Автоматические системы энергосбережения в зданиях мегаполисов

По функциональному назначению тепловой пункт можно разделить на отдельные узлы связанные между собой трубопроводами и имеющие обособленные или, в отдельных случаях, общие средства автоматического управления:

- I — узел ввода тепловой  сети;

- II — узел учета теплопотребления;

- III — узел согласования  давлений (в тепловой сети и  системах теплопотребления);

- IV — узел присоединения  систем вентиляции;

- V — узел присоединения  системы ГВС;

- VI — узел присоединения  систем отопления.

Технологическая схема теплового пункта разработанная инженерами фирмы “Danfoss”.

Настоящая схема теплового пункта обеспечивает потребителей тепловой энергией и снабжает горячей водой. Выбор технологического оборудования и средств автоматизации по данной схеме производится, из каталога оборудовании фирмы “Danfoss”.

Узлы ввода тепловой сети, учета теплопотребления и согласования давлений являются обязательной принадлежностью отопительного теплового пункта.

Узел ввода оснащается: стальной запорной приварной или фланцевой арматурой (шаровыми кранами типа JiP диаметром 40 мм); сетчатыми фильтрами (муфтовыми — Ду = 40 мм типа Y222P при Тмакс = 110 °C).

При закрытой системе теплоснабжения «рабочий» фильтр предусматривается только на подающем трубопроводе а при открытой — также на «летней» перемычке обратного трубопровода. Применение сетчатых фильтров не исключает установки до них (по ходу движения теплоносителя) абонентского грязевика для защиты сетки фильтра от повреждений крупными твердыми включениями. Для заполнения систем теплопотребления, присоединенных к закрытой тепловой сети по зависимой схеме, допускается узел ввода выполнять, как и при открытой схеме теплоснабжения, с установкой на перемычке диаметром 20–32 мм фильтра, но без грязевика.

Узел учета теплопотребления (II) (далее — «узел учета») входит в состав теплового пункта. Проект узла учета должен выполняться в соответствии с требованиями «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя».

В качестве прибора учета рекомендуется применять тепловычислитель типа «СПТ 943.1», который предназначен для вычисления потребляемой тепловой энергии в двух отдельных контурах отопления закрытых и открытых систем теплоснабжения.

Подробное описание теплосчетчика будет выполнено в подразделе «Технические требования и выбор аппаратуры учета теплопотребления зданием» настоящего дипломного проекта.

Узел согласования давлений (III) предназначен для обеспечения работы всех элементов теплового пункта, систем теплопотребления, а также тепловых сетей в стабильном и безаварийном гидравлическом режиме.

Оборудование узла согласования давлений позволяет:

- поддерживать постоянные  перепады давлений теплоносителя  на исполнительных механизмах  регулирующих устройств систем  теплопотребления;

- обеспечивать давление  теплоносителя в трубопроводах  в пределах, допустимых для элементов  систем и самого теплового  пункта;

- гарантировать заполнение  систем теплоносителем и защищать  их от опорожнения;

- обеспечивать невскипание перегретого теплоносителя в верхних точках систем теплопотребления;

- при необходимости ограничивать  предельный расход теплоносителя;

- осуществлять автоматическую  гидравлическую балансировку тепловых  сетей.

Поскольку системы вентиляции в настоящем дипломном проекте не рассматриваются, узел присоединения систем вентиляции также не будет рассмотрен.

Узел присоединения системы ГВС (V)

Способ приготовления горячей воды для хозяйственно-питьевых нужд определяется принятой в регионе схемой централизованного теплоснабжения.

При закрытой системе теплоснабжения нагрев водопроводной воды для ГВС производится, как правило, в скоростных водоподогревателях. В качестве водоподогревателей в современных системах горячего водоснбжения рекомендуется использовать пластинчатые водоподогреватели, которые производит фирма «Danfoss». Для небольших зданий, а также в целях обеспечения гарантированного запаса горячей воды (по требованию заказчика) допускается применение емкостных водоподогревателей.

Скоростные водоподогреватели могут присоединяться к системе теплоснабжения по одноступенчатой параллельной или двухступенчатой смешанной схеме. При двухступенчатой схеме в холодный период года водопроводная вода сначала подогревается обратным теплоносителем после системы отопления в первой ступени, а затем доводится до требуемой температуры во второй ступени первичным теплоносителем из тепловой сети. В теплый период года водопроводная вода нагревается только за счет сетевого теплоносителя, который в это время проходит последовательно через обе ступени водоподогревателя.

Узел присоединения системы отопления (VI)

Зависимая схема присоединения системы отопления — самая распространенная в настоящее время. По требованиям нормативных документов она является приоритетной. Эта схема присоединения применяется, прежде всего, при одинаковом графике регулирования температуры теплоносителя в тепловой сети и в системе отопления. Основным критерием ее использования в других случаях является предписание теплоснабжающей организации.

Зависимая схема не требует использования дорогого тепломеханического оборудования. Главным ее элементом является насос, который необходим при автоматизации узла, а также при применении радиаторных терморегуляторов в системе отопления. Гидроэлеватор в качестве

побудителя циркуляции не рассматривается как устройство, создающее недостаточные напоры и не поддающееся автоматизации.

Насос рекомендуется устанавливать в контуре системы отопления на подающем или обратном трубопроводе. Он подбирается на расчетный расход теплоносителя в системе отопления и при напоре, соответствующем суммарным потерям давления в ней с запасом в 10 %.

Автоматизация зависимо присоединенной к тепловой сети системы отопления осуществляется с помощью электронных регуляторов температуры (погодных компенсаторов).

3. Обоснование и выбор  аппаратуры учета, контроля и  регулирования

3.1 Технические требования  и выбор аппаратуры учета теплопотребления  зданием

Здания, присоединяемые к сетям централизованного теплоснабжения, должны быть оборудованы устройствами коммерческого учета потребляемой тепловой энергии, устанавливаемыми на абонентских вводах. Коммерческий учет теплопотребления осуществляют для определения стоимости тепловой энергии, израсходованной абонентом. Эту стоимость рассчитывают по показаниям прибора учета, называемого тепловычислителем.

Тепловычислитель определяет количество потребленной энергии за установленный период времени на основании массового расхода и разности энтальпий теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах.

Для тепловых пунктов с расчетной тепловой нагрузкой менее 2,5 МВт установка расходомера на обратной магистрали строго не обусловлена, поэтому на схеме он выделен пунктирной линией. Однако большинство теплоснабжающих организаций требуют его установки, мотивируя необходимостью учета утечек теплоносителя .

Выбор средств аппаратуры учета тепловой энергии следует производить согласно правилам учета тепловой энергии и теплоносителя. Согласно пунктам с 5.1.5 по 5.1.10 настоящего нормативного документа, аппаратура учета должна соответствовать следующим требованиям:

- приборы узла учета  должны быть защищены от несанкционированного  вмешательства в их работу, нарушающего  достоверный учет тепловой энергии, массы и регистрацию параметров  теплоносителя;

- теплосчетчики и информационно  – измерительные системы должны  иметь возможность ввода энтальпии  или температуры подпиточной воды на источнике тепла;

- теплосчетчики и информационно  – измерительные системы должны  автоматически проводить диагностику  работоспособности приборов узла  учета и, в случае появления  неисправности любого прибора, фиксировать  время нахождения в неисправности  и выдавать сообщение на табло;

- теплосчетчики и информационно  – измерительные системы должны  иметь возможность архивирования  почасовых значений основных  параметров теплопотребления на  период не менее 10 суток;

- теплосчетчики и информационно  – измерительные системы должны  иметь выход для подключения  приборов регистрации на бумажном  носителе.

- теплосчетчики и информационно  – измерительные системы должны  иметь стандартный выход для  передачи информации на диспетчерские  пункты энергоснабжающей организации .

Тепловычислитель СПТ 943.1 предназначен для измерения и учета тепловой энергии и количества теплоносителя в закрытых и открытых водяных системах теплоснабжения. Тепловычислитель рассчитан для работы в составе теплосчетчиков, обслуживающих два теплообменных контура (тепловых ввода), в каждом из которых могут быть установлены три датчика объема, три датчика температуры и два датчика давления. Совместно с тепловычислителем применяются:

- преобразователи объема, имеющие числоимпульсный выходной

сигнал с частотой следования импульсов 0-18 или 0-1000 Гц;

- преобразователи температуры  ТСП или ТСМ с R0=100 Ом и

W100={1,3850, 1,3910, 1,4280};

- преобразователи давления  с выходным сигналом 4-20 мА.

Электропитание тепловычислителя осуществляется от литиевой батареи или от внешнего источника постоянного тока. Датчики объема, работающие при напряжении питания 3,2-3,6 В, могут получать его непосредственно от тепловычислителя. Тепловычислитель снабжен дискретным выходом для сигнализации о нарушении допустимых диапазонов измеряемых параметров и дискретным входом для фиксации внешнего события. Внешний вид тепловычислителя СПТ943.1. Классификационные параметры моделей тепловычислителей приведены в таблице 3.1, где приняты обозначения: ТВ1, ТВ2 – первый и второй тепловые вводы, V – датчик объема, t – датчик температуры, P – датчик давления.

 

Таблица 3.1 - Классификационные параметры тепловычислителей

Модель	Количество подключаемых датчиков						Питание датчиков объема	Дискоетный выход	Дискретный вход
	ТВ1			ТВ2
	V	t	P	V	t	P
СПТ943.1	3	3	2	3	3	2	+	+	+

 

 

Эксплуатационные характеристики:

 

Условия эксплуатации:

температура окружающего воздуха …….……… от минус 10 до 50 0С

относительная влажность ……………..……………. до 95 % при 35 0С

атмосферное давление …………………….………….. от 84 до 106,7 кПа

вибрация – амплитуда …………………….…….0,35 мм, частота 5-35 Гц

Механические параметры:

габаритные размеры ………………….………………...….208х206х87 мм

масса ……………………………………………….………не более 0,95 кг

степень защиты от пыли и воды……………………………………... IP54

Параметры электропитания:

литиевая батарея…………………………………….………………... 3,6 В

внешний источник постоянного тока……….… Uном=12 В, Iпот<15 мА

Показатели надежности:

средняя наработка на отказ…………….………………………. 75000 ч

средний срок службы …………………………………………….. 12 лет

Входные сигналы и диапазоны. Измерительная информация поступает на тепловычислитель от датчиков в виде электрических сигналов, перечень которых составляют: шесть числоимпульсных сигналов, соответствующих объему, каждый из которых может быть низкочастотным с диапазоном изменения 0-18 Гц или высокочастотным с диапазоном 0-1000 Гц. Низкочастотные сигналы формируются дискретным изменением сопротивления (замыкания-размыкания) выходной цепи датчика объема. Сопротивление цепи в состоянии "замкнуто" должно быть менее 1 кОм, в состоянии "разомкнуто" – более 500 кОм. Длительность импульса (состояние "замкнуто") должна составлять не менее 0,5 мс, паузы (состояние "разомкнуто") – не менее 12,5 мс. Высокочастотные сигналы формируются дискретным изменением напряжения выходной цепи датчика. Выходное сопротивление цепи не должно превышать 1 кОм. Низкий уровень сигнала (импульс) должен быть не более 0,5 В, высокий уровень (пауза) – не менее 3 и не более 5 В. Длительности импульса и паузы должны быть не менее 0,5 мс;

- четыре сигнала силы  тока 4-20 мА, соответствующих давлению;

- шесть сигналов сопротивления, соответствующих температуре от минус 50 до 175 0С.

Кроме перечисленных, тепловычислитель воспринимает один дискретный сигнал, соответствующий внешнему событию (отключение питания датчиков, срабатывание охранной сигнализации и пр). Этот сигнал формируется внешним устройством в виде дискретного изменения напряжения. Высокий уровень сигнала должен лежать в диапазоне от 5 до 24 В, низкий уровень не должен превышать 1,0 В. Входное сопротивление тепловычислителя по дискретному входу составляет 4,7 кОм.

По результатам контроля входных сигналов, измеряемых и вычисляемых параметров тепловычислитель формирует выходной дискретный сигнал путем замыкания-размыкания выходной цепи. Он информирует о наличии каких-либо нарушений – нештатных ситуаций, выявленных при контроле, при этом факту нарушения соответствует замкнутое состояние цепи, которое поддерживается в течение всего времени, пока имеет место нарушение. Остаточное напряжение выходной цепи в состоянии "замкнуто" не превышает 2 В, ток утечки в состоянии "разомкнуто" – 0,01 мА. Предельно допустимые параметры коммутируемой нагрузки – 24 В, 200 мА постоянного тока.