Matematické modelovanie vetrania rastlín. Matematický model tepelného režimu miestností so sálavým vykurovaním Matematický model vetracích systémov

Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Michail Samoletov

V modernom svete bez toho sa to už nedá matematického modelovania prúdenie vzduchu pri navrhovaní ventilačných systémov.

V modernom svete sa už pri návrhu ventilačných systémov nezaobídeme bez matematického modelovania prúdenia vzduchu. Konvenčné inžinierske techniky sú vhodné pre typické priestory a štandardné riešenia rozvodom vzduchu. Keď dizajnér čelí neštandardným objektom, mali by mu pomôcť metódy matematického modelovania. Článok je venovaný štúdiu distribúcie vzduchu v chladnom období vo výrobni rúr. Táto dielňa je súčasťou továrenského komplexu, ktorý sa nachádza v výrazne kontinentálnom podnebí.

Ešte v 19. storočí, diferenciálne rovnice opísať prúdenie kvapalín a plynov. Sformulovali ich francúzsky fyzik Louis Navier a britský matematik George Stokes. Navierove - Stokesove rovnice patria medzi najdôležitejšie v hydrodynamike a používajú sa pri matematickom modelovaní mnohých prírodných javov a technických problémov.

Za posledné roky akumuloval v stavebníctve širokú škálu geometricky a termodynamicky zložitých objektov. Použitie výpočtových metód dynamiky tekutín výrazne zvyšuje možnosti navrhovania ventilačných systémov, čo umožňuje s vysokou mierou presnosti predpovedať rozloženie rýchlosti, tlaku, teploty, koncentrácie komponentov v ktoromkoľvek bode v budove alebo v ktorejkoľvek z jej priestorov. .

Intenzívne používanie metód výpočtovej dynamiky tekutín sa začalo v roku 2000, keď sa objavili univerzálne softvérové ​​​​balíky (CFD balíky), ktoré umožnili nájsť numerické riešenia systému rovníc Navier - Stokes vzhľadom na objekt záujmu. Od tej doby sa "BURO TEKHNIKI" zaoberá matematickým modelovaním vo vzťahu k problematike vetrania a klimatizácie.

Popis úlohy

V tejto štúdii sa uskutočnili numerické simulácie pomocou STAR-CCM +, balíka CFD vyvinutého spoločnosťou CD-Adapco. Prevádzkyschopnosť tento balík pri riešení problémov s ventiláciou bol
Bol opakovane testovaný na objektoch rôznej zložitosti, od kancelárskych priestorov až po divadelné sály a štadióny.

Problém je veľmi zaujímavý z hľadiska dizajnu aj matematického modelovania.

Vonkajšia teplota vzduchu -31°C. V miestnosti sa nachádzajú objekty so značným tepelným príkonom: ochladzovacia pec, temperovacia pec atď. Medzi vonkajšími obvodovými konštrukciami a vnútornými objektmi produkujúcimi teplo sú teda veľké teplotné rozdiely. V dôsledku toho nemožno v simulácii zanedbať príspevok prenosu tepla sálaním. Ďalší problém pri matematickej formulácii problému spočíva v tom, že ťažký vlak s teplotou -31 °C sa do budovy privezie niekoľkokrát za zmenu. Postupne sa zahrieva a ochladzuje vzduch okolo seba.

Na udržanie požadovanej teploty vzduchu v objeme dielne (v chladnom období najmenej 15 ° C) projekt zabezpečuje vetracie a klimatizačné systémy. V štádiu návrhu sa vypočítal prietok a teplota privádzaného vzduchu potrebná na dodržanie požadovaných parametrov. Otázkou zostávalo - ako dodať vzduch do objemu dielne, aby sa zabezpečilo čo najrovnomernejšie rozloženie teploty v celom objeme. Modelovanie umožnilo na relatívne krátky čas (dva až tri týždne) vidieť priebeh prúdenia vzduchu pre niekoľko možností prívodu vzduchu a potom ich porovnať.

ETAPA MATEMATICKÉHO MODELOVANIA

• Budovanie pevnej geometrie.
• Rozdelenie pracovného priestoru na bunky výpočtovej siete. Vopred by sa mali prijať opatrenia pre oblasti, v ktorých sa bude vyžadovať dodatočné zušľachťovanie buniek. Pri budovaní mriežky je veľmi dôležité nájsť stred, kde je veľkosť bunky dostatočne malá na získanie správnych výsledkov, zatiaľ čo celkový počet buniek nebude taký veľký, aby sa predĺžil čas výpočtu na neprijateľný časový rámec. Preto je budovanie mriežky celé umenie, ktoré prichádza so skúsenosťami.
• Nastavenie okrajových a počiatočných podmienok v súlade s problémom. Vyžaduje sa pochopenie špecifík ventilačných úloh. Dôležitú úlohu pri príprave výpočtu zohráva správna voľba modely turbulencie.
• Výber vhodného fyzikálneho modelu a modelu turbulencie.

Výsledky simulácie

Na vyriešenie problému, o ktorom sa uvažuje v tomto článku, prešli všetky fázy matematického modelovania.

Na porovnanie účinnosti vetrania boli zvolené tri možnosti prívodu vzduchu: pod uhlom k vertikále 45°, 60° a 90°. Vzduch bol privádzaný zo štandardných rozvodných mriežok vzduchu.

Teplotné a rýchlostné polia vypočítané pri rôznych uhloch podávania privádzaný vzduch sú znázornené na obr. jeden.

Po analýze výsledkov bol uhol prívodu privádzaného vzduchu rovný 90 ° vybraný ako najúspešnejšia z uvažovaných možností vetrania dielne. Pri tomto spôsobe podávania nevznikajú zvýšené otáčky v pracovisko a je možné dosiahnuť pomerne jednotný obraz teploty a rýchlosti v celom objeme dielne.

Konečné rozhodnutie

Teplotné a rýchlostné polia v troch prierezy prechádzajúce cez prívodné mriežky sú znázornené na obr. 2 a 3. Rozloženie teploty v miestnosti je rovnomerné. Len v oblasti, kde sú sústredené pece, je viac vysoké hodnoty teplota pod stropom. V pravom rohu miestnosti najďalej od pecí je chladnejšia oblasť. Tu vchádzajú studené koče z ulice.

Z obr. 3 je jasne vidieť, ako sa šíria horizontálne prúdy privádzaného vzduchu. Pri tomto spôsobe zásobovania má prívodný prúd dostatočne dlhý dosah. Takže vo vzdialenosti 30 m od mriežky je aktuálna rýchlosť 0,5 m / s (pri výstupe z mriežky je rýchlosť 5,5 m / s). Vo zvyšku miestnosti je pohyblivosť vzduchu nízka, na úrovni 0,3 m/s.

Ohriaty vzduch z vytvrdzovacej pece vychyľuje prúd privádzaného vzduchu nahor (obr. 4 a 5). Kachle veľmi ohrievajú vzduch okolo seba. Teplota pri podlahe je tu vyššia ako v strede miestnosti.

Teplotné pole a prúdnice v dvoch častiach horúcej dielne sú znázornené na obr. 6.

závery

Výpočty umožnili analyzovať účinnosť rôzne cesty prívod vzduchu do potrubnej dielne. Zistilo sa, že pri napájaní vodorovným prúdom sa privádzaný vzduch šíri ďalej do miestnosti, čo prispieva k jej rovnomernejšiemu ohrevu. V pracovnej oblasti sa tak nevytvárajú oblasti s príliš vysokou pohyblivosťou vzduchu, ako sa to stáva, keď je privádzaný vzduch privádzaný pod uhlom nadol.

Využitie metód matematického modelovania v problémoch vetrania a klimatizácie je veľmi sľubným smerom, ktorý umožňuje v štádiu návrhu korigovať riešenie, predchádzať potrebe korigovať neúspešné konštrukčné riešenia po uvedení objektov do prevádzky. ●

Daria Denisikhina - vedúci katedry "Matematické modelovanie";
Mária Lukanina - Vedúci inžinier katedry "Matematické modelovanie";
Michail Samoletov - Výkonný riaditeľ LLC "MM-Technologies"

Vážení členovia atestačnej komisie, dávam do pozornosti promócie kvalifikačnú prácu, ktorej účelom je vyvinúť systém automatické ovládanie prívodné a odsávacie vetranie výrobné dielne.

Je známe, že automatizácia je jedným z najdôležitejších faktorov rastu produktivity práce v priemyselnej výrobe, rastu kvality výrobkov a služieb. Neustále rozširovanie oblasti automatizácie je jednou z hlavných čŕt tohto odvetvia. Vypracovávaný diplomový projekt je jednou z myšlienok zdedenia rozvíjajúceho sa konceptu výstavby „inteligentných“ budov, teda objektov, v ktorých sú podmienky ľudského života riadené technickými prostriedkami.

Hlavnými úlohami riešenými v projekte je modernizácia existujúceho systému vzduchotechniky v mieste realizácie - výrobných dielní VOMZ as - pre zabezpečenie jeho efektívnosti (úspora spotreby energie a tepelných zdrojov, zníženie nákladov na údržbu systému, zníženie prestojov), udržanie komfortná mikroklíma a čistota vzduchu v pracovných priestoroch, prevádzkyschopnosť a stabilita, spoľahlivosť systému v núdzových / kritických režimoch.

Problém uvažovaný v diplomovej práci je spôsobený morálnou a technickou zastaranosťou (opotrebovaním) existujúceho riadiaceho systému PVA. Distribuovaný princíp použitý pri konštrukcii IOP vylučuje možnosť centralizovaného riadenia (spúšťanie a sledovanie stavu). Nedostatok jasného algoritmu na spustenie / zastavenie systému tiež spôsobuje, že systém je nespoľahlivý ľudská chyba a absencia núdzových režimov prevádzky je nestabilná vo vzťahu k riešeným úlohám.

Závažnosť problému návrhu diplomu je spôsobená celkový rast chorobnosť dýchacích ciest a prechladnutia pracovníkov, všeobecný pokles produktivity práce a kvality výrobkov v tejto oblasti. Vývoj nového ACS PVV priamo súvisí s politikou kvality závodu (ISO 9000), ako aj s programami modernizácie zariadení závodu a automatizácie systémov podpory života závodu.

Centrálnym ovládacím prvkom systému je automatizačná skriňa s mikrokontrolérom a zariadením, vybraným podľa výsledkov marketingového prieskumu (poster 1). Ponúk na trhu je veľa, no zvolená výbava je minimálne taká dobrá ako jej kolegovia. Dôležitým kritériom boli náklady, spotreba energie a ochranný výkon zariadenia.

Funkčná schéma automatizácie IWS je znázornená na obrázku 1. Pri návrhu ACS bol ako hlavný zvolený centralizovaný prístup, ktorý umožňuje v prípade potreby previesť systém do mobilnej podoby, v prípade potreby implementovať podľa zmiešaného prístupu, z čoho vyplýva možnosť dispečingu a prepojenia s inými priemyselnými sieťami. Centralizovaný prístup je vysoko škálovateľný, dostatočne flexibilný – všetky tieto kvalitatívne vlastnosti sú dané zvoleným mikrokontrolérom – WAGO I/O System, ako aj implementáciou riadiaceho programu.

V priebehu návrhu boli vybrané automatizačné prvky - akčné členy, snímače, kritériom výberu bola funkčnosť, stabilita prevádzky v kritických režimoch, rozsah merania / kontroly parametra, inštalačné vlastnosti, forma výstupu signálu a režimy. prevádzky. Hlavný matematických modelov a simulovala činnosť systému riadenia teploty vzduchu s riadením polohy klapky trojcestného ventilu. Simulácia bola vykonaná v prostredí VisSim.

Pre reguláciu bola zvolená metóda „vyrovnania parametra“ v oblasti riadených hodnôt. Proporcionálny je zvolený ako riadiaci zákon, pretože nie sú kladené žiadne vysoké požiadavky na presnosť a rýchlosť systému a rozsahy variácií vstupných / výstupných hodnôt sú malé. Funkcie regulátora sú vykonávané jedným z portov regulátora v súlade s riadiacim programom. Výsledky simulácie tohto bloku sú uvedené na plagáte 2.

Algoritmus systému je znázornený na obrázku 2. Riadiaci program implementujúci tento algoritmus pozostáva z funkčných blokov, bloku konštánt, sú použité štandardné a špecializované funkcie. Flexibilita a škálovateľnosť systému je zabezpečená ako programovo (pomocou FB, konštánt, návestí a prechodov, kompaktnosť programu v pamäti regulátora), tak aj technicky (ekonomické využitie I/O portov, záložné porty).

Softvér zabezpečuje činnosť systému v núdzových režimoch (prehriatie, porucha ventilátora, prechladnutie, upchatie filtra, požiar). Algoritmus činnosti systému v režime požiarnej ochrany je znázornený na obrázku 3. Tento algoritmus zohľadňuje požiadavky noriem na čas evakuácie a pôsobenie systému požiarnej ochrany v prípade požiaru. Vo všeobecnosti je aplikácia tohto algoritmu efektívna a overená testami. Vyriešená bola aj úloha modernizácie odsávacích digestorov z hľadiska požiarnej bezpečnosti. Nájdené riešenia boli skontrolované a prijaté ako odporúčania.

Spoľahlivosť navrhnutého systému úplne závisí od spoľahlivosti softvér a od regulátora ako celku. Vyvinutý riadiaci program bol podrobený procesu ladenia, manuálnemu, štrukturálnemu a funkčnému testovaniu. Pre zabezpečenie spoľahlivosti a súladu so záručnými podmienkami pre automatizačné zariadenia boli vybrané len odporúčané a certifikované jednotky. Záruka výrobcu na vybranú automatizačnú skriňu pri dodržaní záručných povinností je 5 rokov.

Bola tiež vyvinutá všeobecná štruktúra systému, bol zostavený hodinový cyklogram prevádzky systému, tabuľka pripojení a káblových značiek, bola vytvorená schéma inštalácie ACS.

Mnou vypočítané ekonomické ukazovatele projektu v organizačnej a ekonomickej časti sú uvedené na plagáte č.3. Ten istý plagát zobrazuje pásový graf procesu návrhu. Na posúdenie kvality kontrolného programu boli použité kritériá podľa GOST RISO / IEC 926-93. Hodnotenie ekonomickej efektívnosti rozvoja bolo realizované pomocou SWOT analýzy. Je zrejmé, že navrhovaný systém má nízku nákladovú cenu (nákladová štruktúra - plagát 3) a pomerne rýchlu dobu návratnosti (pri výpočte s použitím minimálnych úspor). Môžeme teda konštatovať vysokú ekonomickú efektívnosť vývoja.

Okrem toho boli vyriešené otázky ochrany práce, elektrickej bezpečnosti a ekologickosti systému. Zdôvodnil sa výber vodivých káblov, vzduchových filtrov.

Teda v dôsledku popravy diplomovej práce bol vypracovaný projekt modernizácie, ktorý je optimálny vo vzťahu ku všetkým stanoveným požiadavkám. Tento projekt sa odporúča realizovať v súlade s podmienkami modernizácie zariadenia závodu.

Ak sa účinnosť a kvalita projektu potvrdí skúšobným obdobím, plánuje sa implementácia úrovne expedície pomocou miestnej siete podniku, ako aj modernizácia vetrania zostávajúcich výrobných zariadení s cieľom spojiť ich do jedného. priemyselná sieť. V súlade s tým tieto etapy zahŕňajú vývoj dispečerského softvéru, vedenie denníkov stavu systému, chýb, nehôd (DB), organizáciu automatizovaného pracoviska alebo riadiacej stanice (KPU).Je možné distribuovať návrhové riešenia na riešenie problémy ovládania vzducho-tepelných závesov dielní. Je tiež možné dopracovať sa k slabým miestam existujúceho systému, ako je modernizácia úpravárenských jednotiek, ako aj vylepšenie sacích ventilov vzduchu s protimrazovým mechanizmom.

anotácia

Diplomová práca obsahuje úvod, 8 kapitol, záver, zoznam použitých zdrojov, prílohy a má 141 strán strojom písaného textu s ilustráciami.

Prvá časť poskytuje prehľad a analýzu potreby návrhu automatického riadiaceho systému pre prívod a odvod vetrania (ACS PVV) výrobných dielní, marketingovú štúdiu automatizačných skríň. Uvážené typické schémy vetranie a alternatívne prístupy k riešeniu problémov tvorby diplomov.

V druhej časti je popísaný existujúci systém PVV na mieste implementácie - OJSC "VOMZ", as technologický postup... Vytvára sa zovšeobecnená bloková schéma automatizácie pre technologický proces prípravy vzduchu.

V tretej časti je sformulovaný rozšírený technický návrh riešenia problematiky tvorby diplomov.

Štvrtá časť je venovaná vývoju ACS PVV. Vyberajú sa prvky automatizácie a riadenia, uvádza sa ich technický a matematický popis. Je opísaný algoritmus na reguláciu teploty privádzaného vzduchu. Vytvoril sa model a vykonalo sa modelovanie prevádzky ACS PVV na udržanie teploty vzduchu v miestnosti. Elektrické vedenie je vybrané a odôvodnené. Je zostavený cyklogram hodín systému.

Piata časť obsahuje technické údaje programovateľný logický automat (PLC) WAGO I/O System. Tabuľky zapojení snímačov a akčných členov s PLC portami, vrát. a virtuálne.

Šiesta časť je venovaná vývoju algoritmov pre fungovanie a písanie riadiaceho programu PLC. Voľba programovacieho prostredia bola opodstatnená. Uvádzajú sa blokové algoritmy na spracovanie havarijných situácií systémom, blokové algoritmy funkčných blokov riešiace problémy štartovania, riadenia a regulácie. Táto časť obsahuje výsledky testovania a ladenia riadiaceho programu PLC.

Siedma časť skúma bezpečnosť a udržateľnosť projektu. Vykonáva sa analýza nebezpečných a škodlivých faktorov počas prevádzky ACS PVV, sú uvedené riešenia na ochranu práce a zabezpečenie ekologickosti projektu. Systém sa vyvíja na ochranu systému pred mimoriadnymi udalosťami, vr. posilnenie systému z hľadiska požiarnej ochrany a zabezpečenia stability prevádzky pri núdzové situácie... Rozvinutý základ funkčný diagram automatizácia so špecifikáciou.

Ôsma časť je venovaná organizačnému a ekonomickému zdôvodneniu rozvoja. Kalkulácia nákladovej ceny, efektívnosti a doby návratnosti vývoja projektu vr. berúc do úvahy štádium implementácie. Odrážajú sa fázy vývoja projektu, odhaduje sa pracovná náročnosť práce. Uvádza sa hodnotenie ekonomickej efektívnosti projektu pomocou SWOT analýzy vývoja.

V závere sú prezentované závery k diplomovému projektu.

Úvod

Automatizácia je jedným z najdôležitejších faktorov rastu produktivity práce v priemyselnej výrobe. Trvalou podmienkou pre zrýchlenie tempa rastu automatizácie je rozvoj technických prostriedkov automatizácie. Technické prostriedky automatizácie zahŕňajú všetky zariadenia zahrnuté v riadiacom systéme a určené na príjem informácií, ich prenos, ukladanie a transformáciu, ako aj na vykonávanie riadiacich a regulačných úkonov na objekte technologického riadenia.

Vývoj technologických prostriedkov automatizácie je zložitý proces, ktorý je založený na záujmoch automatizovanej výroby spotrebiteľov na jednej strane a na ekonomických možnostiach výrobných podnikov na strane druhej. Primárnym stimulom pre rozvoj je zlepšenie efektívnosti výroby – spotrebiteľov, prostredníctvom zavedenia Nová technológia môže byť uskutočniteľné iba vtedy, ak sa náklady rýchlo vrátia. Preto by kritériom pre všetky rozhodnutia o vývoji a implementácii nových fondov mal byť celkový ekonomický efekt, berúc do úvahy všetky náklady na vývoj, výrobu a implementáciu. Preto by sa pri vývoji mali vo výrobe brať predovšetkým tie možnosti technických prostriedkov, ktoré poskytujú maximálny celkový účinok.

Neustále rozširovanie oblasti automatizácie je jednou z hlavných čŕt tohto odvetvia.

Osobitná pozornosť je venovaná problematike priemyselnej ekológie a bezpečnosti práce. Pri navrhovaní moderná technológia, zariadení a konštrukcií je potrebné vedecky pristupovať k vývoju bezpečnosti a nezávadnosti práce.

V súčasnej fáze vývoja Národné hospodárstvo Jednou z hlavných úloh krajiny je zvýšenie efektívnosti spoločenskej výroby založenej na vedecko-technickom procese a komplexnejšie využitie všetkých rezerv. Táto úloha je neoddeliteľne spojená s problémom optimalizácie konštrukčných riešení, ktorých účelom je vytvoriť nevyhnutné predpoklady pre zvýšenie efektívnosti kapitálových investícií, skrátenie doby ich návratnosti a zabezpečenie čo najväčšieho nárastu produkcie za každý vynaložený rubeľ. Zvyšovanie produktivity práce, výrobu kvalitných výrobkov, zlepšovanie pracovných a oddychových podmienok pracovníkov zabezpečujú vzduchové ventilačné systémy, ktoré vytvárajú potrebnú mikroklímu a kvalitu ovzdušia v priestoroch.

Cieľom diplomového projektu je vývoj automatického riadiaceho systému pre prívod a odvod vetrania (ACS PVV) výrobných dielní.

Problém uvažovaný v diplomovom projekte je spôsobený zhoršením stavu automatizačného systému PVV existujúceho v OJSC Vologda Optical and Mechanical Plant. Systém je navyše navrhnutý distribuovaným spôsobom, čo eliminuje možnosť centralizovaného riadenia a monitorovania. Ako objekt realizácie bolo vybrané miesto vstrekovania (požiarna kategória B-kategória), ako aj priľahlé priestory - miesto pre CNC stroje, plánovacia a expedičná kancelária, sklady.

Ciele diplomového projektu sú formulované ako výsledok štúdie súčasného stavu ACS PVV a na základe analytického posudku sú uvedené v časti 3 „Technický návrh“.

Využitie riadeného vetrania otvára nové možnosti riešenia vyššie uvedených problémov. Vyvinutý automatický riadiaci systém by mal byť optimálny z hľadiska vykonávania uvedených funkcií.

Ako je uvedené vyššie, relevantnosť vývoja je spôsobená jednak zastaranosťou existujúceho ACS PVV, jednak nárastom počtu renovačné práce o ventilačných „cestách“ a všeobecný nárast výskytu dýchacích ciest a prechladnutí u pracovníkov, tendencia zhoršovania pohody pri dlhej práci a v dôsledku toho všeobecný pokles produktivity práce a kvality výrobkov. Je dôležité poznamenať, že existujúci ACS PVV nie je prepojený s požiarnou automatikou, čo je pre tento druh výroby neprijateľné. Vývoj nového ACS PVV priamo súvisí s politikou kvality závodu (ISO 9000), ako aj s programami modernizácie zariadení závodu a automatizácie systémov podpory života závodu.

Diplomový projekt využíva internetové zdroje (fóra, elektronické knižnice, články a publikácie, elektronické portály), ako aj odbornú literatúru požadovaného predmetu a texty noriem (GOST, SNIP, SanPiN). Vývoj ACS PVV sa tiež vykonáva s prihliadnutím na návrhy a odporúčania odborníkov na základe existujúcich plánov inštalácie, káblových trás, systémov vzduchových potrubí.

Za zmienku stojí, že problém, o ktorom sa v diplomovom projekte dotkol, má svoje miesto takmer vo všetkých starých závodoch vojensko-priemyselného komplexu, dovybavenie dielní je jednou z najdôležitejších úloh z hľadiska zabezpečenia kvality. produkty pre koncového užívateľa. Návrh diplomu teda bude odrážať nahromadené skúsenosti s riešením podobných problémov v podnikoch s podobným typom výroby.

1. Analytický prehľad

1.1 Všeobecná analýza potreba navrhnúť ACS PVV

Najdôležitejším zdrojom šetrenia palivových a energetických zdrojov vynaložených na zásobovanie teplom veľkých priemyselných objektov s výraznou spotrebou tepla a elektriny je zvýšenie účinnosti systému. prívodné a odsávacie vetranie(PVV) na základe využitia moderných výdobytkov výpočtovej a riadiacej techniky.

Zvyčajne sa na ovládanie ventilačného systému používajú prostriedky miestnej automatizácie. Hlavnou nevýhodou takejto regulácie je, že nezohľadňuje skutočnú vzduchovú a tepelnú bilanciu budovy a reálne poveternostné podmienky: vonkajšiu teplotu, rýchlosť a smer vetra, atmosférický tlak.

Preto pod vplyvom miestnych automatizačných prostriedkov systém vetrania vzduchu zvyčajne nefunguje v optimálnom režime.

Účinnosť systému prívodu a odvodu vetrania možno výrazne zvýšiť, ak sa vykoná optimálne riadenie systémov na základe použitia súboru vhodného hardvéru a softvéru.

Tvorenie tepelné podmienky možno reprezentovať ako interakciu rušivých a regulačných faktorov. Na určenie regulačnej činnosti sú potrebné informácie o vlastnostiach a počte vstupných a výstupných parametrov a podmienkach pre proces prenosu tepla. Keďže účelom riadenia ventilačných zariadení je zabezpečiť požadované vzduchové podmienky v pracovnom priestore priestorov budov s minimálnymi energetickými a materiálovými nákladmi, potom pomocou počítača bude možné nájsť najlepšia možnosť a vyvinúť vhodné kontrolné činnosti pre tento systém. Výsledkom je, že počítač so zodpovedajúcou sadou hardvéru a softvéru tvorí automatizovaný riadiaci systém pre tepelný režim priestorov v budovách (ACS TRP). Treba tiež poznamenať, že počítačom možno chápať tak ovládací panel PVA, ako aj konzolu na sledovanie stavu PVA, ako aj jednoduchý počítač s programom na modelovanie ACS PVV, spracovanie výsledkov a operatívne riadenie na nich založené.

Automatický riadiaci systém je kombináciou riadiaceho objektu (riadeného technologického procesu) a riadiacich zariadení, ktorých vzájomné pôsobenie zabezpečuje automatický priebeh procesu v súlade s daným programom. Technologickým procesom sa v tomto prípade rozumie postupnosť operácií, ktoré je potrebné vykonať, aby sa zo suroviny získal hotový výrobok. V prípade PVH je hotovým produktom vzduch v obývanej miestnosti so stanovenými parametrami (teplota, zloženie plynu a pod.), surovinou je vonkajší a odpadový vzduch, nosiče tepla, elektrina atď.

Fungovanie ACS PVV ako každého riadiaceho systému by malo byť založené na princípe spätná väzba(OS): vývoj riadiacich akcií na základe informácií o objekte, získaných pomocou senzorov inštalovaných alebo distribuovaných na objekte.

Každý špecifický ACS je vyvinutý na základe špecifikovanej technológie spracovania prúdu vstupného vzduchu. Často je systém prívodu a odvodu vetrania spojený s klimatizačným (prípravným) systémom, čo sa odráža v návrhu automatizácie riadenia.

Pri použití samostatných zariadení alebo kompletných technologické inštalácie vzduchotechnika ACS sa dodávajú už zabudované v zariadení a už vybavené určitými funkciami ovládania, ktoré sú zvyčajne podrobne popísané v technickej dokumentácii. V tomto prípade sa nastavenie, servis a prevádzka takýchto riadiacich systémov musia vykonávať v prísnom súlade so špecifikovanou dokumentáciou.

Analýza technické riešenia moderné vzduchotechnické jednotky popredných spoločností - výrobcov ventilačných zariadení ukázali, že riadiace funkcie možno podmienečne rozdeliť do dvoch kategórií:

Riadiace funkcie určené vzduchotechnickou technikou a zariadením;

Doplnkové funkcie, ktoré sú väčšinou obslužnými funkciami, sú prezentované ako know-how spoločností a nie sú tu zohľadnené.

Vo všeobecnosti možno hlavné technologické funkcie riadenia IWV rozdeliť do nasledujúcich skupín (obr.1.1)

Ryža. 1.1 - Hlavné technologické funkcie riadenia IWV

Opíšme si, čo sa myslí funkciami IWP znázornenými na obr. 1.1.

1.1.1 Funkcia "ovládanie a registrovanie parametrov"

V súlade s SNiP 2.04.05-91 sú povinné kontrolné parametre:

Teplota a tlak v spoločnom prívodnom a vratnom potrubí a na výstupe z každého výmenníka tepla;

Teplota vonkajšieho vzduchu, privádzaný vzduch za výmenníkom tepla, ako aj vnútorná teplota;

štandardy MPC škodlivé látky vo vzduchu nasávanom z miestnosti (prítomnosť plynov, splodín horenia, netoxického prachu).

Ostatné parametre v systémoch prívodu a odvodu ventilácie sú riadené na požiadanie technické podmienky pre zariadenie alebo pre prevádzkové podmienky.

Diaľkové ovládanie slúži na meranie hlavných parametrov technologického procesu alebo parametrov podieľajúcich sa na realizácii iných riadiacich funkcií. Takáto kontrola sa vykonáva pomocou snímačov a meracích prevodníkov s výstupom (ak je to potrebné) meraných parametrov na indikátor alebo obrazovku riadiaceho zariadenia (ovládací panel, monitor počítača).

Na meranie iných parametrov sa zvyčajne používajú lokálne (prenosné alebo stacionárne) prístroje - indikačné teplomery, manometre, prístroje na spektrálnu analýzu zloženia vzduchu atď.

Použitie miestnych ovládacích zariadení neporušuje základný princíp riadiacich systémov - princíp spätnej väzby. V tomto prípade sa realizuje buď pomocou osoby (obsluha alebo obslužného personálu), alebo pomocou riadiaceho programu „napevno zapojeného“ do pamäte mikroprocesora.

1.1.2 Funkcia "prevádzkové a softvérové ​​riadenie"

Je dôležité implementovať možnosť, ako je „štartovacia sekvencia“. Na zabezpečenie normálneho spustenia systému IWV je potrebné vziať do úvahy nasledovné:

Predbežné otvorenie vzduchových klapiek pred spustením ventilátorov. Je to spôsobené tým, že nie všetky klapky v zatvorenom stave vydržia tlakový rozdiel vytvorený ventilátorom a čas úplného otvorenia klapky elektrickým pohonom dosahuje dve minúty.

Oddelenie momentov štartovania elektromotorov. Asynchrónne motory môže mať často vysoké štartovacie prúdy. Ak sú súčasne spustené ventilátory, pohony vzduchových klapiek a iné pohony, potom v dôsledku veľkého zaťaženia elektrickej siete budovy dramaticky klesne napätie a elektromotory sa nemusia spustiť. Preto treba štart elektromotorov, najmä vysokých výkonov, časovo rozložiť.

Predhrievanie ohrievača vzduchu. Ak nie je výmenník teplej vody predhriaty, môže sa pri nízkych vonkajších teplotách spustiť protimrazová ochrana. Preto pri spustení systému je potrebné otvoriť klapky prívodného vzduchu, otvoriť trojcestný ventil ohrievač vody a zohrejte ohrievač. Táto funkcia sa spravidla aktivuje, keď je vonkajšia teplota nižšia ako 12 °C.

Opačná možnosť - "stop sekvencia" Pri vypínaní systému zvážte:

Oneskorenie zastavenia ventilátora privádzaného vzduchu v jednotkách s elektrickým ohrievačom. Po odstránení napätia z elektrického ohrievača ho na chvíľu ochlaďte bez toho, aby ste vypli ventilátor prívodného vzduchu. V opačnom prípade môže dôjsť k poruche vykurovacieho telesa ohrievača vzduchu (tepelného elektrického ohrievača - vykurovacieho telesa). Pre existujúce úlohy dizajnu diplomov nie je táto možnosť dôležitá kvôli použitiu ohrievača vody, ale je tiež dôležité si ju všimnúť.

Tak je možné na základe zvýraznených možností prevádzkového a programového riadenia predstaviť typický harmonogram zapínania a vypínania zariadení PVV zariadení.

Ryža. 1.2 - Typický cyklogram prevádzky ACS PVV s ohrievačom vody

Celý tento cyklus (obr. 1.2) by mal systém fungovať automaticky a okrem toho by malo byť zabezpečené individuálne spustenie zariadenia, ktoré je potrebné pre nastavovacie a preventívne práce.

Nemenej dôležité sú funkcie ovládania programu, ako je zmena režimu „zima-leto“. Implementácia týchto funkcií v moderné podmienky nedostatok energetických zdrojov. V regulačných dokumentoch má výkon tejto funkcie odporúčací charakter – „pri verejných, administratívnych a občianskych stavbách a priemyselných objektoch by mala byť spravidla zabezpečená programová regulácia parametrov na zabezpečenie poklesu spotreby tepla“.

V najjednoduchšom prípade tieto funkcie zabezpečujú alebo vo všeobecnosti deaktivujú vstup IEP určitý momentčas, alebo zníženie (zvýšenie) nastavenej hodnoty regulovaného parametra (napríklad teploty) v závislosti od zmeny tepelných záťaží v obývanej miestnosti.

Efektívnejšie, ale aj náročnejšie na implementáciu je softvérové ​​ovládanie, ktoré zabezpečuje automatickú zmenu štruktúry PVA a algoritmu jeho fungovania nielen v tradičnom režime „zima-leto“, ale aj v prechodných režimoch. Analýza a syntéza štruktúry a algoritmu jej fungovania sa zvyčajne vykonáva na základe ich termodynamického modelu.

V tomto prípade je hlavným motivačným a optimalizačným kritériom spravidla snaha zabezpečiť minimálnu spotrebu energie s obmedzeniami kapitálových nákladov, rozmerov atď.

1.1.3 Funkcia " ochranné funkcie a blokovanie"

Ochranné funkcie a blokovania spoločné pre automatizačné systémy a elektrické zariadenia (ochrana proti skratu, prehriatiu, obmedzeniu pohybu a pod.) sú dohodnuté medziagentúrou regulačné dokumenty... Takéto funkcie sú zvyčajne realizované samostatnými zariadeniami (poistky, prúdové chrániče, koncové spínače atď.). Ich použitie sa riadi pravidlami pre elektrické inštalácie (PUE), pravidlami požiarna bezpečnosť(PPB).

Ochrana pred mrazom. Automatická funkcia protimrazovej ochrany by mala byť zabezpečená v priestoroch s návrhovou teplotou vonkajšieho vzduchu pre chladné obdobie mínus 5 °C a menej. Výmenníky prvého kúrenia (ohrievač vody) a rekuperátory (ak existujú) podliehajú ochrane.

Protimrazová ochrana výmenníkov tepla je zvyčajne založená na snímačoch alebo snímačoch-reléoch teploty vzduchu za zariadením a teploty chladiacej kvapaliny vo vratnom potrubí.

Nebezpečenstvo zamrznutia predpovedá teplota vzduchu pred zariadením (tn<5 °С). При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор.

Mimo prevádzkových hodín pre systémy s protimrazovou ochranou by ventil mal zostať pootvorený (5-25%) so zatvorenou klapkou vonkajšieho vzduchu. Pre väčšiu spoľahlivosť ochrany pri vypnutí systému sa niekedy implementuje funkcia automatickej regulácie (stabilizácie) teploty vody vo vratnom potrubí.

1.1.4 Funkcia "ochrana technologických zariadení a elektrických zariadení"

1. Kontrola znečistenia filtra

Kontrola upchávania filtra sa vyhodnocuje podľa poklesu tlaku na filtri, ktorý je meraný snímačom diferenčného tlaku. Senzor meria rozdiel v tlaku vzduchu pred a za filtrom. Prípustný pokles tlaku na filtri je uvedený v jeho pase (pre tlakomery prezentované na dýchacích cestách vo výrobe, podľa údajového listu - 150-300 Pa). Tento rozdiel sa nastavuje pri uvádzaní systému do prevádzky na diferenčnom snímači (požadovaná hodnota snímača). Po dosiahnutí nastavenej hodnoty snímač vyšle signál o maximálnom obsahu prachu vo filtri a potrebe jeho údržby alebo výmeny. Ak filter nie je vyčistený alebo vymenený do určitého časového obdobia (zvyčajne 24 hodín) po spustení alarmu limitu prachu, odporúča sa zabezpečiť núdzové vypnutie systému.

Odporúča sa inštalovať podobné snímače na ventilátory. Ak zlyhá ventilátor alebo hnací remeň ventilátora, systém sa musí vypnúť v núdzovom režime. Takéto snímače sú však často zanedbávané z ekonomických dôvodov, čo značne komplikuje diagnostiku systému a odstraňovanie porúch v budúcnosti.

2. Ostatné automatické zámky

Okrem toho by mali byť zabezpečené automatické zámky pre:

Otváranie a zatváranie klapiek vonkajšieho vzduchu pri zapínaní a vypínaní ventilátorov (klapka);

Otváracie a zatváracie ventily ventilačných systémov prepojených vzduchovými kanálmi pre úplnú alebo čiastočnú zameniteľnosť v prípade poruchy jedného zo systémov;

Uzavretie ventilov ventilačných systémov pre miestnosti chránené plynovými hasiacimi zariadeniami, keď sú ventilátory ventilačných systémov týchto miestností vypnuté;

Zabezpečenie minimálneho prietoku vonkajšieho vzduchu v systémoch s variabilným prietokom vzduchu atď.

1.1.5 Regulačné funkcie

Regulačné funkcie - automatické udržiavanie nastavených parametrov je základom pre systémy prívodného a odvodného vetrania pracujúce s variabilným prietokom, recirkuláciou vzduchu a ohrevom vzduchu.

Tieto funkcie sa vykonávajú pomocou uzavretých regulačných slučiek, v ktorých je princíp spätnej väzby prítomný v explicitnej forme: informácie o objekte prichádzajúce zo snímačov sa premieňajú pomocou regulačných zariadení na riadiace činnosti. Na obr. 1.3 ukazuje príklad regulačnej slučky teploty privádzaného vzduchu v klimatizačnom zariadení s kanálom. Teplota vzduchu je udržiavaná ohrievačom vody, cez ktorý prechádza nosič tepla. Vzduch prechádzajúci ohrievačom sa ohrieva. Teplota vzduchu za ohrievačom vody je meraná snímačom (T), následne je jej hodnota privádzaná do porovnávacieho zariadenia (US) nameranej hodnoty teploty a požadovanej teploty. V závislosti od rozdielu medzi nastavenou hodnotou teploty (Tset) a nameranou hodnotou teploty (Tmeas) generuje riadiaci prístroj (P) signál, ktorý ovplyvňuje pohon (M - motor trojcestného ventilu). Elektrický pohon otvára alebo zatvára trojcestný ventil do polohy, v ktorej chyba:

e = Tust - Tism

bude minimálny.

Ryža. 1.3 - Regulačná slučka teploty privádzaného vzduchu vo vzduchovode s vodným výmenníkom tepla: T - snímač; US - porovnávacie zariadenie; Р - regulačné zariadenie; M - výkonné zariadenie

Konštrukcia automatického riadiaceho systému (ASS) na základe požiadaviek na presnosť a ďalšie parametre jeho činnosti (stabilita, kmitanie a pod.) sa tak redukuje na výber jeho konštrukcie a prvkov, ako aj na určenie parametre ovládača. Zvyčajne to robia špecialisti na automatizáciu pomocou klasickej teórie riadenia. Uvediem len, že parametre nastavenia regulátora sú dané dynamickými vlastnosťami objektu riadenia a zvoleným zákonom regulácie. Regulačný zákon je vzťah medzi vstupnými (?) a výstupnými (Uр) signálmi regulátora.

Najjednoduchší je zákon o pomernej regulácii, v ktorom? a Uр sú vzájomne prepojené konštantným koeficientom Кп. Tento koeficient je ladiacim parametrom takého regulátora, ktorý sa nazýva P-regulátor. Jeho realizácia si vyžaduje použitie nastaviteľného zosilňovacieho prvku (mechanického, pneumatického, elektrického atď.), ktorý môže fungovať ako so zapojením dodatočného zdroja energie, tak aj bez neho.

Jednou z odrôd P-regulátorov sú polohové regulátory, ktoré implementujú proporcionálny riadiaci zákon pri Kp a generujú výstupný signál Uр, ktorý má určitý počet konštantných hodnôt, napríklad dve alebo tri, zodpovedajúce dvoj- alebo trojpolohovým regulátorom. . Takéto ovládače sa niekedy nazývajú reléové ovládače kvôli podobnosti ich grafických charakteristík s charakteristikami relé. Parametrom nastavenia takýchto regulátorov je hodnota mŕtvej zóny De.

V technike automatizácie vzduchotechnických systémov našli pre svoju jednoduchosť a spoľahlivosť on-off regulátory široké uplatnenie pri regulácii teploty (termostaty), tlaku (tlakové spínače) a ďalších parametrov procesného stavu.

Ovládače zapnutia a vypnutia sa používajú aj v automatických ochranných systémoch, blokovacích zariadeniach a režimoch spínania zariadení. V tomto prípade ich funkcie vykonávajú reléové snímače.

Napriek naznačeným výhodám P-regulátorov majú veľkú statickú chybu (pri nízkych hodnotách Kp) a tendenciu k samokmitaniu (pri veľkých hodnotách Kp). Preto pri vyšších požiadavkách na riadiace funkcie automatizačných systémov z hľadiska presnosti a stability sa používajú aj zložitejšie zákony regulácie, napríklad zákony PI a PID.

Reguláciu teploty ohrevu vzduchu je možné vykonávať aj pomocou P-regulátora, ktorý pracuje na princípe vyrovnávania: zvýšenie teploty, keď je jej hodnota nižšia ako nastavená hodnota a naopak. Tento výklad zákona našiel uplatnenie aj v systémoch, ktoré nevyžadujú vysokú presnosť.

1.2 Analýza existujúcich typických schém automatizácie vetrania vo výrobných zariadeniach

Existuje množstvo štandardných implementácií automatizácie systému prívodu a odsávania, z ktorých každá má množstvo výhod a nevýhod. Chcel by som poznamenať, že napriek prítomnosti mnohých typických schém a vývojov je veľmi ťažké vytvoriť taký ACS, ktorý by bol flexibilný z hľadiska nastavenia vo vzťahu k výrobe, kde sa implementuje. Pre návrh ACS PVV je teda potrebná dôkladná analýza existujúcej ventilačnej konštrukcie, analýza technologických procesov výrobného cyklu, ako aj analýza požiadaviek na ochranu práce, ekológiu, elektrickú a požiarnu bezpečnosť. . Navyše, často navrhnutý ACS PVV je špecializovaný vo vzťahu k oblasti jeho použitia.

V každom prípade sa tieto skupiny zvyčajne považujú za typické počiatočné údaje v počiatočnom štádiu návrhu:

1. Všeobecné údaje: územná poloha objektu (mesto, okres); typ a účel objektu.

2. Informácie o budove a priestoroch: plány a rezy s uvedením všetkých rozmerov a výšok vzhľadom na úroveň terénu; označenie kategórií priestorov (na architektonických plánoch) v súlade s požiarnymi predpismi; dostupnosť technických priestorov s uvedením ich veľkosti; umiestnenie a charakteristiky existujúcich ventilačných systémov; charakteristiky nosičov energie;

3. Informácie o technologickom postupe: výkresy technologického projektu (plány) s uvedením umiestnenia technologického zariadenia; špecifikácia zariadenia označujúca inštalované kapacity; charakteristika technologického režimu - počet pracovných zmien, priemerný počet pracovníkov na zmenu; režim prevádzky zariadenia (súčasná prevádzka, faktory zaťaženia atď.); množstvo škodlivých emisií do ovzdušia (MPC škodlivých látok).

Ako počiatočné údaje na výpočet automatizácie systému PVA vezmite:

Výkon existujúceho systému (napájanie, výmena vzduchu);

Zoznam parametrov vzduchu, ktoré sa majú regulovať;

Regulačné limity;

Automatizácia prevádzky, keď sú signály prijímané z iných systémov.

Vykonávanie automatizačného systému je teda navrhnuté na základe úloh, ktoré mu boli pridelené, berúc do úvahy pravidlá a predpisy, ako aj všeobecné počiatočné údaje a diagramy. Vypracovanie schémy a výber zariadenia pre systém automatizácie vetrania sa vykonáva individuálne.

Uvedieme existujúce typické schémy riadiacich systémov prívodného a odvodného vetrania, charakterizujme niektoré z nich z hľadiska možnosti ich aplikácie pri riešení problémov diplomového projektu (obr. 1.4 - 1.5, 1.9).

Ryža. 1.4 -SAU vetranie s priamym prúdením

Tieto automatizačné systémy našli aktívne využitie v továrňach, továrňach a kancelárskych priestoroch. Riadiacim objektom je tu automatizačná skriňa (ovládací panel), upevňovacími zariadeniami sú kanálové snímače, ovládacia činnosť sa vykonáva na motoroch motorov ventilátorov, motorov klapiek. K dispozícii je tiež ACS pre ohrev / chladenie vzduchu. Pri pohľade do budúcnosti je možné poznamenať, že systém znázornený na obr. 1.4a je prototypom systému, ktorý sa musí použiť v sekcii vstrekovania plastov OJSC „Vologda Optical and Mechanical Plant“. Chladenie vzduchu v priemyselných priestoroch je vzhľadom na objem týchto priestorov neefektívne a vykurovanie je predpokladom správneho fungovania ACS PVV.

Ryža. 1.5- Vetranie ACS s výmenníkmi tepla

Vybudovanie ACS PVV s využitím výmenníkov tepla (rekuperátorov) umožňuje riešiť problém nadmernej spotreby elektrickej energie (u elektrických ohrievačov), problém emisií do životného prostredia. Zmyslom rekuperácie je, že vzduch odvádzaný nenávratne z miestnosti, ktorá má nastavenú teplotu v miestnosti, vymieňa energiu s prichádzajúcim vonkajším vzduchom, ktorého parametre sa spravidla výrazne líšia od nastavených. Tie. v zime odsávaný teplý odsávaný vzduch čiastočne ohrieva vonkajší privádzaný vzduch a v lete chladnejší odsávaný vzduch čiastočne chladí privádzaný vzduch. V najlepšom prípade s rekuperáciou možno znížiť spotrebu energie na úpravu privádzaného vzduchu o 80 %.

Technicky sa rekuperácia v prívodnom a odťahovom vetraní realizuje pomocou rotačných výmenníkov tepla a systémov s medzinosičom tepla. Získame tak zisk v ohrievaní vzduchu aj v znížení otvárania klapiek (je povolená dlhšia doba nečinnosti motorov, ktoré klapky ovládajú) - to všetko dáva celkový zisk z hľadiska úspory energie.

Systémy rekuperácie tepla sú sľubné a aktívne a zavádzajú sa ako náhrada starých ventilačných systémov. Treba však poznamenať, že do takýchto systémov sa oplatí investovať dodatočne, avšak ich návratnosť je relatívne krátka, pričom ziskovosť je veľmi vysoká. Neprítomnosť neustáleho uvoľňovania do životného prostredia tiež zvyšuje environmentálnu výkonnosť takejto organizácie automatizácie PVA. Zjednodušená práca systému s rekuperáciou tepla zo vzduchu (recirkulácia vzduchu) je znázornená na obr. 1.6.

Ryža. 1.6 - Prevádzka systému výmeny vzduchu s recirkuláciou (rekuperáciou)

Krížové alebo doskové rekuperátory (obr. 1.5 c, d) pozostávajú z dosiek (hliník), ktoré predstavujú sústavu kanálikov na prúdenie dvoch prúdov vzduchu. Steny potrubia sú spoločné pre prívod a odvod vzduchu a ľahko sa prenášajú. Vďaka veľkej výmennej ploche a turbulentnému prúdeniu vzduchu v kanáloch sa dosahuje vysoký stupeň spätného získavania tepla (prenos tepla) s relatívne nízkym hydraulickým odporom. Účinnosť doskových rekuperátorov dosahuje 70 %.

Ryža. 1.7 - Organizácia výmeny vzduchu ACS PVV na báze doskových rekuperátorov

Odvtedy sa rekuperuje iba citeľné teplo odvádzaného vzduchu privádzaný a odvádzaný vzduch sa nijako nemiešajú a kondenzát, ktorý vzniká pri ochladzovaní odvádzaného vzduchu, je zadržiavaný separátorom a odvádzaný drenážnym systémom z odtokovej vane. Aby sa zabránilo zamrznutiu kondenzátu pri nízkych teplotách (až do -15 ° C), sú vytvorené zodpovedajúce požiadavky na automatizáciu: musí zabezpečiť pravidelné odstavenie prívodného ventilátora alebo odstránenie časti vonkajšieho vzduchu do obtokového potrubia. potrubia rekuperátora. Jediným obmedzením pri aplikácii tejto metódy je povinné pretínanie prívodnej a výfukovej vetvy na jednom mieste, čo v prípade jednoduchej modernizácie ACS prináša množstvo ťažkostí.

Rekuperačné systémy s medzinosičom tepla (obr. 1.5 a, b) sú dvojica výmenníkov tepla spojených uzavretým potrubím. Jeden výmenník tepla je umiestnený vo výfukovom potrubí a druhý v prívodnom potrubí. Nemrznúca zmes glykolu cirkuluje v uzavretej slučke a prenáša teplo z jedného výmenníka tepla do druhého a v tomto prípade môže byť vzdialenosť od napájacej jednotky k výfukovej jednotke dosť významná.

Účinnosť spätného získavania tepla touto metódou nepresahuje 60 %. Náklady sú relatívne vysoké, ale v niektorých prípadoch to môže byť jediná možnosť rekuperácie tepla.

Ryža. 1.8 - Princíp spätného získavania tepla pomocou medzinosiča tepla

Rotačný výmenník tepla (rotačný výmenník tepla, rekuperátor) je rotor s kanálmi pre horizontálne prúdenie vzduchu. Časť rotora je umiestnená vo výfukovom potrubí a časť v prívodnom potrubí. Rotor pri otáčaní prijíma teplo odvádzaného vzduchu a odovzdáva ho privádzanému vzduchu, pričom sa prenáša citeľné aj latentné teplo, ako aj vlhkosť. Účinnosť rekuperácie tepla je maximálna a dosahuje 80 %.

Ryža. 1,9 - ACS PVV s rotačným rekuperátorom

Obmedzenie použitia tejto metódy je dané predovšetkým skutočnosťou, že až 10 % odvádzaného vzduchu sa zmiešava s privádzaným vzduchom, čo je v niektorých prípadoch neprijateľné alebo nežiaduce (ak je vzduch výrazne znečistený). . Konštrukčné požiadavky sú podobné ako v predchádzajúcej verzii - stroj na odvod a prívod vzduchu sú umiestnené na jednom mieste. Táto metóda je drahšia ako prvá a používa sa menej často.

Vo všeobecnosti sú systémy s rekuperáciou o 40-60% drahšie ako podobné systémy bez rekuperácie, no prevádzkové náklady sa budú výrazne líšiť. Aj pri dnešných cenách energií nepresahuje doba návratnosti rekuperačného systému dve vykurovacie sezóny.

Chcel by som poznamenať, že na úsporu energie majú vplyv aj riadiace algoritmy. Vždy však treba mať na pamäti, že všetky vetracie systémy sú navrhnuté pre nejaké priemerné podmienky. Napríklad spotreba vonkajšieho vzduchu bola stanovená na jeden počet osôb, ale v skutočnosti môže byť miestnosť nižšia ako 20% akceptovanej hodnoty, samozrejme, v tomto prípade bude odhadovaná spotreba vonkajšieho vzduchu zjavne nadmerná, prevádzka vetranie v nadmernom režime povedie k neodôvodnenej strate energetických zdrojov. V tomto prípade je logické zvážiť niekoľko režimov prevádzky, napríklad zima / leto. Ak je automatizácia schopná zaviesť takéto režimy, úspory sú zrejmé. Ďalší prístup súvisí s reguláciou rýchlosti prúdenia vonkajšieho vzduchu v závislosti od kvality vnútorného plynového prostredia, t.j. automatizačný systém obsahuje analyzátory škodlivých plynov a nastavuje hodnotu prietoku vonkajšieho vzduchu tak, aby obsah škodlivých plynov neprekročil maximálne prípustné hodnoty.

1.3 Marketingový prieskum

V súčasnosti sú všetci poprední svetoví výrobcovia ventilačných zariadení široko zastúpení na trhu automatizácie pre prívod a odvod vetrania, pričom každý z nich sa špecializuje na výrobu zariadení v určitom segmente. Celý trh s ventilačnými zariadeniami možno zhruba rozdeliť do nasledujúcich oblastí použitia:

Domáce a polopriemyselné účely;

Na priemyselné účely;

Vetracie zariadenia na "špeciálne" účely.

Nakoľko sa v diplomovej práci uvažuje s návrhom automatizácie napájacích a výfukových systémov priemyselných priestorov, tak pre porovnanie navrhovaného vývoja s dostupnými na trhu je potrebné zvoliť podobné existujúce automatizačné balíky od známych výrobcov.

Výsledky marketingovej štúdie existujúcich balíkov ACS PVV sú uvedené v prílohe A.

V dôsledku marketingového prieskumu sa teda zvážilo niekoľko najbežnejšie používaných ACS PVV od rôznych výrobcov, preštudovaním ich technickej dokumentácie sa získali informácie:

Zloženie zodpovedajúceho balíka ACS PVV;

Register riadiacich parametrov (tlak vo vzduchovom potrubí, teplota, čistota, vlhkosť vzduchu);

Značka programovateľného logického automatu a jeho vybavenie (softvér, príkazový systém, princípy programovania);

Dostupnosť spojení s inými systémami (existuje spojenie s požiarnou automatikou, existuje podpora protokolov LAN);

Ochranný výkon (elektrická bezpečnosť, požiarna bezpečnosť, ochrana proti prachu, odolnosť proti hluku, ochrana proti vlhkosti).

2. Popis ventilačnej siete výrobnej dielne ako objektu automatického riadenia

Vo všeobecnosti možno na základe výsledkov analýzy dostupných prístupov k automatizácii systémov vetrania a prípravy vzduchu, ako aj výsledkov analytických prehľadov typických schém dospieť k záveru, že úlohy zvažované v diplomovom projekte sú relevantné a v súčasnosti aktívne zvažované a študované špecializovanými dizajnérskymi kanceláriami (SKB).

Poznamenávam, že existujú tri hlavné prístupy k implementácii automatizácie ventilačného systému:

Distribuovaný prístup: implementácia automatizácie IWV na báze lokálneho spínacieho zariadenia, každý ventilátor je riadený zodpovedajúcim zariadením.

Tento prístup sa používa pri navrhovaní automatizácie relatívne malých ventilačných systémov, v ktorých sa nepredpokladá ďalšia expanzia. Je najstarší. Medzi výhody tohto prístupu patrí napríklad to, že v prípade havárie v niektorej zo sledovaných ventilačných vetiev systém núdzovo zastaví len pre tento spoj / úsek. Okrem toho je tento prístup relatívne jednoduchý na implementáciu, nevyžaduje zložité riadiace algoritmy a zjednodušuje údržbu zariadení ventilačného systému.

Centralizovaný prístup: implementácia automatizácie PVV na báze skupiny logických ovládačov alebo programovateľného logického ovládača (PLC), celý ventilačný systém je riadený centrálne v súlade s programom a údajmi.

Centralizovaný prístup je spoľahlivejší ako distribuovaný. Celé riadenie IAP je rigidné, vykonáva sa na základe programu. Táto okolnosť kladie dodatočné požiadavky ako na písanie programového kódu (treba brať do úvahy mnohé podmienky, vrátane úkonov v núdzových situáciách), tak aj na špeciálnu ochranu riadiaceho PLC. Tento prístup našiel uplatnenie v malých administratívnych a priemyselných komplexoch. Vyznačuje sa flexibilitou nastavení, schopnosťou škálovať systém na rozumné limity, ako aj možnosťou mobilnej integrácie systému podľa zmiešaného princípu organizácie;

Zmiešaný prístup: používa sa pri návrhu veľkých systémov (veľký počet riadených zariadení s obrovským výkonom), ide o kombináciu distribuovaného a centralizovaného prístupu. Vo všeobecnom prípade tento prístup predpokladá hierarchiu úrovní na čele s riadiacim počítačom a podriadenými „mikropočítačmi“, čím sa vytvára riadiaca produkčná sieť, ktorá je vo vzťahu k podniku globálna. Inými slovami, tento prístup je distribuovaný-centralizovaný prístup so systémovým dispečingom.

Z hľadiska riešenia problému v návrhu diplomovej práce je najvýhodnejší centralizovaný prístup k implementácii automatizácie PVA. Keďže systém je vyvíjaný pre malé priemyselné priestory, je možné tento prístup použiť aj pre iné objekty s cieľom ich následnej integrácie do jedného ACS PVV.

Často sa pre skrine ventilácie poskytuje rozhranie, ktoré umožňuje monitorovanie stavu ventilačného systému s výstupom informácií na monitor počítača. Za zmienku však stojí, že táto implementácia si vyžaduje ďalšie komplikácie riadiaceho programu, zaškolenie špecialistu, ktorý monitoruje stav a operatívne rozhoduje na základe vizuálne získaných údajov z dotazovacích senzorov. Okrem toho faktor ľudskej chyby v núdzových situáciách je vždy neoddeliteľnou súčasťou. Preto je implementácia tejto podmienky skôr doplnkovou možnosťou k návrhu balíka automatizácie PVV.

2.1 Popis existujúceho automatického riadiaceho systému napájacieho a odsávacieho vetrania výrobných dielní

Na zabezpečenie základného princípu vetrania výrobných dielní, ktorý spočíva v udržiavaní parametrov a zloženia vzduchu v prípustných medziach, je potrebné do miest, kde sa pracovníci nachádzajú, privádzať čistý vzduch s následnou distribúciou vzduchu po celej budove. izba.

Nižšie na obr. 2.1 je znázornený typický systém prívodu a odvodu vetrania, ktorý je podobný tomu, ktorý je k dispozícii na mieste realizácie.

Vetrací systém priemyselných priestorov pozostáva z ventilátorov, vzduchových potrubí, vonkajších zariadení na prívod vzduchu, zariadení na čistenie vzduchu vstupujúceho a vypúšťaného do atmosféry a zariadenia na ohrev vzduchu (ohrievač vody).

Konštrukcia existujúcich napájacích a odsávacích ventilačných systémov bola vykonaná v súlade s požiadavkami SNiP II 33-75 "Vykurovanie, vetranie a klimatizácia", ako aj GOST 12.4.021-75 "SSBT. Vetracie systémy. Všeobecné požiadavky “, ktorý špecifikuje požiadavky na inštaláciu, uvedenie do prevádzky a prevádzku.

Čistenie znečisteného vzduchu vypúšťaného do ovzdušia sa vykonáva špeciálnymi zariadeniami - odlučovačmi prachu (používané na mieste výroby vstrekovacích foriem), filtrami vzduchového potrubia atď. Je potrebné poznamenať, že odlučovače prachu nevyžadujú dodatočnú kontrolu a spúšťajú sa pri je zapnuté odsávacie vetranie.

Čistenie vzduchu nasávaného z pracovného priestoru možno tiež vykonávať v komorách na usadzovanie prachu (len pre hrubý prach) a elektrostatických odlučovačoch (na jemný prach). Čistenie vzduchu od škodlivých plynov sa vykonáva pomocou špeciálnych absorbčných a deaktivačných látok, vrátane tých, ktoré sa aplikujú na filtre (vo filtračných článkoch).

Ryža. 2.1 - Systém prívodu a odvodu vzduchu výrobného oddelenia 1 - zariadenie na nasávanie vzduchu; 2 - ohrievače na vykurovanie; 3- prívodný ventilátor; 4 - hlavné vzduchové potrubie; 5 - vetvy vzduchového potrubia; 6 - prívodné dýzy; 7 - lokálne odsávanie; 8 a 9 - majster. potrubie na odvod vzduchu; 10 - odlučovač prachu; 11 - výfukový ventilátor; 12 - banské vypúšťanie vyčisteného vzduchu do atmosféry

Automatizácia existujúceho systému je pomerne jednoduchá. Proces vetrania je nasledujúci:

1. začiatok pracovnej zmeny - je spustený systém prívodu a odvodu vzduchu. Ventilátory sú poháňané centrálnym štartérom. Inými slovami, ovládací panel pozostáva z dvoch štartérov – na spustenie a núdzové zastavenie/vypnutie. Zmena trvá 8 hodín - s hodinovou prestávkou, to znamená, že počas pracovnej doby je systém v priemere 1 hodinu nečinný. Navyše takéto „do seba zapadajúce“ riadenie je ekonomicky neefektívne, pretože vedie k nadmernej spotrebe elektrickej energie.

Treba si uvedomiť, že odpadá výrobná potreba, aby odsávacie vetranie trvalo pracovalo, je vhodné ho zapnúť pri znečistenom vzduchu, alebo napríklad pri potrebe odvádzať prebytočnú tepelnú energiu z pracovného priestoru.

2. otváranie klapiek nasávacích zariadení je riadené aj lokálnym spúšťacím zariadením, vzduch s parametrami vonkajšieho prostredia (teplota, čistota) je nasávaný do vzduchovodov prívodným ventilátorom z dôvodu rozdielu v tlak.

3. Vzduch odoberaný z vonkajšieho prostredia prechádza ohrievačom vody, ohrieva sa na prípustné teplotné hodnoty a vzduchovodom je cez prívodné dýzy vháňaný do miestnosti. Ohrievač vody zabezpečuje výrazný ohrev vzduchu, ohrievač sa ovláda ručne, elektrikár otvára klapku klapky. Ohrievač je na letné obdobie vypnutý. Ako nosič tepla sa používa teplá voda dodávaná z vlastnej kotolne. Neexistuje žiadny systém na automatickú reguláciu teploty vzduchu, v dôsledku čoho dochádza k veľkému nadmernému čerpaniu zdrojov.

Podobné dokumenty

Vlastnosti použitia riadiaceho systému pre napájaciu ventilačnú jednotku na báze regulátora MC8.2. Základná funkčnosť ovládača. Príklad špecifikácie pre automatizáciu inštalácie prívodného vetrania pre okruh založený na MC8.2.

praktické práce, doplnené 25.05.2010


Porovnávacia analýza technických charakteristík typických konštrukcií chladiacich veží. Prvky vodovodných systémov a ich klasifikácia. Matematický model procesu dodávky cirkulačnej vody, výber a popis automatizačných zariadení a ovládacích prvkov.

práca, pridané 09.04.2013


Základy fungovania automatického riadiaceho systému prívodného a odsávacieho vetrania, jeho konštrukcia a matematický popis. Technologické procesné zariadenia. Výber a výpočet regulátora. Štúdium stability ATS, ukazovatele jej kvality.

ročníková práca, pridaná 16.02.2011


Popis procesu tepelnej a vlhkostnej úpravy výrobkov na báze cementového betónu. Automatizované riadenie procesu vetrania parnej komory. Výber typu diferenčného tlakomera a výpočet obmedzovacieho zariadenia. Merací obvod automatického potenciometra.

ročníková práca, pridaná 25.10.2009


Mapa technologickej cesty spracovania závitovkového kolesa. Výpočet prídavkov a medzných rozmerov pre spracovanie produktu. Vývoj riadiaceho programu. Zdôvodnenie a výber prípravku. Výpočet vetrania v priemyselných priestoroch.

práca, pridané 29.08.2012


Charakteristika projektovaného komplexu a voľba technológie výrobných procesov. Mechanizácia zásobovania vodou a napájanie zvierat. Technologický výpočet a výber zariadení. Systémy vetrania a ohrevu vzduchu. Výpočet výmeny vzduchu a osvetlenia.

ročníková práca, pridaná 12.01.2008


Systém prívodného vetrania, jeho vnútorná štruktúra a prepojenie prvkov, posúdenie výhod a nevýhod použitia, požiadavky na vybavenie. Opatrenia na úsporu energie, automatizácia riadenia energeticky efektívnych ventilačných systémov.

semestrálna práca, pridaná 4.8.2015


Vývoj technologickej schémy pre automatizáciu elektricky vyhrievanej podlahy. Výpočet a výber automatizačných prvkov. Analýza požiadaviek v schéme riadenia. Stanovenie hlavných ukazovateľov spoľahlivosti. Bezpečnostné opatrenia pri inštalácii automatizačných zariadení.

semestrálna práca, pridaná 30.05.2015


Zariadenie na technologický proces katalytického reformovania. Vlastnosti trhu s automatizačnými zariadeniami. Výber komplexu riadiaceho počítača a zariadenia na automatizáciu poľa. Výpočet a výber nastavení regulátora. Technické prostriedky automatizácie.

práca, pridané 23.05.2015


Technologický popis štruktúrneho diagramu projektu automatizácie spracovania nasýtených uhľovodíkových plynov. Štúdium funkčného diagramu automatizácie a zdôvodnenie výberu prístrojového vybavenia pre inštaláciu. Matematický model regulačnej slučky.

1

Práca sa zaoberá procesmi modelovania vetrania a rozptylu jeho emisií v atmosfére. Modelovanie je založené na riešení sústavy Navier-Stokesových rovníc, zákonov zachovania hmoty, hybnosti, tepla. Zvažujú sa rôzne aspekty numerického riešenia týchto rovníc. Na výpočet hodnoty koeficientu turbulencie pozadia je navrhnutý systém rovníc. Pre hypersonickú aproximáciu je spolu s rovnicami dynamiky tekutín uvedenými v článku navrhnuté riešenie rovnice státia ideálneho reálneho plynu a pary. Táto rovnica je modifikáciou van der Waalsovej rovnice a presnejšie zohľadňuje veľkosť molekúl plynu alebo pary a ich interakciu. Na základe podmienky termodynamickej stability sa získa vzťah, ktorý umožňuje vylúčiť fyzikálne nerealizovateľné korene pri riešení rovnice vzhľadom na objem. Uskutočňuje sa analýza známych výpočtových modelov a výpočtových balíkov dynamiky tekutín.

modelovanie

vetranie

turbulencie

rovnice prenosu tepla a hmoty

stavová rovnica

skutočný plyn

rozptyl

1. Berlyand ME Moderné problémy difúzie atmosféry a znečistenia atmosféry. - L .: Gidrometeoizdat, 1975 .-- 448 s.

2. Belyaev NN Modelovanie procesu rozptylu toxického plynu v podmienkach budovy // Bulletin of DIIT. - 2009. - č. 26 - S. 83-85.

3. Byzova NL Experimentálne štúdie atmosférickej difúzie a výpočty rozptylu nečistôt / NL Byzova, EK Garger, VN Ivanov. - L .: Gidrometeoizdat, 1985 .-- 351 s.

4. Datsyuk TA Modelovanie rozptylu emisií z ventilácie. - SPb: SPBGASU, 2000 .-- 210 s.

5. Sauts A. V. Aplikácia algoritmov kognitívnej grafiky a metód matematickej analýzy na štúdium termodynamických vlastností izobutánu R660A na línii nasýtenia: Grant č. 2C / 10: výskumná správa (záverečná) / GOUVPO SPBGASU; ruky. Gorokhov V.L., isp .: Sauts A.V.- SPb, 2011.- 30 s .: chorý .- Bibliografia: s. 30.- č.GR 01201067977.-Inv. č. 02201158567.

Úvod

Pri projektovaní priemyselných komplexov a unikátnych zariadení by mali byť komplexne zdôvodnené otázky súvisiace so zabezpečením kvality ovzdušia a štandardizovaných parametrov mikroklímy. Vzhľadom na vysoké náklady na výrobu, inštaláciu a prevádzku ventilačných a klimatizačných systémov sú kladené zvýšené požiadavky na kvalitu inžinierskych výpočtov. Pre výber racionálnych konštrukčných riešení v oblasti vetrania je potrebné vedieť rozobrať situáciu ako celok, t.j. odhaliť priestorový vzťah dynamických procesov prebiehajúcich vo vnútri priestorov a v atmosfére. Vyhodnoťte účinnosť vetrania, ktorá závisí nielen od množstva privádzaného vzduchu do miestnosti, ale aj od prijatej schémy rozvodu vzduchu a koncentrácie škodlivých látok vo vonkajšom vzduchu v miestach prívodov vzduchu.

Účel článku- použitie analytických závislostí, pomocou ktorých sa vykonávajú výpočty množstva škodlivých emisií, na určenie rozmerov kanálov, vzduchovodov, baní a výberu spôsobu úpravy vzduchu atď. V tomto prípade je vhodné použiť softvérový produkt Potok s modulom VSV. Na prípravu počiatočných údajov je potrebné mať k dispozícii schémy navrhnutých ventilačných systémov s uvedením dĺžok sekcií a prietokov vzduchu na koncových sekciách. Vstupnými údajmi pre výpočet sú popis ventilačných systémov a požiadaviek naň. Pomocou matematického modelovania sa riešia tieto problémy:

• výber najlepších možností pre prívod a odvod vzduchu;
• rozdelenie parametrov mikroklímy podľa objemu priestorov;
• posúdenie aerodynamického režimu budovy;
• výber miest na nasávanie a odvod vzduchu.

Polia rýchlosti, tlaku, teploty, koncentrácií v miestnosti a atmosfére sa vytvárajú pod vplyvom mnohých faktorov, ktorých kombináciu je dosť ťažké zohľadniť v metódach inžinierskych výpočtov bez použitia počítača.

Použitie matematického modelovania v problémoch ventilácie a aerodynamiky je založené na riešení Navierových - Stokesových rovníc.

Na simuláciu turbulentného prúdenia je potrebné vyriešiť sústavu rovníc zachovania hmoty a Reynoldsa (zachovanie hybnosti):

(2)

kde t- čas, X= X i , j , k- priestorové súradnice, u=u i , j , k - zložky vektora rýchlosti, R- piezometrický tlak, ρ - hustota, τ ij- komponenty tenzora napätia, s m- zdroj hmoty, s i- súčasti zdroja impulzov.

Tenzor napätia je vyjadrený ako:

(3)

kde s ij- tenzor rýchlosti deformácie; 5 ij- tenzor prídavných napätí vznikajúcich v dôsledku prítomnosti turbulencie.

Informácie o teplotných poliach T a koncentrácie Sškodlivých látok je systém doplnený nasledujúcimi rovnicami:

rovnica zachovania tepla

pasívna rovnica zachovania nečistôt S

(5)

kde CR- súčiniteľ tepelnej kapacity, λ - súčiniteľ tepelnej vodivosti, k= k i , j , k je koeficient turbulencie.

Základný koeficient turbulencie k základy sa určujú pomocou sústavy rovníc:

(6)

kde k f - koeficient turbulencie pozadia, k f = 1-15 m2/s; e = 0,1-04;

Koeficienty turbulencie sa určujú pomocou rovníc:

(7)

Na otvorenom priestranstve s nízkym rozptylom je hodnota k z je určené rovnicou:

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

kde k 0 - hodnota k k na vysokej z 0 (k 0 = 0,1 m2/s pri z 0 = 2 m).

Na otvorenom priestranstve sa profil rýchlosti vetra nedeformuje;

S neznámou atmosférickou stratifikáciou na otvorenom priestranstve je možné určiť profil rýchlosti vetra:

; (9)

kde z 0 je daná výška (výška korouhvičky); u 0 - rýchlosť vetra vo výške z 0 ; B = 0,15.

S výhradou podmienky (10), miestneho Richardsonovho kritéria RI definovaný ako:

(11)

Derivujme rovnicu (9), rovnice (7) a (8), odtiaľ vyjadríme k základne

(12)

Dajme rovnítko medzi rovnicu (12) a rovnicu sústavy (6). Do získanej rovnosti dosadíme (11) a (9), v konečnom tvare dostaneme sústavu rovníc:

(13)

Pulzujúci termín podľa Boussinesqových myšlienok je reprezentovaný ako:

(14)

kde μ t- turbulentná viskozita a ďalšie členy v rovniciach prenosu energie a zložky nečistôt sú modelované takto:

(15)

(16)

Systém rovníc je uzavretý pomocou jedného z nižšie opísaných modelov turbulencie.

Pre turbulentné prúdenie študované vo ventilačnej praxi je vhodné použiť buď Boussinesqovu hypotézu o malosti zmien hustoty, alebo takzvanú „hypersonickú“ aproximáciu. Predpokladá sa, že Reynoldsove napätia sú úmerné časovo spriemerovaným rýchlostiam deformácie. Zavádza sa koeficient turbulentnej viskozity, tento pojem je vyjadrený ako:

. (17)

Efektívny koeficient viskozity sa vypočíta ako súčet molekulárnych a turbulentných koeficientov:

(18)

"Hypersonická" aproximácia predpokladá riešenie, spolu s vyššie uvedenými rovnicami, rovnice státia ideálneho plynu:

ρ = p/(RT) (19)

kde p - tlak v prostredí; R- plynová konštanta.

Pre presnejšie výpočty možno hustotu nečistôt určiť pomocou upravenej van der Waalsovej rovnice pre skutočné plyny a výpary

(20)

kde konštanty N a M- brať do úvahy asociáciu / disociáciu molekúl plynu alebo pár; a- berie do úvahy ďalšie interakcie; b" - berúc do úvahy veľkosť molekúl plynu; υ = 1 / ρ.

Oddelením od rovnice (12) tlak R a jeho diferenciáciou podľa objemu (berúc do úvahy termodynamickú stabilitu), získame nasledujúci vzťah:

. (21)

Tento prístup umožňuje výrazne skrátiť čas výpočtu v porovnaní s prípadom použitia úplných rovníc pre stlačiteľný plyn bez zníženia presnosti získaných výsledkov. Pre vyššie uvedené rovnice neexistuje žiadne analytické riešenie. V tomto ohľade sa používajú numerické metódy.

Na riešenie ventilačných problémov spojených s prenosom skalárnych látok turbulentným prúdením sa pri riešení diferenciálnych rovníc používa deliaca schéma pre fyzikálne procesy. Podľa princípov štiepenia, konečno-diferenčnej integrácie rovníc hydrodynamiky a konvekčno-difúzneho prenosu skalárnej látky v každom časovom kroku Δ t sa uskutočňuje v dvoch etapách. V prvej fáze sa vypočítajú hydrodynamické parametre. V druhej fáze sa riešia difúzne rovnice na základe vypočítaných hydrodynamických polí.

Vplyv prestupu tepla na vznik poľa rýchlosti vzduchu sa zohľadňuje pomocou Boussinesqovej aproximácie: do pohybovej rovnice sa pre vertikálnu zložku rýchlosti zavedie ďalší člen, ktorý zohľadňuje vztlakové sily.

Existujú štyri prístupy k riešeniu problémov turbulentného pohybu tekutín:

• priame modelovanie "DNS" (riešenie nestacionárnych Navier-Stokesových rovníc);
• riešenie spriemerovaných Reynoldsových rovníc "RANS", ktorých systém však nie je uzavretý a potrebuje dodatočné uzatváracie vzťahy;
• veľká vírivá metóda „LES » , ktorá je založená na riešení nestacionárnych Navierových - Stokesových rovníc s parametrizáciou vírov škály podsiete;
• metóda "DES" , čo je kombinácia dvoch metód: v zóne oddelených tokov - "LES" a v oblasti "hladkého" toku - "RANS".

Najatraktívnejšia z hľadiska presnosti získaných výsledkov je nepochybne metóda priamej numerickej simulácie. V súčasnosti však možnosti výpočtovej techniky ešte neumožňujú riešiť problémy s reálnou geometriou a číslami. Re a s rozlíšením vírov všetkých veľkostí. Preto sa pri riešení širokého spektra inžinierskych problémov používajú numerické riešenia Reynoldsových rovníc.

V súčasnosti sa na simuláciu problémov s ventiláciou úspešne používajú certifikované balíčky ako „STAR-CD“, „FLUENT“ alebo „ANSYS / FLOTRAN“. Pri správne formulovanom probléme a racionálnom algoritme riešenia umožňuje získané množstvo informácií v štádiu návrhu zvoliť optimálnu možnosť, ale vykonávanie výpočtov pomocou týchto programov si vyžaduje primeranú prípravu a ich nesprávne použitie môže viesť k chybným výsledkom.

Za „základný prípad“ možno považovať výsledky všeobecne akceptovaných metód výpočtu bilancie, ktoré umožňujú porovnať integrálne hodnoty charakteristické pre uvažovaný problém.

Jedným z dôležitých bodov pri používaní univerzálnych softvérových systémov na riešenie problémov s ventiláciou je výber modelu turbulencie. V súčasnosti je známe veľké množstvo rôznych modelov turbulencie, ktoré sa používajú na uzavretie Reynoldsových rovníc. Turbulenčné modely sú klasifikované podľa počtu parametrov pre charakteristiky turbulencie, respektíve jednoparametrové, dvoj- a trojparametrové.

Väčšina semiempirických modelov turbulencie, tak či onak, používa „hypotézu miesta mechanizmu turbulentného prenosu“, podľa ktorej je mechanizmus turbulentného prenosu hybnosti úplne určený špecifikáciou lokálnych derivácií priemerných rýchlostí a fyzikálnych vlastností. tekutiny. Táto hypotéza neberie do úvahy vplyv procesov vyskytujúcich sa ďaleko od uvažovaného bodu.

Najjednoduchšie sú jednoparametrové modely využívajúce koncept turbulentnej viskozity «n t», A predpokladá sa, že turbulencia je izotropná. Upravená verzia modelu „n t-92" sa odporúča na modelovanie prúdových a oddelených prúdov. Jednoparametrový model "S-A" (Spalart - Almaras), ktorý obsahuje prenosovú rovnicu pre množstvo, tiež dáva dobrú zhodu s experimentálnymi výsledkami.

Nedostatok modelov s jednou transportnou rovnicou je spôsobený tým, že im chýbajú informácie o rozdelení stupnice turbulencie. L... Podľa množstva L ovplyvňujú sa procesy prenosu, spôsoby vzniku turbulencie, disipácia turbulentnej energie. Univerzálna závislosť na určenie L neexistuje. Rovnica pre stupnicu turbulencie Lčasto sa ukáže, že je to presne rovnica, ktorá určuje presnosť modelu, a teda aj oblasť jeho použiteľnosti. V zásade je rozsah týchto modelov obmedzený na relatívne jednoduché šmykové toky.

V dvojparametrových modeloch, okrem mierky turbulencie L, sa ako druhý parameter používa rýchlosť disipácie turbulentnej energie . Takéto modely sa najčastejšie používajú v modernej výpočtovej praxi a obsahujú rovnice turbulenčného prenosu energie a disipácie energie.

Známy model obsahuje rovnice na prenos energie turbulencie k a rýchlosť disipácie turbulentnej energie ε. Modely ako " k- e" možno použiť ako pre pristenové toky, tak aj pre zložitejšie oddelené toky.

Dvojparametrové modely sa používajú v nízko- a vysoko-Reynoldsovej verzii. V prvom sa priamo berie do úvahy mechanizmus interakcie molekulárneho a turbulentného transportu v blízkosti pevného povrchu. Vo verzii High Reynolds je mechanizmus turbulentného prenosu v blízkosti pevnej hranice opísaný špeciálnymi funkciami pri stene, ktoré spájajú parametre prúdenia so vzdialenosťou od steny.

V súčasnosti medzi najsľubnejšie modely patria modely SSG a Gibson-Launder, ktoré využívajú nelineárny vzťah medzi Reynoldsovým turbulentným tenzorom napätia a tenzorom priemerných rýchlostí deformácie. Boli navrhnuté tak, aby zlepšili predpovedanie separačných prúdov. Keďže sa v nich počítajú všetky tenzorové komponenty, vyžadujú v porovnaní s dvojparametrovými modelmi veľké počítačové zdroje.

Pre komplexné oddelené toky boli odhalené niektoré výhody použitím jednoparametrových modelov „n t-92 "," S-A "v presnosti predpovedania parametrov prietoku a počtu impulzov v porovnaní s dvojparametrovými modelmi.

Napríklad program „STAR-CD“ umožňuje použitie modelov ako „ k- e “, Spalart - Almaras, SSG “, Gibson-Launder “, ako aj metóda veľkého víru„ LES “ a metóda „ DES “. Posledné dve metódy sú vhodnejšie na výpočet pohybu vzduchu v zložitých geometriách, kde sa objavia početné oddelené vírivé oblasti, ale vyžadujú veľké výpočtové zdroje.

Výsledky výpočtu výrazne závisia od voľby výpočtovej siete. V súčasnosti sa používajú špeciálne sieťovacie programy. Sieťové bunky môžu mať rôzne tvary a veľkosti, aby čo najlepšie vyhovovali vašej konkrétnej aplikácii. Najjednoduchší typ mriežky je, keď sú bunky rovnaké a majú kubický alebo obdĺžnikový tvar. Všeobecné výpočtové programy používané v súčasnosti v inžinierskej praxi umožňujú prácu na ľubovoľných neštruktúrovaných sieťach.

Na vykonanie výpočtov pre numerickú simuláciu problémov vetrania je potrebné nastaviť okrajové a počiatočné podmienky, t.j. hodnoty závislých premenných alebo ich normálne gradienty na hraniciach výpočtovej oblasti.

Špecifikácia s dostatočnou mierou presnosti geometrických znakov skúmaného objektu. Pre tieto účely je možné odporučiť také balíky ako "SolidWorks", "Pro / Engeneer", "NX Nastran" na stavbu trojrozmerných modelov. Pri konštrukcii výpočtovej siete sa počet buniek volí tak, aby sa získalo spoľahlivé riešenie s minimálnym výpočtovým časom. Mal by sa vybrať jeden zo semiempirických modelov turbulencie, ktorý je pre uvažované prúdenie najefektívnejší.

V záver dodávame, že pre správne formulovanie okrajových podmienok problému a posúdenie spoľahlivosti výsledkov je potrebné dobré pochopenie kvalitatívnej stránky prebiehajúcich procesov. Modelovanie emisií z ventilácie v štádiu projektovania zariadení možno považovať za jeden z aspektov informačného modelovania zameraného na zabezpečenie environmentálnej bezpečnosti zariadenia.

Recenzenti:

• Volikov Anatolij Nikolajevič, doktor technických vied, profesor Katedry zásobovania teplom a plynom a ochrany ovzdušia, FGBOU VPOI "SPBGASU", Petrohrad.
• Polushkin Vitaly Ivanovič, doktor technických vied, profesor, profesor Katedry vykurovania, vetrania a klimatizácie, FGBOU VPO "SPbGASU", Petrohrad.

Bibliografický odkaz

Datsyuk T.A., Sauts A.V., Yurmanov B.N., Taurit V.R. MODELOVANIE PROCESOV VZDUCHU // Moderné problémy vedy a vzdelávania. - 2012. - č. 5 .;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6744 (dátum prístupu: 17.10.2019). Dávame do pozornosti časopisy vydávané "Akadémiou prírodných vied"

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Podobné dokumenty

Základy fungovania automatického riadiaceho systému prívodného a odsávacieho vetrania, jeho konštrukcia a matematický popis. Technologické procesné zariadenia. Výber a výpočet regulátora. Štúdium stability ATS, ukazovatele jej kvality.

ročníková práca, pridaná 16.02.2011


Všeobecná charakteristika a účel, oblasti praktického použitia automatického riadiaceho systému pre prívodné a odsávacie vetranie. Automatizácia regulačného procesu, jej princípy a fázy implementácie. Výber fondov a ich ekonomické opodstatnenie.

práca, pridané 4.10.2011


Analýza existujúcich typických schém automatizácie vetrania vo výrobných halách. Matematický model procesu vetrania priemyselných priestorov, výber a popis automatizačných zariadení a ovládacích prvkov. Výpočet nákladov na projekt automatizácie.

práca, pridané 6.11.2012


Porovnávacia analýza technických charakteristík typických konštrukcií chladiacich veží. Prvky vodovodných systémov a ich klasifikácia. Matematický model procesu dodávky cirkulačnej vody, výber a popis automatizačných zariadení a ovládacích prvkov.

práca, pridané 09.04.2013


Všeobecná charakteristika ropovodu. Klimatické a geologické charakteristiky lokality. Všeobecné usporiadanie čerpacej stanice. Kufrové čerpacie stanice a tanková farma PS-3 "Almetyevsk". Výpočet systému prívodu a odsávania ventilácie čerpacej dielne.

práca, pridané 17.04.2013


Analýza vývoja dizajnového projektu dekoratívnej palice. Heraldika ako špeciálna disciplína zaoberajúca sa štúdiom erbov. Spôsoby výroby nástrojov pre voskové modely. Etapy výpočtu prívodného a odsávacieho vetrania pre taviaci priestor.

práca, pridané 26.01.2013


Popis inštalácie ako predmetu automatizácie, možnosti zlepšenia technologického procesu. Výpočet a výber prvkov komplexu technických prostriedkov. Výpočet automatického riadiaceho systému. Vývoj aplikačného softvéru.

práca, pridané 24.11.2014

Glebov R.S., postgraduálny študent Tumanov M.P., kandidát technických vied, docent

Antyushin S.S., postgraduálny študent (Moskovský štátny inštitút elektroniky a matematiky (Technická univerzita)

PRAKTICKÉ ASPEKTY IDENTIFIKÁCIE MATEMATICKÉHO MODELU

VETRANÁ JEDNOTKA

V súvislosti so vznikom nových požiadaviek na ventilačné systémy nemôžu experimentálne metódy ladenia uzavretých regulačných slučiek plne vyriešiť problémy automatizácie technologického procesu. Experimentálne metódy ladenia majú vlastné optimalizačné kritériá (kritériá kvality riadenia), ktoré obmedzujú rozsah ich aplikácie. Parametrická syntéza riadiaceho systému, ktorý zohľadňuje všetky požiadavky technickej špecifikácie, vyžaduje matematický model objektu. Článok poskytuje analýzu štruktúr matematických modelov vetracej jednotky, uvažuje o spôsobe identifikácie vetracej jednotky, hodnotí možnosti využitia získaných modelov pre praktickú aplikáciu.

Kľúčové slová: identifikácia, matematický model, ventilačná jednotka, experimentálna štúdia matematického modelu, kritériá kvality pre matematický model.

PRAKTICKÉ ASPEKTY IDENTIFIKÁCIE MATEMATICKÉHO MODELU

INŠTALÁCIE VETRACIE

V súvislosti s výskytom nových požiadaviek na ventilačné systémy experimentálne metódy úpravy uzavretých kontúr riadenia nedokážu problém automatizácie technologického procesu vyriešiť v plnej miere. Experimentálne metódy úpravy majú stanovené kritériá optimalizácie (kritérium kvality riadenia), ktorá obmedzuje oblasť ich použitia.Parametrická syntéza riadiaceho systému, technický projekt zohľadňujúci všetky požiadavky si vyžaduje matematický model objektu.V článku bude výsledkom analýza štruktúr matematických modelov vzduchotechnického zariadenia, metóda Po zvážení identifikácie vetracieho zariadenia sa odhaduje možnosť aplikácie prijatých modelov na aplikáciu v praxi.

Kľúčové slová: identifikácia, matematický model, vetracie zariadenie, experimentálny výskum matematického modelu, kritériá kvality matematického modelu.

Úvod

Riadenie ventilačných systémov je jednou z hlavných úloh automatizácie inžinierskych systémov budov. Požiadavky na riadiace systémy vetracích jednotiek sú formulované formou kritérií kvality v časovej oblasti.

Hlavné kritériá kvality:

1. Čas prechodu (tnn) - čas, za ktorý vzduchotechnická jednotka dosiahne prevádzkový režim.

2. Chyba ustáleného stavu (eust) - maximálna dovolená odchýlka teploty privádzaného vzduchu od nastavenej.

Nepriame kritériá kvality:

3. Overshoot (Ah) - prekročenie výkonu pri ovládaní vzduchotechnickej jednotky.

4. Stupeň kmitania (y) - nadmerné opotrebovanie vetracieho zariadenia.

5. Stupeň útlmu (y) - charakterizuje kvalitu a rýchlosť nastolenia požadovaného teplotného režimu.

Hlavnou úlohou automatizácie ventilačného systému je parametrická syntéza regulátora. Parametrická syntéza spočíva v určení koeficientov regulátora na zabezpečenie kvalitatívnych kritérií pre ventilačný systém.

Pre syntézu regulátora ventilačnej jednotky sa volia inžinierske metódy vhodné na aplikáciu v praxi, ktoré nevyžadujú štúdium matematického modelu objektu: metóda Ncbo18-21gler (W), metóda Chien- HropeS-Re8, wsk (SNK). Na moderné systémy automatizácie vetrania sú kladené vysoké požiadavky na ukazovatele kvality, zužujú sa prípustné hraničné podmienky pre ukazovatele, objavujú sa problémy s multikriteriálnym riadením. Inžinierske metódy ladenia regulátorov neumožňujú meniť v nich začlenené kritériá kvality riadenia. Napríklad pri použití metódy N2 na ladenie regulátora je kritériom kvality pokles tlmenia rovný štyrom a pri použití metódy SAE je kritériom kvality maximálna rýchlosť otáčania bez prekmitu. Použitie týchto metód pri riešení problémov multikriteriálneho riadenia si vyžaduje dodatočné manuálne nastavenie koeficientov. Čas a kvalita ladenia regulačných slučiek v tomto prípade závisí od skúseností servisného technika.

Použitie moderných nástrojov matematického modelovania na syntézu riadiaceho systému pre vetraciu jednotku výrazne zlepšuje kvalitu riadiacich procesov, skracuje čas na nastavenie systému a tiež umožňuje syntetizovať algoritmické prostriedky na detekciu a prevenciu nehôd. Pre simuláciu riadiaceho systému je potrebné vytvoriť adekvátny matematický model vetracej jednotky (riadiaceho objektu).

Praktické využitie matematických modelov bez hodnotenia ich primeranosti vyvoláva množstvo problémov:

1. Nastavenia regulátora získané v priebehu matematického modelovania nezaručujú zhodu ukazovateľov kvality v praxi.

2. Aplikácia regulátorov so zabudovaným matematickým modelom v praxi (nútené riadenie, Smithov extrapolátor a pod.) môže spôsobiť zhoršenie ukazovateľov kvality. Ak sa časová konštanta nezhoduje alebo je zosilnenie príliš nízke, zvyšuje sa čas dosiahnutia prevádzkového režimu ventilačnej jednotky, ak je zisk nadhodnotený, dochádza k nadmernému opotrebovaniu ventilačného zariadenia atď.

3. Praktická aplikácia adaptívnych regulátorov s odhadom podľa referenčného modelu spôsobí aj zhoršenie ukazovateľov kvality, podobne ako v uvedenom príklade.

4. Nastavenia regulátora získané metódami optimálneho riadenia nezaručujú zhodu ukazovateľov kvality v praxi.

Cieľom tejto štúdie je určiť štruktúru matematického modelu vetracej jednotky (pozdĺž teplotnej regulačnej slučky) a posúdiť jej primeranosť reálnym fyzikálnym procesom ohrevu vzduchu vo vzduchotechnických systémoch.

Skúsenosti s navrhovaním riadiacich systémov ukazujú, že nie je možné získať matematický model adekvátny reálnemu systému len na základe teoretických štúdií fyzikálnych procesov systému. Preto sa v procese syntézy modelu vetracej jednotky súčasne s teoretickými štúdiami uskutočnili experimenty na určenie a spresnenie matematického modelu systému - jeho identifikácie.

Technologický postup ventilačného systému, organizácia experimentu

a štruktúrna identifikácia

Predmetom riadenia ventilačného systému je centrálna klimatizácia, v ktorej sa spracováva prúd vzduchu a privádza sa do vetraných priestorov. Úlohou systému lokálneho riadenia ventilácie je automaticky udržiavať teplotu privádzaného vzduchu v potrubí. Aktuálnu hodnotu teploty vzduchu vyhodnocuje snímač inštalovaný v prívodnom potrubí alebo v obývačke. Teplota privádzaného vzduchu je riadená elektrickým alebo vodným ohrievačom. Pri použití ohrievača vody je pohon trojcestný ventil, pri použití elektrického ohrievača je to pulzný alebo tyristorový regulátor výkonu.

Štandardným riadiacim algoritmom pre teplotu privádzaného vzduchu je uzavretý automatický riadiaci systém (ACS) s PID regulátorom ako riadiacim zariadením. Je znázornená štruktúra automatizovaného systému regulácie teploty privádzaného vzduchu ventiláciou (obr. 1).

Ryža. 1. Bloková schéma automatizovaného riadiaceho systému vetracej jednotky (kanál regulácie teploty privádzaného vzduchu). Wreg - PF regulátora, Zhio - PF výkonného orgánu, Wcal - PF ohrievača, Wvv - prenosová funkcia potrubia. u1 - požadovaná hodnota teploty, XI - teplota v potrubí, XI - hodnoty snímača, E1 - chyba riadenia, U1 - činnosť regulátora, U2 - spracovanie signálu regulátora pohonom, U3 - teplo odovzdané ohrievačom do potrubia.

Syntéza matematického modelu ventilačného systému predpokladá, že štruktúra každej prenosovej funkcie zahrnutej v jeho zložení je známa. Použitie matematického modelu obsahujúceho prenosové funkcie jednotlivých prvkov systému je náročná úloha a v praxi nezaručuje superpozíciu jednotlivých prvkov s pôvodným systémom. Na identifikáciu matematického modelu je možné štruktúru systému riadenia ventilácie vhodne rozdeliť na dve časti: a priori známu (ovládač) a neznámu (objekt). Prenosová funkcia objektu ^ asi) zahŕňa: prenosovú funkciu výkonného orgánu ^ uo), prenosovú funkciu ohrievača ^ cal), prenosovú funkciu vzduchového potrubia ^ vv), prenosovú funkciu snímača ^ termíny). Úloha identifikácie ventilačnej jednotky pri riadení teploty prúdu vzduchu sa redukuje na určenie funkčného vzťahu medzi riadiacim signálom k akčnému členu ohrievača U1 a teplotou prúdu vzduchu XI.

Na určenie štruktúry matematického modelu ventilačnej jednotky je potrebné vykonať identifikačný experiment. Získanie požadovaných charakteristík je možné prostredníctvom pasívneho a aktívneho experimentu. Metóda pasívneho experimentu je založená na registrácii riadených parametrov procesu v normálnej prevádzke objektu bez vnášania akýchkoľvek zámerných porúch do neho. Počas fázy nastavovania nie je ventilačný systém v normálnej prevádzke, takže metóda pasívneho experimentu nie je pre naše účely vhodná. Metóda aktívneho experimentu je založená na použití určitých umelých porúch zavedených do objektu podľa vopred naplánovaného programu.

Existujú tri základné metódy aktívnej identifikácie objektu: metóda prechodových charakteristík (reakcia objektu na „krok“), metóda rušenia objektu periodickými signálmi (reakcia objektu na harmonické poruchy s rôznymi frekvenciami) a spôsob reakcie objektu na delta impulz. Vzhľadom na veľkú zotrvačnosť ventilačných systémov (TOB sa pohybuje od desiatok sekúnd do niekoľkých minút), identifikácia pomocou signálov peri

Pre ďalšie čítanie článku si musíte zakúpiť celý text. Články sa posielajú vo formáte PDF na mail uvedený pri platbe. Dodacia lehota je menej ako 10 minút... Cena jedného článku - 150 rubľov.

Podobné vedecké práce na tému "Všeobecné a zložité problémy prírodných a exaktných vied"

• ADAPTÍVNE OVLÁDANIE VZDUCHOVEJ JEDNOTKY S DYNAMICKÝM PRÚDOM PRÚDU VZDUCHU

  R.S. GLEBOVM. P. TUMANOV - 2012

• Problém riadenia a modelovania mimoriadnych udalostí v ropných baniach

  M. Yu. Lisková a I. S. Naumov - 2013

• O APLIKÁCII TEÓRIE PARAMETRICKÉHO RIADENIA NA VYPOČÍTATELNÉ MODELY VŠEOBECNEJ ROVNOVÁHY

  ADILOV ZHEKSENBEK MAKEEVICH, ASHIMOV ABDYKAPPAR ASHIMOVICH, ASHIMOV ASKAR ABDYKAPPAROVICH, BOROVSKY NIKOLAI YURIEVICH, BOROVSKY JURI VYACHESLAVOVICH, SULTANOV BAKHYTVI-TURCHLY - 2010

• MODELOVANIE BIOKLIMATICKEJ STRECHY POMOCOU PRIRODZENÉHO VETRANIE

  OUEDRAOGO A., OUEDRAOGO I., PALM K., ZEGHMATI B. - 2008