorno do circuito de circulação no modo de acompanhamento dependendo da temperatura exterior (limitação proporcional) ou definir um valor constante para a limitação máxima ou mínima da temperatura da água de retorno do circuito de circulação.

Características de conforto e economia de calor:

• abaixar a temperatura no sistema de aquecimento à noite e dependendo da temperatura externa ou de acordo com o valor de redução definido;
• a capacidade de operar o sistema com maior potência após cada período de diminuição da temperatura no sistema de aquecimento (aquecimento rápido da sala);
• a possibilidade de desligamento automático do sistema de aquecimento a uma determinada temperatura externa definida (desligamento de verão);
• a capacidade de trabalhar com vários tipos de atuadores mecanizados da válvula de controle;
• controle remoto do controlador usando ESMF/ECA 9020.

Características de proteção:

• limitar as temperaturas máxima e mínima da água fornecida ao circuito de circulação;
• controle de bombas, passeio periódico no verão;
• proteção do sistema de aquecimento contra congelamento;
• a possibilidade de conectar um termostato de segurança.

Equipamentos modernos para sistemas automáticos de controle de fornecimento de calor

Empresas nacionais e estrangeiras fornecem uma ampla gama de equipamentos modernos para sistemas automáticos de controle de fornecimento de calor com quase a mesma funcionalidade:

1. Controle de aquecimento:
   • Amortecimento da temperatura exterior.
   • Efeito Segunda-feira.
   • Restrições lineares.
   • Limites de temperatura de retorno.
   • Correção da temperatura ambiente.
   • Programação de alimentação de autocorreção.
   • Otimização do tempo de inicialização.
   • Modo econômico à noite.


2. Gerenciamento de DHW:
   • Recurso de baixa carga.
   • Limite de temperatura da água de retorno.
   • Temporizador separado.


3. Controle da bomba:
   • Proteção contra congelamento.
   • Desligue a bomba.
   • Troca de bomba.


4. Alarmes:
   • Da bomba.
   • Temperatura de congelamento.
   • Em geral.

Conjuntos de equipamentos de fornecimento de calor de empresas conhecidas, Danfoss (Dinamarca), Alfa Laval (Suécia), Tour e Anderson (Suécia), Raab Karcher (Alemanha), Honeywell (EUA) geralmente incluem os seguintes instrumentos e dispositivos para controle e contabilidade sistemas.

1. Equipamento para automação do ponto de aquecimento do edifício:
   


2. Equipamento de medição de calor.
   


3. Equipamento auxiliar.
   • Verifique as válvulas.
   • As válvulas de esfera são instaladas para fechamento hermético de risers e para drenagem de água. Ao mesmo tempo, no estado aberto, durante a operação do sistema, as válvulas de esfera praticamente não criam resistência adicional. Também podem ser instalados em todos os ramais na entrada do prédio e na subestação.
   • Válvulas de esfera de drenagem.
   • Uma válvula de retenção é instalada para evitar que a água entre na linha de retorno da linha de alimentação quando a bomba é parada.
   • O filtro de malha, com válvula esférica no dreno, na entrada do sistema, proporciona a purificação da água das suspensões sólidas.
   • As saídas de ar automáticas fornecem liberação automática de ar ao encher o sistema de aquecimento, bem como durante a operação do sistema de aquecimento.
   • Radiadores.
   • Convectores.
   • Intercomunicadores ("Vika" AUZhKH confiança 42).

O AUZhKH de confiança 42 analisou a funcionalidade dos equipamentos de sistemas automáticos de controle de fornecimento de calor das empresas mais famosas: Danfoss, Tour e Anderson, Honeywell. Os funcionários da confiança podem fornecer aconselhamento qualificado sobre a implementação dos equipamentos dessas empresas.