ЭнергоИнжиниринг

Новости

Эффективность внедрения автоматизированного узла управления отоплением с проведением расчета

Автоматизированный узел управления (АУУ) системы отопления — это разновидность индивидуального теплового пункта, который предназначен для автоматического регулирования параметров теплоносителя (давление, температура) в системе отопления зданий в зависимости от температуры наружного воздуха и условий эксплуатации.

АУУ состоит из насоса смешения, электронного регулятора температуры, который поддерживает расчетный температурный график теплоносителя, регулирующего клапана и регулятора перепада давления и расхода. Конструктивно АУУ представляет собой блок на металлической опорной раме, на которой установлены: трубопроводные блоки, насос, регулирующая арматура, электропривода, автоматика, контрольно-измерительные приборы (манометры, термометры), фильтры, грязевики.

Принцип работы АУУ следующий: при условии, когда температура теплоносителя в прямом трубопроводе тепловой сети превышает требуемую (по температурному графику), электронный регулятор включает насос смешения, который добавляет в систему отопления теплоноситель с обратного трубопровода (т.е. после системы отопления) поддерживая требуемую температуру, предотвращая «перетопы» в здании. В это время гидравлический регулятор прикрывается, уменьшая тем самым подачу сетевой воды.

Снижение температуры воздуха в помещениях зданий в ночное время не ухудшает условия санитарно-гигиенических требований, что в свою очередь снижает потребление тепловой энергии и ведет к ее экономии. Возможная экономия тепловой энергии при автоматическом регулировании составляет до 25 % годового расхода.

Рис. 1. Принципиальная схема автоматизированного узла управления отопления.

Теперь давайте проведем небольшой расчет эффекта от внедрения автоматизированного узла управления в офисном здании.

В нашем примере планируется модернизация системы отопления, путем установки АУУ, в соответствии с действующими нормами и правилами.

Расчет экономии тепловой энергии при внедрении АУУ

Экономия тепловой энергии (ΔQ ) при установке АУУ определяется по выражению:

ΔQ_п — экономия тепловой энергии от устранения перетопа зданий в осенне-весенний период, %;

ΔQ_н — экономия тепловой энергии от снижения ее отпуска в ночное время, %;

ΔQ_с — экономия тепловой энергии от снижения ее отпуска в выходные дни, %;

ΔQ_и — экономия тепловой энергии за счет учета теплопоступлений от солнечной радиации и бытовых тепловыделений, %.

Экономия тепловой энергии ΔQп от устранения перетопа зданий в осенне-весенний период отопительного сезона, когда тепловой источник для удовлетворения нужд горячего водоснабжения отпускает теплоноситель с постоянной температурой, превышающей потребную для закрытых систем отопления (см. рис. 2. Температурный график 130-70) ориентировочно может быть определена по таблице №1.

Рис. 2. Температурный график 130-70.

Относительную продолжительность осенне-весеннего периода, для различных регионов (с различными расчетными температурами наружного воздуха в отопительный период), необходимую для определения AQ_п, можно найти по табл. № 2.

Таблица №2. Относительная продолжительность осенне-весеннего периода при различных расчетных температурах наружного воздуха за отопительный период.

Экономия теплоэнергии AQ_н от снижения ее отпуска в ночное время оп­ределяется по выражению:

где а — продолжительность снижения отпуска теплоты в ночное время, ч/сут.;

Δt нр _в — снижение температуры воздуха в помещениях в нерабочее время, °С;

t Р _в — усредненная расчетная температура воздуха в помещениях, °С. Выбирается по СНиП 2.04.05-86 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Нормы проектирования».

t ср _н— средняя температура наружного воздуха за отопительный сезон, °С. Вы­бирается по СНиП 2.04.05-86.

Для жилых зданий: снижение отпуска тепла рекомендуется производить с 21 ч. Через а часов регулятор должен включить отопление на расход теплоты, обеспечивающий восстановление температуры до нормальной. Нормальная тем­пература должна быть достигнута к 6-7 ч утра. Наиболее целесообразное снижение температуры = 2 °С (с = 20 °С до 18 °С). Для ориентировочных расчетов можно принять а = 6-7 ч.

Для административных зданий: продолжительность снижения отпуска тепла а определяется режимом работы здания, для ориентировочных расчетов можно принять а = 8-9 ч. Наиболее целесообразная величина снижения темпера­туры АС = 2-4 °С. При более глубоком снижении температуры необходимо учи­тывать возможности теплоисточника быстро увеличить отпуск тепла при резком снижении температуры наружного воздуха. В любом случае, значение температуры в период ночного снижения расхода теплоты в общественных зданиях должно обеспечить отсутствие выпадения конденсата на стенах ночью.

Экономия теплоэнергии ΔQс от снижения ее отпуска в выходные дни оп­ределяется по выражению (3):

где b — продолжительность снижения отпуска теплоты в нерабочие дни, сут./нед.

(при 5-ти дневной рабочей неделе b = 2, при 6-ти дневной b = 1).

Величина снижения температуры воздуха в помещениях в нерабочее время выбирается в соответствии с рекомендациями к формуле (2).

Экономия теплоэнергии ΔQ_и за счет учета теплопоступлений от солнечной радиации и бытовых тепловыделений определяется по выражению (4):

где Δt и _в — усредненное за отопительный сезон превышение температуры воздуха в помещениях сверх комфортной из-за теплопоступлений от солнечной радиации и бытовых тепловыделений, °С. Ориентировочно можно принять Δt и _в= 1-1,5 °С (по опытным данным).

Пример расчета:

Офисное здание в Москве. Режим работы — 5 дней в неделю, с 9 00 до 18 00 .

t Р _в= 18 °С, t ср _н= -3,1 °С, t р _н= -28 °С (по СНиП 2.04.05-86). Предполагается снижение температуры воздуха в помещениях на Δtнр_в= 3 °С в ночные часы (а = 8 ч/сут.) и выходные дни (b = 2 сут./нед.). В этом случае:

Таблица №3. Расчет экономического эффекта от внедрения АУУ.

Автоматические узлы управления отоплением. Автоматизированный узел управления системой отопления

03.06.2018 Анастасия Прожева

Автоматизированный узел управления представляет совокупность оборудования и устройств, призванных обеспечивать автоматическую регулировку температуры и расхода теплоносителя, что производится на вводе каждого здания в соответствии с требуемым для отдельного здания графиком температур. Регулировка может быть произведена и в соответствии с тем, каковы потребности жителей.

Узел обвязки водяного калорифера.

Среди преимуществ АУУ, если сравнивать его с элеваторными и тепловыми узлами, которые обладают фиксированным сечением проходного отверстия, — возможность вариации количества теплоносителя, что зависит от температуры воды в обратном и подающем трубопроводах.

Автоматизированный узел управления устанавливается обычно один на все здание, что отличает его от элеваторного узла, который монтируется на каждую секцию дома.

При этом установка осуществляется после узла, учитывающего тепловую энергию системы.

Изображение 1. Принциапиальная схема АУУ с насосами смешения на перемычке для температуры до АУУ t = 150—70 ˚C при одно- и двухтрубных системах отопления с термостатами (Р1 – Р2 ≥ 12 м вод. ст.).

Автоматизированный узел управления представлен схемой, проиллюстрированной ИЗОБРАЖЕНИЕМ 1. Схема предусматривает: электронный блок (1), который представлен щитом управления; датчик уровня температуры наружной среды (2); датчики температур в теплоносителе в обратном и подающем трубопроводах (3); клапан для регулировки расхода, оснащенный редукторным приводом (4); клапан для регулировки перепада давления (5); фильтр (6); циркуляционный насос (7); обратный клапан (8).

Как показывает схема, узел управления принципиально имеет в составе 3 части: сетевую, циркуляционную и электронную.

Сетевая часть АУУ включает клапан регулятора расхода теплоносителя с редукторным приводом, клапан регулятора перепада давления с пружинным регулирующим элементом и фильтр.

Циркуляционная часть узла управления включает смесительный насос с обратным клапаном. Для смешения служит пара насосов. В этом случае должны быть применены насосы, которые удовлетворят требования автоматического узла: они должны работать попеременно с цикличностью в 6 часов. Контроль за их работой должен осуществляться по сигналу датчика, который отвечает за перепад давлений (датчик устанавливается на насосах).

Статья по теме: Как устранить трещины на стенах после ремонта

Как это работает

Принцип действия узла управления системой отопления очень простой:

Когда температура снаружи понижается, например до -20 °С узел управления отоплением подает больше тепла в помещения, поддерживая, тем самым, температуру внутри помещений на необходимом уровне, например +20 °С.

Когда температура снаружи повышается, например до +5 °С, узел погодного регулирования, как его еще называют, подает меньше тепла в помещения.

Тем самым, потребления тепла сокращается, а температура в помещениях остается на необходимом нам уровне, например, +20 °С и не возрастает до +28 °С, как это часто бывает во время резкого потепления.

Температура не возрастает до +28 °С

А если по научному, то узел погодного регулирования предназначен для обеспечения и поддержания требуемой температуры теплоносителя в подающем трубопроводе, в зависимости от температуры наружного воздуха.

Экономия тепла, отопления, теплоснабжения.

За счёт чего достигается экономия?

• Потребитель сам решает, когда и сколько тепла потреблять.
• Равномерное распределение тепла по дому.
• Предотвращение перетопов и перегрева в жилых домах, предприятиях.
• Отсутствие закипания теплообменников пластинчатых или кожухотрубных.
• Ограничение поступления лишнего теплоносителя в дом.
• Увеличение срока службы трубопроводов, системы отопления.
• Контроль ИТП online, с оповещением об аварийных ситуациях.
• Вы не платите за чужое, не использованное отопление в оттепели.

• Нет нужды использовать электрообогреватели.
• Сквозняки из-за широко открытых окон и дверей балконов в прошлом.
• Духота в квартире не досаждает.
• Холодные батареи уже не у вас.

Система автоматического управления отоплением, теплоснабжением здания.

Объект работает без постоянного обслуживающего персонала, а информация выводится на диспетчерский пульт управления либо на сотовый телефон.

Функция удалённого управления позволяет на расстоянии менять настройки системы корректировать её работу в ручном режиме. Видеть параметры системы в режиме онлайн.

Центральные тепловые пункты круглогодично обеспечивают жителей теплом в отопительный сезон. Основная Задача АСУ ИТП — это круглосуточный контроль и управление подачей теплоносителя с постоянным давлением, поддержание заданной температуры в помещении. Для эффективности обслуживания информация от исполнительных механизмов и датчиков собирается и передается на единый диспетчерский пульт по средствам проводной (кабельный интернет) и беспроводной (сотовой) связи. Это позволяет отслеживать работу оборудования АСУ теплового пункта в режиме реального времени и при необходимости выполнять корректировку рабочих параметров оборудования.

Регуляторы тепла, отопления, теплоснабжения

Основные плюсы установки автоматизированного узла управления отоплением

Как мы уже говорили, целью данного энергосберегающего мероприятия является оптимизация потребления тепловой энергии в здании, а именно:

• существенное снижением затрат на теплоснабжение зданий и сооружений,
• повышении качества и надежности теплоснабжения,
• автоматическое регулирование подачи тепла в здания и сооружения,
• возможность дистанционного контроля параметров теплоносителя и режимов работы теплоснабжающего оборудования,
• возможность, без дополнительных затрат, перенастроить работу системы отопления, например, после утепления фасадов, замены окон, ремонта здания,
• автоматизация системы учета потребления тепловой энергии.

Как показывает практика, автоматизированный узел управления (АУУ) позволяет экономить около 25% – 37 % тепловой энергии и обеспечивать комфортные условия проживания в каждом помещении.

Преимущества

Какие конкретно же преимущества дает применение узла автоматического управления отоплением?

Современный контроллер с модулем связи дает возможность приобрести выгоды и такие плюсы:

• Узкая регулировка системы в настоящем времени разрешает добиться большой экономии при надлежащем уровне комфорта,
• Вы имеете возможность добиться как раз таких температурных и климатических параметров помещения, каких желаете, причем для этого достаточно значения желаемых температур,
• Система мгновенного оповещения об нештатных событиях и аварийных режимах в разы повышает безопасность и надёжность работы,
• Вы имеете возможность покинуть дом с работающим отоплением и на расстоянии контролировать его состояние, и руководить режимами работы, включать либо выключать оборудование дистанционно,
• Зимний визит в загородный дом при отключённом отоплении помещения требует зайти в холодное помещение, растопить агрегат и ожидать пара часов, пока помещение прогреется. Сейчас возможно дать приказ на включение заблаговременно и не тратить время.

Собрать и подключить систему управления возможно самостоятельно – для этого согласований и никаких разрешений не нужно. Работу легко выполнить, следуя инструкции производителя. Цена набора может колебаться от 4 до 40 тыс. рублей в зависимости от фирмы и комплектации-изготовителя.

Обратите внимание! Большая часть модулей имеют разъемы для подключения дополнительных датчиков, благодаря которым возможно организовать контроль за открыванием дверей и окон, прослушивание либо наблюдение и другие нужные функции.

Когда целесообразно устанавливать АУУ — примеры и расчет срока окупаемости

Давайте рассмотрим 3 примера установки узла учета и рассчитаем срок окупаемости данного мероприятия.

Все примеры из реальной жизни и базируются на энергетических обследованиях, которые мы провели.

И так, у нас три административных здания (офисы):

• Здание 1 площадью 1300 м2
• Здание 2 площадью 4800 м2
• Здание 3 площадью 18500 м2

Все три здания находятся в Москве.

Вот основные итоги установки узла управления системы отопления:

Площадь м2	Общий расход тепла за отопительный период до установки АУУ	Общий расход тепла за отопительный период после установки АУУ	Сокращение потребления тепла Гкал	Стоимость Гкал тыс. руб. (2018 г.)	Экономия за отопительный период тыс. руб.
Здание №1	1 300	340	266	74	2,0	148
Здание №2	4 800	550	418	132	2,0	264
Здание №3	18 500	4 400	3 720	680	2,0	1 360

Как видно из таблицы, установка узла управления отоплением помогла сократить потребление тепла за отопительный период на:

• Здание №1 – 74 Гкал,
• Здание №2 – 132 Гкал,
• Здание №3 – 680 Гкал.

Столь существенная разница в сокращении потребления обусловлена, в основном:

• размером зданий (площадь и этажность)
• количеством часов эксплуатации,
• назначением.

В следующей таблице указаны:

• экономия тепла за отопительный период (из расчета стоимость 2 тыс. руб. за Гкал)
• стоимость установки и монтажа узла управления отоплением и
• срок окупаемости.

Экономия за отопительный период тыс. руб.	Стоимость АУУ (оборудование и монтаж)	Простой срок окупаемости лет
Здание №1	148	1 556	10,5
Здание №2	264	1 856	7,0
Здание №3	1 360	2 000	1,5

Основной вывод, который мы можем сделать из расчета срока окупаемости АУУ

Автоматизированный узел управления отоплением целесообразно устанавливать в зданиях со значительным потреблением тепловой энергии и в зданиях с перетопами.

В небольших зданиях и зданиях с малым потреблением тепловой энергии автоматизированный узел управления отоплением будет окупаться очень долго или не окупиться никогда.

В небольших зданиях более целесообразно произвести ревизию элеваторных узлов или их установку, а также установить систему балансировочных клапанов на главных стояках системы отопления.

Узел управления системы отопления

Ошибки в процессе внедрения автоматического узла

Узел управления отопления и ГВС по независимой схеме отопления и ГВС по закрытой схеме.

Ошибки могут возникнуть еще в момент планирования и последующей организации работ по внедрению системы отопления. Часто допускаются определенные ошибки в момент выбора технического решения. Не следует упускать правила устройства индивидуального теплового пункта. В конечном итоге в момент установки узла управления отопления может произойти дублирование функционала оборудования, которое устанавливается в ЦТП, это, в свою очередь, противоречит правилам эксплуатации тепловых установок. Так, установка узлов управления отопления с балансировочным клапаном может привести к высокому гидравлическому сопротивлению в системе, что повлечет необходимость замены или реконструкции теплового и механического оборудования.

Может называться ошибкой и некомплексный монтаж узлов управления отопления, что непременно нарушит установившийся тепловой и гидравлический баланс во внутриквартальных сетях. Это станет причиной ухудшения работы системы отопления почти каждого присоединенного строения. Необходимо сделать тепловую наладку в момент эксплуатации отопительного оборудования.

Часто ошибки случаются и в процессе ввода узла управления отопления на этапе проектирования. Это происходит по причине отсутствия рабочих проектов, использования типового проекта, лишенного расчетов, привязки и подбора оборудования к определенным условиям. Следствием становится нарушение режимов теплоснабжения.

Статья по теме: Обои в ванную комнату: какие лучше клеить

Почему более выгодно устанавливать АУУ в зданиях с большим потреблением тепла?

Узел управления отопления стоит примерно одинаково для больших и малых зданий (разница стоимости оборудования и монтажа – 20%-30%).

В то же время, в здании больших размеров можно сэкономить в 5-10 раз больше тепловой энергии, чем в здании малого размера.

В нашем примере мы видим:

• Узел управления отоплением окупается за 10,5 лет в здании №1, площадью 1 300 м2 и потреблением тепла 340 Гкал до установки АУУ.
• Такой же узел окупается за 1,5 лет в здании №3, площадью 18 500 м2 и потреблением тепла до установки АУУ 4 400 Гкал.

Наш анализ и расчет не являются универсальными.

Они лишь дают вам основное понимание, в каких зданиях целесообразней устанавливать автоматизированные узлы управления отопления.

Мы рекомендуем делать расчет целесообразности и срока окупаемости узла управления отоплением индивидуально для каждого здания, исходя из конкретных обстоятельств и условий.

Как происходит установка автоматизированного узла управления системой отопления

Принципиального изменения схемы теплоснабжения здания при установке автоматизированного узла управления системой отопления (АУУ) не происходит.

В отличие от элеваторных узлов, устанавливаемых на каждой секции дома, АУУ монтируется, как правило, один на здание.

Присоединение узла управления выполняется после узла учета тепловой энергии.

Узел погодного регулирования включает в себя следующие элементы:

• управляющий элемент,
• регулирующий клапан с исполнительным механизмом,
• циркуляционный насос,
• датчики температуры наружного воздуха,
• датчики температуры в помещении.

Управляющий элемент узла погодного регулирования позволяет вручную менять настройки, определяющие режим работы системы отопления, и позволяющие поддерживать различную температуру в здании в различное время.

Например, в административных зданиях в выходные и праздничные дни можно снижать температуру воздуха внутри до +12 °С.

В рабочие дни температуру можно повышать до +18 °С.

Схема и общий вид автоматизированного узла погодного регулирования представлены на рисунках ниже.

В схеме предусмотрено:

• автоматическое переключение между основным и резервным насосом при отказе одного из насосов,
• возможность введения гибкого графика регулирования температуры воздуха в помещениях с учётом ночного времени, выходных и праздничных дней на весь отопительный сезон,
• обязательный контроль температуры обратного теплоносителя,
• поддержание температурного графика.

Регулирование температуры системы отопления происходит путем изменения пропускной способности клапана и подмешивания сетевой воды при помощи циркуляционного насоса.

В процессе работы контроллер:

• периодически опрашивает датчики температуры теплоносителя, датчик воздуха внутри помещения (если он есть) и датчик наружного воздуха,
• обрабатывает полученную информацию и
• формирует управляющие сигналы, дающие команду исполнительному механизму на открытие или закрытие.

Управляющее воздействие от контроллера изменяет величину открытия проходного сечения регулирующего клапана.

При отсутствии датчика воздуха внутри помещения главным приоритетом регулирования является поддержание температурного графика.

Дополнительные требования при вводе узла управления отопления в эксплуатацию

Узел управления отопления и ГВС по независимой схеме .

Выбранные схемы установки узлов управления отопления могут не соответствовать требуемым, что негативно отражается на теплоснабжении. Случается и так, что в момент ввода системы используемые технические условия не соответствуют реальным параметрам. Это может привести к неправильному выбору схемы узла.

В момент ввода узла автоматизации следует учитывать, что система отопления могла ранее претерпевать капитальные ремонты и реконструкции, в процессе которых могла быть произведена смена схемы с однотрубной на двухтрубную. Проблемы могут возникнуть тогда, когда расчет узла производится для системы, которая была до реконструкции.

Процесс ввода системы в эксплуатацию следует осуществлять не в зимний период, чтобы запуск системы был произведен своевременно.

Схема автоматизированного узла управления системой отопления (АУУ) дома.

Следует помнить, что датчики температуры воздуха должны быть монтированы на северной стороне, что необходимо для корректной настройки температурного режима, в этом случае солнечная радиация не сможет влиять на нагрев датчика.

В процессе ввода должно быть обеспечено резервное питание узла, что поможет избежать остановки системы ЦО при отключении электроэнергии. Необходимо произвести регулировочные и наладочные работы, а также мероприятия по обесшумливанию, должно иметь место техобслуживание узла. Следует учесть, что несоблюдение одного или нескольких правил может привести к непрогревам системы, а отсутствие заглушающего оборудования приведет к возникновению дискомфортного шума.

Внедрение узла управления должно сопровождаться проверкой выданных технических условий, они должны соответствовать фактическим данным. А технический надзор должен быть проведен на каждой стадии работ. После того как вся работа над системой была завершена, следует начинать техобслуживание узла, что производится специализированной организацией. В противном случае простой дорогого оборудования автоматизированного узла либо его неквалифицированное обслуживание может привести к выходу из строя и иным негативным последствиям, включая утрату техдокументации.

Статья по теме: Виниловые обои из Украины: Статус, Версаль, Ланита