Matematički model dovodne i odsisne ventilacije. Matematički model toplinskog režima prostorija sa zračnim grijanjem. Dovodni i ispušni centrifugalni ventilatori

Daria Denisikhina, Marija Lukanina, Mihail Samoletov

NA moderni svijet bez toga se više ne može matematičko modeliranje protok zraka u projektiranju ventilacijskih sustava.

U suvremenom svijetu više nije moguće bez matematičkog modeliranja protoka zraka pri projektiranju ventilacijskih sustava. Konvencionalne inženjerske prakse dobro su prikladne za tipične prostorije i standardna rješenja distribucije zraka. Kada se dizajner susretne s nestandardnim objektima, u pomoć bi mu trebale priskočiti metode matematičkog modeliranja. Članak je posvećen proučavanju distribucije zraka u hladnom razdoblju godine u radionici za proizvodnju cijevi. Ova radionica dio je tvorničkog kompleksa, smještena u oštro kontinentalnoj klimi.

Još u 19. stoljeću dobivene su diferencijalne jednadžbe za opis strujanja tekućina i plinova. Formulirali su ih francuski fizičar Louis Navier i britanski matematičar George Stokes. Navier-Stokesove jednadžbe su među najvažnijim u hidrodinamici i koriste se u matematičkom modeliranju mnogih prirodnih pojava i tehničkih problema.

Po posljednjih godina nagomilala se velika raznolikost geometrijski i termodinamički složenih objekata u graditeljstvu. Korištenje metoda računske dinamike fluida značajno povećava mogućnosti projektiranja ventilacijskih sustava, što omogućuje s visokim stupnjem točnosti predvidjeti distribucije brzine, tlaka, temperature i koncentracije komponenti u bilo kojoj točki zgrade ili bilo kojoj njezinoj prostorije.

Intenzivna primjena metoda računske dinamike fluida započela je 2000. godine, kada su se pojavile univerzalne softverske ljuske (CFD-paketi) koje su omogućile pronalaženje numeričkih rješenja sustava Navier-Stokesovih jednadžbi u odnosu na predmet interesa. Otprilike od tog vremena BIRO TEHNIKI se bavi matematičkim modeliranjem u vezi s problemima ventilacije i klimatizacije.

Opis zadatka

U ovoj studiji izvedene su numeričke simulacije pomoću STAR-CCM+, CFD paketa koji je razvio CD-Adapco. izvođenje ovaj paket kada je rješavanje problema ventilacije bilo
više puta je testiran na objektima različite složenosti, od uredskih prostora do kazališnih dvorana i stadiona.

Problem je od velikog interesa s gledišta dizajna i matematičkog modeliranja.

Vanjska temperatura -31 °C. U prostoriji se nalaze objekti sa značajnim unosom topline: peć za kaljenje, peć za kaljenje itd. Dakle, postoje velike temperaturne razlike između vanjskih ogradnih konstrukcija i unutarnjih objekata koji stvaraju toplinu. Stoga se u simulaciji ne može zanemariti doprinos prijenosa topline zračenjem. Dodatna poteškoća u matematičkoj formulaciji problema leži u činjenici da se u prostoriju nekoliko puta u smjeni unosi teški vlak s temperaturom od -31 °C. Postupno se zagrijava, hladeći zrak oko sebe.

Za održavanje potrebne temperature zraka u obujmu radionice (u hladnoj sezoni ne niže od 15 °C), projekt predviđa ventilacijske i klimatizacijske sustave. U fazi projektiranja izračunat je protok i temperatura dovodnog zraka potrebna za održavanje traženih parametara. Ostalo je pitanje - kako dopremiti zrak u volumen radionice kako bi se osigurala što ravnomjernija raspodjela temperature u cijelom volumenu. Simulacija je omogućila da se u relativno kratkom vremenu (dva do tri tjedna) vidi uzorak strujanja zraka za nekoliko opcija dovoda zraka, a zatim ih se usporedi.

FAZE MATEMATIČKOG MODELIRANJA

• Konstrukcija čvrste geometrije.
• Particioniranje radnog prostora u ćelije računske mreže. Potrebno je predvidjeti područja u kojima je potrebno dodatno oplemenjivanje stanica. Prilikom izgradnje mreže vrlo je važno pronaći onu zlatnu sredinu, u kojoj je veličina ćelije dovoljno mala za dobivanje točnih rezultata, dok ukupan broj ćelija nije toliko velik da bi vrijeme izračunavanja povuklo na neprihvatljiva vremena. Stoga je izgradnja mreže cijela umjetnost koja dolazi s iskustvom.
• Postavljanje graničnih i početnih uvjeta u skladu s iskazom problema. Potrebno je razumijevanje specifičnosti ventilacijskih zadataka. igra važnu ulogu u proračunu pravi izbor modeli turbulencije.
• Odabir prikladnih fizičkih i turbulentnih modela.

Rezultati simulacije

Kako bi se riješio problem razmatran u ovom članku, prošli su sve faze matematičkog modeliranja.

Za usporedbu učinkovitosti ventilacije odabrane su tri opcije za dovod zraka: pod kutovima prema vertikali od 45°, 60° i 90°. Zrak se dovodio iz standardnih rešetki za distribuciju zraka.

Polja temperature i brzine dobivena kao rezultat proračuna pri različitim kutovima pomaka dovodni zrak, prikazani su na sl. jedan.

Nakon analize rezultata, kut dovodnog zraka od 90° odabran je kao najuspješnija od razmatranih opcija za ventilaciju radionice. S ovom metodom hranjenja ne stvaraju se povećane brzine radni prostor te je moguće postići prilično ujednačenu sliku temperature i brzine tijekom cijele radionice.

Konačna odluka

Polja temperature i brzine u tri presjeka koja prolaze kroz dovodne rešetke prikazana su na sl. 2 i 3. Raspodjela temperature u cijeloj prostoriji je ujednačena. Samo u području koncentracije peći ima više visoke vrijednosti temperatura stropa. U krajnjem desnom kutu sobe, daleko od peći, nalazi se hladnije područje. To je mjesto gdje ulaze hladni vagoni s ulice.

Od sl. 3 jasno pokazuje kako se šire horizontalni mlazovi dovedenog zraka. S ovom metodom opskrbe, dovodni mlaz ima dovoljno velik domet. Dakle, na udaljenosti od 30 m od mreže brzina protoka je 0,5 m/s (na izlazu iz mreže brzina je 5,5 m/s). U ostatku prostorije pokretljivost zraka je niska, na razini od 0,3 m/s.

Zagrijani zrak iz peći za stvrdnjavanje odbija mlaz dovodnog zraka prema gore (sl. 4 i 5). Peć jako zagrijava zrak oko sebe. Ovdje je temperatura blizu poda viša nego u srednjem dijelu prostorije.

Temperaturno polje i strujne linije u dva dijela vruće radnje prikazani su na sl. 6.

zaključke

Provedeni proračuni omogućili su analizu učinkovitosti razne načine dovod zraka u pogon za proizvodnju cijevi. Utvrđeno je da kada se dovodi horizontalni mlaz, dovodni zrak se dalje širi u prostoriju, pridonoseći njenom ravnomjernijem zagrijavanju. To ne stvara područja s prevelikom pokretljivošću zraka u radnom području, kao što se događa kada se dovodni zrak dovodi pod kutom prema dolje.

Korištenje metoda matematičkog modeliranja u problemima ventilacije i klimatizacije vrlo je obećavajući smjer, koji u fazi projekta omogućuje ispravljanje rješenja, sprječavanje potrebe za ispravljanjem neuspješnih dizajnerska rješenja nakon puštanja u rad. ●

Daria Denisikhina - Voditelj Odjela "Matematičko modeliranje";
Marija Lukanina - vodeći inženjer Odjela za matematičko modeliranje;
Mihail Samoletov - Izvršni direktor MM-Technologies LLC

1

U radu se razmatraju procesi modeliranja ventilacije i disperzije njezinih emisija u atmosferi. Modeliranje se temelji na rješavanju sustava Navier-Stokesovih jednadžbi, zakona održanja mase, količine gibanja i topline. Razmatraju se različiti aspekti numeričkog rješenja ovih jednadžbi. Predložen je sustav jednadžbi koji omogućuje izračunavanje vrijednosti pozadinskog koeficijenta turbulencije. Za hipozvučnu aproksimaciju predlaže se rješenje, zajedno s jednadžbama hidrogasdinamike danim u članku, za jednadžbu stajanja idealnog stvarnog plina i pare. Ova jednadžba je modifikacija van der Waalsove jednadžbe i točnije uzima u obzir veličinu molekula plina ili pare i njihovu interakciju. Na temelju uvjeta termodinamičke stabilnosti dobiva se relacija koja omogućuje isključivanje fizički neostvarivih korijena pri rješavanju jednadžbe za volumen. Provedena je analiza poznatih računskih modela i računskih paketa dinamike fluida.

modeliranje

ventilacija

turbulencija

jednadžbe prijenosa topline i mase

jednadžba stanja

pravi plin

rasipanje

1. Berlyand M. E. Suvremena pitanja atmosferska difuzija i onečišćenje zraka. - L.: Gidrometeoizdat, 1975. - 448 str.

2. Belyaev N. N. Modeliranje procesa disperzije otrovnog plina u uvjetima razvoja // Bilten DIIT-a. - 2009. - Broj 26 - S. 83-85.

3. Byzova N. L., Garger E. K., Ivanov V. N. Eksperimentalne studije atmosferske difuzije i proračuna raspršenja nečistoća. - L.: Gidrometeoizdat, 1985. - 351 str.

4. Datsyuk T. A. Modeliranje disperzije ventilacijskih emisija. - Sankt Peterburg: SPbGASU, 2000. - 210 str.

5. Sauts A. V. Primjena algoritama kognitivne grafike i metoda matematičke analize za proučavanje termodinamičkih svojstava R660A izobutana na liniji zasićenja: Grant br. 2S/10: izvješće o istraživanju (završno) / GOUVPO SPbGASU; ruke Gorokhov V.L. 30.- Broj GR 01201067977.- Inv. broj 02201158567.

Uvod

Prilikom projektiranja industrijskih kompleksa i jedinstvenih objekata potrebno je sveobuhvatno obrazložiti pitanja koja se odnose na osiguranje kvalitete zračnog okoliša i normaliziranih parametara mikroklime. S obzirom na visoke troškove proizvodnje, ugradnje i rada sustava ventilacije i klimatizacije, postavljaju se povećani zahtjevi za kvalitetu inženjerskih proračuna. Za odabir racionalnih projektantskih rješenja u području ventilacije potrebno je moći analizirati situaciju u cjelini, t.j. otkrivaju prostorni odnos dinamičkih procesa koji se odvijaju u zatvorenom prostoru iu atmosferi. Procijenite učinkovitost ventilacije, koja ne ovisi samo o količini zraka koji se dovodi u prostoriju, već i o usvojenoj shemi distribucije zraka i koncentraciji štetne tvari u vanjskom zraku na mjestima dovoda zraka.

Svrha članka- korištenje analitičkih ovisnosti, uz pomoć kojih se izvode proračuni količine štetnih emisija, za određivanje veličine kanala, zračnih kanala, okna i izbor metode obrade zraka itd. U tom slučaju preporučljivo je koristiti softverski proizvod Potok s VSV modulom. Za pripremu početnih podataka potrebno je imati dijagrame projektiranih ventilacijskih sustava s naznakom duljine sekcija i protoka zraka na krajnjim dijelovima. Ulazni podaci za izračun su opis ventilacijskih sustava i zahtjevi za njim. Matematičkim modeliranjem rješavaju se sljedeća pitanja:

• izbor optimalnih opcija za dovod i uklanjanje zraka;
• raspodjela parametara mikroklime po volumenu prostorija;
• procjena aerodinamičkog režima razvoja;
• izbor mjesta za usis i uklanjanje zraka.

Polja brzine, tlaka, temperature, koncentracije u prostoriji i atmosferi nastaju pod utjecajem mnogih čimbenika, čiju je ukupnost prilično teško uzeti u obzir u inženjerskim metodama proračuna bez korištenja računala.

Primjena matematičkog modeliranja u problemima ventilacije i aerodinamike temelji se na rješenju sustava Navier-Stokesovih jednadžbi.

Za simulaciju turbulentnih strujanja potrebno je riješiti sustav mase i Reynoldsovih jednadžbi (očuvanje momenta):

(2)

gdje t- vrijeme, x= X i , j , k- prostorne koordinate, u=u i , j , k su komponente vektora brzine, R- pijezometrijski tlak, ρ - gustoća, τ i J su komponente tenzora naprezanja, s m- izvor mase, s i su komponente izvora impulsa.

Tenzor naprezanja se izražava kao:

(3)

gdje sij- tenzor brzine deformacije; δ i J- tenzor dodatnih naprezanja nastalih zbog prisutnosti turbulencije.

Za informacije o temperaturnim poljima T i koncentracija Sštetnih tvari, sustav je dopunjen sljedećim jednadžbama:

jednadžba očuvanja topline

jednadžba za očuvanje pasivne nečistoće S

(5)

gdje CR- koeficijent toplinskog kapaciteta, λ - koeficijent toplinske vodljivosti, k= k i , j , k- koeficijent turbulencije.

Osnovni faktor turbulencije k baze se određuju pomoću sustava jednadžbi:

(6)

gdje k f - koeficijent turbulencije u pozadini, k f \u003d 1-15 m 2 / s; ε = 0,1-04;

Koeficijenti turbulencije određuju se pomoću jednadžbi:

(7)

Na otvorenom prostoru s malom disipacijom, vrijednost k z je određen jednadžbom:

kk = k 0 z /z 0 ; (8)

gdje k 0 - vrijednost kk na visokom z 0 (k 0 \u003d 0,1 m 2 / s at z 0 = 2 m).

Na otvorenom prostoru profil brzine vjetra nije deformiran;

Uz nepoznatu atmosfersku stratifikaciju na otvorenom području, profil brzine vjetra može se odrediti:

; (9)

gdje je z 0 - zadana visina (visina vjetrobrana); u 0 - brzina vjetra na visini z 0 ; B = 0,15.

Pod uvjetom (10), lokalni Richardsonov kriterij Ri definirano kao:

(11)

Razlikujemo jednadžbu (9), izjednačimo jednadžbe (7) i (8), odatle izražavamo k baze

(12)

Izjednačimo jednadžbu (12) s jednadžbama sustava (6). Zamijenimo (11) i (9) u rezultirajuću jednakost, u konačnom obliku dobivamo sustav jednadžbi:

(13)

Termin pulsiranja, slijedeći ideje Boussinesqa, predstavljen je kao:

(14)

gdje je μ t- turbulentna viskoznost, te dodatni pojmovi u jednadžbama prijenosa energije i nečistoće modelirani su na sljedeći način:

(15)

(16)

Sustav jednadžbi je zatvoren pomoću jednog od modela turbulencije opisanih u nastavku.

Za turbulentna strujanja koja se proučavaju u ventilacijskoj praksi, preporučljivo je koristiti ili Boussinesqovu hipotezu o malenosti promjena gustoće ili tzv. "hipozvučnu" aproksimaciju. Pretpostavlja se da su Reynoldsovi naponi proporcionalni vremenski prosječnim brzinama deformacije. Uvodi se koeficijent turbulentne viskoznosti, ovaj koncept se izražava kao:

. (17)

Efektivni koeficijent viskoznosti izračunava se kao zbroj molekularnih i turbulentnih koeficijenata:

(18)

"Hipozvučna" aproksimacija uključuje rješavanje, zajedno s gornjim jednadžbama, jednadžbe za idealni plin:

ρ = str/(RT) (19)

gdje str - pritisak unutra okoliš; R je plinska konstanta.

Za točnije izračune, gustoća nečistoća može se odrediti pomoću modificirane van der Waalsove jednadžbe za stvarne plinove i pare

(20)

gdje su konstante N i M- uzeti u obzir povezanost/disocijaciju molekula plina ili pare; a- uzima u obzir drugu interakciju; b" - uzimajući u obzir veličinu molekula plina; υ=1/ρ.

Odvajajući od jednadžbe (12) tlak R i diferencirajući ga po volumenu (uzimajući u obzir termodinamičku stabilnost), dobivamo sljedeću relaciju:

. (21)

Ovaj pristup omogućuje značajno smanjenje vremena proračuna u usporedbi sa slučajem korištenja punih jednadžbi za stlačivi plin bez smanjenja točnosti dobivenih rezultata. Ne postoji analitičko rješenje gornjih jednadžbi. U tom smislu koriste se numeričke metode.

Za rješavanje problema ventilacije povezanih s prijenosom skalarnih tvari turbulentnim strujanjem diferencijalne jednadžbe koristiti shemu cijepanja fizičkim procesima. Prema principima cijepanja, konačne razlike integracije jednadžbi hidrodinamike i konvektivno-difuznog transporta skalarne tvari u svakom vremenskom koraku Δ t provodi se u dvije etape. U prvoj fazi izračunavaju se hidrodinamički parametri. U drugoj fazi rješavaju se difuzijske jednadžbe na temelju izračunatih hidrodinamičkih polja.

Učinak prijenosa topline na formiranje polja brzine zraka uzet je u obzir korištenjem Boussinesqove aproksimacije: u jednadžbu gibanja za vertikalnu komponentu brzine uvodi se dodatni član koji uzima u obzir sile uzgona.

Poznata su četiri pristupa za rješavanje problema turbulentnog kretanja fluida:

• izravno modeliranje "DNS" (rješenje nestacionarnih Navier-Stokesovih jednadžbi);
• rješenje prosječnih Reynoldsovih jednadžbi "RANS", čiji sustav, međutim, nije zatvoren i treba mu dodatne relacije zatvaranja;
• metoda velikih vrtloga "LES » , koji se temelji na rješenju nestacionarnih Navier-Stokesovih jednadžbi s parametrizacijom vrtloga podmreže;
• DES metoda , koja je kombinacija dvije metode: u zoni odvojenih tokova - "LES", iu području "glatkog" toka - "RANS".

S gledišta točnosti dobivenih rezultata nedvojbeno je najatraktivnija metoda izravne numeričke simulacije. Međutim, trenutno mogućnosti računalne tehnologije još ne dopuštaju rješavanje problema s stvarnom geometrijom i brojevima. Ponovno, i s razlučivanjem vrtloga svih veličina. Stoga se pri rješavanju širokog spektra inženjerskih problema koriste numerička rješenja Reynoldsovih jednadžbi.

Trenutno se certificirani paketi kao što su STAR-CD, FLUENT ili ANSYS/FLOTRAN uspješno koriste za simulaciju problema s ventilacijom. S ispravno formuliranim problemom i racionalnim algoritmom rješenja, količina dobivenih informacija omogućuje vam da odaberete najbolju opciju u fazi projektiranja, ali izvođenje izračuna pomoću ovih programa zahtijeva odgovarajuću obuku, a njihova netočna uporaba može dovesti do pogrešnih rezultata.

Kao "osnovni slučaj" možemo uzeti u obzir rezultate općepriznatih metoda izračuna bilance, koje nam omogućuju usporedbu integralnih vrijednosti karakterističnih za problem koji se razmatra.

Jedan od važne točke kod korištenja univerzalnih softverskih sustava za rješavanje problema ventilacije je izbor modela turbulencije. Do sada je poznato veliki broj razni modeli turbulencije koji se koriste za zatvaranje Reynoldsovih jednadžbi. Modeli turbulencije klasificirani su prema broju parametara za karakteristike turbulencije, odnosno jednoparametarski, dvo- i troparametarski.

Većina poluempirijskih modela turbulencije, na ovaj ili onaj način, koristi "hipotezu o lokalitetu mehanizma turbulentnog prijenosa", prema kojoj je mehanizam prijenosa turbulentnog momenta u potpunosti određen postavljanjem lokalnih derivata prosječnih brzina i fizičkih svojstava tekućine. Ova hipoteza ne uzima u obzir utjecaj procesa koji se odvijaju daleko od razmatrane točke.

Najjednostavniji su jednoparametarski modeli koji koriste koncept turbulentne viskoznosti "n t“, a pretpostavlja se da je turbulencija izotropna. Modificirana verzija "n t-92" preporučuje se za modeliranje mlaza i odvojenih tokova. Dobro se slaže s eksperimentalnim rezultatima i jednoparametarski model "S-A" (Spalart - Almaras), koji sadrži transportnu jednadžbu za količinu .

Nedostatak modela s jednom transportnom jednadžbom je što im nedostaje informacija o raspodjeli ljestvice turbulencije L. Po iznosu L procesi prijenosa, metode nastanka turbulencije, disipacija utjecaja turbulentne energije. Univerzalna ovisnost za definiranje L ne postoji. Jednadžba na skali turbulencije Lčesto se ispostavi da je to upravo jednadžba koja određuje točnost modela i, sukladno tome, područje njegove primjenjivosti. U osnovi, opseg ovih modela ograničen je na relativno jednostavne posmične tokove.

U dvoparametarskim modelima, osim ljestvice turbulencije L, koristiti kao drugi parametar brzinu disipacije turbulentne energije . Takvi se modeli najčešće koriste u suvremenoj računskoj praksi i sadrže jednadžbe prijenosa energije turbulencije i disipacije energije.

Dobro poznati model uključuje jednadžbe za prijenos energije turbulencije k a brzina disipacije turbulentne energije ε. Modeli poput " k- e" može se koristiti i za protoke uz zid i za složenije odvojene tokove.

Dva parametarska modela koriste se u niskim i visokim Reynoldsovim verzijama. U prvom se izravno uzima u obzir mehanizam interakcije između molekularnog i turbulentnog transporta u blizini čvrste površine. U inačici s visokim Reynoldsom, mehanizam turbulentnog transporta u blizini čvrste granice opisan je posebnim funkcijama u blizini zida koje povezuju parametre protoka s udaljenosti do zida.

Trenutno su SSG i Gibson-Launder modeli, koji koriste nelinearni odnos između Reynoldsovog tenzora turbulentnog naprezanja i tenzora prosječne brzine deformacije, među najperspektivnijim. Razvijeni su za poboljšanje predviđanja odvojenih tokova. Budući da su u njima izračunate sve komponente tenzora, zahtijevaju velike računalne resurse u usporedbi s dvoparametarskim modelima.

Za složene odvojene tokove, neke prednosti su otkrivene korištenjem jednoparametarskih modela "n t-92", "S-A" u smislu točnosti predviđanja parametara protoka i brzine brojanja u usporedbi s dvoparametarskim modelima.

Na primjer, program STAR-CD omogućuje korištenje modela tipa " k- e“, Spalarta – Almaras, „SSG“, „Gibson-Launder“, kao i metoda velikih vrtloga „LES“, te metoda „DES“. Posljednje dvije metode su prikladnije za proračun kretanja zraka u uvjetima složene geometrije, gdje će se pojaviti brojna odvojena područja vrtloga, ali zahtijevaju velike računske resurse.

Rezultati proračuna značajno ovise o izboru računske mreže. Trenutno se za izgradnju mreža koriste posebni programi. Mrežne stanice mogu imati različite oblike i veličine, najprikladnije za rješavanje određenog problema. Najjednostavniji tip mreže, kada su stanice iste i imaju kubični ili pravokutni oblik. Univerzalni računalni programi koji se trenutno koriste u inženjerskoj praksi omogućuju rad na proizvoljnim nestrukturiranim mrežama.

Za izvođenje proračuna numeričke simulacije problema ventilacije potrebno je postaviti granične i početne uvjete, t.j. vrijednosti zavisnih varijabli ili njihovih normalnih gradijenata na granicama računske domene.

Zadatak s dovoljnim stupnjem točnosti geometrijskih značajki predmeta koji se proučava. U te svrhe mogu se preporučiti paketi kao što su SolidWorks, Pro / Engeneer, NX Nastran za izradu trodimenzionalnih modela. Prilikom konstruiranja računske mreže broj ćelija se bira tako da se dobije pouzdano rješenje s minimalnim vremenom izračuna. Treba odabrati jedan od poluempirijskih modela turbulencije, koji je najučinkovitiji za razmatrano strujanje.

NA zaključak dodajemo da je potrebno dobro razumijevanje kvalitativne strane procesa u tijeku kako bi se ispravno formulirali rubni uvjeti problema i ocijenila pouzdanost rezultata. Modeliranje ventilacijskih emisija u fazi projektiranja objekata može se smatrati jednim od aspekata informacijskog modeliranja s ciljem osiguravanja ekološke sigurnosti objekta.

Recenzenti:

• Volikov Anatolij Nikolajevič, doktor tehničkih znanosti, profesor Odjela za opskrbu toplinom i plinom i zaštitu zraka, FGBOU VPOU "SPbGASU", Sankt Peterburg.
• Polushkin Vitaly Ivanovich, doktor tehničkih znanosti, profesor, profesor Odjela za grijanje, ventilaciju i klimatizaciju, FGBOU VPO "SPbGASU", Sankt Peterburg.

Bibliografska poveznica

Datsyuk T.A., Sauts A.V., Yurmanov B.N., Taurit V.R. MODELIRANJE VENTILACIJSKIH PROCESA // Suvremeni problemi znanosti i obrazovanja. - 2012. - br. 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6744 (datum pristupa: 17.10.2019.). Predstavljamo Vam časopise u izdanju izdavačke kuće "Academy of Natural History"

U ovom dijelu opisujemo glavne elemente koji čine upravljački sustav, dajemo im tehnički i matematički opis. Zaustavimo se detaljnije na razvijenom sustavu automatske kontrole temperature dovodnog zraka koji prolazi kroz grijač. Budući da je glavni proizvod izobrazbe temperatura zraka, u okviru diplomskog projekta može se zanemariti konstrukcija matematičkih modela i modeliranje procesa cirkulacije i strujanja zraka. Također, ova matematička utemeljenost funkcioniranja ACS PVV može se zanemariti zbog osobitosti arhitekture prostora - značajan je dotok vanjskog nepripremljenog zraka u radionice i skladišta kroz utore i praznine. Zato je, pri bilo kojoj brzini strujanja zraka, stanje „gladovanja kisikom“ među radnicima ove radionice praktički nemoguće.

Dakle, zanemarujemo konstrukciju termodinamičkog modela raspodjele zraka u prostoriji, kao i matematički opis ACS-a u smislu strujanja zraka, zbog njihove nesvrsishodnosti. Zaustavimo se detaljnije na razvoju ACS temperature dovodnog zraka. Zapravo, ovaj sustav je sustav automatske kontrole položaja zaklopke protuzračne obrane ovisno o temperaturi dovodnog zraka. Regulacija je proporcionalni zakon po metodi uravnoteženja vrijednosti.

Predstavimo glavne elemente uključene u ACS, dat ćemo njihove tehničke karakteristike, koje omogućuju prepoznavanje značajki njihovog upravljanja. Prilikom odabira opreme i alata za automatizaciju, vodimo se njihovim tehničkim putovnicama i prethodnim inženjerskim izračunima starog sustava, kao i rezultatima eksperimenata i ispitivanja.

Dovodni i ispušni centrifugalni ventilatori

Konvencionalni centrifugalni ventilator je kotač s radnim lopaticama smještenim u spiralnom kućištu, tijekom čije rotacije zrak koji ulazi kroz ulaz ulazi u kanale između lopatica i kreće se kroz te kanale pod djelovanjem centrifugalne sile, prikuplja se spiralom. kućište i usmjereno na njegov izlaz. Kućište također služi za pretvaranje dinamičke glave u statičku. Za povećanje tlaka, iza kućišta se postavlja difuzor. Na sl. 4.1 prikazuje opći prikaz centrifugalnog ventilatora.

Konvencionalni centrifugalni kotač sastoji se od lopatica, stražnjeg diska, glavčine i prednjeg diska. Lijevana ili okrenuta glavčina, dizajnirana da stane kotača na osovinu, zakovicama je, vijcima ili zavarena na stražnji disk. Oštrice su pričvršćene zakovicama na disk. Vodeći rubovi oštrica obično su pričvršćeni na prednji prsten.

Spiralna kućišta izrađena su od čeličnog lima i postavljena na neovisne nosače, u blizini ventilatora male snage pričvršćeni su za krevete.

Kada se kotač okreće, dio energije dovedene u motor prenosi se u zrak. Tlak koji razvija kotač ovisi o gustoći zraka, geometrijski oblik oštrice i obodna brzina na krajevima lopatica.

Izlazni rubovi lopatica centrifugalnih ventilatora mogu biti savijeni naprijed, radijalno i nazad. Donedavno su rubovi lopatica bili uglavnom savijeni prema naprijed, jer je to omogućilo smanjenje ukupnih dimenzija ventilatora. Danas se često nalaze impeleri sa unatrag zakrivljenim lopaticama, jer to omogućuje povećanje učinkovitosti. ventilator.

Riža. 4.1

Prilikom pregleda ventilatora treba imati na umu da rubovi lopatica izlaza (u smjeru zraka) uvijek trebaju biti savijeni u smjeru suprotnom od smjera vrtnje impelera kako bi se osigurao ulazak bez udarca.

Isti ventilatori pri promjeni brzine vrtnje mogu imati različit dovod i razvijati različite tlakove, ovisno ne samo o svojstvima ventilatora i brzini vrtnje, već i o zračnim kanalima koji su na njih spojeni.

Karakteristike ventilatora izražavaju odnos između glavnih parametara njegovog rada. Potpuna karakteristika ventilatora pri konstantnoj brzini osovine (n = const) izražena je ovisnostima između napajanja Q i tlaka P, snage N i učinkovitosti Ovisnosti P (Q), N (Q) i T (Q) su obično izgrađen na jednom grafikonu. Odaberu ventilator. Karakteristika se gradi na temelju testova. Na sl. 4.2 prikazuje aerodinamičke karakteristike centrifugalnog ventilatora VTS-4-76-16, koji se koristi kao dovodni ventilator na mjestu izvedbe

Riža. 4.2

Kapacitet ventilatora je 70.000 m3/h ili 19,4 m3/s. Brzina osovine ventilatora - 720 o/min. ili 75,36 rad/s, pogonska snaga indukcijski motor ventilator je 35 kW.

Ventilator puše na otvorenom atmosferski zrak u grijač. Kao rezultat izmjene topline između zraka i Vruća voda prolazi kroz cijevi izmjenjivača topline, zrak koji prolazi se zagrijava.

Razmotrite shemu za regulaciju načina rada ventilatora VTS-4-76 br. 16. Na sl. dat je 4.3 funkcionalni dijagram ventilatorska jedinica pri kontroli brzine.

Riža. 4.3

Prijenosna funkcija ventilatora može se predstaviti kao dobitak, koji se određuje na temelju aerodinamičkih karakteristika ventilatora (slika 4.2). Faktor pojačanja ventilatora u radnoj točki je 1,819 m3/s (minimalno mogući, eksperimentalno utvrđeno).

Riža. 4.4

eksperimentalni Utvrđeno je da je za provedbu potrebnih načina rada ventilatora potrebno dostaviti sljedeće vrijednosti napona u pretvarač upravljačke frekvencije (tablica 4.1):

Tablica 4.1 Načini rada dovodne ventilacije

Istodobno, kako bi se povećala pouzdanost elektromotora ventilatora i dovodnog i ispušnog dijela, nije potrebno postavljati njihove načine rada s maksimalnim performansama. Zadatak eksperimentalnog istraživanja bio je pronaći takve regulacijske napone pri kojima bi se poštivale dolje izračunate norme brzine izmjene zraka.

Odsisnu ventilaciju predstavljaju tri centrifugalna ventilatora VC-4-76-12 (kapaciteta 28.000 m3/h pri n=350 o/min, asinkrona pogonska snaga N=19,5 kW) i VC-4-76-10 (kapaciteta 20.000 m3/h pri n=270 o/min, snaga asinkronog pogona N=12,5 kW). Slično kao i za dovod za ispušnu granu ventilacije, eksperimentalno su dobivene vrijednosti kontrolnih napona (tablica 4.2).

Kako bismo spriječili stanje "izgladnjivanja kisikom" u radnim radionicama, izračunavamo stope izmjene zraka za odabrane načine rada ventilatora. Mora zadovoljiti uvjet:

Tablica 4.2 Načini rada ispušne ventilacije

U proračunu zanemarujemo dovodni zrak koji dolazi izvana, kao i arhitekturu zgrade (zidovi, stropovi).

Dimenzije prostorija za ventilaciju: 150x40x10 m, ukupni volumen prostorije je Vroom?60.000 m3. Potreban volumen dovodnog zraka je 66.000 m3 / h (za koeficijent od 1,1 odabran je kao minimalni, budući da se dotok zraka izvana ne uzima u obzir). Očito, odabrani načini rada dovodni ventilator zadovoljiti zadani uvjet.

Ukupni volumen ispušnog zraka izračunava se pomoću sljedeće formule

Za izračunavanje ispušne grane odabiru se načini "izvlačenja u nuždi". Uzimajući u obzir korekcijski faktor 1,1 (budući da je način rada u nuždi uzet kao najmanji mogući), volumen ispušnog zraka bit će jednak 67,76 m3 / h. Ova vrijednost zadovoljava uvjet (4.2) u granicama dopuštenih pogrešaka i prethodno prihvaćenih rezervacija, što znači da će se odabrani načini rada ventilatora nositi sa zadatkom osiguravanja brzine izmjene zraka.

Također u elektromotorima ventilatora ugrađena je zaštita od pregrijavanja (termostat). Kada temperatura motora poraste, kontakt releja termostata će zaustaviti motor. Senzor diferencijalnog tlaka zabilježit će zaustavljanje elektromotora i dati signal upravljačkoj ploči. Potrebno je osigurati reakciju ACS-a PVV-a na hitno zaustavljanje motora ventilatora.

Poštovani članovi atestacijske komisije, predstavljam Vam maturu kvalifikacijski rad, čija je svrha razvoj sustava automatska kontrola prisilna i odsisna ventilacija proizvodnih pogona.

Poznato je da je automatizacija jedan od najvažnijih čimbenika rasta produktivnosti rada u industrijskoj proizvodnji, rasta kvalitete proizvoda i usluga. Stalno širenje opsega automatizacije jedno je od glavnih obilježja industrije u ovoj fazi. Izrađeni diplomski projekt jedna je od ideja nasljeđivanja razvojnog koncepta izgradnje "inteligentnih" zgrada, odnosno objekata u kojima se tehničkim sredstvima kontrolira uvjeti ljudskog života.

Glavni zadaci koji se rješavaju u projektiranju su modernizacija postojećeg sustava ventilacije zraka na mjestu izvedbe - proizvodnim radionicama VOMZ OJSC - kako bi se osigurala njegova učinkovitost (ušteda u potrošnji energije i topline, smanjenje troškova održavanja sustava, smanjenje zastoja) , održavanje ugodne mikroklime i čistoće zraka u radnim područjima, operativnost i stabilnost, pouzdanost sustava u hitnim/kritičnim načinima rada.

Problem koji se razmatra u diplomskom projektu posljedica je zastarjelosti i tehničke zastarjelosti (istrošenosti) postojećeg sustava upravljanja PVV. Distribuirani princip koji se koristi u izgradnji IPV-a isključuje mogućnost centraliziranog upravljanja (pokretanje i praćenje stanja). Nedostatak jasnog algoritma start/stop sustava također čini sustav nepouzdanim zbog ljudska pogreška, te nepostojanje hitnih načina rada - nestabilno u odnosu na zadatke koji se rješavaju.

Aktuelnost problema diplomskog dizajna je zbog ukupni rast morbiditet dišnih puteva i prehlade radnika, opći pad produktivnosti rada i kvalitete proizvoda u ovom području. Razvoj novog ACS PVV izravno je vezan uz tvorničku politiku kvalitete (ISO 9000), kao i programe modernizacije tvorničke opreme i automatizacije sustava za održavanje života u radionicama.

Središnji upravljački element sustava je ormar za automatizaciju s mikrokontrolerom i opremom, odabran na temelju rezultata marketinškog istraživanja (poster 1). Postoji mnogo ponuda na tržištu, ali odabrana oprema je barem jednako dobra kao i njezini kolege. Važan kriterij bio je trošak, potrošnja energije i zaštitni učinak opreme.

Funkcionalni dijagram automatizacije IPV-a prikazan je na crtežu 1. Kao glavni u dizajnu ACS-a odabran je centralizirani pristup koji omogućuje mobilno dovođenje sustava u implementaciju, ako je potrebno, prema mješovitom pristupu. , što podrazumijeva mogućnost dispečiranja i komunikacije s drugim industrijskim mrežama. Centralizirani pristup je vrlo skalabilan, dovoljno fleksibilan - sva ta svojstva kvalitete određuje odabrani mikrokontroler - WAGO I/O sustav, kao i implementacija upravljačkog programa.

Tijekom projektiranja odabrani su elementi automatizacije - aktuatori, senzori, kriterij odabira je funkcionalnost, stabilnost rada u kritičnim načinima rada, raspon mjerenja/kontrole parametra, značajke instalacije, oblik izlaznog signala, načini rada. Odabrani su glavni matematički modeli i simuliran rad sustava za regulaciju temperature zraka uz kontrolu položaja zaklopke trosmjernog ventila. Simulacija je provedena u VisSim okruženju.

Za regulaciju je odabrana metoda "balansiranja parametara" u području kontroliranih vrijednosti. Proporcionalni je odabran kao zakon upravljanja, budući da ne postoje visoki zahtjevi za točnost i brzinu sustava, a rasponi ulazno/izlaznih vrijednosti su mali. Funkcije regulatora obavlja jedan od portova kontrolera u skladu s upravljačkim programom. Rezultati simulacije ovog bloka prikazani su na posteru 2.

Algoritam rada sustava prikazan je na crtežu 2. Upravljački program koji implementira ovaj algoritam sastoji se od funkcionalnih blokova, bloka konstanti, koriste se standardne i specijalizirane funkcije. Fleksibilnost i skalabilnost sustava osigurana je kako programski (korištenje FB-ova, konstanti, oznaka i prijelaza, kompaktnost programa u memoriji kontrolera) tako i tehnički (ekonomično korištenje ulazno/izlaznih portova, redundantni portovi).

Programski pruža radnje sustava u hitnim načinima rada (pregrijavanje, kvar ventilatora, hipotermija, začepljenje filtera, požar). Algoritam rada sustava u načinu zaštite od požara prikazan je na crtežu 3. Ovaj algoritam uzima u obzir zahtjeve standarda za vrijeme evakuacije i mjere zaštite od požara. Općenito, primjena ovog algoritma je učinkovita i dokazana testovima. Također je riješen problem modernizacije ispušnih napa u smislu zaštite od požara. Pronađena rješenja su razmotrena i prihvaćena kao preporuke.

Pouzdanost projektiranog sustava u potpunosti ovisi o pouzdanosti softver i od kontrolora u cjelini. Izrađeni upravljački program podvrgnut je procesu otklanjanja pogrešaka, ručnog, strukturnog i funkcionalnog ispitivanja. Odabrane su samo preporučene i certificirane jedinice kako bi se osigurala pouzdanost i usklađenost s jamstvom opreme za automatizaciju. Jamstvo proizvođača za odabrani ormar za automatizaciju, uz poštivanje jamstvenih obveza, iznosi 5 godina.

Također, razvijena je generalizirana struktura sustava, izgrađen satni ciklogram rada sustava, formirana je tablica priključaka i oznaka kabela, instalacijski dijagram ACS-a.

Ekonomski pokazatelji projekta, koje sam ja izračunao u organizacijskom i ekonomskom dijelu, prikazani su na plakatu br. Isti poster prikazuje trakasti grafikon procesa dizajna. Za ocjenu kvalitete kontrolnog programa korišteni su kriteriji prema GOST RISO/IEC 926-93. Procjena ekonomske učinkovitosti razvoja provedena je pomoću SWOT analize. Očito je da projektirani sustav ima nisku cijenu (struktura troškova - poster 3) i prilično brza razdoblja povrata (računata uz minimalne uštede). Dakle, možemo zaključiti o visokoj ekonomskoj učinkovitosti razvoja.

Osim toga, riješena su pitanja zaštite rada, električne sigurnosti i ekološke prihvatljivosti sustava. Utemeljen je izbor vodljivih kabela, filtera zračnih kanala.

Dakle, kao rezultat činjenja teza izrađen je projekt modernizacije koji je optimalan u odnosu na sve postavljene zahtjeve. Ovaj se projekt preporučuje za realizaciju u skladu s uvjetima modernizacije opreme postrojenja.

Ako se isplativost i kvaliteta projekta potvrde probnim razdobljem, planira se implementacija razine dispečera korištenjem lokalne mreže poduzeća, kao i modernizacija ventilacije ostatka industrijskih prostorija kako bi ih spojili u jedinstvenu industrijsku mrežu. U skladu s tim, ove faze uključuju razvoj dispečerskog softvera, evidentiranje statusa sustava, pogreške, nezgode (DB), organizaciju automatiziranog radnog mjesta ili kontrolnog mjesta (CCP). Također je moguće razraditi slabe točke postojećeg sustava, poput modernizacije uređaja za obradu, kao i dovršetak ventila za usis zraka s mehanizmom za zamrzavanje.

napomena

Diplomski projekt sadrži uvod, 8 poglavlja, zaključak, popis literature, prijave i sastoji se od 141 stranice strojopisnog teksta s ilustracijama.

U prvom dijelu daje se pregled i analiza potrebe za projektiranjem automatskog sustava upravljanja dovodno-ispušnom ventilacijom (ACS PVV) proizvodnih radionica, marketinška studija ormara za automatizaciju. Razmatraju se tipične sheme ventilacija i alternativni pristupi rješavanju problema diplomskog projektiranja.

U drugom dijelu dat je opis postojećeg sustava PVW na objektu implementacije - OAO VOMZ, kao tehnološkom procesu. Formira se generalizirani blok dijagram automatizacije za tehnološki proces pripreme zraka.

U trećem dijelu formuliran je prošireni tehnički prijedlog za rješavanje problema diplomskog oblikovanja.

Četvrti dio posvećen je razvoju samohodnih topova. Odabrani su elementi automatizacije i upravljanja, prikazani su njihovi tehnički i matematički opisi. Opisan je algoritam za kontrolu temperature dovodnog zraka. Formiran je model i provedena simulacija rada ACS-a za održavanje temperature zraka u prostoriji. Odabrano i opravdano električno ožičenje. Konstruiran je satni ciklogram rada sustava.

Peti dio sadrži tehničke karakteristike programabilnog logičkog kontrolera (PLC) WAGO I/O sustava. Dane su tablice veza senzora i aktuatora s PLC portovima, uklj. i virtualno.

Šesti dio posvećen je razvoju algoritama funkcioniranja i pisanju upravljačkog programa PLC-a. Potkrijepljen je izbor programskog okruženja. Dani su blok-algoritmi za razradu izvanrednih situacija od strane sustava, blok-algoritmi za funkcionalne blokove koji rješavaju probleme pokretanja, upravljanja i regulacije. Odjeljak uključuje rezultate testiranja i otklanjanja pogrešaka upravljačkog programa PLC-a.

Sedmi dio bavi se sigurnošću i ekološkom prihvatljivošću projekta. Provodi se analiza opasnih i štetnih čimbenika tijekom rada ACS PVV, donosi se odluka o zaštiti rada i osiguravanju ekološke prihvatljivosti projekta. Razvija se zaštita sustava od izvanrednih situacija, uklj. pojačanje sustava u smislu zaštite od požara i osiguranje stabilnosti rada tijekom hitne situacije. Dat je razvijen glavni funkcionalni dijagram automatizacije sa specifikacijom.

Osmi dio posvećen je organizacijskoj i ekonomskoj opravdanosti razvoja. Izračun troškova, učinkovitosti i razdoblja povrata razvoja dizajna, uklj. s obzirom na fazu implementacije. Oslikavaju se faze razvoja projekta, procjenjuje se radni intenzitet rada. Daje se ocjena ekonomske učinkovitosti projekta korištenjem SWOT analize razvoja.

U zaključku su dati zaključci o diplomskom projektu.

Uvod

Automatizacija je jedan od najvažnijih čimbenika rasta produktivnosti rada u industrijskoj proizvodnji. Kontinuirani uvjet za ubrzavanje stope rasta automatizacije je razvoj tehničkih sredstava automatizacije. Tehnička sredstva automatizacije uključuju sve uređaje uključene u sustav upravljanja i dizajnirane za primanje informacija, njihovo prijenos, pohranjivanje i pretvaranje, kao i za provođenje kontrolnih i regulatornih radnji na tehnološkom objektu upravljanja.

Razvoj tehnoloških sredstava automatizacije složen je proces koji se temelji na interesima automatizirane potrošačke proizvodnje, s jedne strane, i ekonomskim mogućnostima proizvodnih poduzeća, s druge strane. Primarni poticaj razvoju je povećanje učinkovitosti proizvodnje – potrošača, kroz uvođenje nova tehnologija može biti izvedivo samo ako se troškovi brzo nadoknade. Stoga bi kriterij za sve odluke o razvoju i implementaciji novih alata trebao biti ukupni ekonomski učinak, uzimajući u obzir sve troškove razvoja, proizvodnje i implementacije. Sukladno tome, za razvoj, proizvodnju treba uzeti, prije svega, one mogućnosti tehničkih sredstava koja pružaju maksimalni ukupni učinak.

Stalno širenje opsega automatizacije jedno je od glavnih obilježja industrije u ovoj fazi.

Posebna se pozornost posvećuje pitanjima industrijske ekologije i sigurnosti rada u proizvodnji. Prilikom projektiranja Moderna tehnologija, opreme i konstrukcija, potrebno je znanstveno obrazložiti razvoj sigurnosti i neškodljivosti rada.

U sadašnjoj fazi razvoja nacionalnog gospodarstva zemlje, jedna od glavnih zadaća je povećanje učinkovitosti društvene proizvodnje na temelju znanstveno-tehničkog procesa i potpunije korištenje svih rezervi. Ovaj zadatak je neraskidivo povezan s problemom optimizacije dizajnerskih rješenja, čija je svrha stvaranje potrebnih preduvjeta za povećanje učinkovitosti kapitalnih ulaganja, smanjenje razdoblja povrata i osiguranje najvećeg povećanja proizvodnje po potrošenoj rublji. Povećanje produktivnosti rada, proizvodnju visokokvalitetnih proizvoda, poboljšanje uvjeta rada i odmora radnika osiguravaju ventilacijski sustavi koji stvaraju potrebnu mikroklimu i kvalitetu zraka u prostorijama.

Svrha diplomskog projekta je razvoj automatskog sustava upravljanja dovodno-ispušnom ventilacijom (ACS PVV) proizvodnih pogona.

Problem koji se razmatra u diplomskom projektu posljedica je istrošenosti sustava automatske opreme PVV-a u JSC "Vologda optičko-mehanička tvornica". Osim toga, sustav je dizajniran distribuirano, što eliminira mogućnost centraliziranog upravljanja i nadzora. Za objekt izvedbe odabrano je mjesto brizganja (B-kategorija za protupožarnu sigurnost), kao i prostor uz njega - mjesto CNC strojeva, projektno-otpremni biro, skladišta.

Zadaci diplomskog projekta formulirani su kao rezultat proučavanja trenutnog stanja ACS PVV i na temelju analitičkog pregleda dati su u odjeljku 3 "Tehnički prijedlog".

Korištenje kontrolirane ventilacije otvara nove mogućnosti za rješavanje navedenih problema. Razvijeni sustav automatskog upravljanja trebao bi biti optimalan u smislu obavljanja zadanih funkcija.

Kao što je gore navedeno, važnost razvoja posljedica je i zastarjelosti postojećih samohodnih topova, povećanja broja radovi na popravci na ventilacijskim "putevima", te općem povećanju incidencije dišnih puteva i prehlada radnika, sklonost pogoršanju osjećaja tijekom dugotrajnog rada, te, kao rezultat, opći pad produktivnosti rada i kvalitete proizvoda. Važno je napomenuti i činjenicu da postojeći sustav za upravljanje vatrom nije povezan s protupožarnom automatikom, što je neprihvatljivo za ovakvu proizvodnju. Razvoj novog ACS PVV izravno je vezan uz tvorničku politiku kvalitete (ISO 9000), kao i programe modernizacije tvorničke opreme i automatizacije sustava za održavanje života u radionicama.

Diplomski projekt koristi internetske resurse (forumi, elektroničke knjižnice, članci i publikacije, elektronički portali), kao i tehničku literaturu traženog predmetnog područja i tekstove standarda (GOST, SNIP, SanPiN). Također, razvoj ACS PVV provodi se uzimajući u obzir prijedloge i preporuke stručnjaka, na temelju postojećih planova ugradnje, kabelskih trasa, sustava zračnih kanala.

Vrijedi napomenuti da se problem postavljen u diplomskom projektu odvija u gotovo svim starim tvornicama vojno-industrijskog kompleksa, a preopremanje radionica jedan je od najvažnijih zadataka u smislu osiguranja kvalitete proizvoda za krajnjeg potrošača. Tako će diplomski dizajn odražavati stečeno iskustvo u rješavanju sličnih problema u poduzećima sa sličnom vrstom proizvodnje.

1. Analitički pregled

1.1 Opća analiza potreba za projektiranjem ACS PVV

Najvažniji izvor uštede goriva i energetskih resursa koji se troše na opskrbu toplinom velikih industrijskih zgrada sa značajnom potrošnjom toplinske i električne energije je povećanje učinkovitosti sustava. dovodna i ispušna ventilacija(PVV) na temelju korištenja suvremenih dostignuća računalne i upravljačke tehnologije.

Obično se za upravljanje ventilacijskim sustavom koriste lokalni alati za automatizaciju. Glavni nedostatak takve regulacije je što ne uzima u obzir stvarnu ravnotežu zraka i topline zgrade i stvarne vremenske uvjete: vanjska temperatura zraka, brzina i smjer vjetra, atmosferski tlak.

Stoga, pod utjecajem lokalne automatizacije, sustav ventilacije zraka, u pravilu, ne radi u optimalnom načinu rada.

Učinkovitost dovodno-ispušnog ventilacijskog sustava može se značajno povećati ako se sustavi optimalno kontroliraju na temelju korištenja skupa odgovarajućih hardverskih i softverskih alata.

Formiranje toplinski režim može se predstaviti kao interakcija ometajućih i regulacijskih čimbenika. Za određivanje regulacijskog djelovanja potrebne su informacije o svojstvima i broju ulaznih i izlaznih parametara te uvjetima za nastavak procesa prijenosa topline. Budući da je svrha upravljanja ventilacijskom opremom osigurati potrebne uvjete zraka u radnom prostoru zgrada uz minimalne troškove energije i materijala, tada će uz pomoć računala biti moguće pronaći najbolju opciju i razviti odgovarajuće upravljačke radnje na ovom sustavu. Kao rezultat, računalo s odgovarajućim setom hardvera i softvera čini automatizirani sustav upravljanja toplinskim režimom zgrada (ACS TRP). Istodobno, treba napomenuti da se pod računalom može razumjeti i upravljačka ploča EEW-a, i upravljačka ploča za praćenje stanja EEW-a, kao i najjednostavnije računalo sa simulacijskim programom za ACS EEW-a, obradu rezultata i na temelju njih operativnu kontrolu.

Sustav automatskog upravljanja je kombinacija upravljačkog objekta (kontroliranog tehnološkog procesa) i upravljačkih uređaja, čija interakcija osigurava automatski tijek procesa u skladu s zadanim programom. U ovom slučaju, tehnološki proces se shvaća kao slijed radnji koje se moraju izvesti kako bi se iz sirovine dobio gotov proizvod. U slučaju PVV-a gotov proizvod je zrak u servisiranoj prostoriji sa određenim parametrima (temperatura, sastav plina i sl.), a sirovina je vanjski i odvodni zrak, nosači topline, električna energija itd.

Osnova za funkcioniranje ACS PVV, kao i svakog upravljačkog sustava, treba se temeljiti Povratne informacije(OS): razvoj upravljačkih radnji na temelju informacija o objektu dobivenih pomoću senzora instaliranih ili distribuiranih na objektu.

Svaki specifični ACS razvijen je na temelju zadane tehnologije za obradu ulaznog protoka zraka. Često je sustav dovodne i ispušne ventilacije povezan sa sustavom klimatizacije (pripremne) što se također odražava u dizajnu automatizacije upravljanja.

Kada koristite samostalne uređaje ili kompletne tehnološke instalacije ACS za obradu zraka isporučuju se već ugrađeni u opremu i već ugrađeni s određenim upravljačkim funkcijama, koje su obično detaljno opisane u tehničkoj dokumentaciji. U tom slučaju, podešavanje, održavanje i rad takvih upravljačkih sustava moraju se provoditi strogo u skladu s navedenom dokumentacijom.

Analiza tehnička rješenja modernog PVV-a vodećih tvrtki - proizvođača ventilacijske opreme pokazao je da se kontrolne funkcije mogu podijeliti u dvije kategorije:

Upravljačke funkcije određene tehnologijom i opremom za obradu zraka;

Dodatne funkcije, koje su uglavnom uslužne, prikazane su kao know-how tvrtki i ovdje se ne razmatraju.

Općenito, glavne tehnološke funkcije upravljanja opremom za obradu zraka mogu se podijeliti u sljedeće skupine (slika 1.1)

Riža. 1.1 - Glavne tehnološke funkcije upravljanja PVV-om

Opišimo što se podrazumijeva pod PWV funkcijama prikazanim na Sl. 1.1.

1.1.1 Funkcija "Nadzor i evidentiranje".

U skladu sa SNiP 2.04.05-91, obvezni kontrolni parametri su:

Temperatura i tlak u zajedničkim dovodnim i povratnim cjevovodima i na izlazu svakog izmjenjivača topline;

Temperatura vanjskog zraka, dovodnog zraka nakon izmjenjivača topline, kao i temperatura u prostoriji;

MPC standardi za štetne tvari u zraku koji se ispušta iz prostorije (prisutnost plinova, produkata izgaranja, netoksične prašine).

Ostali parametri u sustavima dovodne i ispušne ventilacije kontroliraju se na zahtjev tehnički podaci opreme ili radnih uvjeta.

Daljinsko upravljanje je predviđeno za mjerenje glavnih parametara tehnološkog procesa ili parametara uključenih u provedbu drugih upravljačkih funkcija. Takva se kontrola provodi pomoću senzora i mjernih pretvarača s izlazom (ako je potrebno) izmjerenih parametara na indikatoru ili zaslonu kontrolnog uređaja (upravljačka ploča, računalni monitor).

Za mjerenje drugih parametara obično se koriste lokalni (prijenosni ili stacionarni) instrumenti - pokazni termometri, manometri, uređaji za spektralnu analizu sastava zraka itd.

Korištenjem lokalnih upravljačkih uređaja ne narušava se osnovno načelo upravljačkih sustava – princip povratne sprege. U ovom slučaju se provodi ili uz pomoć osobe (operatera ili osoblja za održavanje) ili uz pomoć upravljačkog programa “žičano” uklopljenog u memoriju mikroprocesora.

1.1.2 Funkcija "operativno i programsko upravljanje"

Također je važno implementirati takvu opciju kao što je "početni slijed". Kako bi se osiguralo normalno pokretanje PVV sustava, potrebno je uzeti u obzir sljedeće:

Prethodno otvaranje zračnih zaklopki prije pokretanja ventilatora. To je zbog činjenice da svi zaklopke u zatvorenom stanju ne mogu izdržati razliku tlaka koju stvara ventilator, a vrijeme za potpuno otvaranje zaklopke električnim pogonom doseže dvije minute.

Razdvajanje momenata pokretanja elektromotora. Asinkroni motoričesto mogu imati velike početne struje. Ako se ventilatori, pogoni zračnih zaklopki i drugi pogoni pokrenu istovremeno, tada će zbog velikog opterećenja električne mreže zgrade napon značajno pasti, a elektromotori se možda neće pokrenuti. Stoga se pokretanje elektromotora, posebno velike snage, mora rasporediti na vrijeme.

Predgrijavanje grijača. Ako bojler nije prethodno zagrijan, zaštita od smrzavanja može se aktivirati pri niskim vanjskim temperaturama. Stoga je prilikom pokretanja sustava potrebno otvoriti zaklopke dovodnog zraka, otvoriti trosmjerni ventil bojler i zagrijte grijač. U pravilu se ova funkcija aktivira kada je vanjska temperatura ispod 12 °C.

Obrnuta opcija je "slijed isključivanja" Prilikom isključivanja sustava uzmite u obzir:

Zaustavljanje odgode ventilatora dovodnog zraka u jedinicama s električnim grijačem. Nakon uklanjanja napona s električnog grijača, treba ga neko vrijeme hladiti bez isključivanja ventilatora dovodnog zraka. Inače, grijaći element grijača zraka (termoelektrični grijač - grijaći element) može pokvariti. Za postojeće zadatke diplomskog projektiranja ova opcija nije važna zbog korištenja bojlera, ali ju je također važno napomenuti.

Tako je na temelju odabranih opcija operativnog i programskog upravljanja moguće prikazati tipičan raspored uključivanja i isključivanja uređaja klima uređaja.

Riža. 1.2 - Tipični ciklogram rada ACS PVV s bojlerom

Cijeli ovaj ciklus (slika 1.2) sustav bi trebao raditi automatski, a osim toga treba osigurati i individualno pokretanje opreme, što je potrebno tijekom podešavanja i preventivnog održavanja.

Od male važnosti su i funkcije upravljanja programom, poput promjene zimsko-ljetnog načina rada. Provedba ovih funkcija posebno je relevantna u modernim uvjetima nedostatak energetskih resursa. U regulatornim dokumentima obavljanje ove funkcije je savjetodavne prirode - "za javne, upravne, stambene i industrijske zgrade u pravilu treba predvidjeti programsku regulaciju parametara, čime se osigurava smanjenje potrošnje topline."

U najjednostavnijem slučaju, ove funkcije osiguravaju ili općenito gašenje klima uređaja u određenom trenutku ili smanjenje (povećanje) zadane vrijednosti kontroliranog parametra (na primjer, temperature) ovisno o promjenama toplinskog opterećenja u servisirana soba.

Učinkovitije, ali i teže implementirano je softversko upravljanje, koje omogućuje automatsku promjenu strukture klimatizacijskog sustava i algoritma za njegov rad ne samo u tradicionalnom načinu rada "zima-ljeto", već i u prijelaznom. načina rada. Analiza i sinteza strukture EWP-a i algoritma njegovog rada obično se provodi na temelju njihovog termodinamičkog modela.

U ovom slučaju, glavni kriterij motivacije i optimizacije u pravilu je želja da se osigura, eventualno, minimalna potrošnja energije uz ograničenja kapitalnih troškova, dimenzija itd.

1.1.3 Funkcija " zaštitne funkcije i brave"

Zaštitne funkcije i blokade zajedničke automatizacijskim sustavima i električnoj opremi (zaštita od kratkih spojeva, pregrijavanja, ograničenja kretanja, itd.) propisane su međuodjelnim normativni dokumenti. Takve se funkcije obično provode zasebnim uređajima (osigurači, uređaji za diferencijalnu struju, krajnji prekidači itd.). Njihova uporaba regulirana je pravilima električne instalacije (PUE), pravilima zaštite od požara (PPB).

Zaštita od smrzavanja. Funkcija automatske zaštite od smrzavanja mora biti osigurana u područjima s izračunatom vanjskom temperaturom za hladno razdoblje od minus 5 °C i niže. Izmjenjivači topline prvog grijanja (bojler) i rekuperatori (ako ih ima) podliježu zaštiti.

Obično se zaštita izmjenjivača topline protiv smrzavanja izvodi na temelju senzora ili senzora-releja temperature zraka iza aparata i temperature nosača topline u povratnom cjevovodu.

Opasnost od smrzavanja predviđa se temperaturom zraka ispred aparata (tn<5 °С). При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор.

Tijekom neradnog vremena, za sustave sa zaštitom od smrzavanja ventil mora ostati lagano otvoren (5-25%) sa zatvorenom zaklopkom vanjskog zraka. Za veću pouzdanost zaštite kada je sustav isključen, ponekad se implementira funkcija automatske regulacije (stabilizacije) temperature vode u povratnom cjevovodu.

1.1.4 Funkcija "zaštita tehnološke opreme i električne opreme"

1. Kontrola kontaminacije filtera

Kontrola začepljenja filtera ocjenjuje se padom tlaka na filteru, koji se mjeri senzorom diferencijalnog tlaka. Senzor mjeri razliku u tlaku zraka prije i poslije filtera. Dopušteni pad tlaka na filteru naveden je u njegovoj putovnici (za manometri prikazani na tvorničkim zračnim rutama, prema tehničkom listu - 150-300 Pa). Ova razlika se postavlja tijekom puštanja sustava u pogon na diferencijalnom senzoru (podešavanje senzora). Kada se postigne zadana vrijednost, senzor šalje signal o maksimalnoj zaprašenosti filtera i potrebi njegovog održavanja ili zamjene. Ako se filtar ne očisti ili zamijeni unutar određenog vremena (obično 24 sata) nakon izdavanja signala ograničenja prašine, preporuča se osigurati isključivanje sustava u nuždi.

Preporuča se ugradnja sličnih senzora na ventilatore. Ako ventilator ili pogonski remen ventilatora pokvari, sustav se mora isključiti u hitnom načinu rada. Međutim, takvi se senzori često zanemaruju iz razloga ekonomičnosti, što uvelike komplicira dijagnostiku sustava i otklanjanje kvarova u budućnosti.

2. Ostale automatske brave

Osim toga, treba osigurati automatske brave za:

Otvaranje i zatvaranje ventila za vanjski zrak kada su ventilatori uključeni i isključeni (prigušivač);

Ventili za otvaranje i zatvaranje ventilacijskih sustava spojenih zračnim kanalima za potpunu ili djelomičnu zamjenu u slučaju kvara jednog od sustava;

Zaporni ventili ventilacijskih sustava za prostorije zaštićene plinskim instalacijama za gašenje požara kada su ventilatori ventilacijskih sustava tih prostorija isključeni;

Osiguravanje minimalnog protoka vanjskog zraka u sustavima s promjenjivim protokom itd.

1.1.5 Upravljačke funkcije

Regulatorne funkcije - automatsko održavanje zadanih parametara su po definiciji glavne za dovodne i ispušne ventilacijske sustave koji rade s promjenjivim protokom, recirkulacijom zraka, grijanjem zraka.

Te se funkcije izvode korištenjem zatvorenih upravljačkih petlji, u kojima je princip povratne sprege prisutan u eksplicitnom obliku: informacije o objektu koje dolaze od senzora pretvaraju se upravljačkim uređajima u kontrolna djelovanja. Na sl. 1.3 prikazuje primjer petlje za kontrolu temperature dovodnog zraka u kanalnom klima uređaju. Temperaturu zraka održava bojler kroz koji prolazi rashladna tekućina. Zrak koji prolazi kroz grijač se zagrijava. Temperaturu zraka nakon bojlera mjeri senzor (T), a zatim se njegova vrijednost prenosi na uređaj za usporedbu (US) izmjerene vrijednosti temperature i zadane temperature. Ovisno o razlici između zadane temperature (Tset) i izmjerene vrijednosti temperature (Tmeas), upravljački uređaj (P) generira signal koji djeluje na aktuator (M - trosmjerni ventil električni pogon). Pogon otvara ili zatvara trosmjerni ventil u položaj u kojem je pogreška:

e \u003d Tust - Tism

bit će minimalan.

Riža. 1.3 - Krug kontrole temperature dovodnog zraka u zračnom kanalu s vodenim izmjenjivačem topline: T - senzor; US - uređaj za usporedbu; P - upravljački uređaj; M - izvršni uređaj

Dakle, izgradnja automatskog upravljačkog sustava (ACS) na temelju zahtjeva za točnost i drugih parametara njegovog rada (stabilnost, oscilacija i sl.) svodi se na izbor njegove strukture i elemenata, kao i na određivanje parametri kontrolera. Obično to rade stručnjaci za automatizaciju koristeći klasičnu teoriju upravljanja. Napomenut ću samo da su postavke regulatora određene dinamičkim svojstvima upravljačkog objekta i odabranim zakonom upravljanja. Regulacijski zakon je odnos između ulaznog (?) i izlaznog (Ur) signala regulatora.

Najjednostavniji je proporcionalni zakon regulacije, u kojem? i Ur međusobno su povezani konstantnim koeficijentom Kp. Ovaj koeficijent je parametar podešavanja takvog regulatora, koji se naziva P-regulator. Za njegovu provedbu potrebna je uporaba podesivog pojačala (mehaničkog, pneumatskog, električnog, itd.), koji može funkcionirati i sa i bez dodatnog izvora energije.

Jedna od varijanti P-regulatora su pozicijski regulatori koji provode proporcionalni zakon upravljanja na Kp i formiraju izlazni signal Ur koji ima određeni broj konstantnih vrijednosti, na primjer, dvije ili tri, što odgovara dvo- ili tropoložajnim regulatorima. Takvi se kontroleri ponekad nazivaju relejnim kontrolerima zbog sličnosti njihovih grafičkih karakteristika s onima releja. Parametar podešavanja takvih regulatora je vrijednost mrtve zone De.

U tehnologiji automatizacije ventilacijskih sustava, on-off regulatori su zbog svoje jednostavnosti i pouzdanosti našli široku primjenu u regulaciji temperature (termostati), tlaka (tlačne sklopke) i drugih parametara stanja procesa.

Dvopozicijski regulatori također se koriste u sustavima automatske zaštite, blokiranja i prebacivanja načina rada opreme. U ovom slučaju, njihove funkcije obavljaju senzori-releji.

Unatoč ovim prednostima P-regulatora, oni imaju veliku statičku pogrešku (za male vrijednosti Kp) i sklonost samoosciliranju (za velike vrijednosti Kp). Stoga se uz veće zahtjeve za regulatorne funkcije sustava automatizacije u smislu točnosti i stabilnosti koriste i složeniji zakoni upravljanja, na primjer, PI i PID zakoni.

Također, regulaciju temperature grijanja zraka moguće je izvršiti P-regulatorom koji radi po principu balansiranja: povećavati temperaturu kada je njezina vrijednost manja od zadane vrijednosti, i obrnuto. Ovo tumačenje zakona našlo je primjenu i u sustavima koji ne zahtijevaju visoku točnost.

1.2 Analiza postojećih tipičnih shema za automatsku ventilaciju proizvodnih radnji

Postoji niz standardnih implementacija automatizacije dovodno-ispušnog ventilacijskog sustava, od kojih svaka ima niz prednosti i nedostataka. Napominjem da je unatoč prisutnosti mnogih standardnih shema i razvoja vrlo teško stvoriti takav ACS koji bi bio fleksibilan u pogledu postavki u odnosu na proizvodnju u kojoj se implementira. Dakle, za projektiranje ACS-a za dovod zraka i plina potrebna je temeljita analiza postojeće ventilacijske konstrukcije, analiza tehnoloških procesa proizvodnog ciklusa, kao i analiza zahtjeva zaštite rada, ekologije, elektrotehnike i požara. potrebna je sigurnost. Štoviše, često dizajnirani ACS PVV specijaliziran je u odnosu na svoje područje primjene.

U svakom slučaju, sljedeće grupe se obično smatraju tipičnim početnim podacima u početnoj fazi projektiranja:

1. Opći podaci: teritorijalni položaj objekta (grad, kotar); vrsta i namjena objekta.

2. Podaci o zgradi i prostorijama: nacrti i presjeci sa svim dimenzijama i kotama u odnosu na tlo; navođenje kategorija prostora (na arhitektonskim planovima) u skladu sa standardima zaštite od požara; dostupnost tehničkih područja s naznakom njihovih veličina; mjesto i karakteristike postojećih ventilacijskih sustava; karakteristike nositelja energije;

3. Podaci o tehnološkom procesu: nacrti tehnološkog projekta (planovi) s naznakom postavljanja tehnološke opreme; specifikacija opreme s naznakom instaliranih kapaciteta; karakteristike tehnološkog režima -- broj radnih smjena, prosječan broj radnika u smjeni; način rada opreme (istodobnost rada, faktori opterećenja itd.); količina štetnih emisija u zrak (MAC štetnih tvari).

Kao početne podatke za izračun automatizacije PVV sustava uzimaju:

Performanse postojećeg sustava (snaga, izmjena zraka);

Popis parametara zraka koje treba regulirati;

Granice regulacije;

Rad automatizacije pri primanju signala iz drugih sustava.

Dakle, izvedba sustava automatizacije osmišljena je na temelju zadataka koji su mu dodijeljeni, uzimajući u obzir norme i pravila, kao i opće početne podatke i sheme. Izrada sheme i odabir opreme za sustav automatizacije ventilacije provodi se pojedinačno.

Predstavimo postojeće standardne sheme sustava upravljanja dovodno-ispušnom ventilacijom, neke od njih ćemo okarakterizirati s obzirom na mogućnost korištenja za rješavanje problema diplomskog projekta (sl. 1.4 - 1.5, 1.9).

Riža. 1.4 - ACS ventilacija s izravnim protokom

Ovi sustavi automatizacije našli su aktivnu primjenu u tvornicama, tvornicama, poslovnim zgradama. Predmet upravljanja ovdje je ormar za automatizaciju (upravljačka ploča), uređaji za pričvršćivanje su senzori kanala, kontrolno djelovanje je na motorima motora ventilatora, motora zaklopke. Tu je i ATS za grijanje/hlađenje. Gledajući unaprijed, može se primijetiti da je sustav prikazan na slici 1.4a prototip sustava koji se mora koristiti u sekciji za injekcijsko prešanje Optičko-mehaničke tvornice OAO Vologda. Hlađenje zraka u industrijskim prostorima je neučinkovito zbog obujma tih prostora, a grijanje je preduvjet za ispravno funkcioniranje automatskog upravljačkog sustava opreme za obradu zraka.

Riža. 1.5- ACS ventilacija s izmjenjivačima topline

Izgradnja automatskog sustava upravljanja PVV pomoću jedinica za povrat topline (rekuperatora) omogućuje rješavanje problema prekomjerne potrošnje električne energije (za električne grijače), problema emisija u okoliš. Smisao rekuperacije je u tome da zrak koji se nepovratno uklanja iz prostorije, a ima postavljenu temperaturu u prostoriji, izmjenjuje energiju s ulaznim vanjskim zrakom, čiji se parametri u pravilu značajno razlikuju od zadanih. Oni. zimi topli odvodni zrak koji se uklanja djelomično zagrijava vanjski dovodni zrak, dok ljeti hladniji odvodni zrak djelomično hladi dovodni zrak. U najboljem slučaju, rekuperacija može smanjiti potrošnju energije za obradu dovodnog zraka za 80%.

Tehnički, oporavak u dovodnoj i ispušnoj ventilaciji provodi se pomoću rotirajućih izmjenjivača topline i sustava sa srednjim nosačem topline. Tako dobivamo dobitak i u zagrijavanju zraka i u smanjenju otvaranja zaklopki (dopušteno je više vremena mirovanja motora koji kontroliraju zaklopke) - sve to daje ukupni dobitak u smislu uštede električne energije.

Sustavi povrata topline obećavaju i aktivni su te se uvode kako bi zamijenili starije ventilacijske sustave. Međutim, vrijedno je napomenuti da takvi sustavi koštaju dodatna kapitalna ulaganja, međutim, njihovo razdoblje povrata je relativno kratko, dok je profitabilnost vrlo visoka. Također, izostanak stalnog ispuštanja u okoliš povećava ekološki učinak takve organizacije automatske opreme. Pojednostavljeni rad sustava s povratom topline iz zraka (recirkulacija zraka) prikazan je na slici 1.6.

Riža. 1.6 - Rad sustava za izmjenu zraka s recirkulacijom (rekuperacijom)

Poprečni ili pločasti izmjenjivači topline (sl. 1.5 c, d) sastoje se od ploča (aluminij), koji predstavljaju sustav kanala za strujanje dvije struje zraka. Zidovi kanala uobičajeni su za dovod i odvod zraka i lako se prenose. Zbog velike površine izmjene i turbulentnog strujanja zraka u kanalima, postiže se visok stupanj povrata topline (prijenos topline) uz relativno mali hidraulični otpor. Učinkovitost pločastih izmjenjivača topline doseže 70%.

Riža. 1.7 - Organizacija izmjene zraka ACS PVV na temelju pločastih izmjenjivača topline

Iskorištava se samo osjetljiva toplina odvodnog zraka, budući da Dovodni i odvodni zrak se ni na koji način ne miješaju, a kondenzat koji nastaje tijekom hlađenja ispušnog zraka zadržava separator i odvodi ga sustavom odvodnje iz odvodne posude. Kako bi se spriječilo smrzavanje kondenzata pri niskim temperaturama (do -15°C), formiraju se odgovarajući zahtjevi za automatizaciju: mora osigurati periodično gašenje dovodnog ventilatora ili odvođenje dijela vanjskog zraka u obilazni kanal zaobilazeći toplinu. kanali izmjenjivača. Jedino ograničenje u primjeni ove metode je obvezno križanje dovodnih i ispušnih grana na jednom mjestu, što u slučaju jednostavne modernizacije ACS-a nameće niz poteškoća.

Sustavi rekuperacije s međurashladnom tekućinom (slika 1.5 a, b) su par izmjenjivača topline povezanih zatvorenim cjevovodom. Jedan izmjenjivač topline nalazi se u ispušnom kanalu, a drugi u dovodnom kanalu. Mješavina glikola koja se ne smrzava kruži u zatvorenom krugu, prenoseći toplinu s jednog izmjenjivača topline na drugi, a u tom slučaju udaljenost od jedinice za obradu zraka do ispušne jedinice može biti vrlo značajna.

Učinkovitost povrata topline ovom metodom ne prelazi 60%. Trošak je relativno visok, ali u nekim slučajevima to može biti jedina opcija za povrat topline.

Riža. 1.8 - Princip povrata topline pomoću srednjeg nosača topline

Rotacijski izmjenjivač topline (rotirajući izmjenjivač topline, rekuperator) - je rotor s kanalima za horizontalni prolaz zraka. Dio rotora nalazi se u ispušnom kanalu, a dio u dovodnom kanalu. Rotirajući, rotor prima toplinu iz ispušnog zraka i prenosi je na dovodni zrak, a prenosi se i osjetna i latentna toplina, kao i vlaga. Učinkovitost povrata topline je maksimalna i doseže 80%.

Riža. 1.9 - ACS PVV s rotacijskim izmjenjivačem topline

Ograničenje primjene ove metode prije svega nameće činjenica da se do 10% odvodnog zraka pomiješa s dovodnim zrakom, au nekim slučajevima je to neprihvatljivo ili nepoželjno (ako je zrak značajno onečišćen). . Zahtjevi dizajna slični su prethodnoj verziji - ispušni i dovodni strojevi nalaze se na istom mjestu. Ova metoda je skuplja od prve i rijetko se koristi.

Općenito, sustavi s oporavkom su 40-60% skuplji od sličnih sustava bez oporavka, no operativni troškovi će se značajno razlikovati. Čak i po današnjim cijenama energije, razdoblje povrata za sustav oporavka ne prelazi dvije sezone grijanja.

Želio bih napomenuti da na uštedu energije utječu i kontrolni algoritmi. Međutim, uvijek treba uzeti u obzir da su svi ventilacijski sustavi dizajnirani za neke prosječne uvjete. Na primjer, brzina protoka vanjskog zraka određena je za jedan broj ljudi, ali u stvarnosti soba može biti manja od 20% prihvaćene vrijednosti, naravno, u ovom slučaju će izračunata brzina vanjskog zraka biti očito pretjerana, ventilacija u prekomjernom načinu rada dovest će do nerazumnog gubitka energetskih resursa. Logično je u ovom slučaju razmotriti nekoliko načina rada, na primjer, zima / ljeto. Ako automatizacija može postaviti takve načine rada, uštede su očite. Drugi pristup se odnosi na regulaciju vanjskog protoka zraka ovisno o kvaliteti unutarnjeg plinskog okoliša, t.j. sustav automatizacije uključuje plinske analizatore za štetne plinove i odabire vrijednost protoka vanjskog zraka tako da sadržaj štetnih plinova ne prelazi maksimalno dopuštene vrijednosti.

1.3 Marketinško istraživanje

Trenutno su svi vodeći svjetski proizvođači ventilacijske opreme široko zastupljeni na tržištu automatizacije za dovodnu i ispušnu ventilaciju, a svaki od njih specijaliziran je za proizvodnju opreme u određenom segmentu. Cijelo tržište ventilacijske opreme može se podijeliti u sljedeća područja primjene:

Kućanske i poluindustrijske namjene;

Industrijska namjena;

Oprema za ventilaciju za "specijalne" namjene.

Budući da se u diplomskom projektu razmatra projektiranje automatizacije za opskrbno-ispušne sustave industrijskih prostora, radi usporedbe predloženog razvoja s onima koji su dostupni na tržištu, potrebno je odabrati slične postojeće pakete automatizacije poznatih proizvođača.

Rezultati marketinškog istraživanja postojećih ACS PVV paketa prikazani su u Dodatku A.

Tako je kao rezultat marketinškog istraživanja razmatrano nekoliko najčešće korištenih ACS PVV različitih proizvođača, proučavanjem njihove tehničke dokumentacije dobiveni su sljedeći podaci:

Sastav odgovarajućeg ACS PVV paketa;

Registar kontrolnih parametara (tlak u zračnim kanalima, temperatura, čistoća, vlažnost zraka);

Marka programabilnog logičkog kontrolera i njegove opreme (softver, naredbeni sustav, principi programiranja);

Dostupnost veza s drugim sustavima (je li osigurana komunikacija s vatrogasnom automatikom, postoji li podrška za protokole lokalne mreže);

Zaštitni dizajn (električna sigurnost, protupožarna sigurnost, zaštita od prašine, otpornost na buku, zaštita od vlage).

2. Opis ventilacijske mreže proizvodne radionice kao objekta automatskog upravljanja

Općenito, na temelju rezultata analize postojećih pristupa automatizaciji sustava ventilacije i pripreme zraka, kao i rezultata analitičkih pregleda tipskih shema, može se zaključiti da su zadaci razmatrani u diplomskom projektu relevantni na u današnje vrijeme, aktivno razmatraju i proučavaju specijalizirani projektni biroi (SKB).

Napominjem da postoje tri glavna pristupa implementaciji automatizacije za ventilacijski sustav:

Distribuirani pristup: implementacija automatizacije PVV-a na temelju lokalne sklopne opreme, svaki ventilator kontrolira odgovarajući uređaj.

Ovaj pristup se koristi za projektiranje automatizacije relativno malih ventilacijskih sustava u kojima nije predviđeno daljnje proširenje. On je najstariji. Prednosti pristupa uključuju, na primjer, činjenicu da u slučaju nezgode na jednoj od kontroliranih ventilacijskih grana, sustav zaustavlja samo ovu vezu/dionicu u nuždi. Osim toga, ovaj pristup je relativno jednostavan za implementaciju, ne zahtijeva složene algoritme upravljanja i pojednostavljuje održavanje uređaja ventilacijskog sustava.

Centralizirani pristup: implementacija automatskog ventilacijskog sustava baziranog na skupini logičkih kontrolera ili programabilnog logičkog kontrolera (PLC), cijeli ventilacijski sustav kontrolira se centralno u skladu s programiranim podacima.

Centralizirani pristup je pouzdaniji od distribuiranog. Cijelo upravljanje VVV-om je kruto, provodi se na temelju programa. Ova okolnost nameće dodatne zahtjeve kako za pisanje programskog koda (potrebno je uzeti u obzir mnoge uvjete, uključujući radnje u hitnim situacijama), tako i za posebnu zaštitu upravljačkog PLC-a. Ovaj pristup pronašao je primjenu za male administrativne i industrijske komplekse. Odlikuje ga fleksibilnost postavki, mogućnost skaliranja sustava do razumnih granica, kao i mogućnost mobilne integracije sustava po principu mješovite organizacije;

Mješoviti pristup: koristi se u projektiranju velikih sustava (veliki broj kontrolirane opreme s velikim performansama), kombinacija je distribuiranog i centraliziranog pristupa. U općem slučaju, ovaj pristup pretpostavlja hijerarhiju razina na čelu s upravljačkim računalom i podređenim "mikroračunalima", čime se formira globalna kontrolna proizvodna mreža u odnosu na poduzeće. Drugim riječima, ovaj pristup je distribuirano-centralizirani pristup s dispečiranjem sustava.

U smislu zadatka koji se rješava u diplomskom dizajnu, najpoželjniji je centralizirani pristup implementaciji automatizacije PVV-a. Budući da se sustav razvija za male industrijske prostore, ovaj pristup je moguće koristiti i za druge objekte s ciljem njihove naknadne integracije u jedinstveni ACS IPV.

Često su ormari za upravljanje ventilacijom opremljeni sučeljem koje omogućuje praćenje stanja ventilacijskog sustava s informacijama prikazanim na monitoru računala. Međutim, vrijedno je napomenuti da ova implementacija zahtijeva dodatne komplikacije programa kontrole, obuku stručnjaka koji prati stanje i donosi operativne odluke na temelju vizualno dobivenih podataka iz senzorskog istraživanja. Osim toga, uvijek postoji faktor ljudske pogreške u hitnim situacijama. Stoga je implementacija ovog uvjeta prije dodatna opcija dizajnu paketa PVV automatizacije.

2.1 Opis postojećeg automatskog sustava upravljanja dovodno-ispušnom ventilacijom proizvodnih pogona

Kako bi se osigurao osnovni princip ventilacije proizvodnih pogona, koji se sastoji u održavanju parametara i sastava zraka u prihvatljivim granicama, potrebno je dovod čistog zraka u mjesta gdje se nalaze radnici, nakon čega slijedi distribucija zraka po prostoriji.

Ispod na sl. 2.1 prikazuje ilustraciju tipičnog dovodno-ispušnog ventilacijskog sustava, sličnog onom koji je dostupan na mjestu implementacije.

Sustav ventilacije industrijskih prostora sastoji se od ventilatora, zračnih kanala, dovoda vanjskog zraka, uređaja za pročišćavanje zraka koji ulazi i ispušta u atmosferu te uređaja za grijanje zraka (bojlera).

Projektiranje postojećih dovodno-ispušnih ventilacijskih sustava provedeno je u skladu sa zahtjevima SNiP II 33-75 „Grijanje, ventilacija i klimatizacija”, kao i GOST 12.4.021-75 „SSBT. Ventilacijski sustavi. Opći zahtjevi”, koji specificira zahtjeve za ugradnju, puštanje u rad i rad.

Pročišćavanje onečišćenog zraka koji se emitira u atmosferu provodi se posebnim uređajima - separatorima prašine (koriste se na mjestu proizvodnje injekcijskog prešanja), filterima zračnih kanala itd. Treba uzeti u obzir da separatori prašine ne zahtijevaju dodatnu kontrolu i da se aktiviraju kada je uključena ispušna ventilacija.

Također, čišćenje izvađenog zraka iz radnog područja može se provoditi u komorama za taloženje prašine (samo za krupnu prašinu) i elektrofilterima (za finu prašinu). Pročišćavanje zraka od štetnih plinova provodi se posebnim upijajućim i dekontaminirajućim tvarima, uključujući i one nanesene na filtere (u filterskim ćelijama).

Riža. 2.1 - Sustav dovodno-ispušne ventilacije proizvodne radionice 1 - uređaj za usis zraka; 2 - grijači za grijanje; 3- dovodni ventilator; 4 - glavni zračni kanal; 5 - grane kanala; 6 - dovodne mlaznice; 7 - lokalno usisavanje; 8 i 9 - majstor. kanal za ispušni zrak; 10 - separator prašine; 11 - ispušni ventilator; 12 - osovina za izbacivanje pročišćenog zraka u atmosferu

Automatizacija postojećeg sustava je relativno jednostavna. Tehnološki proces ventilacije je sljedeći:

1. početak radne smjene - pokreće se sustav dovodno-ispušne ventilacije. Ventilatori se pokreću centraliziranim starterom. Drugim riječima, upravljačka ploča se sastoji od dva pokretača - za pokretanje i zaustavljanje/isključivanje u nuždi. Smjena traje 8 sati - sa sat vremena stanke, odnosno sustav je u mirovanju u prosjeku 1 sat tijekom radnog vremena. Osim toga, takvo "blokiranje" kontrole je ekonomski neučinkovito, jer dovodi do prekomjerne potrošnje električne energije.

Treba napomenuti da nema proizvodne potrebe da ispušna ventilacija radi konstantno, preporučljivo ju je uključiti kada je zrak zagađen ili je, na primjer, potrebno ukloniti višak toplinske energije iz radnog prostora.

2. Otvaranje zaklopki uređaja za usis zraka također kontrolira lokalna startna oprema, zrak s parametrima vanjskog okruženja (temperatura, čistoća) uvlači se u zračne kanale dovodnim ventilatorom zbog razlike u pritisak.

3. Zrak uzet iz vanjskog okruženja prolazi kroz bojler, zagrijava se do prihvatljivih temperaturnih vrijednosti i kroz dovodne mlaznice se kroz zračne kanale upuhuje u prostoriju. Bojler osigurava značajno zagrijavanje zraka, upravljanje grijačem je ručno, električar otvara zaklopku zaklopke. Za ljetno razdoblje grijač je isključen. Topla voda koja se opskrbljuje iz unutarnje kotlovnice koristi se kao nosač topline. Ne postoji sustav automatske kontrole temperature zraka, zbog čega dolazi do velikog prekoračenja resursa.

Slični dokumenti

Osobitosti korištenja upravljačkog sustava dovodne ventilacijske jedinice na temelju kontrolera MS8.2. Osnovna funkcionalnost kontrolera. Primjer specifikacije za automatizaciju dovodne ventilacijske instalacije za shemu temeljenu na MC8.2.

praktični rad, dodano 25.05.2010


Usporedna analiza tehničkih karakteristika tipskih projekata rashladnih tornjeva. Elementi vodoopskrbnih sustava i njihova klasifikacija. Matematički model procesa reciklaže vode, izbor i opis opreme za automatizaciju i upravljanje.

rad, dodan 04.09.2013


Osnove funkcioniranja automatskog upravljačkog sustava za dovodnu i odsisnu ventilaciju, njegova konstrukcija i matematički opis. Oprema tehnološkog procesa. Izbor i izračun regulatora. Studija stabilnosti ATS-a, pokazatelji njegove kvalitete.

seminarski rad, dodan 16.02.2011


Opis procesa toplinsko-vlažne obrade proizvoda na bazi cementnog betona. Automatizirano upravljanje procesom ventilacije parne komore. Izbor vrste diferencijalnog manometra i izračun uređaja za sužavanje. Mjerni krug automatskog potenciometra.

seminarski rad, dodan 25.10.2009


Karta tehnološke rute za obradu pužnog kotača. Izračun dopuštenja i graničnih dimenzija za obradu proizvoda. Izrada kontrolnog programa. Opravdanje i izbor steznog uređaja. Proračun ventilacije industrijskih prostora.

rad, dodan 29.08.2012


Karakteristike projektiranog kompleksa i izbor tehnologije za proizvodne procese. Mehanizacija vodoopskrbe i pojenja životinja. Tehnološki proračun i izbor opreme. Sustavi ventilacije i grijanja zraka. Proračun izmjene zraka i rasvjete.

seminarski rad, dodan 01.12.2008


Dovodni ventilacijski sustav, njegova unutarnja struktura i odnos elemenata, procjena prednosti i nedostataka korištenja, zahtjevi opreme. Mjere za uštedu energije, automatizacija upravljanja energetski učinkovitim ventilacijskim sustavima.

seminarski rad, dodan 08.04.2015


Izrada tehnološke sheme za automatizaciju električno grijanog poda. Proračun i odabir elemenata automatizacije. Analiza zahtjeva u shemi upravljanja. Određivanje glavnih pokazatelja pouzdanosti. Sigurnosne mjere pri ugradnji opreme za automatizaciju.

seminarski rad, dodan 30.05.2015


Oprema za tehnološki proces katalitičkog reforminga. Značajke tržišta automatizacije. Izbor sklopa upravljačkog računala i sredstava terenske automatizacije. Proračun i odabir postavki regulatora. Tehnička sredstva automatizacije.

rad, dodan 23.05.2015


Tehnološki opis strukturne sheme projekta za automatizaciju obrade zasićenih ugljikovodičnih plinova. Studija funkcionalnog dijagrama automatizacije i obrazloženja izbora instrumentacije instalacije. Matematički model regulacijske petlje.

Predviđanje toplinskog režima u opsluživanim područjima je višefaktorski zadatak. Poznato je da se toplinski režim stvara uz pomoć sustava grijanja, ventilacije i klimatizacije. Međutim, pri projektiranju sustava grijanja ne uzima se u obzir utjecaj strujanja zraka koju stvaraju drugi sustavi. To je dijelom opravdano činjenicom da učinak strujanja zraka na toplinski režim može biti neznatan uz normativnu mobilnost zraka u opsluživanim područjima.

Korištenje sustava grijanja zračenjem zahtijeva nove pristupe. To uključuje potrebu poštivanja standarda o izloženosti ljudi na radnim mjestima i uzimanje u obzir distribucije topline zračenja preko unutarnjih površina ovoja zgrade. Doista, kod zračnog grijanja te se površine pretežno zagrijavaju, koje zauzvrat odaju toplinu u prostoriju konvekcijom i zračenjem. Zbog toga se održava potrebna temperatura unutarnjeg zraka.

U pravilu, za većinu vrsta prostorija, uz sustave grijanja, potrebni su ventilacijski sustavi. Dakle, kada koristite sustave grijanja plinskim zračenjem, soba mora biti opremljena ventilacijskim sustavima. Minimalna izmjena zraka u prostorima uz ispuštanje štetnih plinova i para propisana je SP 60.13330.12. Grijanje ventilacija i klimatizacija je najmanje jednom, a na visini većoj od 6 m - najmanje 6 m 3 po 1 m 2 površine poda. Osim toga, učinkovitost ventilacijskih sustava također je određena namjenom prostora i izračunava se iz uvjeta asimilacije emisije topline ili plina ili kompenzacije za lokalno usisavanje. Naravno, količina izmjene zraka također se mora provjeriti za stanje asimilacije produkata izgaranja. Kompenzacija volumena uklonjenog zraka provodi se dovodnim ventilacijskim sustavima. Istodobno, značajna uloga u formiranju toplinskog režima u opsluživanim područjima pripada dovodnim mlaznicama i toplini koju oni unose.

Metoda i rezultati istraživanja

Stoga postoji potreba za razvojem približnog matematičkog modela složenih procesa prijenosa topline i mase koji se odvijaju u prostoriji sa zračnim grijanjem i ventilacijom. Matematički model je sustav jednadžbi ravnoteže zraka i topline za karakteristične volumene i površine prostorije.

Rješenje sustava omogućuje određivanje parametara zraka u opsluživanim prostorima s različitim mogućnostima postavljanja uređaja za grijanje zračenjem, uzimajući u obzir utjecaj ventilacijskih sustava.

Razmotrit ćemo konstrukciju matematičkog modela na primjeru proizvodnog pogona koji je opremljen sustavom radijacijskog grijanja i nema drugih izvora proizvodnje topline. Toplinski tokovi iz radijatora raspoređuju se na sljedeći način. Konvektivni tokovi dižu se do gornje zone ispod stropa i odaju toplinu unutarnjoj površini. Zračuća komponenta toplinskog toka radijatora percipira se unutarnjim površinama vanjskih ogradnih struktura prostorije. Zauzvrat, te površine odaju toplinu konvekcijom unutarnjem zraku i zračenjem drugim unutarnjim površinama. Dio topline se kroz vanjske ogradne konstrukcije prenosi na vanjski zrak. Shema proračuna prijenosa topline prikazana je na sl. 1a.

Razmotrit ćemo konstrukciju matematičkog modela na primjeru proizvodnog pogona opremljenog sustavom grijanja zračenjem i bez drugih izvora oslobađanja topline. Konvektivni tokovi dižu se do gornje zone ispod stropa i odaju toplinu unutarnjoj površini. Zračuća komponenta toplinskog toka radijatora percipira se unutarnjim površinama vanjskih ograđenih struktura prostorije

Zatim razmotrite konstrukciju sheme cirkulacije protoka zraka (slika 1b). Prihvatimo shemu organizacije razmjene zraka "dopunjavanje". Zrak se isporučuje u količini M pr u smjeru servisiranog područja i uklanja se iz gornje zone s protokom M u = M itd. Na razini vrha servisiranog područja strujanje zraka u mlazu je M stranica Povećanje protoka zraka u dovodnom mlazu događa se zbog cirkulirajućeg zraka koji se odvaja od mlaza.

Uvedimo uvjetne granice strujanja - plohe na kojima brzine imaju samo komponente normalne na njih. Na sl. 1b, granice protoka prikazane su isprekidanom linijom. Zatim odabiremo procijenjene količine: opsluživano područje (prostor s stalnim boravkom ljudi); volumena dovodnog mlaza i uzzidnih konvektivnih tokova. Smjer konvektivnih strujanja uz zid ovisi o omjeru temperatura unutarnje površine vanjskih ogradnih konstrukcija i okolnog zraka. Na sl. Slika 1b prikazuje dijagram s padajućim konvektivnim strujanjem uz zid.

Dakle, temperatura zraka u servisiranom području t wz nastaje kao rezultat miješanja zraka iz dovodnih mlaznica, konvektivnih strujanja uz zid i konvektivne topline s unutarnjih površina poda i zidova.

Uzimajući u obzir razvijene sheme prijenosa topline i cirkulacije protoka zraka (slika 1.), sastavit ćemo jednadžbe ravnoteže topline i zraka za dodijeljene volumene:

Ovdje S— toplinski kapacitet zraka, J/(kg °C); P iz je snaga sustava grijanja plinskim zračenjem, W; P sa i P* c - konvektivni prijenos topline s unutarnjih površina zida unutar servisiranog područja i zida iznad servisiranog područja, W; t stranica, t c i t wz su temperature zraka u dovodnom mlazu na ulazu u radno područje, u uzzidnom konvektivnom strujanju i u radnom području, °C; P tp - toplinski gubitak prostorije, W, jednak zbroju toplinskih gubitaka kroz vanjske ogradne konstrukcije:

Protok zraka u dovodnom mlazu na ulazu u servisirano područje izračunava se korištenjem ovisnosti dobivenih od M. I. Grimitlina.

Na primjer, za difuzore zraka koji stvaraju kompaktne mlaznice, brzina protoka u mlazu je:

gdje m je faktor prigušenja brzine; F 0 - površina poprečnog presjeka ulazne cijevi razdjelnika zraka, m 2; x- udaljenost od razdjelnika zraka do mjesta ulaska u servisirano područje, m; Do n je koeficijent neizotermnosti.

Protok zraka u konvektivnom strujanju uz zid određen je:

gdje t c je temperatura unutarnje površine vanjskih zidova, °C.

Jednadžbe toplinske ravnoteže za granične površine imaju oblik:

Ovdje P c , P* c , P pl i P pt - konvektivni prijenos topline s unutarnjih površina zida unutar servisiranog područja - zidovi iznad servisiranog područja, pod i premaz; P tp.s, P* tp.s, P t.t., P tp.pt - gubici topline kroz odgovarajuće strukture; W S, W* c , W pl, W nm su toplinski tokovi zračenja iz emitera koji dolaze na te površine. Konvektivni prijenos topline određen je poznatim odnosom:

gdje m J je koeficijent određen uzimajući u obzir položaj površine i smjer toplinskog toka; F J je površina, m 2 ; Δ t J je temperaturna razlika između površine i okolnog zraka, °C; J— indeks vrste površine.

Gubitak topline P tJ se može izraziti kao

gdje t n je temperatura vanjskog zraka, °C; t J je temperatura unutarnjih površina vanjskih ogradnih konstrukcija, °C; R i R n - otpor topline i prijenosa topline vanjske ograde, m 2 ° C / W.

Dobiven je matematički model procesa prijenosa topline i mase pod kombiniranim djelovanjem zračnog grijanja i ventilacije. Rezultati rješenja omogućuju dobivanje glavnih karakteristika toplinskog režima pri projektiranju sustava zračnog grijanja za zgrade različite namjene opremljene ventilacijskim sustavima

Toplinski tokovi zračenja iz emitera sustava grijanja zračenja wj izračunavaju se u odnosu na međusobna područja zračenja prema metodi za proizvoljnu orijentaciju emitera i okolnih površina:

gdje S 0 je emisivnost apsolutno crnog tijela, W / (m 2 K 4); ε IJ je smanjeni stupanj emisivnosti površina uključenih u izmjenu topline ja i J; H IJ je područje međusobnog zračenja površina ja i J, m 2 ; T I je prosječna temperatura zračeće površine, određena iz toplinske ravnoteže radijatora, K; T J je temperatura površine koja prima toplinu, K.

Zamjenom izraza za toplinske tokove i brzine strujanja zraka u mlazovima dobivamo sustav jednadžbi koji predstavlja približni matematički model procesa prijenosa topline i mase u grijanju zračenjem. Za rješavanje sustava mogu se koristiti standardni računalni programi.

Dobiven je matematički model procesa prijenosa topline i mase pod kombiniranim djelovanjem zračnog grijanja i ventilacije. Rezultati rješenja omogućuju dobivanje glavnih karakteristika toplinskog režima pri projektiranju sustava zračnog grijanja za zgrade različite namjene opremljene ventilacijskim sustavima.