W tym rozdziale opisujemy główne elementy składające się na system sterowania, nadajemy im opis techniczny oraz opis matematyczny. Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo opracowanemu systemowi automatycznej kontroli temperatury. powietrze nawiewane przechodząc przez grzejnik. Ponieważ głównym produktem kształcenia jest temperatura powietrza, w ramach projektu dyplomowego można pominąć budowę modeli matematycznych oraz modelowanie procesów cyrkulacji i przepływu powietrza. Również to matematyczne uzasadnienie funkcjonowania ACS PVV można pominąć ze względu na specyfikę architektury pomieszczeń - napływ nieprzygotowanego powietrza z zewnątrz do warsztatów i magazynów przez szczeliny i szczeliny jest znaczny. Dlatego przy każdym natężeniu przepływu powietrza stan „głodu tlenowego” wśród pracowników tego warsztatu jest praktycznie niemożliwy.
Zaniedbujemy więc budowę termodynamicznego modelu dystrybucji powietrza w pomieszczeniu, a także matematycznego opisu ACS w zakresie przepływu powietrza, ze względu na ich niecelowość. Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo kształtowaniu się temperatury powietrza nawiewanego ACS. W rzeczywistości system ten jest systemem automatycznego sterowania położeniem przepustnicy przeciwlotniczej w zależności od temperatury powietrza nawiewanego. Regulacja jest prawem proporcjonalnym metodą bilansowania wartości.
Przedstawmy główne elementy zawarte w ACS, podamy ich parametry techniczne, które pozwolą zidentyfikować cechy ich sterowania. Przy wyborze sprzętu i narzędzi automatyzacji kierujemy się ich paszportami technicznymi i wcześniejszymi obliczeniami inżynierskimi starego systemu, a także wynikami eksperymentów i testów.
Konwencjonalny wentylator promieniowy to koło z łopatkami roboczymi umieszczonymi w obudowie spiralnej, podczas obrotu którego powietrze wpływające przez wlot wchodzi do kanałów pomiędzy łopatkami i przemieszcza się przez te kanały pod działaniem siły odśrodkowej, jest zbierane przez spiralę obudowę i skierowaną do jej wylotu. Obudowa służy również do konwersji głowicy dynamicznej na głowicę statyczną. Aby zwiększyć ciśnienie, za obudową umieszczony jest dyfuzor. Na ryc. 4.1 przedstawia ogólny widok wentylatora promieniowego.
Konwencjonalne koło odśrodkowe składa się z łopatek, tylnej tarczy, piasty i przedniej tarczy. Odlewana lub toczona piasta, zaprojektowana tak, aby pasowała do koła na wale, jest nitowana, przykręcana lub przyspawana do tylnej tarczy. Ostrza są przynitowane do dysku. Przednie krawędzie ostrzy są zwykle przymocowane do przedniego pierścienia.
Obudowy spiralne wykonane są z blachy stalowej i są montowane na niezależnych wspornikach, w pobliżu wentylatorów niska moc są przymocowane do łóżek.
Kiedy koło się obraca, część energii dostarczanej do silnika jest przekazywana do powietrza. Ciśnienie wytwarzane przez koło zależy od gęstości powietrza, kształt geometryczny ostrza i prędkość obwodowa na końcach ostrzy.
Krawędzie wyjściowe łopatek wentylatorów promieniowych mogą być zagięte do przodu, promieniowo i zagięte do tyłu. Do niedawna krawędzie łopatek były głównie wygięte do przodu, co pozwoliło na zmniejszenie gabarytów wentylatorów. W dzisiejszych czasach często spotyka się wirniki z łopatkami wygiętymi do tyłu, ponieważ pozwala to na zwiększenie wydajności. miłośnik.
Ryż. 4.1
Podczas kontroli wentylatorów należy pamiętać, że krawędzie łopatek wylotu (w kierunku powietrza) powinny być zawsze wygięte w kierunku przeciwnym do kierunku obrotów wirnika, aby zapewnić wejście bez uderzeń.
Te same wentylatory przy zmianie prędkości obrotowej mogą mieć różne zasilanie i wytwarzać różne ciśnienia, w zależności nie tylko od właściwości wentylatora i prędkości obrotowej, ale także od podłączonych do nich kanałów powietrznych.
Charakterystyka wentylatora wyraża zależność pomiędzy głównymi parametrami jego pracy. Pełną charakterystykę wentylatora przy stałej prędkości wału (n = const) wyrażają zależności między zasilaniem Q a ciśnieniem P, mocą N i sprawnością. Zależności P (Q), N (Q) i T (Q) są zwykle zbudowany na jednym wykresie. Wybierają wentylator. Charakterystyka jest budowana na podstawie testów. Na ryc. 4.2 przedstawia charakterystykę aerodynamiczną wentylatora odśrodkowego VTS-4-76-16, który jest stosowany jako wentylator nawiewny na miejscu realizacji
Ryż. 4.2
Wydajność wentylatora wynosi 70 000 m3/h lub 19,4 m3/s. Prędkość wału wentylatora - 720 obr./min. lub 75,36 rad/s, moc napędu silnik indukcyjny wentylator ma moc 35 kW.
Wentylator wdmuchuje zewnętrzne powietrze atmosferyczne do nagrzewnicy. W wyniku wymiany ciepła między powietrzem a gorąca woda przechodzi przez rury wymiennika ciepła, przechodzące powietrze jest ogrzewane.
Rozważ schemat regulacji trybu pracy wentylatora VTS-4-76 nr 16. Na ryc. 4.3 jest podane schemat funkcjonalny wentylator podczas regulacji prędkości.
Ryż. 4.3
Funkcję przenoszenia wentylatora można przedstawić jako współczynnik wzmocnienia, który jest wyznaczany na podstawie charakterystyk aerodynamicznych wentylatora (rys. 4.2). Współczynnik wzmocnienia wentylatora w punkcie pracy wynosi 1,819 m3/s (minimalny możliwy, ustalony eksperymentalnie).
Ryż. 4.4
eksperymentalny Ustalono, że w celu realizacji niezbędnych trybów pracy wentylatora konieczne jest doprowadzenie do przemiennika częstotliwości sterującej następujących napięć (tabela 4.1):
Tabela 4.1 Tryby pracy wentylacji nawiewnej
Jednocześnie, w celu zwiększenia niezawodności silnika elektrycznego wentylatorów zarówno sekcji nawiewnej jak i wywiewnej, nie ma potrzeby ustawiania ich trybów pracy z maksymalną wydajnością. Zadaniem badań eksperymentalnych było znalezienie takich napięć sterujących, przy których przestrzegane byłyby wyliczone poniżej normy wymiany powietrza.
Wentylację wyciągową reprezentują trzy wentylatory promieniowe VC-4-76-12 (wydajność 28 000 m3/h przy n=350 obr/min, moc napędu asynchronicznego N=19,5 kW) oraz VC-4-76-10 (wydajność 20 000 m3/h przy n=270 obr/min, moc napędu asynchronicznego N=12,5 kW). Podobnie jak w przypadku zasilania wywiewnej gałęzi wentylacji wartości napięć sterujących uzyskano eksperymentalnie (tab. 4.2).
Aby nie dopuścić do stanu „głodu tlenowego” w warsztatach pracy, wyliczamy stawki wymiany powietrza dla wybranych trybów pracy wentylatorów. Musi spełniać warunek:
Tabela 4.2 Tryby pracy wentylacji wywiewnej
W obliczeniach pomijamy powietrze nawiewane z zewnątrz, a także architekturę budynku (ściany, stropy).
Wymiary pomieszczeń do wentylacji: 150x40x10 m, łączna kubatura pomieszczenia to 60 000 m3. Wymagana ilość powietrza nawiewanego to 66 000 m3/h (dla współczynnika 1,1 przyjęto go jako minimum, ponieważ nie uwzględnia się dopływu powietrza z zewnątrz). Jest oczywiste, że wybrane tryby pracy wentylatora nawiewnego spełniają zadany warunek.
Całkowitą objętość powietrza wywiewanego oblicza się według następującego wzoru
Aby obliczyć gałąź wydechową, wybierane są tryby „wyciągu awaryjnego”. Uwzględniając współczynnik korygujący 1,1 (gdyż jako najmniej możliwy jest tryb pracy awaryjnej), ilość powietrza wywiewanego wyniesie 67,76 m3/h. Wartość ta spełnia warunek (4.2) w granicach dopuszczalnych błędów i wcześniej przyjętych zastrzeżeń, co oznacza, że wybrane tryby pracy wentylatora sprostają zadaniu zapewnienia szybkości wymiany powietrza.
Również w silnikach elektrycznych wentylatorów wbudowane jest zabezpieczenie przed przegrzaniem (termostat). Gdy temperatura silnika wzrośnie, styk przekaźnika termostatu zatrzyma silnik. Czujnik różnicy ciśnień zarejestruje zatrzymanie silnika elektrycznego i przekaże sygnał do panelu sterowania. Konieczne jest uwzględnienie reakcji ACS PVV na awaryjny postój silniki wentylatorów.
Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Michaił SamoletowWe współczesnym świecie nie można już obejść się bez matematycznego modelowania przepływu powietrza w projekcie systemy wentylacyjne.
We współczesnym świecie przy projektowaniu systemów wentylacyjnych nie można już obejść się bez matematycznego modelowania przepływu powietrza. Konwencjonalne praktyki inżynierskie są dobrze dopasowane do typowych pomieszczeń i standardowych rozwiązań dystrybucji powietrza. Gdy projektant napotyka obiekty niestandardowe, z pomocą powinny mu się przydać metody modelowania matematycznego. Artykuł poświęcony jest badaniu dystrybucji powietrza w zimnych porach roku w warsztacie produkcji rur. Warsztat ten jest częścią kompleksu fabrycznego, położonego w ostrym klimacie kontynentalnym.
W XIX wieku uzyskano równania różniczkowe do opisu przepływu cieczy i gazów. Zostały one sformułowane przez francuskiego fizyka Louisa Naviera i brytyjskiego matematyka George'a Stokesa. Równania Naviera-Stokesa należą do najważniejszych w hydrodynamice i są wykorzystywane w matematycznym modelowaniu wielu zjawisk przyrodniczych i problemów technicznych.
Za ostatnie lata nagromadziło się wiele różnorodnych geometrycznie i termodynamicznie złożonych obiektów w budownictwie. Zastosowanie metod obliczeniowej dynamiki płynów znacznie zwiększa możliwości projektowania systemów wentylacyjnych, umożliwiając z dużą dokładnością przewidywanie rozkładów prędkości, ciśnienia, temperatury i stężenia składników w dowolnym punkcie budynku lub w dowolnym jego lokal.
Intensywne wykorzystanie metod obliczeniowej dynamiki płynów rozpoczęło się w 2000 roku, kiedy pojawiły się uniwersalne powłoki oprogramowania (pakiety CFD), umożliwiające znalezienie rozwiązań numerycznych układu równań Naviera-Stokesa w odniesieniu do obiektu zainteresowania. Od tego czasu BUREAU TEHNIKI zajmuje się modelowaniem matematycznym w odniesieniu do problemów wentylacji i klimatyzacji.
W tym badaniu symulacje numeryczne przeprowadzono przy użyciu STAR-CCM+, pakietu CFD opracowanego przez CD-Adapco. Wydajność tego pakietu w rozwiązywaniu problemów z wentylacją była
wielokrotnie testowane na obiektach o różnej złożoności, od powierzchni biurowych po sale teatralne i stadiony.
Problem jest bardzo interesujący zarówno z punktu widzenia projektowania, jak i modelowania matematycznego.
Temperatura zewnętrzna -31°C. W pomieszczeniu znajdują się obiekty o znacznych nakładach ciepła: piec do hartowania, piec do odpuszczania itp. Występują więc duże różnice temperatur pomiędzy zewnętrznymi konstrukcjami obudowy a wewnętrznymi obiektami wytwarzającymi ciepło. Dlatego też w symulacji nie można pominąć udziału radiacyjnej wymiany ciepła. Dodatkowa trudność w matematycznym sformułowaniu problemu polega na tym, że ciężki pociąg o temperaturze -31 °C jest wwożony do pomieszczenia kilka razy w ciągu zmiany. Stopniowo się nagrzewa, schładzając otaczające go powietrze.
W celu utrzymania wymaganej temperatury powietrza w kubaturze warsztatu (w okresie zimowym nie niższej niż 15°C) projekt przewiduje instalacje wentylacji i klimatyzacji. Na etapie projektowania obliczono przepływ i temperaturę powietrza nawiewanego niezbędną do utrzymania wymaganych parametrów. Pozostało pytanie - jak dostarczyć powietrze do objętości warsztatu, aby zapewnić najbardziej równomierny rozkład temperatury w całej objętości. Symulacja pozwoliła zobaczyć schemat przepływu powietrza dla kilku opcji nawiewu w stosunkowo krótkim czasie (od dwóch do trzech tygodni), a następnie je porównać.
ETAPY MODELOWANIA MATEMATYCZNEGO
Aby rozwiązać problem rozważany w tym artykule, przeszły wszystkie etapy modelowania matematycznego.
Do porównania wydajności wentylacji wybrano trzy opcje nawiewu powietrza: pod kątem do pionu 45°, 60° i 90°. Powietrze dostarczane było ze standardowych kratek rozprowadzających powietrze.
Pola temperatury i prędkości uzyskane w wyniku obliczeń przy różnych kątach nawiewu powietrza nawiewanego przedstawiono na rys. . jeden.
Po przeanalizowaniu wyników jako najbardziej udaną z rozważanych opcji wentylacji warsztatu wybrano kąt nawiewu 90°. Dzięki tej metodzie zasilania nie powstają żadne zwiększone prędkości w obszarze roboczym i możliwe jest uzyskanie dość równomiernego rozkładu temperatury i prędkości w całej objętości warsztatu.
Pola temperatury i prędkości w trzech przekroje przechodzące przez kratki zasilające pokazano na ryc. 2 i 3. Rozkład temperatury w całym pomieszczeniu jest równomierny. Jedynie w obszarze skupienia pieców obserwuje się wyższe temperatury pod sufitem. W prawym prawym rogu pomieszczenia, z dala od pieców, znajduje się chłodniejszy obszar. To tutaj wjeżdżają chłodnie z ulicy.
Z ryc. 3 wyraźnie pokazuje, jak rozchodzą się poziome strumienie nawiewanego powietrza. Przy tym sposobie zasilania strumień zasilający ma wystarczająco duży zasięg. Czyli w odległości 30 m od kratki prędkość przepływu wynosi 0,5 m/s (na wyjściu z kratki prędkość wynosi 5,5 m/s). W pozostałej części pomieszczenia ruchliwość powietrza jest niewielka, na poziomie 0,3 m/s.
Ogrzane powietrze z pieca do hartowania kieruje strumień powietrza nawiewanego do góry (rys. 4 i 5). Piec bardzo mocno nagrzewa otaczające go powietrze. Temperatura przy podłodze jest tu wyższa niż w środkowej części pomieszczenia.
Na ryc. 6.
Przeprowadzone obliczenia pozwoliły na analizę efektywności różnych sposobów doprowadzenia powietrza do warsztatu produkcji rur. Stwierdzono, że gdy nawiewany jest strumień poziomy, powietrze nawiewane dalej rozprzestrzenia się w pomieszczeniu, przyczyniając się do jego bardziej równomiernego ogrzewania. Nie tworzy to obszarów o zbyt dużej ruchliwości powietrza w obszarze roboczym, jak to ma miejsce, gdy powietrze nawiewane jest dostarczane pod kątem w dół.
Zastosowanie metod modelowania matematycznego w problematyce wentylacji i klimatyzacji jest bardzo obiecującym kierunkiem, pozwalającym na etapie projektu skorygować rozwiązanie, aby zapobiec konieczności korygowania nieudanych rozwiązania projektowe po uruchomieniu. ●
Daria Denisichina -
Kierownik Katedry „Modelowania Matematycznego”;
Maria Łukanina -
Inżynier Wiodący Katedry Modelowania Matematycznego;
Michaił Samoletow -
Dyrektor Wykonawczy MM-Technologies LLC
W pracy uwzględniono procesy modelowania wentylacji i rozpraszania jej emisji w atmosferze. Symulacja opiera się na rozwiązaniu układu równań Naviera-Stokesa, prawach zachowania masy, pędu i ciepła. Rozważane są różne aspekty numerycznego rozwiązania tych równań. Zaproponowano układ równań pozwalający na obliczenie wartości współczynnika turbulencji tła. Dla przybliżenia hiposonicznego zaproponowano rozwiązanie, wraz z podanymi w artykule równaniami hydrogazdynamiki, dla równania stania idealnego gazu rzeczywistego i pary. Równanie to jest modyfikacją równania van der Waalsa i dokładniej uwzględnia wielkość cząsteczek gazu lub pary oraz ich wzajemne oddziaływanie. Na podstawie warunku stabilności termodynamicznej uzyskuje się zależność, która umożliwia wykluczenie pierwiastków niewykonalnych fizycznie przy rozwiązywaniu równania objętości. Przeprowadzana jest analiza znanych modeli obliczeniowych i pakietów obliczeniowych dynamiki płynów.
modelowanie
wentylacja
turbulencja
równania przenikania ciepła i masy
równanie stanu
prawdziwy gaz
rozpusta
1. Berlyand M.E. Problemy współczesne dyfuzja atmosfery i zanieczyszczenie powietrza. - L.: Gidrometeoizdat, 1975. - 448 s.
2. Belyaev N. N. Modelowanie procesu dyspersji toksycznego gazu w warunkach rozwoju // Biuletyn DIIT. - 2009r. - nr 26 - S. 83-85.
3. Byzova N. L. Badania eksperymentalne Obliczenia dyfuzji atmosferycznej i rozpraszania zanieczyszczeń / N. L. Byzova, E. K. Garger, V. N. Ivanov. - L.: Gidrometeoizdat, 1985. - 351 s.
4. Datsyuk T. A. Modelowanie dyspersji emisji wentylacyjnych. - Petersburg: SPbGASU, 2000. - 210 pkt.
5. Sauts A. V. Zastosowanie algorytmów i metod grafiki kognitywnej Analiza matematyczna badanie właściwości termodynamicznych izobutanu R660A na linii nasycenia: Grant nr 2С/10: raport z badań (końcowy) / GOUVPO SPbGASU; ręce Gorochow W.L. 30.- Nr GR 01201067977.- Nr inw. nr 02201158567.
WstępProjektując kompleksy przemysłowe i obiekty unikatowe należy kompleksowo uzasadnić zagadnienia związane z zapewnieniem jakości środowiska powietrza oraz znormalizowanych parametrów mikroklimatu. Ze względu na wysokie koszty produkcji, montażu i eksploatacji systemów wentylacyjnych i klimatyzacyjnych, zwiększone wymagania stawiane są jakości obliczeń inżynierskich. Aby wybrać racjonalne rozwiązania projektowe w dziedzinie wentylacji, konieczna jest umiejętność analizy sytuacji jako całości, tj. ujawniają przestrzenne relacje procesów dynamicznych zachodzących w pomieszczeniach i w atmosferze. Oceń skuteczność wentylacji, która zależy nie tylko od ilości powietrza dostarczanego do pomieszczenia, ale także od przyjętego schematu rozprowadzenia i stężenia powietrza szkodliwe substancje w powietrzu zewnętrznym w miejscach wlotów powietrza.
Cel artykułu- wykorzystanie zależności analitycznych, za pomocą których wykonuje się obliczenia ilości szkodliwych emisji, do określenia wymiarów kanałów, kanałów powietrznych, szybów oraz doboru metody uzdatniania powietrza itp. W takim przypadku wskazane jest użycie oprogramowania Potok z modułem VSV. Do przygotowania wstępnych danych niezbędne jest posiadanie wykresów projektowanych instalacji wentylacyjnych z podaniem długości sekcji oraz strumieni powietrza na sekcjach końcowych. Dane wejściowe do obliczeń to opis systemów wentylacyjnych i wymagania dla nich. Za pomocą modelowania matematycznego rozwiązane są następujące pytania:
Pola prędkości, ciśnienia, temperatury, stężeń w pomieszczeniu i atmosferze powstają pod wpływem wielu czynników, których całość jest dość trudna do uwzględnienia w inżynierskich metodach obliczeniowych bez użycia komputera.
Zastosowanie modelowania matematycznego w zagadnieniach wentylacji i aerodynamiki opiera się na rozwiązaniu układu równań Naviera-Stokesa.
Aby zasymulować przepływy turbulentne, konieczne jest rozwiązanie układu równań zachowania masy i zachowania Reynoldsa (zachowanie pędu):
(2)
gdzie t- czas, X= Xi , j , k- współrzędne przestrzenne, ty=ty ja , j , k są składowymi wektora prędkości, R- ciśnienie piezometryczne, ρ - gęstość, τ ij są składnikami tensora naprężeń, s m- źródło masy, ja są składnikami źródła impulsu.
Tensor naprężeń jest wyrażony jako:
(3)
gdzie sij- tensor prędkości odkształcenia; ij- tensor dodatkowych naprężeń powstających w wyniku obecności turbulencji.
Aby uzyskać informacje o polach temperatury T i koncentracja z szkodliwe substancje, system uzupełniają następujące równania:
równanie zachowania ciepła
pasywne równanie zachowania zanieczyszczeń z
(5)
gdzie CR- współczynnik pojemności cieplnej, λ - współczynnik przewodzenia ciepła, k= k ja , j , k- współczynnik turbulencji.
Podstawowy współczynnik turbulencji k podstawy wyznacza się za pomocą układu równań:
(6)
gdzie
k f
-
współczynnik turbulencji tła, k f \u003d 1-15 m 2 / s; ε = 0,1-04; 
Współczynniki turbulencji wyznacza się za pomocą równań:
(7)
Na otwarta przestrzeń przy niskim rozproszeniu wartość k z jest określone równaniem:
k k = k 0 z /z 0 ; (8)
gdzie k 0 - wartość k k na wysokości z 0 (k 0 \u003d 0,1 m 2 / s w z 0 = 2 m).
Na otwarta przestrzeń profil prędkości wiatru nie jest zdeformowany;
Przy nieznanej stratyfikacji atmosferycznej na otwartym terenie można określić profil prędkości wiatru:
; (9)
gdzie z 0 - dana wysokość (wysokość wiatrowskazu); ty 0 - prędkość wiatru na wysokości z 0 ; B = 0,15.
Pod warunkiem (10), lokalne kryterium Richardsona Ri zdefiniowana jako:
(11)
Różniczkujemy równanie (9), przyrównujemy równania (7) i (8), stamtąd wyrażamy k podstawy
(12)
Zrównajmy równanie (12) z równaniami układu (6). Do otrzymanej równości podstawiamy (11) i (9), w postaci końcowej otrzymujemy układ równań:
(13)
Pulsujący termin, zgodnie z ideami Boussinesqa, jest reprezentowany jako:
(14)
gdzie μ t- lepkość turbulentna, a dodatkowe wyrazy w równaniach przenoszenia energii i składowych zanieczyszczeń są modelowane w następujący sposób:
(15)
(16)
Układ równań zamykamy za pomocą jednego z opisanych poniżej modeli turbulencji.
Dla przepływów turbulentnych badanych w praktyce wentylacyjnej wskazane jest zastosowanie hipotezy Boussinesqa o niewielkich zmianach gęstości lub tzw. przybliżenia „hiposonicznego”. Zakłada się, że naprężenia Reynoldsa są proporcjonalne do uśrednionych w czasie szybkości odkształcania. Wprowadzono współczynnik lepkości turbulentnej, pojęcie to wyraża się jako:
. (17)
Efektywny współczynnik lepkości jest obliczany jako suma współczynników molekularnych i turbulentnych:
(18)
Przybliżenie „hiposoniczne” polega na rozwiązaniu, wraz z powyższymi równaniami, równania oznaczającego gaz doskonały:
ρ = p/(RT) (19)
gdzie p - presja w środowisku; R jest stałą gazową.
Aby uzyskać dokładniejsze obliczenia, gęstość zanieczyszczeń można określić za pomocą zmodyfikowanego równania van der Waalsa dla rzeczywistych gazów i par
(20)
gdzie są stałe? N oraz M- wziąć pod uwagę asocjację/dysocjację cząsteczek gazu lub pary; a- uwzględnia inne interakcje; b" - uwzględnienie wielkości cząsteczek gazu; υ=1/ρ.
Oddzielając od równania (12) ciśnienie R a różnicując ją objętościowo (z uwzględnieniem stabilności termodynamicznej) otrzymujemy następującą zależność:
. (21)
Takie podejście pozwala na znaczne skrócenie czasu obliczeń w porównaniu z przypadkiem wykorzystania pełnych równań dla gazu ściśliwego bez zmniejszania dokładności uzyskiwanych wyników. Nie ma analitycznego rozwiązania powyższych równań. W tym zakresie stosuje się metody numeryczne.
Aby rozwiązać problemy z wentylacją związane z przenoszeniem substancji skalarnych przez przepływ turbulentny, przy rozwiązywaniu równań różniczkowych stosuje się schemat podziału dla procesów fizycznych. Zgodnie z zasadami dzielenia, całkowanie różnic skończonych równań hydrodynamiki i transportu konwekcyjno-dyfuzyjnego substancji skalarnej na każdym kroku czasowym Δ t odbywa się w dwóch etapach. W pierwszym etapie obliczane są parametry hydrodynamiczne. W drugim etapie równania dyfuzji są rozwiązywane na podstawie obliczonych pól hydrodynamicznych.
Wpływ przewodzenia ciepła na kształtowanie się pola prędkości powietrza uwzględnia się w przybliżeniu za pomocą przybliżenia Boussinesqa: do równania ruchu na składową pionową prędkości wprowadza się dodatkowy wyraz, który uwzględnia siły wyporu.
Znane są cztery podejścia do rozwiązywania problemów turbulentnego ruchu płynu:
Najatrakcyjniejsza z punktu widzenia dokładności uzyskanych wyników jest niewątpliwie metoda bezpośredniej symulacji numerycznej. Jednak obecnie możliwości Informatyka nie pozwalaj jeszcze na rozwiązywanie problemów z geometrią rzeczywistą i liczbami Odnośnie, oraz z rozdzielczością wirów wszystkich rozmiarów. Dlatego przy rozwiązywaniu szeroki zasięg problemy inżynierskie stosują rozwiązania numeryczne do równań Reynoldsa.
Obecnie certyfikowane pakiety takie jak STAR-CD, FLUENT czy ANSYS/FLOTRAN są z powodzeniem wykorzystywane do symulacji problemów z wentylacją. Przy poprawnie sformułowanym problemie i algorytmie racjonalnego rozwiązania uzyskana ilość informacji pozwala na dokonanie wyboru na etapie projektowania najlepsza opcja, jednak wykonywanie obliczeń przy użyciu tych programów wymaga odpowiedniego przeszkolenia, a ich nieprawidłowe użycie może prowadzić do błędnych wyników.
Jako „przypadek bazowy” możemy uznać wyniki powszechnie uznanych metod obliczania bilansów, które pozwalają nam porównać wartości całkowite charakterystyczne dla rozpatrywanego problemu.
Jeden z ważne punkty podczas korzystania z uniwersalnego systemy oprogramowania rozwiązaniem problemów z wentylacją jest wybór modelu turbulencji. Do tej pory duża liczba różne modele turbulencje, które służą do zamykania równań Reynoldsa. Modele turbulencji są klasyfikowane według liczby parametrów dla charakterystyk turbulencji, odpowiednio jednoparametrowych, dwu- i trzyparametrowych.
Większość półempirycznych modeli turbulencji w taki czy inny sposób wykorzystuje „hipotezę lokalizacji mechanizmu transportu turbulentnego”, zgodnie z którą mechanizm przenoszenia pędu turbulentnego jest całkowicie określony przez ustawienie lokalnych pochodnych uśrednionych prędkości i właściwości fizyczne płyny. Hipoteza ta nie uwzględnia wpływu procesów zachodzących daleko od rozważanego punktu.
Najprostsze są modele jednoparametrowe wykorzystujące pojęcie lepkości turbulentnej „n t”, i zakłada się, że turbulencja jest izotropowa. Zmodyfikowana wersja „n t-92" jest zalecany do modelowania strumieni i rozdzielonych przepływów. Dobrą zgodność z wynikami eksperymentalnymi daje również jednoparametrowy model „S-A” (Spalart-Almaras), który zawiera równanie transportu dla wielkości .
Wadą modeli z pojedynczym równaniem transportu jest brak informacji o rozkładzie skali turbulencji L. Według kwoty L procesy transferu, metody powstawania turbulencji, rozpraszanie wpływu energii turbulentnej. Uniwersalna zależność do zdefiniowania L nie istnieje. Równanie skali turbulencji L często okazuje się właśnie równaniem, które określa dokładność modelu, a tym samym obszar jego stosowalności. Zasadniczo zakres tych modeli ogranicza się do stosunkowo prostych przepływów ścinających.
W modelach dwuparametrowych, z wyjątkiem skali turbulencji L, jako drugi parametr użyj szybkości rozpraszania energii turbulentnej . Takie modele są najczęściej wykorzystywane we współczesnej praktyce obliczeniowej i zawierają równania transferu energii turbulencji i rozpraszania energii.
Dobrze znany model zawiera równania przenoszenia energii turbulencji k oraz szybkość rozpraszania energii turbulentnej ε. Modele takie jak „ k- mi" może być stosowany zarówno do przepływów przyściennych, jak i bardziej złożonych przepływów rozdzielonych.
W wersjach o niskim i wysokim współczynniku Reynoldsa stosowane są modele dwuparametrowe. W pierwszym uwzględnia się bezpośrednio mechanizm interakcji między transportem molekularnym i turbulentnym w pobliżu powierzchni ciała stałego. W wersji z wysokim Reynoldsem mechanizm transportu turbulentnego w pobliżu granicy stałej jest opisany specjalnymi funkcjami przyściennymi, które wiążą parametry przepływu z odległością od ściany.
Obecnie do najbardziej obiecujących należą modele SSG i Gibsona-Laundera, które wykorzystują nieliniową zależność między tensorem naprężeń turbulentnych Reynoldsa a tensorem średniej szybkości odkształcenia. Zostały opracowane w celu poprawy przewidywania przepływów rozdzielonych. Ponieważ wszystkie składowe tensorów są w nich obliczane, wymagają one dużych zasobów komputerowych w porównaniu z modelami dwuparametrowymi.
W przypadku złożonych przepływów rozdzielonych pewne zalety ujawniono dzięki zastosowaniu modeli jednoparametrowych „n t-92", "S-A" pod względem dokładności przewidywania parametrów przepływu i szybkości zliczania w porównaniu z modelami dwuparametrowymi.
Na przykład program STAR-CD przewiduje wykorzystanie modeli typu „ k- e", Spalarta - Almaras, "SSG", "Gibson-Launder", a także metoda dużych wirów "LES" i metoda "DES". Dwie ostatnie metody lepiej nadają się do obliczania ruchu powietrza w warunkach złożonej geometrii, w których wystąpią liczne wydzielone obszary wirowe, ale wymagają one dużych zasobów obliczeniowych.
Wyniki obliczeń zależą w znacznym stopniu od wyboru siatki obliczeniowej. Obecnie do budowy sieci wykorzystywane są specjalne programy. Komórki siatki mogą mieć różne kształty i rozmiary, najlepiej nadające się do rozwiązania konkretnego problemu. Najprostszy rodzaj siatki, gdy komórki są takie same i mają sześcienny lub prostokątny kształt. Stosowane obecnie w praktyce inżynierskiej uniwersalne programy obliczeniowe umożliwiają pracę na dowolnych, nieustrukturyzowanych siatkach.
Do wykonania obliczeń numerycznej symulacji problemów wentylacji konieczne jest ustalenie warunków brzegowych i początkowych tj. wartości zmiennych zależnych lub ich normalne gradienty na granicach domeny obliczeniowej.
Zadanie z wystarczającym stopniem dokładności cech geometrycznych badanego obiektu. Do tych celów można polecić pakiety takie jak SolidWorks, Pro/Engeneer, NX Nastran do budowania modeli trójwymiarowych. Podczas konstruowania siatki obliczeniowej liczba komórek jest dobierana tak, aby uzyskać niezawodne rozwiązanie przy minimalnym czasie obliczeń. Należy wybrać jeden z półempirycznych modeli turbulencji, który jest najbardziej efektywny dla rozważanego przepływu.
W wniosek dodajemy, że dobre zrozumienie jakościowej strony toczących się procesów jest niezbędne do prawidłowego sformułowania warunków brzegowych problemu i oceny wiarygodności wyników. Modelowanie emisji z wentylacji na etapie projektowania obiektów można uznać za jeden z aspektów modelowania informacji mających na celu zapewnienie bezpieczeństwa środowiskowego obiektu.
Recenzenci:
Szanowni członkowie komisji certyfikacyjnej, przedstawiam Państwu pracę kwalifikacyjną końcową, której celem jest opracowanie systemu automatycznego sterowania wentylacją nawiewno-wywiewną hal produkcyjnych.
Wiemy, że automatyzacja jest jednym z czynniki krytyczne wzrost produktywności w produkcja przemysłowa, podnosząc jakość produktów i usług. Ciągłe poszerzanie zakresu automatyki to jedna z głównych cech branży na tym etapie. Opracowany projekt dyplomowy jest jedną z idei dziedziczenia rozwijającej się koncepcji budowy „inteligentnych” budynków, czyli obiektów, w których warunki życia ludzkiego są sterowane środkami technicznymi.
Główne zadania do rozwiązania w projekcie to modernizacja istniejącego systemu wentylacji powietrza na miejscu realizacji - halach produkcyjnych VOMZ SA - w celu zapewnienia jego wydajności (oszczędności w zużyciu energii i ciepła, zmniejszenie kosztów utrzymania systemu, skrócenie przestojów) , utrzymanie komfortowego mikroklimatu i czystości powietrza w miejscach pracy, sprawność i stabilność, niezawodność systemu w trybach awaryjnych/krytycznych.
Problem rozważany w projekcie dyplomowym wynika z przestarzałości i technicznej przestarzałości (zużycia) istniejącego systemu sterowania PVV. Zasada rozproszona zastosowana w konstrukcji IPV wyklucza możliwość scentralizowanej kontroli (uruchomienie i monitorowanie stanu). Brak przejrzystego algorytmu start/stop systemu powoduje również, że system jest zawodny z powodu błędów ludzkich, a brak trybów pracy awaryjnej sprawia, że jest niestabilny w stosunku do rozwiązywanych zadań.
Znaczenie problemu projektowania dyplomów wynika z ogólnego wzrostu zachorowalności na drogi oddechowe i przeziębienia pracowników, ogólnego spadku wydajności pracy i jakości produktów w tym zakresie. Opracowanie nowego ACS PVV jest bezpośrednio związane z polityką jakości fabryki (ISO 9000), a także z programami modernizacji wyposażenia fabryki i automatyzacji systemów podtrzymywania życia dla warsztatów.
Centralnym elementem sterującym systemu jest szafa automatyki z mikrokontrolerem i osprzętem dobrana na podstawie wyników badań marketingowych (plakat 1). Jest wiele oferty rynkowe Wybrany sprzęt jest jednak co najmniej tak dobry, jak jego odpowiedniki. Ważnym kryterium był koszt, zużycie energii i parametry ochronne sprzętu.
Schemat funkcjonalny automatyzacji IPV pokazano na rysunku 1. Podejście scentralizowane zostało wybrane jako główne w projektowaniu ACS, co umożliwia mobilne wprowadzenie systemu do wdrożenia, jeśli to konieczne, zgodnie z podejściem mieszanym , co oznacza możliwość wysyłania i komunikacji z innymi sieciami przemysłowymi. Scentralizowane podejście jest wysoce skalowalne, wystarczająco elastyczne - wszystkie te właściwości jakościowe określa wybrany mikrokontroler - WAGO I/O System, a także implementacja programu sterującego.
Podczas projektowania dobrano elementy automatyki – siłowniki, czujniki, kryterium doboru była funkcjonalność, stabilność pracy w trybach krytycznych, zakres pomiaru/regulacji parametru, cechy instalacji, forma wyjścia sygnału, tryby pracy. Dobierane są główne modele matematyczne i symulowana jest praca układu regulacji temperatury powietrza ze sterowaniem pozycją przepustnicy zaworu trójdrogowego. Symulację przeprowadzono w środowisku VisSim.
Do regulacji wybrano metodę „równoważenia parametrów” w obszarze wartości kontrolowanych. Jako prawo sterowania wybrano proporcjonalny, ponieważ nie ma wysokich wymagań co do dokładności i szybkości systemu, a zakresy wartości wejścia/wyjścia są niewielkie. Funkcje sterownika realizowane są przez jeden z portów sterownika zgodnie z programem sterującym. Wyniki symulacji tego bloku przedstawiono w plakacie 2.
Algorytm działania układu przedstawiono na rysunku 2. Program sterujący realizujący ten algorytm składa się z bloków funkcjonalnych, zastosowano blok stałych, wykorzystywane są funkcje standardowe i specjalizowane. Elastyczność i skalowalność systemu zapewniona jest zarówno programowo (wykorzystanie bloków FB, stałych, etykiet i przejść, zwartość programu w pamięci sterownika) jak i technicznie (ekonomiczne wykorzystanie portów wejścia/wyjścia, porty redundantne).
Programowo zapewnia działania systemu w trybach awaryjnych (przegrzanie, awaria wentylatora, hipotermia, zatkanie filtra, pożar). Algorytm działania systemu w trybie ochrony przeciwpożarowej przedstawiono na rysunku 3. Algorytm ten uwzględnia wymagania norm dotyczących czasu ewakuacji i środków ochrony przeciwpożarowej. Ogólnie rzecz biorąc, zastosowanie tego algorytmu jest skuteczne i potwierdzone testami. Problem modernizacji również został rozwiązany okapy wyciągowe pod względem bezpieczeństwa pożarowego. Znalezione rozwiązania zostały rozważone i zaakceptowane jako rekomendacje.
Niezawodność zaprojektowanego systemu zależy całkowicie od niezawodności oprogramowania i kontrolera jako całości. Opracowany program sterujący został poddany procesowi debugowania, testowania ręcznego, strukturalnego i funkcjonalnego. Wybrano tylko zalecane i certyfikowane jednostki, aby zapewnić niezawodność i zgodność z gwarancją na automatykę. Gwarancja producenta na wybraną szafę automatyki pod warunkiem spełnienia zobowiązań gwarancyjnych wynosi 5 lat.
Opracowano również uogólnioną strukturę systemu, zbudowano zegarowy cyklogram pracy systemu, utworzono tabelę połączeń i oznaczeń kabli, utworzono schemat instalacji ACS.
Wskaźniki ekonomiczne projektu, obliczone przeze mnie w części organizacyjnej i ekonomicznej, przedstawia plakat nr 3. Ten sam plakat przedstawia wykres paskowy procesu projektowania. Do oceny jakości programu kontrolnego zastosowano kryteria zgodne z GOST RISO/IEC 926-93. Ocenę efektywności ekonomicznej inwestycji przeprowadzono za pomocą analizy SWOT. Oczywistym jest, że projektowany system charakteryzuje się niskim kosztem (struktura kosztów - plakat 3) i dość szybkim okresem zwrotu (obliczonym przy minimalnych oszczędnościach). Można więc wnioskować o wysokiej efektywności ekonomicznej zabudowy.
Ponadto rozwiązano kwestie ochrony pracy, bezpieczeństwa elektrycznego i przyjazności systemu dla środowiska. Wybór przewodów przewodzących, filtrów kanałów powietrznych jest uzasadniony.
Tym samym w wyniku pracy powstał projekt modernizacji optymalny w stosunku do wszystkich stawianych wymagań. Projekt rekomendowany do realizacji zgodnie z warunkami modernizacji urządzeń zakładu.
Jeśli potwierdzona zostanie opłacalność i jakość projektu okres próbny, planuje się wdrożenie poziomu dyspozytorskiego z wykorzystaniem lokalnej sieci przedsiębiorstwa, a także modernizację wentylacji pozostałych pomieszczeń przemysłowych w celu połączenia ich w jedną sieć przemysłową. W związku z tym etapy te obejmują opracowanie oprogramowania dyspozytorskiego, rejestrację stanu systemu, błędów, wypadków (DB), organizację zautomatyzowanego stanowiska pracy lub posterunku kontroli (CCP) Istnieje możliwość dystrybucji rozwiązań projektowych do rozwiązywania problemów kontrolnych kurtyny powietrzne warsztaty. Możliwe jest również wypracowanie słabych punktów istniejącego systemu, takich jak modernizacja jednostek zabiegowych, a także uzupełnienie zaworów dolotowych powietrza z mechanizmem zamrażania.
adnotacja
Praca dyplomowa obejmuje wstęp, 8 rozdziałów, zakończenie, spis piśmiennictwa, podania i 141 stron tekstu maszynowego z ilustracjami.
W pierwszej części przedstawiono przegląd i analizę potrzeby zaprojektowania systemu automatycznego sterowania wentylacją nawiewno-wywiewną (ACS PVV) warsztatów produkcyjnych, studium marketingowe szaf automatyki. są rozważane typowe schematy wentylacja i alternatywne podejścia do rozwiązywania problemów projektowania dyplomów.
W drugiej części przedstawiono opis istniejącego systemu PVW w przedmiocie wdrożenia – OAO VOMZ, jako procesu technologicznego. Powstaje uogólniony schemat blokowy automatyzacji procesu technologicznego przygotowania powietrza.
W trzeciej części sformułowano rozszerzoną propozycję techniczną rozwiązania problemów projektowania dyplomowego.
Czwarty rozdział poświęcony jest rozwojowi dział samobieżnych. Dobierane są elementy automatyki i sterowania, przedstawiono ich opis techniczny i matematyczny. Opisano algorytm sterowania temperaturą powietrza nawiewanego. Opracowano model i przeprowadzono symulację pracy ACS dla utrzymania temperatury powietrza w pomieszczeniu. Wybrane i uzasadnione okablowanie elektryczne. Skonstruowano cyklogram zegarowy pracy systemu.
Rozdział piąty zawiera charakterystykę techniczną programowalnego sterownika logicznego (PLC) WAGO I/O System. Podano tabele połączeń czujników i elementów wykonawczych z portami PLC, m.in. i wirtualny.
Rozdział szósty poświęcony jest opracowaniu funkcjonujących algorytmów i napisaniu programu sterującego PLC. Wybór środowiska programistycznego jest uzasadniony. Podano algorytmy blokowe do opracowania przez system sytuacje awaryjne, algorytmy blokowe bloków funkcjonalnych, które rozwiązują problemy uruchamiania, sterowania i regulacji. Sekcja zawiera wyniki testowania i debugowania programu sterującego PLC.
Rozdział siódmy dotyczy bezpieczeństwa i przyjazności dla środowiska projektu. Analiza niebezpiecznych i szkodliwe czynniki podczas działania ACS PVV podejmowana jest decyzja o ochronie pracy i zapewnieniu przyjazności dla środowiska projektu. Opracowywana jest ochrona systemu przed sytuacjami awaryjnymi, m.in. wzmocnienie systemu pod kątem ochrony przeciwpożarowej i zapewnienia stabilności pracy w trakcie sytuacje awaryjne. Podano opracowany zasadniczy schemat funkcjonalny automatyki wraz ze specyfikacją.
Część ósma poświęcona jest organizacyjnemu i ekonomicznemu uzasadnieniu rozwoju. Kalkulacja kosztów, wydajności i okresu zwrotu kosztów opracowania projektu, m.in. biorąc pod uwagę etap realizacji. Odzwierciedlane są etapy rozwoju projektu, szacowana jest pracochłonność prac. Podano ocenę efektywności ekonomicznej projektu z wykorzystaniem analizy SWOT rozwoju.
Na zakończenie podano wnioski dotyczące projektu dyplomowego.
Wstęp
Automatyzacja jest jednym z najważniejszych czynników wzrostu wydajności pracy w produkcji przemysłowej. Ciągłym warunkiem przyspieszenia tempa wzrostu automatyzacji jest rozwój środki techniczne automatyzacja. Środki techniczne automatyki obejmują wszystkie urządzenia wchodzące w skład systemu sterowania i przeznaczone do odbioru informacji, przesyłania ich, przechowywania i przetwarzania, a także realizacji działań sterowniczych i regulacyjnych na obiekcie sterowania technologicznego.
Rozwój technologicznych środków automatyzacji jest procesem złożonym, który z jednej strony opiera się na interesach zautomatyzowanej produkcji konsumenckiej, az drugiej na możliwościach ekonomicznych przedsiębiorstw produkcyjnych. Podstawowym bodźcem rozwojowym jest zwiększenie efektywności produkcji – konsumenci, dzięki wprowadzeniu nowych technologii mogą być celowi tylko wtedy, gdy koszty zostaną szybko zwrócone. Dlatego kryterium wszystkich decyzji dotyczących rozwoju i wdrażania nowych narzędzi powinien być całkowity efekt ekonomiczny, uwzględniający wszystkie koszty opracowania, produkcji i wdrożenia. W związku z tym w celu opracowania należy przede wszystkim wziąć pod uwagę produkcję tych opcji środków technicznych, które zapewniają maksymalny całkowity efekt.
Ciągłe poszerzanie zakresu automatyki to jedna z głównych cech branży na tym etapie.
Szczególną uwagę zwrócono na kwestie ekologii przemysłowej i bezpieczeństwa pracy w produkcji. Podczas projektowania nowoczesna technologia, urządzeń i konstrukcji, konieczne jest naukowe uzasadnienie rozwoju bezpieczeństwa i nieszkodliwości pracy.
Na obecny etap rozwój Gospodarka narodowa kraju jednym z głównych zadań jest zwiększenie efektywności produkcji społecznej w oparciu o proces naukowo-techniczny oraz pełniejsze wykorzystanie wszystkich rezerw. Zadanie to jest nierozerwalnie związane z problemem optymalizacji rozwiązań projektowych, których celem jest stworzenie niezbędnych warunków do zwiększenia efektywności inwestycji kapitałowych, skrócenia ich okresów zwrotu i zapewnienia największego wzrostu produkcji na wydany rubel. Zwiększenie wydajności pracy, wytwarzanie wysokiej jakości produktów, poprawa warunków pracy i wypoczynku pracowników zapewniają systemy wentylacji powietrza, które tworzą niezbędny mikroklimat i jakość powietrza w pomieszczeniach.
Celem pracy dyplomowej jest opracowanie systemu automatycznego sterowania wentylacją nawiewno-wywiewną (ACS PVV) hal produkcyjnych.
Problem rozważany w projekcie dyplomowym wynika ze zużycia systemu automatyki PVV w JSC "Zakład Optyczno-Mechaniczny Wołogda". Dodatkowo system jest zaprojektowany jako rozproszony, co eliminuje możliwość scentralizowanego zarządzania i monitorowania. Na obiekt realizacji wybrano miejsce wtrysku (kategoria B dla bezpieczeństwa przeciwpożarowego), a także sąsiadujące z nim pomieszczenia - stanowisko maszyn CNC, biuro projektowo-dyspozytorskie, magazyny.
Zadania projektu dyplomowego są sformułowane w wyniku badania aktualnego stanu ACS PVV i na podstawie przeglądu analitycznego, podane są w rozdziale 3 „Oferta techniczna”.
Zastosowanie wentylacji kontrolowanej otwiera nowe możliwości rozwiązania powyższych problemów. Opracowany układ automatyki powinien być optymalny pod względem realizacji wyznaczonych funkcji.
Jak wspomniano powyżej, znaczenie rozwoju wynika zarówno z przestarzałości istniejących dział samobieżnych, jak i ze wzrostu liczby prace naprawcze na „trasy” wentylacji i ogólny wzrost zachorowalności na drogi oddechowe i przeziębienia pracowników, tendencję do pogorszenia samopoczucia podczas długiej pracy, a w konsekwencji ogólny spadek wydajności pracy i jakości produktów. Na uwagę zasługuje fakt, że istniejący system kierowania ogniem nie jest powiązany z automatyką pożarową, co jest nie do przyjęcia dla tego rodzaju produkcji. Opracowanie nowego ACS PVV jest bezpośrednio związane z polityką jakości fabryki (ISO 9000), a także z programami modernizacji wyposażenia fabryki i automatyzacji systemów podtrzymywania życia dla warsztatów.
Praca dyplomowa wykorzystuje zasoby internetowe (fora, biblioteki elektroniczne, artykuły i publikacje, portale elektroniczne), a także literaturę techniczną z wymaganej tematyki oraz teksty norm (GOST, SNIP, SanPiN). Również rozwój ACS PVV odbywa się z uwzględnieniem propozycji i zaleceń specjalistów, na podstawie istniejących planów instalacji, tras kablowych, systemów kanałów wentylacyjnych.
Warto zauważyć, że problem poruszony w projekcie dyplomowym ma miejsce w prawie wszystkich starych fabrykach kompleksu obronno-przemysłowego, ponowne wyposażenie warsztatów jest jednym z najważniejszych zadań w zakresie zapewnienia jakości produktu dla końcowego konsumenta. W ten sposób projekt dyplomu będzie odzwierciedlał zgromadzone doświadczenie w rozwiązywaniu podobnych problemów w przedsiębiorstwach o podobnym rodzaju produkcji.
1. Przegląd analityczny
1.1 Analiza ogólna konieczność zaprojektowania ACS PVV
Najważniejszym źródłem oszczędności zasobów paliwowych i energetycznych wydatkowanych na zaopatrzenie w ciepło dużych budynki przemysłowe przy znacznym zużyciu energii cieplnej i elektrycznej, ma na celu zwiększenie sprawności układu wentylacja nawiewno-wywiewna(PVV) w oparciu o wykorzystanie nowoczesnych zdobyczy techniki komputerowej i sterowania.
Zwykle do sterowania systemem wentylacji wykorzystywane są lokalne narzędzia automatyki. Główną wadą takiej regulacji jest to, że nie uwzględnia ona rzeczywistego bilansu powietrza i ciepła budynku oraz rzeczywistego pogoda: temperatura powietrza na zewnątrz, prędkość i kierunek wiatru, ciśnienie atmosferyczne.
Dlatego pod wpływem lokalnej automatyzacji system wentylacji z reguły nie działa w trybie optymalnym.
Efektywność systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej można znacznie zwiększyć, jeśli systemy są optymalnie sterowane w oparciu o zestaw odpowiednich narzędzi sprzętowych i programowych.
Kształtowanie się reżimu termicznego można przedstawić jako interakcję czynników zakłócających i regulujących. Do określenia działania kontrolnego potrzebne są informacje o właściwościach i liczbie parametrów wejściowych i wyjściowych oraz warunkach przebiegu procesu wymiany ciepła. Ponieważ celem sterowania urządzeniami wentylacyjnymi jest zapewnienie wymaganych warunków powietrza w obszarze roboczym budynków przy minimalnych kosztach energii i materiałów, to przy pomocy komputera będzie można znaleźć najlepszą opcję i opracować odpowiednie działania kontrolne w tym systemie. W efekcie komputer wraz z odpowiednim zestawem sprzętu i oprogramowania stanowi zautomatyzowany system sterowania reżimem cieplnym pomieszczeń budynku (ACS TRP). Jednocześnie należy również zauważyć, że pod komputerem można zrozumieć zarówno panel sterowania PVV, jak i panel monitorowania stanu PVV, a także prosty komputer z programem do modelowania ACS PVV, przetwarzania wyników i zarządzania operacyjnego na ich podstawie.
System automatycznego sterowania to połączenie obiektu sterowania (sterowanego procesu technologicznego) i urządzeń sterujących, których współdziałanie zapewnia automatyczny przebieg procesu zgodnie z zadanym programem. W tym przypadku proces technologiczny rozumiany jest jako ciąg operacji, które należy wykonać, aby z wsadu uzyskać gotowy produkt. W przypadku PVV produktem gotowym jest powietrze w serwisowanym pomieszczeniu o określonych parametrach (temperatura, skład gazu itp.), a surowcem jest powietrze zewnętrzne i wywiewane, nośniki ciepła, energia elektryczna itp.
Podstawa funkcjonowania ACS PVV, jak również każdego systemu sterowania, powinna opierać się na zasadzie sprzężenia zwrotnego (OS): rozwój działań sterujących w oparciu o informacje o obiekcie uzyskane za pomocą czujników zainstalowanych lub rozmieszczonych na obiekcie.
Każdy konkretny ACS jest opracowywany w oparciu o daną technologię przetwarzania strumienia powietrza wlotowego. Często system wentylacji nawiewno-wywiewnej kojarzony jest z systemem klimatyzacji (przygotowania), co znajduje również odzwierciedlenie w projektowaniu automatyki sterującej.
W przypadku korzystania z urządzeń samodzielnych lub kompletnych instalacje technologiczne uzdatnianie powietrza ACS są dostarczane jako wbudowane w urządzenie i wyposażone w pewne funkcje kontrolne, które zazwyczaj są szczegółowo opisane w dokumentacji technicznej. W takim przypadku regulacja, konserwacja i eksploatacja takich systemów sterowania muszą być przeprowadzane w ścisłej zgodności z określoną dokumentacją.
Analiza rozwiązania techniczne nowoczesne PCV wiodących producentów sprzęt wentylacyjny wykazali, że funkcje sterujące można z grubsza podzielić na dwie kategorie:
Funkcje kontrolne określone przez technologię i sprzęt do obsługi powietrza;
Funkcje dodatkowe, które w większości są funkcjami usługowymi, są prezentowane jako know-how firm i nie są tutaj brane pod uwagę.
W ogólny widok główne funkcje technologiczne sterowania urządzeniami klimatyzacyjnymi można podzielić na następujące grupy (rys. 1.1)
Ryż. 1.1 - Główne funkcje technologiczne sterowania PVV
Opiszmy, co oznaczają funkcje PWV pokazane na ryc. 1.1.
1.1.1 Funkcja „Monitorowanie i rejestracja parametrów”
Zgodnie z SNiP 2.04.05-91 obowiązkowymi parametrami kontrolnymi są:
Temperatura i ciśnienie we wspólnych rurociągach zasilających i powrotnych oraz na wylocie każdego wymiennika ciepła;
Temperatura powietrza na zewnątrz, powietrza nawiewanego za wymiennikiem oraz temperatura w pomieszczeniu;
Normy MPC dla substancji szkodliwych w powietrzu wydmuchiwanym z pomieszczenia (obecność gazów, produktów spalania, nietoksyczny pył).
Pozostałe parametry w systemach wentylacji nawiewno-wywiewnej są kontrolowane na żądanie specyfikacje sprzęt lub warunki pracy.
Zdalne sterowanie służy do pomiaru głównych parametrów procesu technologicznego lub parametrów związanych z realizacją innych funkcji sterowania. Kontrola taka realizowana jest za pomocą czujników i przetworników pomiarowych z wyjściem (jeśli to konieczne) mierzonych parametrów na wskaźnik lub ekran urządzenia sterującego (panel sterujący, monitor komputera).
Do pomiaru innych parametrów zwykle stosuje się przyrządy lokalne (przenośne lub stacjonarne) - termometry wskazujące, manometry, urządzenia do analizy spektralnej składu powietrza itp.
Stosowanie lokalnych urządzeń sterujących nie narusza podstawowej zasady systemów sterowania – zasady sprzężenia zwrotnego. W tym przypadku jest ona realizowana albo przy pomocy osoby (operatora lub personelu konserwacyjnego), albo za pomocą programu sterującego „na stałe” wbudowanego w pamięć mikroprocesora.
1.1.2 Funkcja „sterowanie operacyjne i programowe”
Ważne jest również wdrożenie takiej opcji jak „sekwencja startowa”. Aby zapewnić normalny rozruch systemu PVV, należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:
Wstępne otwarcie przepustnic powietrza przed uruchomieniem wentylatorów. Wynika to z faktu, że nie wszystkie klapy w stanie zamkniętym wytrzymują różnicę ciśnień wytworzoną przez wentylator, a czas pełnego otwarcia klapy przez napęd elektryczny sięga dwóch minut.
Separacja momentów rozruchu silników elektrycznych. Silniki asynchroniczne często mogą mieć duże prądy rozruchowe. Jeżeli wentylatory, napędy przepustnic powietrza i inne napędy zostaną uruchomione w tym samym czasie, to ze względu na duże obciążenie sieci elektrycznej budynku napięcie znacznie spadnie, a silniki elektryczne mogą się nie uruchomić. Dlatego rozruch silników elektrycznych, zwłaszcza dużej mocy, musi być rozłożony w czasie.
Podgrzewanie grzejnika. Jeśli podgrzewacz wody nie jest wstępnie podgrzany, ochrona przed zamarzaniem może być aktywowana przy niskich temperaturach zewnętrznych. Dlatego przy uruchamianiu instalacji konieczne jest otwarcie przepustnic powietrza nawiewanego, otwarcie zawór trójdrożny podgrzewacz wody i rozgrzej podgrzewacz. Z reguły funkcja ta jest aktywowana, gdy temperatura zewnętrzna jest niższa niż 12°C.
Opcja odwrotna to „sekwencja wyłączania”. Podczas wyłączania systemu należy wziąć pod uwagę:
Opóźnienie zatrzymania wentylatora powietrza nawiewanego w jednostkach z nagrzewnicą elektryczną. Po odłączeniu napięcia z nagrzewnicy elektrycznej należy ją przez pewien czas schłodzić bez wyłączania wentylatora nawiewnego. W przeciwnym razie element grzejny nagrzewnicy powietrza (termiczny grzejnik elektryczny- TEN) może się nie powieść. W przypadku istniejących zadań projektowania dyplomów opcja ta nie jest ważna ze względu na zastosowanie podgrzewacza wody, ale należy to również odnotować.
Dzięki temu na podstawie wybranych opcji sterowania operacyjnego i programowego można przedstawić typowy harmonogram załączania i wyłączania urządzeń urządzeń wentylacyjnych.
Ryż. 1.2 - Typowy cyklogram pracy ACS PVV z podgrzewaczem wody
Cały ten cykl (rys. 1.2) układ powinien działać automatycznie, a dodatkowo należy zapewnić indywidualne uruchomienie urządzenia, które jest niezbędne podczas regulacji i konserwacji profilaktycznej.
Nie bez znaczenia są funkcje sterowania programem, takie jak zmiana trybu zima-lato. Realizacja tych funkcji jest szczególnie istotna w dzisiejszych warunkach niedoboru zasobów energetycznych. W dokumentach regulacyjnych pełnienie tej funkcji ma charakter doradczy - „w przypadku budynków publicznych, administracyjnych, mieszkalnych i przemysłowych z reguły należy przewidzieć programową regulację parametrów, zapewniającą zmniejszenie zużycia ciepła”.
W najprostszym przypadku funkcje te zapewniają albo ogólne wyłączenie klimatyzatora w określonym momencie, albo zmniejszenie (wzrost) ustawionej wartości kontrolowanego parametru (na przykład temperatury) w zależności od zmian obciążeń cieplnych w obsługiwany pokój.
Wydajniejsze, ale też trudniejsze do zrealizowania jest sterowanie programowe, które zapewnia automatyczną zmianę struktury układu klimatyzacji i algorytmu jego pracy nie tylko w tradycyjnym trybie zima-lato, ale także w trybach przejściowych. Analiza i synteza struktury EWP oraz algorytmu jej działania odbywa się zwykle na podstawie ich modelu termodynamicznego.
W tym przypadku głównym kryterium motywacyjnym i optymalizacyjnym z reguły jest chęć zapewnienia możliwie minimalnego zużycia energii z ograniczeniami nakłady inwestycyjne, wymiary itp.
1.1.3 Funkcja „Funkcje ochronne i blokady”
Funkcje ochronne i blokady wspólne dla systemów automatyki i urządzeń elektrycznych (ochrona przed zwarciem, przegrzaniem, ograniczeniami ruchu itp.) są określone w międzyresortowych dokumentach regulacyjnych. Takie funkcje są zwykle realizowane przez oddzielne urządzenia (bezpieczniki, wyłączniki różnicowoprądowe, wyłączniki krańcowe itp.). Ich użytkowanie regulują przepisy dotyczące montażu instalacji elektrycznych (PUE), zasady bezpieczeństwo przeciwpożarowe(PPB).
Ochrona przed mrozem. Funkcja automatycznej ochrony przed zamarzaniem musi być zapewniona w obszarach, w których obliczona temperatura zewnętrzna dla okresu zimnego wynosi minus 5°C i mniej. Ochronie podlegają wymienniki ciepła pierwszego ogrzewania (podgrzewacz wody) oraz rekuperatory (jeśli występują).
Zazwyczaj ochrona przeciwzamrożeniowa wymienników ciepła realizowana jest w oparciu o czujniki lub czujniki-przekaźniki temperatury powietrza za aparatem oraz temperatury nośnika ciepła w rurociągu powrotnym.
Niebezpieczeństwo zamarznięcia przewiduje temperatura powietrza przed aparatem (tн<5 °С). При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор.
W godzinach wolnych od pracy, w przypadku instalacji z ochroną przed zamarzaniem, zawór musi pozostać lekko otwarty (5-25%) przy zamkniętej przepustnicy powietrza zewnętrznego. Dla większej niezawodności ochrony, gdy system jest wyłączony, czasami wdrażana jest funkcja automatycznej regulacji (stabilizacji) temperatury wody w rurociągu powrotnym.
1.1.4 Funkcja „ochrona urządzeń technologicznych i urządzeń elektrycznych”
1. Kontrola zanieczyszczenia filtra
Kontrola zatkania filtra jest oceniana na podstawie spadku ciśnienia na filtrze, który jest mierzony przez czujnik różnicy ciśnień. Czujnik mierzy różnicę ciśnienia powietrza przed i za filtrem. Dopuszczalny spadek ciśnienia na filtrze jest podany w jego paszporcie (dla manometrów prezentowanych na fabrycznych trasach powietrznych według karty katalogowej - 150-300 Pa). Ta różnica jest ustawiana podczas uruchamiania systemu na czujniku różnicowym (ustawienie czujnika). Po osiągnięciu wartości zadanej czujnik wysyła sygnał o maksymalnym zapyleniu filtra i konieczności jego konserwacji lub wymiany. Jeśli filtr nie zostanie wyczyszczony lub wymieniony w określonym czasie (zwykle 24 godziny) po ogłoszeniu alarmu limitu zapylenia, zaleca się awaryjne wyłączenie systemu.
Zaleca się instalowanie podobnych czujników na wentylatorach. Jeśli wentylator lub pasek napędowy wentylatora ulegnie awarii, system należy wyłączyć w trybie awaryjnym. Jednak takie czujniki są często zaniedbywane ze względów ekonomicznych, co znacznie komplikuje diagnostykę systemu i rozwiązywanie problemów w przyszłości.
2. Inne zamki automatyczne
Ponadto należy przewidzieć zamki automatyczne dla:
Otwieranie i zamykanie zaworów powietrza zewnętrznego podczas włączania i wyłączania wentylatorów (przepustnica);
Otwieranie i zamykanie zaworów systemów wentylacyjnych połączonych kanałami powietrznymi w celu pełnej lub częściowej wymienności w przypadku awarii jednego z systemów;
Zawory zamykające systemy wentylacji pomieszczeń chronionych gazowymi instalacjami gaśniczymi w przypadku wyłączenia wentylatorów systemów wentylacji tych pomieszczeń;
Zapewnienie minimalnego przepływu powietrza zewnętrznego w systemach o zmiennym przepływie itp.
1.1.5 Funkcje kontrolne
Funkcje regulacyjne - automatyczne utrzymywanie zadanych parametrów są z definicji głównymi funkcjami dla systemów wentylacji nawiewno-wywiewnej pracujących ze zmiennym przepływem, recyrkulacji powietrza, ogrzewania powietrza.
Funkcje te realizowane są za pomocą zamkniętych pętli sterowania, w których zasada sprzężenia zwrotnego występuje w formie jawnej: informacja o obiekcie pochodząca z czujników jest przetwarzana przez urządzenia sterujące na akcje sterujące. Na ryc. 1.3 przedstawia przykład pętli regulacji temperatury powietrza nawiewanego w klimatyzatorze kanałowym. Temperatura powietrza jest utrzymywana przez podgrzewacz wody, przez który przepływa chłodziwo. Powietrze przechodzące przez nagrzewnicę nagrzewa się. Temperatura powietrza za podgrzewaczem wody jest mierzona przez czujnik (T), następnie jej wartość podawana jest do urządzenia porównującego (US) wartość temperatury mierzonej i temperatury zadanej. W zależności od różnicy pomiędzy temperaturą zadaną (Tset) a zmierzoną temperaturą (Tmeas) sterownik (P) generuje sygnał działający na siłownik (M – napęd elektryczny zaworu trójdrożnego). Siłownik otwiera lub zamyka zawór trójdrogowy do pozycji, w której błąd jest następujący:
e \u003d Tust - Tism
będzie minimalny.
Ryż. 1.3 - Obwód regulacji temperatury powietrza nawiewanego w kanale powietrznym z wodnym wymiennikiem ciepła: T - czujnik; USA - urządzenie porównawcze; P - urządzenie sterujące; M - urządzenie wykonawcze
Tym samym budowa systemu automatycznego sterowania (ACS) w oparciu o wymagania dotyczące dokładności i innych parametrów jego pracy (stabilność, drgania itp.) sprowadza się do doboru jego konstrukcji i elementów, a także określenia parametry sterownika. Zwykle robią to automatycy posługujący się klasyczną teorią sterowania. Zaznaczę tylko, że ustawienia sterownika są określane przez właściwości dynamiczne obiektu sterowania i wybrane prawo sterowania. Prawo regulacyjne to relacja między sygnałami wejściowymi (?) i wyjściowymi (Ur) regulatora.
Najprostsze jest proporcjonalne prawo regulacyjne, w którym? i Ur są połączone stałym współczynnikiem Kp. Współczynnik ten jest parametrem nastawczym takiego regulatora, zwanego regulatorem P. Jego realizacja wymaga zastosowania regulowanego elementu wzmacniającego (mechanicznego, pneumatycznego, elektrycznego itp.), który może działać zarówno z dodatkowym źródłem energii, jak i bez niego.
Jedną z odmian regulatorów P są regulatory pozycyjne, które realizują proporcjonalne prawo sterowania przy Kp i tworzą sygnał wyjściowy Ur mający pewną liczbę stałych wartości, na przykład dwie lub trzy, odpowiadające regulatorom dwu- lub trzypozycyjnym. Takie sterowniki są czasami nazywane sterownikami przekaźnikowymi ze względu na podobieństwo ich charakterystyk graficznych do charakterystyk przekaźnika. Parametrem nastawczym takich regulatorów jest wartość martwej strefy De.
W technologii automatyki systemów wentylacyjnych regulatory on-off ze względu na swoją prostotę i niezawodność znalazły szerokie zastosowanie w sterowaniu temperaturą (termostaty), ciśnieniem (presostaty) oraz innymi parametrami stanu procesu.
Regulatory dwupozycyjne znajdują również zastosowanie w układach automatycznego zabezpieczenia, blokowania i przełączania trybów pracy urządzeń. W tym przypadku ich funkcje pełnią czujniki-przekaźniki.
Pomimo tych zalet regulatorów P, mają one duży błąd statyczny (dla małych wartości Kp) i skłonność do samooscylacji (dla dużych wartości Kp). Dlatego przy wyższych wymaganiach dotyczących funkcji regulacyjnych systemów automatyki w zakresie dokładności i stabilności stosuje się również bardziej złożone prawa sterowania, na przykład prawa PI i PID.
Również regulację temperatury ogrzewania powietrza można wykonać za pomocą regulatora P, który działa zgodnie z zasadą równoważenia: zwiększaj temperaturę, gdy jej wartość jest mniejsza od wartości zadanej i odwrotnie. Ta interpretacja prawa znalazła również zastosowanie w systemach, które nie wymagają dużej dokładności.
1.2 Analiza istniejących typowych schematów automatycznej wentylacji hal produkcyjnych
Istnieje szereg standardowych wdrożeń automatyki systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej, z których każde ma szereg zalet i wad. Zaznaczam, że pomimo obecności wielu standardowych schematów i opracowań, bardzo trudno jest stworzyć taki ACS, który byłby elastyczny pod względem ustawień w stosunku do produkcji, w której jest wdrażany. Tak więc, przy projektowaniu ACS do zasilania powietrzem i gazem, dokładną analizę istniejącej konstrukcji wentylacyjnej, analizę procesów technologicznych cyklu produkcyjnego, a także analizę wymagań w zakresie ochrony pracy, ekologii, elektrycznej i przeciwpożarowej bezpieczeństwo są wymagane. Co więcej, często projektowany ACS PVV jest wyspecjalizowany w zakresie swojego zastosowania.
W każdym razie następujące grupy są zwykle uważane za typowe dane początkowe na początkowym etapie projektowania:
1. Dane ogólne: położenie terytorialne obiektu (miasto, powiat); rodzaj i przeznaczenie obiektu.
2. Informacje o budynku i pomieszczeniach: rzuty i przekroje z zaznaczeniem wszystkich wymiarów i elewacji w stosunku do poziomu gruntu; wskazanie kategorii lokali (na planach architektonicznych) zgodnie z normami bezpieczeństwa przeciwpożarowego; dostępność obszarów technicznych ze wskazaniem ich wielkości; lokalizacja i charakterystyka istniejących systemów wentylacyjnych; charakterystyka nośników energii;
3. Informacje o procesie technologicznym: rysunki projektu technologicznego (plany) wskazujące rozmieszczenie urządzeń technologicznych; specyfikacja sprzętu ze wskazaniem zainstalowanych mocy; charakterystyka reżimu technologicznego – liczba zmian roboczych, średnia liczba pracowników na zmianę; tryb pracy urządzenia (jednoczesność działania, współczynniki obciążenia itp.); ilość szkodliwych emisji do powietrza (MAC substancji szkodliwych).
Jako wstępne dane do obliczenia automatyzacji systemu PVV wychodzą:
Wydajność istniejącego systemu (zasilanie, wymiana powietrza);
Lista parametrów powietrza do regulacji;
Granice regulacji;
Działanie automatyki podczas odbierania sygnałów z innych systemów.
Tym samym wykonanie systemu automatyki projektuje się w oparciu o przydzielone mu zadania, z uwzględnieniem norm i zasad oraz ogólnych danych i schematów wstępnych. Opracowanie schematu i dobór urządzeń do systemu automatyki wentylacyjnej odbywa się indywidualnie.
Przedstawimy istniejące standardowe schematy układów sterowania wentylacją nawiewno-wywiewną, scharakteryzujemy niektóre z nich pod kątem możliwości wykorzystania ich do rozwiązania problemów pracy dyplomowej (rys. 1.4 - 1.5, 1.9).
Ryż. 1.4 - Wentylacja z bezpośrednim przepływem ACS
Te systemy automatyki znalazły aktywne zastosowanie w fabrykach, fabrykach, budynkach biurowych. Przedmiotem sterowania jest tu szafa automatyki (panel sterowniczy), urządzeniami mocującymi są czujniki kanałowe, sterowanie dotyczy silników silników wentylatorów, silników przepustnic. Istnieje również ATS ogrzewania/chłodzenia. Patrząc w przyszłość można zauważyć, że układ pokazany na rys. 1.4a jest prototypem układu, który musi być zastosowany w sekcji wtrysku Zakładów Optyczno-Mechanicznych OAO Wołogda. Chłodzenie powietrza w pomieszczeniach przemysłowych jest nieefektywne ze względu na kubaturę tych pomieszczeń, a ogrzewanie jest warunkiem koniecznym prawidłowego funkcjonowania automatycznego systemu sterowania powietrzem.
Ryż. 1.5- Wentylacja ACS z wymiennikami ciepła
Budowa automatycznego systemu sterowania PVV z wykorzystaniem jednostek odzysku ciepła (rekuperatorów) pozwala rozwiązać problemy nadmiernego zużycia energii elektrycznej (dla nagrzewnic elektrycznych), problemy emisji do środowiska. Znaczenie rekuperacji polega na tym, że usuwane bezpowrotnie z pomieszczenia powietrze o zadanej w pomieszczeniu temperaturze wymienia energię z napływającym powietrzem zewnętrznym, którego parametry z reguły znacznie odbiegają od zadanych. Tych. zimą usuwane ciepłe powietrze wywiewane częściowo ogrzewa powietrze nawiewane z zewnątrz, natomiast latem chłodniejsze powietrze wywiewane częściowo chłodzi powietrze nawiewane. W najlepszym przypadku rekuperacja może zmniejszyć zużycie energii na uzdatnianie powietrza nawiewanego o 80%.
Technicznie odzysk w wentylacji nawiewno-wywiewnej realizowany jest za pomocą obrotowych wymienników ciepła oraz systemów z pośrednim nośnikiem ciepła. W ten sposób uzyskujemy zysk zarówno w ogrzewaniu powietrza, jak i zmniejszeniu otwarcia przepustnic (dopuszcza się dłuższy czas bezczynności silników sterujących przepustnicami) – wszystko to daje ogólny zysk w zakresie oszczędności energii elektrycznej.
Systemy odzysku ciepła są obiecujące i aktywne i są wprowadzane w celu zastąpienia starszych systemów wentylacyjnych. Warto jednak zauważyć, że takie systemy kosztują dodatkowe inwestycje kapitałowe, jednak ich okres zwrotu jest stosunkowo krótki, a rentowność bardzo wysoka. Również brak stałego uwalniania do środowiska zwiększa efektywność środowiskową takiej organizacji urządzeń automatycznych. Uproszczoną pracę układu z odzyskiem ciepła z powietrza (recyrkulacja powietrza) przedstawiono na rys. 1.6.
Ryż. 1.6 - Działanie układu wymiany powietrza z recyrkulacją (rekuperacją)
Wymienniki krzyżowe lub płytowe (rys. 1.5 c, d) składają się z płyt (aluminium), reprezentujących układ kanałów dla przepływu dwóch strumieni powietrza. Ściany kanałów są wspólne dla powietrza nawiewanego i wywiewanego i są łatwe do przenoszenia. Dzięki dużej powierzchni wymiany i turbulentnemu przepływowi powietrza w kanałach uzyskuje się wysoki stopień odzysku ciepła (przekazu ciepła) przy stosunkowo niskich oporach hydraulicznych. Sprawność płytowych wymienników ciepła sięga 70%.
Ryż. 1.7 - Organizacja wymiany powietrza ACS PVV w oparciu o płytowe wymienniki ciepła
Wykorzystywane jest tylko ciepło jawne powietrza wywiewanego, ponieważ Powietrze nawiewane i wywiewane w żaden sposób nie mieszają się, a kondensat powstały podczas schładzania powietrza wywiewanego jest zatrzymywany przez separator i usuwany przez system drenażowy z miski ściekowej. Aby zapobiec zamarzaniu kondensatu w niskich temperaturach (do -15°C), tworzone są odpowiednie wymagania dla automatyki: musi ona zapewniać okresowe wyłączanie wentylatora nawiewnego lub odprowadzanie części powietrza zewnętrznego do kanału obejściowego z pominięciem ciepła kanały wymiennika. Jedynym ograniczeniem w stosowaniu tej metody jest obowiązkowe skrzyżowanie gałęzi nawiewnej i wywiewnej w jednym miejscu, co w przypadku prostej modernizacji SKP narzuca szereg utrudnień.
Systemy rekuperacji z pośrednim chłodziwem (ryc. 1.5 a, b) to para wymienników ciepła połączonych zamkniętym rurociągiem. Jeden wymiennik ciepła znajduje się w kanale wywiewnym, a drugi w kanale nawiewnym. Niezamarzająca mieszanina glikolu krąży w obiegu zamkniętym przekazując ciepło z jednego wymiennika do drugiego iw tym przypadku odległość od centrali wentylacyjnej do jednostki wywiewnej może być bardzo znacząca.
Sprawność odzysku ciepła tą metodą nie przekracza 60%. Koszt jest stosunkowo wysoki, ale w niektórych przypadkach może to być jedyna opcja odzysku ciepła.
Ryż. 1.8 - Zasada odzysku ciepła za pomocą pośredniego nośnika ciepła
Obrotowy wymiennik ciepła (obrotowy wymiennik ciepła, rekuperator) - to wirnik z kanałami do poziomego przepływu powietrza. Część wirnika znajduje się w kanale wywiewnym, a część w kanale nawiewnym. Wirnik obracając się odbiera ciepło z powietrza wywiewanego i przekazuje je do powietrza nawiewanego, a oddawane jest zarówno ciepło jawne, jak i utajone oraz wilgoć. Sprawność odzysku ciepła jest maksymalna i sięga 80%.
Ryż. 1.9 - ACS PVV z obrotowym wymiennikiem ciepła
Ograniczenie w stosowaniu tej metody narzuca przede wszystkim fakt, że do 10% powietrza wywiewanego miesza się z powietrzem nawiewanym, a w niektórych przypadkach jest to niedopuszczalne lub niepożądane (jeśli powietrze ma znaczny poziom zanieczyszczenia) . Wymagania projektowe są podobne do poprzedniej wersji - maszyny wyciągowe i zasilające znajdują się w tym samym miejscu. Ta metoda jest droższa niż pierwsza i jest rzadko używana.
Ogólnie systemy z odzyskiem są o 40-60% droższe niż podobne systemy bez odzyskiwania, jednak koszty operacyjne będą się znacznie różnić. Nawet przy dzisiejszych cenach energii okres zwrotu kosztów systemu odzysku nie przekracza dwóch sezonów grzewczych.
Pragnę zauważyć, że na oszczędność energii wpływają również algorytmy sterowania. Należy jednak zawsze brać pod uwagę, że wszystkie systemy wentylacyjne są projektowane dla jakichś przeciętnych warunków. Np. strumień powietrza zewnętrznego został określony dla jednej liczby osób, ale w rzeczywistości pomieszczenie może mieć mniej niż 20% przyjętej wartości, oczywiście w tym przypadku obliczony strumień powietrza zewnętrznego będzie wyraźnie nadmierny, wentylacja w trybie nadmiernym doprowadzi do nieuzasadnionej utraty zasobów energii. W tym przypadku logiczne jest rozważenie kilku trybów pracy, na przykład zima / lato. Jeśli automatyka jest w stanie ustawić takie tryby, oszczędności są oczywiste. Inne podejście wiąże się z regulacją przepływu powietrza zewnętrznego w zależności od jakości środowiska gazowego wewnątrz pomieszczenia, tj. system automatyki zawiera analizatory gazów do gazów szkodliwych i dobiera wielkość przepływu powietrza zewnętrznego tak, aby zawartość gazów szkodliwych nie przekraczała maksymalnych dopuszczalnych wartości.
1.3 Badania marketingowe
Obecnie na rynku automatyki do wentylacji nawiewno-wywiewnej są szeroko reprezentowani wszyscy wiodący światowi producenci urządzeń wentylacyjnych, a każdy z nich specjalizuje się w produkcji urządzeń w określonym segmencie. Cały rynek urządzeń wentylacyjnych można podzielić na następujące obszary zastosowań:
Do celów domowych i półprzemysłowych;
Cel przemysłowy;
Sprzęt wentylacyjny do celów „specjalnych”.
Ponieważ projekt dyplomowy uwzględnia projektowanie automatyki do układów nawiewno-wywiewnych obiektów przemysłowych, w celu porównania proponowanych rozwiązań z dostępnymi na rynku, konieczne jest dobranie podobnych istniejących pakietów automatyki znanych producentów.
Wyniki badań marketingowych istniejących pakietów ACS PVV przedstawiono w Załączniku A.
W związku z tym w wyniku badań marketingowych uwzględniono kilka najczęściej stosowanych ACS PVV różnych producentów, analizując ich dokumentację techniczną, uzyskano następujące informacje:
skład odpowiedniego pakietu ACS PVV;
Rejestr parametrów kontrolnych (ciśnienie w kanałach powietrznych, temperatura, czystość, wilgotność powietrza);
Marka programowalnego sterownika logicznego i jego wyposażenia (oprogramowanie, system dowodzenia, zasady programowania);
Dostępność połączeń z innymi systemami (czy zapewniona jest komunikacja z automatyką pożarową, czy jest obsługa protokołów sieci lokalnej);
Konstrukcja ochronna (bezpieczeństwo elektryczne, ochrona przeciwpożarowa, ochrona przed kurzem, odporność na hałas, ochrona przed wilgocią).
2. Opis sieci wentylacyjnej warsztatu produkcyjnego jako obiektu automatycznego sterowania
Generalnie na podstawie wyników analizy istniejących podejść do automatyzacji systemów wentylacji i przygotowania powietrza, a także wyników przeglądów analitycznych typowych schematów można stwierdzić, że zadania uwzględnione w projekcie dyplomowym są istotne na obecnie aktywnie rozważane i badane przez wyspecjalizowane biura projektowe (SKB).
Zwracam uwagę, że istnieją trzy główne podejścia do wdrażania automatyzacji systemu wentylacji:
Podejście rozproszone: wdrożenie automatyzacji PVV na podstawie lokalnego sprzętu przełączającego, każdy wentylator jest sterowany przez odpowiednie urządzenie.
Takie podejście stosuje się do projektowania automatyzacji stosunkowo niewielkich systemów wentylacyjnych, w których nie przewiduje się dalszej rozbudowy. Jest najstarszy. Do zalet tego podejścia można zaliczyć np. fakt, że w razie wypadku na jednej z kontrolowanych gałęzi wentylacji, system dokonuje awaryjnego zatrzymania tylko tego łącza/sekcji. Ponadto podejście to jest stosunkowo proste w realizacji, nie wymaga skomplikowanych algorytmów sterowania oraz upraszcza konserwację urządzeń systemu wentylacyjnego.
Podejście scentralizowane: wdrożenie systemu automatycznej wentylacji w oparciu o grupę sterowników logicznych lub programowalny sterownik logiczny (PLC), cały system wentylacji jest sterowany centralnie zgodnie z zaprogramowanymi danymi.
Podejście scentralizowane jest bardziej niezawodne niż rozproszone. Całe zarządzanie VVV jest sztywne, realizowane na podstawie programu. Okoliczność ta nakłada dodatkowe wymagania zarówno na pisanie kodu programu (konieczne jest uwzględnienie wielu warunków, w tym działań w sytuacjach awaryjnych), jak i na specjalne zabezpieczenie sterownika PLC. Takie podejście znalazło zastosowanie w małych kompleksach administracyjnych i przemysłowych. Wyróżnia się elastycznością ustawień, możliwością skalowania systemu do rozsądnych granic, a także możliwością mobilnej integracji systemu według zasady mieszanej organizacji;
Podejście mieszane: stosowane w projektowaniu dużych systemów (duża liczba sterowanych urządzeń o ogromnej wydajności), jest połączeniem podejścia rozproszonego i scentralizowanego. W ogólnym przypadku podejście to zakłada hierarchię poziomów, na czele której stoi komputer sterujący i podrzędne „mikrokomputery”, tworząc w ten sposób globalną sieć produkcyjną sterowania w stosunku do przedsiębiorstwa. Innymi słowy, to podejście jest podejściem rozproszonym i scentralizowanym z wysyłką systemu.
Pod względem zadania do rozwiązania w projekcie dyplomowym najkorzystniejsze jest scentralizowane podejście do realizacji automatyzacji PVV. Ponieważ system jest opracowywany dla małych obiektów przemysłowych, możliwe jest zastosowanie tego podejścia do innych obiektów w celu ich późniejszej integracji w pojedynczy ACS IPV.
Często szafy sterownicze wentylacyjne wyposażone są w interfejs umożliwiający monitorowanie stanu systemu wentylacyjnego za pomocą informacji wyświetlanych na monitorze komputera. Warto jednak zauważyć, że wdrożenie to wymaga dodatkowych komplikacji programu kontrolnego, przeszkolenia specjalisty, który monitoruje stan i podejmuje decyzje operacyjne na podstawie wizualnie uzyskanych danych z badania czujnika. Ponadto w sytuacjach awaryjnych zawsze występuje czynnik błędu ludzkiego. Dlatego realizacja tego warunku jest raczej dodatkową opcją do projektowania pakietu automatyki PVV.
2.1 Opis istniejącego systemu automatycznego sterowania wentylacją nawiewno-wywiewną hal produkcyjnych
Aby zapewnić podstawową zasadę wentylacji hal produkcyjnych, która polega na utrzymaniu parametrów i składu powietrza w dopuszczalnych granicach, konieczne jest doprowadzenie czystego powietrza do miejsc przebywania pracowników, a następnie rozprowadzenie powietrza po całym pomieszczeniu.
Poniżej na ryc. 2.1 przedstawia ilustrację typowego systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej, podobnego do dostępnego na miejscu realizacji.
System wentylacji pomieszczeń przemysłowych składa się z wentylatorów, kanałów powietrznych, czerpni powietrza zewnętrznego, urządzeń do oczyszczania powietrza napływającego i wypuszczanego do atmosfery oraz urządzenia podgrzewającego powietrze (nagrzewnica wodna).
Projekt istniejących systemów wentylacji nawiewno-wywiewnej został wykonany zgodnie z wymaganiami SNiP II 33-75 „Ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja”, a także GOST 12.4.021-75 „SSBT. Systemy wentylacyjne. Wymagania ogólne”, która określa wymagania dotyczące instalacji, uruchomienia i eksploatacji.
Oczyszczanie zanieczyszczonego powietrza emitowanego do atmosfery odbywa się za pomocą specjalnych urządzeń – odpylaczy (stosowanych na zakładzie produkcji wtryskowej), filtrów kanałów powietrznych itp. Należy mieć na uwadze, że odpylacze nie wymagają dodatkowej kontroli i są uruchamiane gdy wentylacja wyciągowa jest włączona.
Oczyszczanie powietrza wywiewanego z obszaru roboczego może odbywać się również w osadnikach pyłu (tylko dla pyłu gruboziarnistego) oraz w elektrofiltrach (dla pyłu drobnego). Oczyszczanie powietrza ze szkodliwych gazów odbywa się za pomocą specjalnych substancji absorbujących i odkażających, w tym stosowanych do filtrów (w komorach filtracyjnych).
Ryż. 2.1 - System wentylacji nawiewno-wywiewnej hali produkcyjnej 1 - czerpnia powietrza; 2 - grzejniki do ogrzewania; 3- wentylator nawiewny; 4 - główny kanał powietrzny; 5 - gałęzie kanału; 6 - dysze zasilające; 7 - lokalne ssanie; 8 i 9 - mistrz. kanał powietrza wywiewanego; 10 - separator pyłu; 11 - wentylator wyciągowy; 12 - szyb do wyrzutu oczyszczonego powietrza do atmosfery
Automatyzacja istniejącego systemu jest stosunkowo prosta. Proces technologiczny wentylacji wygląda następująco:
1. początek zmiany roboczej – uruchamiany jest system wentylacji nawiewno-wywiewnej. Wentylatory są napędzane przez scentralizowany rozrusznik. Innymi słowy, panel sterowania składa się z dwóch rozruszników - do startu i awaryjnego zatrzymania/wyłączenia. Zmiana trwa 8 godzin - z godzinną przerwą, czyli system jest bezczynny średnio 1 godzinę w godzinach pracy. Ponadto takie „zablokowanie” sterowania jest nieefektywne ekonomicznie, ponieważ prowadzi do nadmiernych wydatków na energię elektryczną.
Należy zauważyć, że nie ma potrzeby produkcyjnej, aby wentylacja wywiewna działała w sposób ciągły, wskazane jest jej włączanie, gdy powietrze jest zanieczyszczone lub np. wymagane jest odprowadzenie nadmiaru energii cieplnej z obszaru pracy.
2. Otwarcie przepustnic wlotów powietrza jest również kontrolowane przez lokalne urządzenia rozruchowe, powietrze o parametrach środowiska zewnętrznego (temperatura, czystość) jest wciągane do kanałów powietrznych przez wentylator nawiewny ze względu na różnicę w nacisk.
3. Powietrze pobierane ze środowiska zewnętrznego przechodzi przez nagrzewnicę wodną, nagrzewa się do akceptowalnych wartości temperatury i jest wdmuchiwane do pomieszczenia kanałami powietrznymi przez dysze nawiewne. Nagrzewnica wodna zapewnia znaczne ogrzewanie powietrza, sterowanie nagrzewnicą jest ręczne, elektryk otwiera przepustnicę. W okresie letnim grzałka jest wyłączona. Jako nośnik ciepła wykorzystywana jest ciepła woda dostarczana z wewnętrznej kotłowni. Nie ma automatycznego systemu kontroli temperatury powietrza, w wyniku czego dochodzi do dużego przekroczenia zasobu.
Specyfika użytkowania systemu sterowania centralą wentylacyjną nawiewną w oparciu o sterownik MS8.2. Podstawowa funkcjonalność kontrolera. Przykładowa specyfikacja automatyki instalacji wentylacji nawiewnej dla schematu opartego na MC8.2.
praca praktyczna, dodano 25.05.2010
Analiza porównawcza charakterystyk technicznych standardowych konstrukcji wież chłodniczych. Elementy systemów wodociągowych i ich klasyfikacja. Model matematyczny procesu recyklingu wody, dobór i opis urządzeń automatyki i sterowania.
praca dyplomowa, dodana 09.04.2013
Podstawy funkcjonowania układu automatyki nawiewno-wywiewnej, jego budowa i opis matematyczny. Wyposażenie procesu technologicznego. Dobór i kalkulacja regulatora. Badanie stabilności ATS, wskaźniki jego jakości.
praca semestralna, dodano 16.02.2011
Opis procesu obróbki cieplno-wilgotnościowej wyrobów na bazie betonu cementowego. Zautomatyzowana kontrola procesu wentylacji komory parowej. Wybór typu manometru różnicowego i obliczenie urządzenia zwężającego. Obwód pomiarowy automatycznego potencjometru.
praca semestralna, dodana 25.10.2009
Mapa szlaku technologicznego obróbki ślimacznicy. Obliczanie naddatków i wymiarów granicznych do przetwarzania produktu. Opracowanie programu kontrolnego. Uzasadnienie i wybór urządzenia mocującego. Obliczanie wentylacji pomieszczeń przemysłowych.
praca dyplomowa, dodana 29.08.2012
Charakterystyka projektowanego kompleksu i dobór technologii procesów produkcyjnych. Mechanizacja zaopatrzenia w wodę i pojenia zwierząt. Obliczenia technologiczne i dobór sprzętu. Systemy wentylacji i ogrzewania powietrznego. Obliczanie wymiany powietrza i oświetlenia.
praca semestralna, dodana 12.01.2008
System wentylacji nawiewnej, jego struktura wewnętrzna i relacje elementów, ocena zalet i wad użytkowania, wymagania sprzętowe. Środki oszczędzania energii, automatyzacja sterowania energooszczędnymi systemami wentylacji.
praca semestralna, dodana 04.08.2015
Opracowanie schematu technologicznego automatyzacji podgrzewanej elektrycznie podłogi. Obliczanie i dobór elementów automatyki. Analiza wymagań w schemacie sterowania. Wyznaczanie głównych wskaźników niezawodności. Środki ostrożności podczas instalowania urządzeń automatyki.
praca semestralna, dodana 30.05.2015
Urządzenia do procesu technologicznego reformingu katalitycznego. Cechy rynku automatyki. Dobór komputera sterującego i środków automatyki polowej. Obliczanie i dobór nastaw regulatora. Techniczne środki automatyzacji.
praca dyplomowa, dodana 23.05.2015 r.
Opis technologiczny schematu strukturalnego projektu automatyzacji przetwarzania gazów węglowodorowych nasyconych. Badanie schematu funkcjonalnego automatyki i uzasadnienie wyboru oprzyrządowania instalacji. Model matematyczny pętli sterowania.
Prognozowanie reżimu cieplnego na obsługiwanych obszarach jest zadaniem wieloczynnikowym. Wiadomo, że reżim termiczny tworzony jest za pomocą systemów ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji. Jednak przy projektowaniu systemów grzewczych nie bierze się pod uwagę wpływu przepływów powietrza wytworzonych przez inne systemy. Jest to częściowo uzasadnione faktem, że wpływ przepływów powietrza na reżim termiczny może być nieznaczny przy normatywnej ruchliwości powietrza w obsługiwanych obszarach.
Zastosowanie promiennikowych systemów grzewczych wymaga nowego podejścia. Obejmuje to konieczność przestrzegania norm narażenia ludzi na stanowiskach pracy oraz uwzględnienie rozkładu ciepła promieniowania na wewnętrznych powierzchniach przegród budowlanych. Rzeczywiście, przy ogrzewaniu promiennikowym powierzchnie te są głównie ogrzewane, co z kolei oddaje ciepło do pomieszczenia poprzez konwekcję i promieniowanie. Dzięki temu utrzymywana jest wymagana temperatura powietrza wewnętrznego.
Z reguły w przypadku większości rodzajów pomieszczeń, wraz z systemami grzewczymi, wymagane są systemy wentylacyjne. Dlatego w przypadku korzystania z gazowych systemów ogrzewania promiennikowego pomieszczenie musi być wyposażone w systemy wentylacyjne. Minimalna wymiana powietrza w pomieszczeniach z uwalnianiem szkodliwych gazów i oparów jest określona w SP 60.13330.12. Ogrzewanie wentylacji i klimatyzacji i jest co najmniej jednorazowo, a na wysokości powyżej 6 m - co najmniej 6 m 3 na 1 m 2 powierzchni użytkowej. Ponadto wydajność systemów wentylacyjnych jest również zdeterminowana przeznaczeniem pomieszczeń i obliczana z warunków asymilacji emisji ciepła lub gazów lub kompensacji lokalnych spalin. Oczywiście wielkość wymiany powietrza należy również sprawdzić pod kątem stanu asymilacji produktów spalania. Kompensację objętości usuwanego powietrza realizują systemy wentylacji nawiewnej. Jednocześnie istotną rolę w kształtowaniu reżimu cieplnego w obsługiwanych obszarach mają dysze zasilające i wprowadzane przez nie ciepło.
Metoda badawcza i wyniki
Istnieje zatem potrzeba opracowania przybliżonego modelu matematycznego złożonych procesów wymiany ciepła i masy zachodzących w pomieszczeniu z ogrzewaniem promiennikowym i wentylacją. Model matematyczny to układ równań bilansu cieplnego powietrza dla charakterystycznych objętości i powierzchni pomieszczenia.
Rozwiązanie systemu umożliwia określenie parametrów powietrza w obsługiwanych pomieszczeniach z różnymi możliwościami rozmieszczenia urządzeń ogrzewania promiennikowego z uwzględnieniem wpływu systemów wentylacyjnych.
Rozważymy budowę modelu matematycznego na przykładzie zakładu produkcyjnego wyposażonego w system ogrzewania promiennikowego i nie posiadającego innych źródeł wytwarzania ciepła. Strumienie ciepła z grzejników rozkładają się w następujący sposób. Przepływy konwekcyjne wznoszą się do górnej strefy pod sufitem i oddają ciepło do wewnętrznej powierzchni. Promienisty składnik strumienia ciepła z grzejnika jest odbierany przez wewnętrzne powierzchnie zewnętrznych struktur otaczających pomieszczenie. Z kolei te powierzchnie oddają ciepło poprzez konwekcję do powietrza wewnętrznego i promieniowanie do innych powierzchni wewnętrznych. Część ciepła jest przekazywana przez zewnętrzne konstrukcje otaczające powietrze zewnętrzne. Schemat obliczeniowy wymiany ciepła pokazano na ryc. 1a.
Rozważymy budowę modelu matematycznego na przykładzie zakładu produkcyjnego wyposażonego w system ogrzewania promiennikowego i nie posiadającego innych źródeł wydzielania ciepła. Przepływy konwekcyjne wznoszą się do górnej strefy pod sufitem i oddają ciepło do wewnętrznej powierzchni. Promienisty składnik strumienia ciepła grzejnika jest odbierany przez wewnętrzne powierzchnie zewnętrznych struktur otaczających pomieszczenie
Następnie rozważ budowę schematu cyrkulacji powietrza (rys. 1b). Przyjmijmy schemat organizacji „doładowania” wymiany powietrza. Powietrze jest dostarczane w ilości M pr w kierunku obsługiwanego obszaru i jest usuwany z górnej strefy z natężeniem przepływu M w = M itp. Na poziomie górnej części obsługiwanego obszaru przepływ powietrza w strumieniu jest M strona Zwiększenie przepływu powietrza w strumieniu nawiewnym następuje dzięki cyrkulacji powietrza, które jest odrywane od strumienia.
Wprowadźmy warunkowe granice przepływów - powierzchnie, na których prędkości mają tylko składowe normalne do nich. Na ryc. 1b granice przepływu pokazano linią przerywaną. Następnie wybieramy szacunkowe wielkości: powierzchnia obsługiwana (powierzchnia ze stałym pobytem osób); objętości strumienia zasilającego i przyściennych przepływów konwekcyjnych. Kierunek przyściennych przepływów konwekcyjnych zależy od stosunku temperatur wewnętrznej powierzchni zewnętrznych struktur otaczających i otaczającego powietrza. Na ryc. Fig. 1b przedstawia schemat z opadającym przyściennym przepływem konwekcyjnym.
A więc temperatura powietrza w obsługiwanym obszarze t wz powstaje w wyniku mieszania powietrza z dysz nawiewnych, przyściennych przepływów konwekcyjnych oraz ciepła konwekcyjnego z wewnętrznych powierzchni podłogi i ścian.
Biorąc pod uwagę opracowane schematy wymiany ciepła i cyrkulacji przepływów powietrza (rys. 1), skomponujemy równania bilansów ciepła-powietrze dla przydzielonych objętości:
Tutaj z— pojemność cieplna powietrza, J/(kg °C); Q od to moc gazowego systemu ogrzewania promiennikowego, W; Q z I Q* c - konwekcyjne przenoszenie ciepła z wewnętrznych powierzchni ściany w obrębie obsługiwanej powierzchni i ściany nad obsługiwanym obszarem, W; t strona, t c i t wz temperatury powietrza w strumieniu nawiewnym na wejściu do obszaru roboczego, w przyściennym przepływie konwekcyjnym oraz w obszarze roboczym, °C; Q tp - strata ciepła pomieszczenia, W, równa sumie strat ciepła przez zewnętrzne konstrukcje obudowy:
Przepływ powietrza w strumieniu nawiewnym przy wejściu do obsługiwanego obszaru jest obliczany z zależności otrzymanych przez M.I. Grimitlina.
Na przykład w przypadku dyfuzorów wytwarzających zwarte strumienie natężenie przepływu w strumieniu wynosi:
gdzie m jest współczynnikiem tłumienia prędkości; F 0 - powierzchnia przekroju rury wlotowej dystrybutora powietrza, m 2; x- odległość od dystrybutora powietrza do miejsca wejścia do obsługiwanego obszaru, m; W celu n jest współczynnikiem nieizotermii.
Przepływ powietrza w przyściennym przepływie konwekcyjnym jest określony przez:
gdzie t c to temperatura wewnętrznej powierzchni ścian zewnętrznych, °C.
Równania bilansu ciepła dla powierzchni granicznych mają postać:
Tutaj Q c , Q* c , Q pl i Q pt - konwekcyjne przenoszenie ciepła z wewnętrznych powierzchni ściany w obrębie obsługiwanej powierzchni - odpowiednio ściany nad obsługiwanym obszarem, podłoga i powłoka; Q tp.s, Q* tp.s, Q poseł., Q tp.pt - straty ciepła przez odpowiednie konstrukcje; W z, W* c , W pl, W nm to promieniujące strumienie ciepła z emitera docierające do tych powierzchni. Konwekcyjny transfer ciepła jest określony znaną zależnością:
gdzie m J jest współczynnikiem określanym z uwzględnieniem położenia powierzchni i kierunku przepływu ciepła; F J to powierzchnia, m 2 ; t J to różnica temperatur między powierzchnią a powietrzem otoczenia, °C; J— wskaźnik rodzaju powierzchni.
Strata ciepła Q tJ można wyrazić jako
gdzie t n to temperatura powietrza na zewnątrz, °C; t J jest temperaturą wewnętrznych powierzchni zewnętrznych struktur otaczających, °C; R oraz R n - opór cieplny i cieplny ogrodzenia zewnętrznego, m 2 ° С / W.
Otrzymano model matematyczny procesów wymiany ciepła i masy pod wpływem połączonego działania ogrzewania promiennikowego i wentylacji. Wyniki rozwiązania pozwalają na uzyskanie głównych charakterystyk reżimu cieplnego przy projektowaniu systemów ogrzewania płaszczyznowego dla budynków różnego przeznaczenia wyposażonych w systemy wentylacyjne
Promieniujące strumienie ciepła z emiterów promiennikowych systemów grzewczych wj obliczane są w kategoriach wzajemnych pól promieniowania zgodnie z metodą dowolnej orientacji emiterów i otaczających powierzchni:
gdzie z 0 to emisyjność całkowicie czarnego ciała, W / (m 2 K 4); ε IJ to zmniejszony stopień emisyjności powierzchni biorących udział w wymianie ciepła I oraz J; H IJ to wzajemna powierzchnia promieniowania powierzchni I oraz J, m2 ; T I jest średnią temperaturą powierzchni promieniującej, wyznaczoną z bilansu cieplnego grzejnika, K; T J to temperatura powierzchni odbierającej ciepło, K.
Podstawiając wyrażenia na przepływy ciepła i natężenia przepływu powietrza w dżetach, otrzymujemy układ równań będący przybliżonym modelem matematycznym procesów wymiany ciepła i masy w ogrzewaniu promieniowym. Do rozwiązania systemu można użyć standardowych programów komputerowych.
Otrzymano model matematyczny procesów wymiany ciepła i masy pod wpływem połączonego działania ogrzewania promiennikowego i wentylacji. Wyniki rozwiązania pozwalają na uzyskanie głównych charakterystyk reżimu cieplnego przy projektowaniu systemów ogrzewania płaszczyznowego dla budynków różnego przeznaczenia wyposażonych w systemy wentylacyjne.
.jpg)
