Основные принципы построение систем теплоснабжения с применением современного оборудования автоматизации

1. Структура системы теплоснабжения

Компания Siemens предлагает комплексное решение для создания единой системы управления городскими системами тепло- и водоснабжения. Комплексность подхода состоит в том, что заказчикам предлагается все, начиная с выполнения гидравлических расчетов систем тепло- и водоснабжения и заканчивая системами коммуникации и диспетчеризации. Реализацию такого подхода обеспечивает накопленный опыт специалистов компании, приобретенный в разных странах мира в ходе выполнения разнообразных проектов в области систем теплоснабжения крупных городов Центральной и Восточной Европы. В настоящей статье рассмотрены структуры систем теплоснабжения, принципы и алгоритмы управления, которые были реализованы при выполнении этих проектов.

Системы теплоснабжения строятся преимущественно по 3-ступенчатой схеме, частями которой являются:

1. Источники тепла разных типов, соединенные между собой в единую закольцованную систему.

При обеспечении потребителей теплом и горячей водой, управляющая компания несет постоянные расходы, структура которых выглядит следующим образом:

·         затраты на выработку тепла для потребления;

·         потери в источниках тепла вследствие несовершенства способов выработки тепла;

·         потери тепла в тепловых магистралях;

·         расходы на электроэнергию.

Каждая из этих составляющих может быть снижена при оптимальном управлении и применении современных средств автоматизации на каждом уровне.

 2. Источники тепла

Известно, что для систем теплоснабжения предпочтительными являются большие источники комбинированной выработки тепла и электроэнергии или такие источники, в которых тепло является вторичным продуктом, например, продуктом промышленных процессов. Именно на основе таких принципов возникла идея центрального теплоснабжения. В качестве резервных источников тепла используются котельные, работающие на разных видах топлива, газовые турбины и прочее. Если газовые котельные служат основным источником тепла, они должны работать с автоматической оптимизацией процесса горения. Только так можно получить экономию и снизить выбросы по сравнению с распределенной выработкой тепла в каждом доме.

 3. Насосные станции

Тепло из источников тепла передается в магистральные тепловые сети. Теплоноситель перекачивается сетевыми насосами, которые работают непрерывно. Поэтому подбору и способу эксплуатации насосов должно уделяться особое внимание. Режим работы насоса зависит от режимов тепловых пунктов. Снижение расхода на ЦТП влечет за собой нежелательное увеличение напора насоса (насосов). Увеличение напора отрицательно воздействует на все компоненты системы. В лучшем случае увеличивается только гидравлический шум. В любом случае теряется электрическая энергия. В этих условиях безусловный экономический эффект обеспечивается при частотном управлении насосами. Используются различные алгоритмы управления.В базовой схеме контроллер поддерживает постоянный перепад давления на насосе путем изменения частоты вращения. В связи с тем, что с уменьшением расхода теплоносителя снижаются потери давления в трассах (квадратичная зависимость), можно снизить также заданное значение (уставку) перепада давления. Такое управление насосами называется пропорциональным и позволяет дополнительно снизить затраты на работу насоса. Более эффективно управление насосами с коррекцией задания по “удаленной точке”. В этом случае измеряется перепад давления в конечных точках магистральных сетей. Текущие значения перепада давления компенсируют давления на насосной станции.

 4. Центральные тепловые пункты

В современных системах теплоснабжения ЦТП играют очень важную роль. Энергосберегающая система теплоснабжения должна работать с применением индивидуальных тепловых пунктов. Это, однако, не значит, что ЦТП будут закрываться: они выполняют функцию гидравлического стабилизатора и одновременно разделяют систему теплоснабжения на отдельные подсистемы. Из ЦТП в случае применения ИТП исключаются системы центрального горячего водоснабжения. При этом через ЦТП проходят только 2 трубы, разделенные теплообменником, который отделяет систему магистральных трасс от системы ИТП. Таким образом, система ИТП может работать с другими температурами теплоносителя, а также с меньшими динамическими давлениями. Это гарантирует стабильную работу ИТП и одновременно влечет за собой сокращение инвестиций на ИТП. Температура подачи из ЦТП корректируется в соответствии с температурным графиком по температуре наружного воздуха с учетом летнего ограничения, которое зависит от потребности системы ГВС в ИТП. Речь идет о предварительной корректировке параметров теплоносителя, что позволяет снизить потери тепла во вторичных трассах, а также увеличить срок службы компонентов тепловой автоматики в ИТП.

 5. Индивидуальные тепловые пункты

Работа ИТП влияет на экономичность всей системы теплоснабжения. ИТП – стратегически важная часть системы теплоснабжения. Переход от 4-х трубной системы к современной 2-х трубной сопряжен с определенными трудностями. Во-первых, это влечет за собой необходимость инвестиций, во-вторых, без наличия определенного “ноу-хау” внедрение ИТП может наоборот увеличить текущие расходы управляющей компании. Принцип работы ИТП заключается в том, что тепловой пункт находится непосредственно в здании, которое отапливается и для которого готовится горячая вода. При этом к зданию подключено только 3 трубы: 2 для теплоносителя и 1 для водоснабжения. Таким образом, упрощается структура трубопроводов системы, и при плановом ремонте трасс сразу имеет место экономия на прокладке труб.

5.1.Управление контуром отопления

Контроллер ИТП управляет тепловой мощностью отопления, изменяя температуру воды на отопления. Уставка температуры отопления определяется по температуре наружного воздуха и кривой отопления (погодозависимое управление). Кривая отопления определяется с учетом инерционности здания.

5.2. Управление контуром ГВС

Важной частью ИТП является подсистема ГВС. В системе теплоснабжения уже устаревшие накопительные системы ГВС вытесняются устройствами проточного подогрева воды через быстродействующие теплообменники. Необходимость развития именно таких систем обусловлена более строгими санитарными требованиями, направленными на снижение развития бактерий легионеллы, а также попытками минимизировать потери тепла, неизбежно возникающие при медленной работе больших систем. Небольшие накопительные резервуары используются только в качестве буферов в режимах максимальных пиковых нагрузок. На основании современных гидравлических решений нагрева ГВС формируются следующие требования к системе автоматизации:

·         стабильная температура ГВС без скачков;

·         энергосбережение с использованием тепловой энергии отопления;

·         надежная и долговременная работа исполнительных устройств автоматики;

·         снижение затрат на обслуживание загрязненных теплообменников;

·         планирование обслуживания;

·         работа системы ГВС без сбоев.

5.3. Исполнительные компоненты автоматики

Система автоматизации состоит из нескольких компонентов, и ошибочно полагать, что автоматика -это только контроллер. На конечный результат влияет правильный подбор всех компонентов, так как контроллер не может компенсировать недостатки других элементов системы.

5.3.1. Регулирующий клапан и привод

Качество исполнения клапана и привода в значительной степени влияет на качество всей системы автоматизации. Важную роль играет диапазон управления клапана, время срабатывания привода и срок службы привода, который должен выдерживать очень большое количество перемещений. С учетом имеющихся жестких требований компания Siemens разработала новые технологии производства клапанов и приводов, которые по своим характеристикам заметно превосходят аналогичные устройства, применяемые до настоящего в проточных системах ГВС. В приводах используется электрогидравлическая или электромагнитная технология, и таким образом предотвращается механический износ внутренних изделий. Срок службы увеличивается в два раза. Благодаря новым технологиям увеличена мощность и снижена до 2 с постоянная времени приводов.

5.3.2. Датчики температуры

Качество используемых датчиков по непонятным причинам часто недооценивается. Датчики должны быть не только надежными, но, что важно для систем ГВС, малоинерционными. Рекомендуется использовать датчики с постоянной времени менее 4 с. Так при замене датчика с константой 8 с на датчик с константой 4 с срок службы привода увеличивается на 40%. При подборе качественного датчика температуры не имеет смысла экономить копейки. В системах ГВС с циркуляцией рекомендуется использовать также датчик температуры холодной воды, который предварительно информирует контроллер об изменении нагрузки и, тем самым, влияет на качество управления.

5.3.3. Контроллер

Контроллер системы ГВС должен работать по ПИД-алгоритму и быть оснащенным функциями адаптации и оптимизации.

 

 

Размещено компанией ООО "ОВК-Автоматика" [24.06.2009]