Разработка системы автоматизации индивидуальных тепловых пунктов

Содержание
Введение
1 Индивидуальный тепловой пункт как технологический процесс и объект
управления
1.1 Краткое описание индивидуального теплового пункта и его
особенности
1.2 Особенности индивидуального теплового пункта как объекта
управления
1.3 Краткий обзор и анализ существующих систем автоматизации
2 Построение математической модели и синтез системы управления
индивидуальным тепловым пунктом
2.1 Математическая модель ИТП
3 Патентные исследования
4 Разработка программного обеспечения индивидуального теплового пункта
в SCADA-системе ProTool
4.1.Выбор SCADA-системы
4.2 Описание визуализации процессов
5 Безопасность жизнедеятельности
5.1 Анализ условий труда
5.2. Расчет системы кондиционирования воздуха
5.3 Пожарная безопасность
5.4 Вывод по разделу безопасность жизнедеятельности
6 Экономическая часть
6.1 Технологическое описание
6.2 Определение стоимости установки
6.3 Вывод технико-экономического обоснования
Заключение
Перечень сокращений
Список использованной литературы
Приложение А Схема элеватора
Приложение Б Листинг программы
1.1Краткое описание индивидуального теплового пункта и его особенности
Индивидуальный тепловой пункт (ИТП) – установка, предназначенная
для передачи тепловой энергии от тепловой сети к системам
теплопотребления (отопление, ГВС, калориферы вентиляционных установок).
В задачи индивидуального теплового пункта входит преобразование
теплоносителя и регулирование его параметров, рациональное распределение
теплоносителя, защита систем потребления тепловой энергии от опасного
превышения параметров (давления, температуры) теплоносителя, учет
расхода тепла и самого теплоносителя.
Известны два основных способа подключения систем теплопотребления
зданий к тепловым сетям централизованного теплоснабжения:
- подключение по зависимой схеме;
-подключение по независимой схеме.
Подключение по зависимой схеме – наиболее распространенное в
настоящее время – предполагает поступление самой сетевой воды в систему
отопления и другие системы теплопотребления здания. При этом
регулирование температуры поступающей в систему отопления воды
осуществляется за счет смешивания с обратной водой за счет изменения
коэффициента подмеса. Независимая схема подключения основана на
создании собственного (независимого) водяного контура отопления здания,
который связан с контуром сетевой воды котельной через теплообменник,
обеспечивающий передачу тепла от сетевой воды, но исключающий
проникновение самой сетевой воды во внутренние системы теплопотребления
здания.

1.1.1 Индивидуальный тепловой пункт
Тепловой пункт – это комплекс оборудования, предназначенного для
распределения тепла, поступающего из тепловой сети, между потребителями
в соответствии с установленными для них видом и параметрами
теплоносителя, размещенного на определенной территории..Индивидуальные
тепловые пункты предназначены для горячего водоснабжения и
теплоснабжения систем отопления жилых производственных и
административно-бытовых зданий, тепличных хозяйств, строительных
площадок и временного отопления ремонтируемых или возводимых объектов.
Системы отопления зданий присоединяют индивидуальный тепловой пункт к
тепловым сетям с помощью смесительных установок — элеваторов,
подмешивающих насосов, которые должны быть бесшумными, или через
поверхностные теплообменные аппараты. Одним из основных элементов
теплового пункта является элеватор, который применяется для понижения
температуры сетевой воды до температуры, допустимой в системе . К
достоинствам элеваторов относится низкая стоимость, абсолютная
надежность,отсутствие затрат на эксплуатацию и потребности в
электроэнергии. Недостатком элеватора является невозможность
оперативного изменения коэффициента смешения, что приводит к осенне-
весенним «перетопам», когда температура в тепловой сети превышает
расчетную для систем отопления на 30÷40°С.
Рисунок 1.1-Технологическая схема ИТП

Схема (см.рисунок 1.1) включает в себя существующие на вводе в
здание элеватор Э и регулятор прямого действия перед элеватором РПД.
Элеватор водоструйный – это струйный насос, действие которого
основано на захвате нагнетаемого вещества струёй жидкости. Область работы
которого: осенне-весенние срезки отопительного графика (для всех зданий);
снижение температуры на отопление в ночное время и выходные дни для
административно-общественных зданий.
Устройство элеватора представлено на рисунке 1.2.
Высокотемпературный теплоноситель под действием давления
теплоцентрали поступает на элеватор. Вода поступающая из теплоцентрали
проходит через сопло элеватора -1 создавая зону разряжения-2, в которую
вовлекается теплоноситель из обратного трубопровода системы отопления
дома. В зоне разрежения (камера смешивания)-3 происходит смешивание
эжектируемого и эжектирующего потока. Подготовленный теплоноситель
проходит через диффузор-4 подаётся в подающий трубопровод
отопления жилого дома.
Рисунок 1.2-Схема элеватора

Разница давления между диффузором и камерой всасывания
обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе.

1.1.2 Анализ схем тепловых пунктов
Тепловой пункт (ТП) — это комплекс устройств, расположенный в
обособленном помещении, состоящий из элементов тепловых
энергоустановок, обеспечивающих присоединение этих установок к тепловой
сети, их работоспособность, управление режимами теплопотребления,
трансформацию, регулирование параметров теплоносителя и распределение
теплоносителя по типам потребления[5].
Основными задачами тепловых пунктов являются:
- преобразование вида теплоносителя;
- контроль и регулирование параметров теплоносителя;
- распределение теплоносителя по системам теплопотребления;
- отключение систем теплопотребления;
-защита систем теплопотребления от аварийного повышения
араметров теплоносителя;
- учет расходов теплоносителя и тепла.
Тепловые пункты различаются по количеству и типу подключенных к
ним систем теплопотребления, индивидуальные особенности которых,
определяют тепловую схему и характеристики оборудования тепловых
пунктов, а также по типу монтажа и особенностям размещения оборудования
в помещении тепловых пунктов, различают следующие виды тепловых
пунктов:
- индивидуальный тепловой пункт (ИТП);
- центральный тепловой пункт (ЦТП);
- блочный тепловой пункт (БТП).
Узел присоединения систем вентиляции (IV)
Системы вентиляции присоединяются к трубопроводам теплового
пункта как по зависимой, так и по независимой схеме (через
водоподогреватель), как правило, до общего для остальных систем узла
согласования давлений. Выбор способа присоединения зависит от целого ряда
условий, которые определяют применяемое вентиляционное оборудование и
место его размещения по высоте здания, параметры теплоносителя
(температура и давление), а также требования теплоснабжающих организаций
и пожелания заказчика. Зависимое присоединение систем вентиляции может
быть выполнено без изменения параметров теплоносителя (его температуры)
или с изменением.
В прежние годы в отечественные вентиляционные установки,
размещаемые в нижней части здания, как правило, подавался перегретый
теплоноситель, например при температуре 150 °C, без изменения его
параметров.
Снижение параметров предусматривалось только при соответствующих
противопожарных или технологических требованиях, а также для
воздухонагревателей второго подогрева центральных кондиционеров и
кондиционеров-доводчиков.
Современное оборудование, а также практика высотного строительства
часто диктуют необходимость преобразования температуры теплоносителя
для вентиляционных установок. Для этого используется центральный
насосный смесительный узел при зависимом присоединении вентиляционных
систем к тепловой сети или узел независимого присоединения с
водоподогревателем. Выбор параметров теплоносителя и способ
присоединения узла его приготовления к тепловой сети определяются при
проектировании системы вентиляции.
Автоматизация насосных смесительных узлов и водоподогревателей для
вентиляционных установок аналогична автоматизации узлов присоединения
систем отопления или ГВС с использованием электронных регуляторов
температуры.
При зависимых схемах присоединения давление в абонентской
установке зависит от давления в тепловой сети. При независимых схемах
присоединения давление в местной системе не зависит от давления в тепловой
сети.
Оборудование теплового пункта при зависимой схеме присоединения
проще и дешевле, чем при независимой, при этом может быть получен
несколько больший перепад температур сетевой воды в абонентской
установке. Увеличение перепада температуры воды уменьшает расход
теплоносителя в сети, что может привести к снижению диаметров сети и
экономии на начальной стоимости тепловой сети и на эксплуатационных
расходах.
В зависимости от характера тепловых нагрузок абонента и режима
работы тепловой сети выбираются схемы присоединения абонентских
установок к тепловой сети. На рисунках 1.3 показаны различные схемы
присоединения абонентов к водяной тепловой сети. Схемы а—е показывают
совместное присоединение в одном узле отопительной установки и установки
горячего водоснабжения при закрытой системе.
Для обозначения различных схем присоединения отопительных
установок и установок горячего водоснабжения к тепловой сети принята
следующая индексация: отопительные установки О; зависимая со струйным
смешением (ЗСС); зависимая с насосным смешением (ЗНС); независимая (Н).
Например, О(ЗНС) обозначает отопительную установку, присоединенную по
зависимой схеме с насосным смешением; установки горячего водоснабжения
Г: параллельная (П); пред включённая (ПР); двухступенчатая смешанная (ДС);
двухступенчатая последовательная (ДП).
Например, Г(ДП) обозначает присоединение установок горячего
водоснабжения по двухступенчатой последовательной схеме.
Схема присоединения
На рисунке 1.3, а показано параллельное присоединение на одном
абонентском вводе горячего водоснабжения и отопительной установки. При
такой схеме расход сетевой воды на абонентском вводе определяется
арифметической суммой расходов воды на отопление и горячее
водоснабжение.
Расход сетевой воды на отопление поддерживается постоянно на
расчетном уровне регулятором расхода 12. Расход сетевой воды на горячее
водоснабжение является резко переменной величиной. Регулятор
температуры 13 изменяет этот расход в соответствии с нагрузкой горячего
водоснабжения.
Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение определяется
по максимальному значению этой нагрузки и при минимальной температуре
воды в подающем трубопроводе тепловой сети. Поэтому суммарный расход
сетевой воды получается завышенным, что удорожает систему
теплоснабжения. Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение
можно уменьшить при включении в схему аккумулятора горячей воды для
выравнивания графика нагрузки горячего водоснабжения. Однако установка
аккумулятора горячей воды усложняет оборудование теплового пункта и
увеличивает требующиеся габариты помещения пункта. Поэтому обычно
аккумуляторы горячей воды в жилых домах не устанавливаются, хотя это
усложняет режимы работы сети.
При параллельном присоединении систем отопления и горячего
водоснабжения сетевая вода используется на абонентском вводе недостаточно
рационально. Обратная сетевая вода, возвращаемая из отопительной
установки с температурой примерно 40 - 70 °С, не используется для подогрева
холодной водопроводной воды, имеющей на вводе температуру около 5 °С,
хотя теплотой обратной воды после отопления можно покрыть значительную
долю нагрузки горячего водоснабжения, поскольку температура горячей
воды, подаваемой в систему горячего водоснабжения, обычно не превышает
60— 65 °С. При рассматриваемой схеме вся тепловая нагрузка горячего
водоснабжения удовлетворяется за счет теплоты сетевой воды, поступающей
в водо-водяной подогреватель 6 непосредственно из подающей линии
тепловой сети.
Вследствие нерационального использования теплоносителя на
абонентском вводе и удовлетворения нагрузки горячего водоснабжения по
максимуму суточного графика получается завышенный расчетный расход
воды в городских тепловых сетях. Это вызывает увеличение диаметров
тепловых сетей и рост начальных затрат на их сооружение, а также
увеличение расхода электрической энергии на перекачку теплоносителя.
Рисунок 1.3 б- Схема присоединения

Расчетный расход воды несколько снижается при двухступенчатой
смешанной схеме присоединения установки горячего водоснабжения и
отопительной установки, предложенной П.М. Клушиным (см рисунок 1.3, б).
Особенностью этой схемы является двухступенчатый подогрев воды для
горячего водоснабжения. В нижней ступени подогрева 7 холодная вода
предварительно подогревается за счет теплоты воды, возвращаемой из
абонентской установки, благодаря чему уменьшается тепловая
производительность подогревателя верхней ступени 8 и снижается расход
сетевой воды на покрытие нагрузки горячего водоснабжения.
Схема присоединения
В рассматриваемой схеме подогреватель нижней ступени 7 включен по
сетевой воде последовательно, а подогреватель верхней ступени 8 —
параллельно по отношению к отопительной системе.
Преимущество двухступенчатой смешанной схемы по сравнению с
параллельной — меньший расчетный расход сетевой воды благодаря
частичному удовлетворению нагрузки горячего водоснабжения за счет
теплоты воды, возвращаемой из системы отопления.
Одним из методов выравнивания тепловой нагрузки жилых зданий без
установки аккумуляторов горячей воды служит применение так называемого
связанного регулирования (см рисунок 1.3, в и г). В этом случае с помощью
регулятора расхода 12, установленного на тепловом пункте, поддерживается
постоянный расход сетевой воды на удовлетворение суммарной тепловой
нагрузки отопления и горячего водоснабжения. На рисунке 1.3, в
осуществлено двухступенчатое последовательное присоединение установок
горячего водоснабжения и отопления.....