Обеспечение энергосберегающих режимов функционирования аппаратов СКВ с помощью новых регуляторов фирмы «Данфосс»

Аннотация

Обеспечение энергосберегающих режимов круглогодового функционирования аппаратов систем кондиционирования воздуха (СКВ) невозможно без надежного автоматического управления. Фирма «Данфосс» непрерывно совершенствует действующие и разрабатывает новые приборы автоматизации аппаратов для охлаждения и нагрева воздуха в системах тепло- и холодоснабжения зданий.

Полный текст

Современные СКВ должны работать с минимальным расходом электроэнергии.

Одно из условий снижения энергопотребления СКВ заключается в проектировании приточных и вытяжных агрегатов с минимально возможным расходом воздуха. Этот расход регламентирован санитарными нормами подачи приточного наружного воздуха в обслуживаемые помещения [3].

Рис.1. Схема программного управления с помощью электронного регулятора ЕС1. Comfort 300местно-центральной СКВ, функционирующей по энергосберегающей технологии: 1- обслуживаемое помещение: 2 - ламинарный воздухораспределитель подачи приточного воздуха в рабочую зону; 3 — местный агрегат для нагрева или охлаждения внутреннего воздуха; 4 — регулятор ECL Comfort 300; 5 - утилизационный теплообменник в канале вытяжного воздуха; 6 воздухонагреватель первой ступени; 7 - воздухонагреватель второй ступени; 8 - клапан регулирования расхода горячей воды: 9 - клапан регулирования расхода холодной воды; 10 — воздухоохладитель

На рис. 1 показана энергетически рациональная местно-центральная СКВ, в которой количество приточного наружною воздуха приготовляемого в приточном агрегате, не превышает санитарную норму 111. Приготовленный приточный наружный воздух подается через ламинарные воздухораспределители 2 непосредственно в рабочую зону обслуживаемого помещения. Удаление нагретого и загазованного воздуха L_y из верхней зоны помещения повышает поглотительную способность по отведению тепло-, влаго- и газовыделений. Поддержание требуемой температуры воздуха t_в в рабочей зоне помещения обеспечивается регулированием тепло- или холодопроизводительности местного агрегата 3, в котором соответственно нагревается или охлаждается внутренний воздух, циркулирующий с помощью вентиля гора. В зависимости от настроенного значения г_и автоматически изменяется объемная производительность вентилятора.

Автоматическое поддержание температуры воздуха t_B обеспечивает электронный регулятор ECL Comfort 300 с программным управлением (см. рис. 1). Главная особенность этого прибора — возможность его автоматического программирования на требуемые параметры с помощью вставляемых в него пластиковых карте микрочипом. Каждая карта отражает особенность регулирования одной из сфер применения автоматических приборов. На карте напечатано содержание позиций переключателя регулятора для упрощения выполнения монтажных и эксплуатационных настроек. Карта оснащена функцией памяти для записи персональных настроек регулятора и их переноса вместе с картой на другой прибор. Без карты невозможно внести изменения в настройку прибора.

Для программного управления аппаратами СКВ и вентиляторных установок разработана карта С14. Регулятор ECL Comfort 300 при использовании карты CI4 позволяет автоматизировать СКВ различных схемных решений. Применение схемы местноцентральной СКВ, представленной на рис. 1, значительно (до 60 %) сокращает годовые затраты тепла на нагрев приточного наружного воздуха. Первоначальный нагрев приточного наружного воздуха L_m осуществляется в установке утилизации теплоты вытяжного выбросного воздуха £_у. В состав установки утилизации входят теплообменник 5, смонтированный в воздушном тракте вытяжного агрегата, и воздухонагреватель первой ступени 6, смонтированный в воздушном тракте приточного агрегата. Эти теплообменники связаны трубопроводами, по которым циркулирует незамерзающая жидкость (антифриз). В теплообменнике 5теп- лота передается от воздуха антифризу, в воздухонагревателе 6 — от антифриза воздуху. Для суровых зим России установка утилизации с насосной циркуляцией антифриза — единственная, в которой не требуется пред подогрев приточного наружного воздуха при температуре ниже —9 °C . При низких температурах наружного воздуха, характерных для большинства климатических районов России |3|,теплоутилизаторы, применяемые в европейских странах (пластинчатые, ротационные и из тепловых трубок), обмерзают.

Окончательный нагрев приточного воздуха до рациональной температуры притока t_n осуществляется в воздухонагревателе второй ступени 7, через который насосом подается горячая вода. Это обеспечивает надежную и эффективную работу воздухонагревателя. Для автоматического регулирования расхода горячей воды через воздухонагреватель второй ступени 7установлен клапан 8 с электрическим приводом. Фирмой «Данфосс» разработаны Новые типы высокоточных регулирующих клапанов для регулирования расходов горячей или холодной жидкости |4].

Изменения режимов работы аппаратов СКВ в зависимости от температуры наружного воздуха t_н осуществляются по программе автоматического управления, заложенной при настройке регулятора 4. С повышением температуры наружного воздуха г_н сокращается расход тепла через воздухонагреватель второй ступени 7. При нагреве приточного воздуха в установке утилизации до требуемого значения t_n остановится рециркуляционный насос и прекратится расход горячей воды через теплообменник 7. При подаче приточного воздуха в рабочую зону помещения, как это показано на схеме рис. 1, в холодный период года температурный перепад (t_п — t_п) по условиям теплового комфорта должен быть не более 3 °C [3]. В теплый период года этот перепад может быть увеличен до 6 °C. Зимой при комфортном кондиционировании в общественных зданиях нижнее комфортное значение температуры воздуха в рабочей зоне помещения t_в = 20 °C. Летом при расчетных параметрах наружного воздуха в климате средней полосы России комфортное значение t = 25 °C. Для экономии энергии в переходный период года при допустимом изменении t_п от 20 до 25 °C регулятор 4 автоматически отключает как нагреватель, так и охладитель воздуха.

В теплый период года для поддержания t =25 °C (на верхнем уровне теплового комфорта) в воздухоохладитель приточного агрегата должна поступать вода, охлаждаемая холодильными машинами. Основные теплопритоки в помещении отводят в местном агрегате 3, в теплообменник которого от холодильной станции насосом (на схеме рис .1 не показан) подается холодная вода. Применение программного регулятора 4 автоматизирует режимы круглогодовой тепловой обработки приточного наружного воздуха в приточном агрегате. Автоматизация работы местного агрегата 3 осуществляется, как правило, с помощью автономного регулятора температуры.

Рис. 2. Построение на диаграмме круглогодовых режимов работы местно- центральной СКР при комфортном кондиционировании.

На диаграмме влажного воздуха (рис. 2) представлено построение круглогодовых режимов работы местно-центральной СКВ в общественном здании (для климата г. Москвы). В холодный период года при расчетной температуре наружного воздуха t_н^х = —26 °C по параметрам Б [3] в рабочей зоне помещения поддерживаются температура и относительная влажность на минимальном уровне теплового комфорта: t = 20 °C и <р_в = 30 % (точка /?*). Минимальное количество при точного наружного воздуха £_пн в первой ступени установки утилизации нагревается от t А до Н. На этот нагрев используется теплота вытяжного выбросного воздуха . Для установки утилизации справедливо уравнение теплового баланса.

Из построения пунктирными линиями на рис. 2 видно, что процесс отвода теплоты от вытяжного воздуха протекаете конденсацией влаги из охлаждаемого выбросного воздуха. Если на наружной оребренной поверхности теплообменника 5будет отрицательная температура, то сконденсировавшаяся влага превратится в иней и лед, которые перекроют каналы для прохода воздуха через теплообменник. Нарушится воздушный баланс в помещении f£_nH>Z_y) и резко снизится эффективность теплоутилизации. Поэтому расчет режима утилизации проводится для условий поддержания на оребренной поверхности теплообменника 5 положительной температуры. Минимальная температура поверхности теплообменника 5принята t = 2 °C 111. Процесс охлаждения и осушения удаляемого вытяжного воздуха обозначен на рис. 2 пунктирной линией У_{1 -} У₂ —f. Методы расчета установок утилизации тег глоты вытяжного воздуха изложены в работе [1].

В расчетных условиях холодного периода года в климате г. Москвы теплоту вытяжного воздуха в общественных и жилых зданиях принято использовать для нагрева приточного наружного воздуха с t_н= —26 °C до t_1у = -6 °C. Минимальная температура притока по условиям комфортного поступления в рабочую зону t_{п МШ1} = 17 °C, что достигается нагревом приточного наружного воздуха в воздухонагревателе второй ступени, питаемом горячей водой. Дневные часы характеризуются повышением г_|(. При этом температура приточного воздуха t_ну после установки утилизации возрастает, а требуемый нагрев горячей водой в воздухонагревателе снижается. За годовой цикл работы установки утилизации расход тепла в воздухонагревателе второй ступени сокращается до 60 %. Температура притока принята t_пмин = 17 °C для возможноcти обеспечения помещений природным холодом, что требуется даже в холодный период года при наличии значительных теплопритоков от солнечной радиации. При этом автоматически снижается или даже прекращается нагрев внутреннего воздуха в теплообменнике мест ною агрегата. При расчетных теплопотерях через наружные ограждения нагрев в теплообменнике местного агрегата соответствует процессу If— t_м.

В переходный период года при температуре наружного воздуха 17...21 °C в СКВ не требуется затрат электроэнергии на изменение параметров приточного воздуха. Пределы изменения параметров воздуха в рабочей зоне помещения показаны на рис. 2 заштрихованной площадью.

В расчетных условиях теплого периода года в воздухоохладителе приточного агрегата приточный наружный воздух охлаждается до t_ох = 21 °C. Нагреваясь на 1 °C в вентиляторе и приточных воздуховодах, приточный наружный воздух поступает по ламинарному воздухораспределителю с t_п = 22 С и поглощает излишки тепла и влаги по высоте помещения (процесс П-В—У we рис. 2).

Для поглощения основных теплопритоков в помещении служит внутренний воздух, охлажденный в теплообменнике местного агрегата (процесс В—ОХ на рис. 2). При уменьшении теплопритоков в помещении (например, при снижении интенсивности солнечной радиации через окна) происходит автоматическое сокращение потребления холода в теплообменнике местного агрегата.

Фирма «Данфосс» может осуществить полную комплектную поставку приборов для выполнения программного автоматического управления аппаратами СКВ:

• электронный регулятор ECL Comfort 300 с крепежным комплектом;
• температурные датчики;
• термостат защиты воздухонагревателя от замерзания;
• моторные регулирующие клапаны для трубопроводов подачи тепло- и хладоносителей;
• запорную трубопроводную арматуру, обратные клапаны и сетчатые фильтры для воды;
• циркуляционные насосы фирмы «Грундфос»;
• мягкие пускатели для электроприводов больших вентиляторов.

В [2] приведены различные схемы автоматизации систем вентиляции, воздушного отопления и холодильных камер с использованием программного регулятора ECL Comfort 300.