Вопрос 57) Основные принципы автоматизации

Примерно 85% теплоты, потребляемой городами и поселками, обеспечивается централизованным теплоснабжением, которое осуществляется от ТЭЦ, районных тепловых станций и квартальных котельных. Для цент- рализованного теплоснабжения характерна разнотипность подключаемых потребителей — систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции, промышленно-тех-нологических объектов и т. п.

Главным элементом в структуре указанной системы является потребитель, на удовлетворение требований которого и направлено функционирование системы теплоснабжения.

Основными целями автоматизации теплоснабжающих систем является обеспечение: теплового и санитарно-гигиенического комфорта потребителя; поддержания заданных гидравлических режимов в различных звеньях системы, включая защиту от аварийных ситуаций; экономии топлива, теплоты и электрической энергии; эффективности и надежности, качества работы основного оборудования систем.

Современные принципы автоматизации существенным образом зависят от эволюции самих принципов теплоснабжения, рассмотрение которых позволяет ввести понятие ступеней управления теплоснабжением на основе совместного функционирования систем теплоснабжения и теплопотребления.

На раннем этапе существовало только индивидуальное ручное управление тепловыми режимами помещений (зданий). С появлением центрального отопления точка приложения управляющего воздействия переместилась в котельную, хотя и оставалась возможность индивидуального управления тепловым режимом помещений.

Внедрение централизованного теплоснабжения заставило вести процесс управления в его источнике, еще дальше отнеся точку приложения управляющего воздействия. Этот первый период становления автоматизации ТГВ, довоенный, характеризовался небольшой площадью застройки городов, малой и средней этажностью в основном массивных зданий из кирпича, небольшой протяженностью коммуникаций, незначительной долей нагрузок горячего водоснабжения и вентиляции и т. д. Все это позволяло системам теплоснабжения и отопления функционировать при низком уровне автоматизации.

Когда строительная промышленность встала на индустриальную основу, появились новые строительные материалы, снизилась массивность зданий, увеличилась воздухопроницаемость их ограждений и влияние радиационных температур, возросла протяженность коммуни- каций, а теплопотери современных зданий увеличились почти вдвое. Необходимо было иначе подходить к принципам автоматизации систем теплоснабжения и тепло-потребления, исходя из новых структур систем. Точка приложения управляющего воздействия опять стала перемещаться к потребителю — в центральные (групповые), индивидуальные (местные) тепловые пункты и т. п.

Рассмотрим характерные особенности автоматизации. Функционирование системы И—П—П, характеризующейся сложным комплексом установок и устройств, отличается непрерывностью и взаимосвязанностью режимов в отдельных звеньях. Характер технологических процессов, в особенности гидроаэродинамических и теп-ломассообменных, нестационарен и сложен. Режимы отпуска теплоты и потребности в ней различны по отношению к определяющим параметрам — температуре наружного воздуха и времени. Так, потребление теплоты системой горячего водоснабжения (СГВ) не зависит от наружной температуры, резко меняется в течение суток и круглогодично. Система отопления имеет прямо противоположные характеристики, а система вентиляции отличается от обеих систем. Уровень автоматизации определяется технологической схемой системы (схема подключения, вид теплоносителя и т. д.) и принятым способом управления (регулирования). Характеристики потребителя (тип, назначение, архитектурно-строительные особенности, требования комфорта и т. п.) часто играют решающую роль при определении схемы автоматизации.

Определяющим элементом системы И—П—П следует считать потребителя теплоты. Например, по данным ООН, в Европе 60% общего количества потребляемой энергии расходуется не на материальное производство, а для создания комфортных условий жизнедеятельности людей.

В настоящее время принято многоступенчатое управление тепловым режимом потребителей, причем рациональное сочетание ступеней зависит от ряда факторов, и его определение является пока довольно сложной задачей.

Различают следующие основные ступени управления (рис. 16.1): централизованное (на ТЭЦ, в котельной); групповое (в К.РП, ГТП); местное (в МТП, микрокотельных); зональное (пофасадное, поэтажное, секционное в зданиях); индивидуальное (в отдельных помещениях и малых зданиях).

Сочетание ступеней влияет на уровень комфортности (чем ближе к потребителю, тем выше уровень), и в то же время увеличивается число регуляторов и, соответственно, капитальные и эксплуатационные затраты.

По отношению к температурному режиму в помещении количественные или количественно-качественные воздействия могут расцениваться только как управляющие. В связи с этим нетрудно классифицировать соответствующие системы в зависимости от исходных сигналов и принципов управления (по отклонению, по возмущению, программных, комбинированных и др.).

На рис. 16.2 приведена упрощенная схема системы теплоснабжения от ТЭЦ, на которой условно показаны основные параметры и их принадлежность к подсистемам управления (в квадрате) или автоматической защиты (в треугольнике).

На теплоподготовительной установке (ТПУ) ТЭЦ регулируется давление перед сетевыми насосами 1 и обеспечивается защита от повышения давления за подогревателями 2 и котлами 3, регулирование уровня и защита подогревателей от переполнения и регулирование деаэраторов 4. В насосной (НП), помимо дистанционного управления насосами 5, поддерживается давление перед ними и предусматривается защита от повышения давления. На примере двух вариантов присоединения абонентов через ГТП и без него показано управление отпуском теплоты на отопление 8, вентиляцию 9 и горячее водоснабжение 7 (б —насосы смешения). Предусматривается регулирование перепада давления во избежание гидравлической разрегулировки тепловой сети, а также давления в обратной магистрали. В отдельных помещениях П могут.быть установлены индивидуальные терморегуляторы (не показаны).

Среди перспективных направлений развития теплоснабжения, влияющих на принципиальные решения в области автоматизации, необходимо отметить использование теплоносителя высоких параметров, тепловых насосов, геотермальной, солнечной, ядерной энергий, энергии ветра и биомассы