АВТОМАТИЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

І СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ

Електронний посібник

ГОЛОВНА	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ	АНОТАЦІЯ
ДОДАТКИ	СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ	УКЛАДАЧІ

7. АВТОМАТИЗАЦІЯ ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ

7.4. Автоматизація електричних установок для нагрівання води, повітря та одержання пари

7.4.1. Технологічні основи автоматизації нагрівання води, повітря та одержання пари

7.4.2. Автоматизація електричних установок для підігріву води

7.4.3. Автоматичне керування електродними водонагрівачами і паровими котлами

7.4.4. Автоматизація електричних установок для підігріву повітря

7.4.5. Автоматизація електроконвекторів

7.4.6. Автоматизація нагрівних установок з використанням регуляторів та програмних контролерів

7.4.7. Автоматизація теплових насосів

7.4.8. Автоматизація установок для повторного використання тепла

7.4.9. Автоматизація установок обігріву з використанням сонячної енергії

7.4.1. Технологічні основи автоматизації нагрівання води, повітря та одержання пари

Електронагрівальні установки широко застосовуються в сільськогосподарському виробництві завдяки їхнім перевагам – постійна готовність до дії і виключення використання вогневих котелень зі спеціальними приміщеннями для котлів і сховищ палива, транспортування палива і золи; можливість повної автоматизації процесів нагрівання; поліпшення санітарно-гігієнічних умов обслуговуючого персоналу; полегшення в розподілі теплоти по великих територіях; зменшення собівартості теплової енергії і пожежної небезпеки.


	Для підігріву води використовують установки як прямого нагрівання шляхом пропущення струму через воду, так і непрямого нагрівання за допомогою теплових електронагрівальних елементів (ТЕНів), а також установок індукційного і діелектричного нагрівання, хоча останні в сільському господарстві використовуються рідко.

Перевагами прямого електродного нагрівання полягають у простоті пристрою, великої швидкості нагрівання і високому ККД (рис. 7.4.1).

ion_2UA-i

Рис. 7.4.1. Порівняння електричних котлів

У сільському господарстві для підігріву води для поїння тварин і технологічних потреб використовують елементні електроводонагрівач низького тиску – термоси типу УАП (ВЕТ) з місткістю резервуара від 50 до 1000 л, проточні електроводонагрівачі типу ЕПВ продуктивністю від 80 до 200 л води в 1 г з температурою нагрівання до 95°С, ВЕП-600 із продуктивністю 600 л теплої води в годину та ін.

Для одержання гарячої води і пари застосовуються електродні котли типів: КЕВ (котел електродний водогрійний), КЕВЗ (із замкнутим контуром) потужністю від 10 до 6000 кВт, ЕПЗ (електродний прямоточний із замкнутим контуром), КЕПР (котел електродний паровий регульований) потужністю 160, 250, 2500 і 5000 кВт, ЕКП (електродний котел паровий) потужністю 100, 300 кВт і вище та ін.

Для електропідігрівання повітря у тваринництві до 50°С використовують стаціонарні електрокалориферні установки типу СФОА з потужністю від 5 до 100 кВт.

Практично для всіх водогрійних електроустановок динамічні властивості описуються передатною функцією аперіодичної ланки другого порядку.

7.4.2. Автоматизація електричних установок для підігріву води


	*Автоматичне керування електроводонагрівачами* *здійснюється за температурою, а електропаровими ще і за тиском пари.*

Схеми керування розглянемо на прикладах автоматизації елементних і електродних водогрійних і парових установок, тому що вони не мають відмінностей від інших типів електронагрівальних установок. Перш ніж включити в мережу елементні водонагрівачі, їх обов'язково варто заповнити водою, інакше перегорять нагрівальні елементи. Електродні водонагрівачі не мають цієї особливості.

Водонагрівник ВЕТ-400 під'єднується до електромережі 380/200 В. У станції керування встановлені автоматичний вимикач, магнітний пускач, аварійний вимикач і додатковий опір (рис. 7.4.2).

Рис. 7.4.2. Принципова електрична схема автоматизації водонагрівника ВЕТ-400

Схема працює так: якщо вода в резервуарі холодна і контакти терморегулятора SК замкнені, то досить увімкнути автомат QF і вимикач SА, як спрацьовує магнітний пускач KM і подає напругу на нагрівні елементи ТЕН. Одночасно замикаються контакти КМ2. Коли вода нагрівається до розрахункової температури (80–90°С), контакт термореле розімкнеться, але котушка магнітного пускача залишиться під напругою через замикаючий контакт КМ2 і додатковий опір R. Нагрівання води триває доти, поки не замкнеться замикаючий контакт SK. Тоді котушка магнітного пускача KM буде закорочена і знеструмлена, пускач розімкне свої контакти і нагрівання води припиниться. Нагрівання води до 80°С триває близько 4 год.

Рис. 7.4.3. Принципова електрична схема керування

водонагрівача типу УАП

На рис. 7.4.3 приведено електричну схему керування водонагрівачем типу УАП. Він призначений для нагрівання води до 90°С і виконаний у вигяді сталевого звареного резервуара з патрубком для гарячої води. Водонагрівач підключають до водопроводу з надлишковим тиском не менше 50 кПа, під дією якого гаряча вода витісняється через патрубок. Автоматичне керування елементними нагрівачами (ТЕНи) здійснюється за допомогою контактного термометра, контакти SK якого під час високої температури води шунтуют обмотку реле KV. Реле KV відключає обмотку магнітного пускача КМ, а останній – електронагрівники ЕК. Повторне увімкнення електронагрівника відбувається під час зниження температури води на 5°. Діод VD поставлений для полегшення роботи контактів SK. У більш потужніших водонагрівачів типу УАП ТЕНи встановлюють у двох зонах резервуара – у нижній і верхній. Кожною групою ТЕНів керує свій термодатчик.

Аналогічно побудовані і працюють схеми керування електроводонагрівниками – термосами ВЕТ-800 і ВЕТ-1600. На відміну від попередньої схеми ці водонагрівники мають по два комплекти нагрівних елементів і можуть працювати у трьох режимах: форсований (увімкнені дві групи електронагрівників), акумуляційний (увімкнена нижня група нагрівників) і швидкісний (увімкнена верхня група нагрівників). Електронагрівники типу УАП за призначенням і принципом дії аналогічні водонагрівникам типу ВЕТ. Електронагрівники УАП 400/0,9-М1 має один нагрівальний блок, а в УАП 800/0,9-М1 і УАП 1600/0,9-И1 встановлені по два блоки нагрівників.

Рис. 7.4.4. Принципова електрична схема електроводонагрівника типу УАП-800

У шафі станції керування (рис. 7.4.4) встановлені автоматичні вимикачі QF1 і QF2, магнітні пускачі, пакетні вимикачі SA1 і SA2 для вимикання кіл керування, сигнальні лампи HL1 і HL2. Як датчик температури використовують термореле ТР-200. Під час подачі напруги на схему за допомогою автоматів QF1 і QF2 і ппід час увімкнутих пакетних вимикачах SA1 і SA2 вмикаються спочатку проміжні реле KV1 і KV2, а за ними магнітні пускачі КМ1 і КМ2, що подають напругу на нагрівні елементи ЕК1 і ЕК2.

Передбачена робота нагрівників по трьох режимах: форсований (увімкнені обидві групи нагрівників); акумуляційний (увімкнена лише нижня група нагрівників потужністю 12 кВт «Зона 1») і швидкісний (увімкнена лише верхня група нагрівників потужністю 6 кВт «Зона 2»). Керування першою групою нагрівників здійснюється за допомогою термореле SK1, а другою – SK2 типу ТР-200.

На рис. 7.4.5 наведено схему керування проточного водонагрівача ЕПВ-2А.

Проточні водонагрівачі забезпечують гарячою водою відразу після ввімкнення. Вони мають погану теплоізоляцію і малу місткість, отже, не здатні зберігати теплоту води. Вода через водонагрівач має проходити безупинним потоком.

Рис. 7.4.5. Принципова електрична схема керування проточним водонагрівачем ЕПВ-2А

Схема керування здійснює двопозиційне релейне регулювання температури води за допомогою контактів SK1 і SK2 термодатчика. Під час підвищення температури води до заданого верхнього значення замикаються контакти SK2, відкривається тріод VT і включається реле KV, що своїми контактами відключає за допомогою магнітного пускача КМ електронагрівник ЕК. Під час зниження температури води спочатку розмикаються контакти SK2, а потім за нижнього значення температури розмикаються контакти SK1, тріод VT закривається, реле KV знеструмлюється і своїми контактами включає магнітний пускач електронагрівників ЕК.

Рис. 7.4.6. Технологічна схема електронагрівника

ВЕП-600

Схемою автоматизації водонагрівача ВЕП-600 передбачається підтримка заданої температури води в автопоїлках корівника до 200 корів (рис. 7.4.6). Водонагрівач складається з проточного нагрівального бака 1 із запобіжним клапаном 2, термометром 3, термодатчиком SK1 і нагрівального блоку 7. Циркуляція води здійснюється за допомогою насоса 6, що направляє теплу воду (20°C) з бака 1 до автопоїлок на ферму ВРХ. Невикористана в автопоїлках вода повертається в бак 1. Її температура контролюється термодатчиком SK2 встановлюваним у найхолоднішій зоні системи поїння. Електроустаткування ізолюється від водопроводів ізоляційними вставками – трубками 5. Перекриття водопотоків здійснюється запірними вентилями 4.

Рис. 7.4.7. Принципова електрична схеми керування електронагрівником ВЕП-600

Схема керування (рис. 7.4.7) працює аналогічно схемі ЕПВ-2А. За малої температури контакти SK1 і SK2 термодатчиків замкнуті, реле KV1 і KV2, а також магнітні пускачі КМ1 і КМ2 увімкнені. Під час підвищення температури води в баку розмикається контакт SK1, тріод VT1 закривається, реле KV1 відключається і відключає своїм контактом магнітний пускач КМ1 електронагрівника ЕК. У такий же спосіб діє на відключення пускача КМ2 насоса термореле SK2. Під час зниження температури зворотної води контакти SK2 замикаються, тріод VT2 відкривається, спрацьовує реле KV2 і включає магнітний пускач КМ2 електронасоса, завдяки цьому охолоджена вода в автопоїлках заміняється на теплу з бака. Ручне включення і відключення установки ВЕП здійснюється перекладом перемикача SA відповідно в положення Р і О.

У сільському господарстві поширені не тільки елементні, а і електродні електроводонагрівники.

7.4.3. Автоматичне керування електродними водонагрівачами і паровими котлами


	*Автоматичне керування електродними водонагрівачами і* *паровими котлами* здійснюється за температурою, тиском і рівнем води в котлі. Електродний метод нагрівання води й одержання пари забезпечує простоту конструкції і глибоке регулювання потужності від 10 до 100%. Недоліками варто назвати залежність потужності від температури і засоленості води, а також відкладення солей на електродах.

Ці котли використовують у системах гарячого водопостачання в центральних і місцевих електрокотельнях. Для зменшення накипоутвореня воду попередньо зм'якшують або та сама вода використовується як теплоносій між котлом і теплообмінним апаратом (бойлером).


	За принципом дії вони належать до установок прямого нагріву, тобто нагрівання води здійснюється за рахунок виділення теплоти безпосередньо у водному середовищі під час проходження через нього електричного струму між електродами.

ion_1UA-i

Рис. 7.4.8. Загальна будова електродного водонагрівача

Найпоширенішими є електроводонагрівники типу ЕПЗ і КЕВ різної потужності, призначені для нагрівання води до температури 95°С. Вони випускаються продуктивністю від 0,86 до 8,6 м/³год і потужністю від 25 до 250 кВт.

Електроводонагрівачі типу ЕПЗ призначені для опалення тваринницьких приміщень, а також використовуються для підігрівання води в системі гарячого водопостачання технологічних процесів, для опалення і гарячого водопостачання комунальних і культурно – побутових приміщень у сільській місцевості (рис. 7.4.9).

Оскільки водонагрівники типу ЕПЗ призначені для підігрівання води в системі з циркуляцією по замкненому контуру, то до комплекту обладнання входить електронасос М. Потужність котла регулюється повертанням за допомогою ручки у горизонтальній площині електродів на кут від 0 до 60°.

image024-topaz-enhance

Рис. 7.4.9. Загальний вигляд та будова електродного водонагрівача ЕПЗ-100:

1,2,14,15,17 – електроізоляційні екрани; 3, 10 – захисний кожух; 4,5 – електродна група; 6 – струмоведучих шпильках (3 шт.); 7 – кришка ізолятора; 8 – табличка зі шкалою регулювання потужності; 9 – рукоятка для регулювання потужності; 11 – ущільнення;

12 – кришка; 13 – вихідний патрубок; 16 – поворотна вісь; 18 – електроізоляційна траверса; 19 – вхідний патрубок; 20 – трубка для зливу води

Рис. 7.4.10. Принципова електрична схема управління проточним електродним водонагрівником типу ЕПЗ

Керування ЕПЗ здійснюється як вручному так і автоматичному режимі. Режим роботи встановлюється за допомогою пакетного перемикача SA2 (положення Р – ручне керування, О – нейтральне, А – автоматичне). Контроль температури води здійснюється за допомогою манометричного електроконтактного термометра SK1 типу ТПК-СК, який має два контакти: мінімальної SK1.2 і максимальної SК1.1 температури. За температури води менше допустимої контакти SK1.2 замкнуті, а контакти SК1.1 – розімкнуті. Під час підвищення температури води в баку електроводонагрівника контакти SК1.2 розмикаються. Якщо температура підніметься до максимально допустимого значення, замикаються контакти SК1.1.

Схема в автоматичному режимі працює так (рис. 7.4.10): під час увімкнутого вимикача SA1 вмикається автоматичний вимикач QF та його замикаючі контакти QF1 подають живлення на коло керування електроводонагрівником. Тобто, через замкнуті контакти SA1.2, KV2.1 і KV5.1 напруга подається на котушку проміжного реле KV3, через контакти якого KV3.2 отримує живлення котушка магнітного пускача KM. При цьому силові контакти пускача КМ1 подають напругу на електронагрівні елементи Е. Під час розмикання контактів SK1.2 електронагрівні електроди залишаються увімкнутими, тому що ці контакти заблоковані контактами КV3.1 Тільки тоді, коли замкнуться контакти SK.1.1 (максимальна температура води), спрацьовує реле КV2, розмикає контакти KV2.1 в колі котушки реле KV3, розмикаються контакти KV3.2 в колі котушки магнітного пускача KM і останній вимикає електронагрівні електроди з електромережі.

Схемою передбачено і аварійне вимикання нагрівних електродів з мережі. Для цього в схемі встановлено температурне реле SK2. Його контакти за температури води в баку 130°С вмикаються, подають живлення на котушку реле КV5, розмикаючі контакти якого КV5.1 знаходяться в колі живлення котушки реле КV3. Таким чином, незалежно від положення контактів термореле SK1 нагрівні електроди вимикаються з електромережі.

Аварійне вимикання електродів також відбувається за появи суттєвої несиметрії в електромережі. При цьому спрацьовує реле KV1, котушка якого ввімкнена між нульовим проводом і корпусом водонагрівника. Контакти цього реле KV1.1 в колі котушки KV5 замикаються, вмикають реле KV5, розмикаючі контакти якого KV5.1 знеструмлюють котушку реле KV3 і внаслідок цього електроди вимикаються з мережі.

На рис. 7.4.11 зображено схему керування електродного водогрійного котла КЕВЗ. Котел має номінальну потужність від 25 до 1000 кВт.

Електронагрівальні трифазні електроди виконані з трьох пар сталевих коаксіальних труб. Між трубами вставлені три рухливі ізоляційні склотекстолітові циліндри. Змінюючи за допомогою маховика їхнє положення, регулюють потужність котла. Котел може працювати в режимі нагрівання води або в режимі опалення та автоматичному і ручному.

Рис. 7.4.11. Принципова електрична схема керування котла КЕВЗ

У режимі нагрівання води реле KV1 тумблером S підключають до ланцюга датчика SK1 температури води, у режимі опалення – до ланцюга датчика SK2 температури повітря в приміщенні (рис. 7.4.11). Контакти термодатчика SK3 замикаються під час досягнення температури води максимально припустимого значення. Автоматичне А чи ручне Р керування встановлюють перемикачем SA1.

Електродний нагрівач вмикається магнітним пускачем під час повороту перемикача в положення А. Нагрівання води в котлі продовжується до заданої температури, під час якої контакти термодатчика SK1 вмикають слабкострумове реле KV1, а реле KV1 вмикає реле KV3, що відключає магнітний пускач електронагрівника ЕК. Повторне включення відбувається за допомогою реле KV1, KV3 і пускачі КМ під час розмикання контактів SK1 унаслідок зниження температури води. Потім цикл повторюється. За неприпустимого підвищення температури замикаються контакти SK3 і за допомогою реле KV2 і KV4 виконують аварійне вимкнення електронагрівника. Після цього відключений котел може включити тільки обслуговуючий персонал. Сигнальні лампи НL1, HL2 і HL3 загоряються відповідно при включенні, нормальному й аварійному відключеннях котла.

image031-topaz-enhance

Рис. 7.4.12. Пристрій саморегульованого електродного

парового котла ЕКП

Саморегульований електродний паровий котел типу ЕКП працює в такий спосіб (рис. 7.4.12): електроди, виконані у вигляді пакета плоских пластин 1, розміщені в центральній камері 3. Центральна камера вільно з'єднана в нижній частині корпуса 2 і через вентиль 5 у верхній частині з зовнішньою камерою 6. Вентиль 5 відкривається і закривається за допомогою регулятора тиску 4 прямі дії. Рівень води в камері підтримується поплавковим регулятором 7 прямої дії. Під дією електричного струму, що протікає через воду, утвориться пара, що збирається у верхній частині корпуса.

Якщо потреби пари менші його виробництва, то підвищується тиск, під дією якого регулятор тиску 4 закриває вентиль 5. Внаслідок цього вода з центральної камери витісняється в зовнішню, електроди оголюються і зменшується паропродуктивність котла. Цей принцип забезпечує автоматична підтримка тиску не тільки під час зміни розбору пари, але і під час зміни електричної провідності води.

image033-topaz-enhance

Рис. 7.4.13. Загальний вигля котла КЕПР 250/0,4

та шафи керування

Електродні котли-пароутворювачі КЕПР-160 і КЕПР-250 застосовують для отримання насиченої пари, що використовується в технологічних процесах на тваринницьких фермах і комплексах (рис. 7.4.13). Вони споживають потужність відповідно 160 і 250 кВт і мають паропродуктивність 210 і 320 кг/год. Керування котлами здійснюється в ручному і автоматичному режимах, які встановлюють за допомогою перемикача SA1 (рис. 7.4.14).

Вмиканням рубильника SA і однополюсних автоматичних вимикачів QF1 і QF2 подається напруга на кола керування і сигналізації електродного електрокотла. В автоматичному режимі проміжне реле KV3 спрацьовує і через свої контакти KV3.1 подає живлення на котушку контактора КМ, контакти якого КМ5.1 вмикають електрокотел в електромережу.

Рис. 7.4.14. Принципова електрична схема управління електродним котлом-пароутворювачем типу КЕПР-160 і КЕПР-250

Електроди котла залишаться приєднаними до мережі доти, поки в котлі тиск не підніметься до максимального значення і контакти SР1.2 електроконтактного манометра замкнуться. Тоді котушка проміжного реле KV2 опиниться під напругою, контакти KV2.1 блокують контакти SР1.2, а контакти КV2.2 розмикаються і котушка реле KV3 знеструмлюється. При цьому розмикаються контакти KV3.1 в колі котушки КМ5 і силові контакти, через які одержує живлення електрокотел, розмикаються.

У схемі передбачено два блокування від роботи під час несиметрії напруги в мережі (спрацьовує реле KV6, замикаються контакти KV6.1, спрацьовує реле КV4, розмикаються контакти КV4.1, знеструмлюється реле KV3, розмикаються контакти КV3.1 і контактор КМ5 вимикає електрокотел з електромережі), а також від включення електронагрівників під час непрацюючого електронасосу (блок-контакти OF3.1) У схему ввімкнуті також контакти SР2.1 аварійного манометричного реле. Під час підвищення тиску в електрокотлі до максимально допустимого значення ці контакти розмикаються і електрокотел вимикається з мережі. Контакти KV4.3 подають живлення на виносну сигналізацію.

7.4.4. Автоматизація електричних установок для підігріву повітря


	Опалювальні електрокалорифери серії СФО з трубчастими ребристими нагрівниками призначені для нагріву повітря до температури 50 ⁰С в системах повітряного опалення, вентиляції, штучного мікроклімату і в сушильних установках.

Електрокалориферні установки СФОА і СФОЦ мають однакову принципову схему, типорозмірний ряд, близькі технічні параметри.

image041-topaz-enhance

Рис. 7.4.15. Технологічна схема електрокалориферної установки:

1 – рама; 2 – перехідний патрубок; 3 – електрокалорифер;

4 – м'яка вставка; 5 – вентилятор

Електрокалориферна установка (рис. 7.4.15) складається з рами 7, вентилятора 5, електрокалорифера 3, м'якої вставки 4, перехідного патрубка 2 та шафи керування.

Електрокалорифер має вигляд камери з листової сталі, в яку вміщено трубчасті нагрівальні елементи.

Задана температура вихідного повітря підтримується автоматично двома електроконтактними термометрами, датчики яких установлені на виході повітря з калорифера. Під час вмикання електрокалорифера працюють всі нагрівні елементи. Коли температура повітря на виході стане вище граничної, автоматично вимикається одна секція, за подальшого підвищеня температури вимикається друга секція. Якщо температура вихідного повітря стане вище граничного для однієї секції, то автоматично вимикаються останні нагрівачі.

Під час пониження температури нагрівні елементи вмикаються в зворотній послідовності. В електричних колах контролю температури передбачено автоблокування: під час зупинки електродвигуна вентилятора вимикається електрокалорифер; увімкнути нагрівні елементи неможливо під час непрацюючого електродвигуна вентилятора.

Рис. 7.4.16. Принципіальна електрична схема електрокалориферної установки серії СФОЦ

На рис. 7.4.16 зображено принципову електричну схему електрокалориферного агрегату серії СФОЦ. Для регулювання потужності електрокалорифера трубчасті нагрівники розділено на три окремі трифазні групи (секції) ЕК1, ЕК2 та ЕК3. Вимикачем SА2 можна вмикати окремі секції нагрівників і регулювати потужність електрокалорифера в межах 100%, 67% або 33% від номінальної потужності. В шафі керування встановлено вимикач QF, запобіжники FU1, FU2, FU3, FU4 для захисту секцій калорифера і кола керування, три електромагнітних пускачі КМ1, КМ2, КМ3 для вмикання секцій нагрівників, сигнальні лампи НL1...НL5, проміжне реле К1, перемикач SА1 для вибору режиму роботи (ручний «Р» чи автоматичний «А»), перемикач SA2 для вибору кількості увімкнутих секцій під час ручного керування та автоматичний вимикач QF2 для керування двигуном вентилятора.

Під час ручного керування перемикач SА1 встановлюють у положення «Р». Температуру повітря в приміщенні регулюють вмиканням і вимиканням окремих секцій електронагрівників за допомогою перемикача SА2. Якщо температура ребер трубчастого нагрівника перевищить + 180°С, розімкнеться контакт температурного реле SК1 в колі живлення проміжного реле К1, що призведе до вимикання всіх нагрівників.

Під час автоматичного керування перемикач SА1 ставлять у положення «А». Температура повітря у приміщенні контролюється за допомогою температурних реле SК2 і SК3. Коли температура повітря в приміщенні стане вище встановленої норми, то контакт температурного реле SК2 розімкнеться, що призведе до вимикання першої секції електронагрівників. Якщо температура в приміщенні підвищуватиметься й далі, розімкнеться контакт температурного реле SК3, що призведе до вимикання другої секції електронагрівників. Вимикання останньої секції електронагрівників відбудеться тільки тоді, коли температура ребер трубчастого нагрівального елемента перевищить + 180°С. Якщо температура стане нижчою від заданої норми, то секції нагрівників вмикаються у зворотному порядку. Про роботу окремих секцій нагрівників сигналізують лампи НL2...НL4.

Для економії електроенергії використовуються водяні калорифери. Схеми керування водяними калориферами наведені в розділі 2.2.6.

7.4.5. Автоматизація електроконвекторів

Розглядаючи тенденції європейського ринку опалювальних систем, варто особливо відзначити стабільно зростаючу популярність електроопалення. І Україна – не є винятком. Далеко не скрізь є газ, котли на рідині у нас не набули широкого поширення, а сонячні батареї поки не вийшли з розряду екзотики й експерименту. Використовувати електроконвектор доводиться де центральне опалення часто не здатне забезпечити нормальну температуру, а створити автономну систему – неможливо.

image061-topaz-enhance

Рис. 7.4.17. Загальний вигляд електроконвектора

Як результат, саме електроконвектори – кращий, а інколи – і єдиний, вибір. Електричні конвектори прекрасно зарекомендували себе і як в як основні, так і додаткові способи опалення. Вони застосовуються для обігріву міських квартир і заміських будинків, зимових садів і засклених балконів, торгових палаток, павільйонів, садових будиночків та інших приміщень.

Із усіх варіантів електричного опалювального обладнання окремо варто виділити електроконвектори. Перш за все, вони відрізняються простотою будови пристрою та його застосуванням.

Конвектор розміщують внизу приміщення, практично біля самої підлоги, на висоті максимум 15 см від плінтуса. Згідно з законами фізики, саме внизу знаходиться холодне повітря, яке через повітрозабірні грати потрапляє в конвектор. Повітря, проходячи через гарячий радіатор, практично миттєво прогрівається (рис. 7.4.18).

Рис. 7.4.18. Схема роботи конвектора опалення

Піднімаючись вгору, воно минає верхні жалюзі та покидає конвектор. Як наслідок, в кімнаті відбувається безперервний рух повітря – теплі маси піднімаються вгору, охолоджуються, досягаючи стелі, і опускаються вниз, щоб знову пройти через конвектор. Виходить замкнутий цикл, для стабільності якого не вимагається вбудований вентилятор, завдяки чому досягається практично абсолютна безшумність роботи. Сучасні електричні конвектори мають електронний термостат, що дозволяє точно (до 0,1°С) дотримуватись заданої температури. Для повного контролю над домашнім мікрокліматом конструкція приладів дозволяє задіяти додаткові пристрої.


	Отримавши загальне уявлення про роботу приладу, розглянемо їх переваги:

· Відсутність підготовчих робіт. Немає необхідності оформляти проєкти, отримувати дозвіл, готувати спеціальне приміщення. Досить просто повісити на стіну та підключити до електромережі.

· Доступність – електричні конвектори не вимагають участі фахівців, щоб здійснити підключення. Його можна без особливих зусиль зробити, покладаючись на свої вміння.

· Простота обслуговування. Не треба викликати майстрів, чистити повітроводи та проводити інші операції – електроконвектори не вимагають обслуговування, воно просто не передбачено їх конструкцією. Надійність автоматики дозволяє здійснювати безперервну експлуатацію обігрівачі упродовж 20–25 років.

· Низька вартість. Якщо розглянути інші системи опалення, конвектори мають найменшу собівартість (близько $ 100–150). У порівнянні з традиційною системою, опалювальним котлом і радіаторами, ціна більш ніж доступна.

· Збереження кисню. У конструкції приладів відсутня нагрівальна спіраль, вони мають відносно невисоку температуру поверхні, що в результаті не призводить до згорання кисню. Варто купити електроконвектор і про сухість повітря в кімнаті й нестачу кисню можна забути.

· Точність температурного режиму, забезпечується високочутливою автоматикою. Такої точності обігріву неможливо досягти застосовуючи стандартні радіатори.

· Низький рівень шуму. Електроконвектори працюють практично безшумно – у них немає вентиляторів та інших рухомих частин. Використання електронних програмувачів дозволяє позбутися від регулярних клацань, характерних для механічних термостатів.

· Високий ККД – кращий конвектор за цим показником не має конкурентів, адже його ККД становить близько 95%. Електрична енергія практично без втрат перетворюється в теплову, що робить електроконвектор економічно вигідним.

· Низька інерційність. Обігрів приміщення починається практично одночасно з вмиканням приладу в мережу. Минаючи проміжні теплоносії, наприклад – воду чи масло, для нагріву яких потрібен досить значний час, відбувається прямий обігрів повітря. Електричний конвектор досягає робочого режиму всього за 30 с.

Проте, варто згадати і про «слабке» місце електрообігрівачів, а саме – про кількість споживаної електроенергії, що витрачається для обігріву. Цей показник залежить від декількох факторів. Наприклад – від температури ззовні і бажаної температури усередині приміщення, ступеня утеплення будинку, наявності склопакетів і площі вікон, обсягу кімнати та ін.

Прилад не вимагає постійної присутності людини, адже він розроблений для автономної роботи. Розробники передбачили наявність датчика перегріву, що автоматично відключає обладнання під час досягнення критичної температури. Якщо електропроводка здатна витримати потужність працюючого приладу, виникнення пожежонебезпечної ситуації унеможливлено повністю.

Втім, підібрати потужність конвектора, здатного створити затишну атмосферу без витрати зайвих кіловат/годин, можна досить точно, виходячи з площі приміщення, яку необхідно обігріти.

Температура в кімнаті, яку забезпечує конвектор, залежить від двох чинників – потужності приладу та об’єму кімнати, яку необхідно обігріти. Чим більший об'єм кімнати, тим більша, відповідно, має бути потужність обігрівача. Прилад потужністю 1 кВт здатний точно підтримувати температуру в межах від 5 до 30 °С в кімнаті, площа якої становить 10–12 м² (табл. 7.1). Для кімнати більшої площі слід підібрати обігрівач потужніший.

Таблиця 7.1

Співвідношення площі та потужності електричних конвекторів

Площа,що обігрівається, м²	Необхідна потужність конвектора, Вт
5–6	500
7–9	750
10–12	1000
12–14	1250
15–17	1500
18–19	1750
20–23	2000
24–27	2500

Рис. 7.4.19. Будова електроконвектора

Електроконвектори, незалежно від моделей і виробників, складаються з одного або кількох нагрівних елементів, які розміщені в нижній частині корпусу (рис. 7.4.19). Корпус має нижню решітку для надходження холодного вхідного повітря та верхній отвір з решіткою, для виходу нагрітого повітря. До корпусу кріпиться, залежно від моделі, біметалічний регулятор температури з панеллю керування або електронний терморегулятор з блоком керування.

Прилад досить увімкнути в мережу 220 В за допомогою шнура (рис. 7.4.20), потім натиснути на клавішу вимикача SA (вона повністю відключає пристрій від електричної мережі, тому вилку можна не виймати, а користуватися кнопкою).

image069-topaz-enhance

Рис. 7.4.20. Принципова електрична схема електроконвектора з механічним (біметалічним) терморегулятором

Панель управління зазвичай є регулятор температури у найпростіших це біметалічний, до програмованих електронних у більш автоматизованих. Послідовно з ТЕНами ЕК1, ЕК2 увімкнені датчик безпеки SK1, який розмикає ланцюг під час перегрівання, та терморегулятор SK2, який вимикає або включає конвектор залежно від температури довкілля.

Електроконвектори можуть комплектуватися механічним (біметалічним) або електронним терморегулятором (рис. 7.4.21).


	Ці два типи терморегуляторів різняться кардинально, і електронний терморегулятор за своїми характеристиками істотно перевершує механічний аналог:

· Висока точність дотримання заданої температури – порядку 0,1°С, у той час як механічні забезпечують точність у межах 1–3 градуси, що призводить до перевитрат електроенергії.

· З часом точність механічного термостата починає знижуватися. Точність роботи електронного термостата не залежить від строків експлуатації.

· Термін експлуатації електронного термостата значно більше.

· Електронний термостат не створює шуму, в той час як увімкнення–вимикнення механічного супроводжується характерним клацанням.

image052-topaz-enhance

Рис. 7.4.21. Блок управління електронного термостату:

1 – управління термостатом; 2 – індикація роботи; 3 – режими роботи;

4 – прозора захисна кришка

Електроконвектори з електронним термостатом комфортніші та зручніші в експлуатації, ніж моделі з механічним (біметалічним) термостатом.

Обігрівачі можна використовувати і як додаткове, так і як основне джерело отримання тепла. Передбачена можливість об'єднувати окремі електричні конвектори в єдину, централізовано керовану мережу. Це дає можливість створити надійну та повноцінну систему опалення. Застосування ж додаткових (зовнішніх) керуючих пристроїв дозволить не тільки точно дотримуватись заданого температурного режиму, але і значно скоротити витрату електрики.

Додатковими пристроями можуть бути програмні пристрої сумісність з конвектором для автоматичного керування одним або кількома конвекторами.

Програмувач Noirot невеликий за розмірами, може кріпитися до стіни в зручному для господарів місці в будинку – керуючий модуль, що дозволяє об'єднати в кілька груп або єдину систему всі електроконвектори в будинку. Користувачеві не доведеться окремо налаштовувати кожен конвектор – на програмувачі досить задати необхідні параметри. Наприклад, в одному приміщенні +23°С, в другому +20°С, а в нежитловому +7°С. Для забезпечення злагодженої роботи системи використовуються передатчик сигналів Noirot Receiver, що встановлюється на кожному з конвекторів. Їх частота підбирається так, щоб вони не створювали перешкод для інших побутових електроприладів – комп'ютерів, радіотелефонів, WiFi-обладнанню.

Електричним конвектором можливо управляти і за допомогою програмувача Noirot Memoprog 2. Вбудований модуль дозволяє виконувати програмування роботи обігрівача на довгий час. Режим роботи можна задавати як самостійно, так і вибрати один із запрограмованих у пам'ять приладу. Наприклад, упродовж тижня (з 10 до 18), коли в будні дні вдома нікого немає, обладнання може працювати в економічному режимі, підтримуючи температуру на рівні +10°С. Потім, незадовго перед вашим прибуттям, електроконвектор переходить в інтенсивний режим. У той момент, коли ви перетнете поріг будинку, температура підніметься до +21°С (або вище).


	*Центральне керування групою конвекторів здійснюється за допомогою пульта управління* *Radio* *Transmitter* (рис. 7.4.22). Виносний програмний пристрій дозволяє управляти роботою будь-якої кількості обігрівачів без з'єднання всіх конвекторів керуючим кабелем. Сигнали для всіх підключених обігрівачів передаються радіохвилями. Достатньо вставити у відповідні прилади касети-приймачі сигналу.

Рис. 7.4.22. Схема підключення електроконвекторів під час управління за допомогою центрального пульта управління

Radio Transmitter

Центральний пульт управління Radio Transmitter (рис. 7.4.23) може встановлюватися в будь-якому зручному місці або монтуватися на стіну. За допомогою пульта управління можлива розбивка підключених конвекторів на три зони з різними температурними режимами. Пульт управління дозволяє програмувати роботу всіх підключених обігрівачів для будь-якого дня на весь тиждень. Він автоматично перемикає наступні режими: «Комфортний», «Економічний» та «Антизамерзання».

Великий LCD-дисплей дозволяє зручно контролювати роботу всієї системи опалення.

Таким чином, центральний пульт Radio Transmitter стежить за станом системи опалення, програмує роботу всіх конвекторів, автоматично перемикаючи режими залежно від заданих користувачем команд, і створює різні температурні умови для досягнення максимального комфорту.

Рис. 7.4.23. Центральний пульт управління Radio Transmitter

На кожному конвекторі встановлюється касета-приймач Radio Receiver (рис. 7.4.24). Касета-приймач – це програмний пристрій, для роботи якого обов'язково потрібна наявність передавача – центрального пульта управління Radio Transmitter.

Radio Receiver встановлюється в спеціальне гніздо «підлеглого» пристрою системи опалення. Касета-приймач здатна підтримувати такі режими: «Комфортний», «Економний» та «Антизамерзання».

image084-topaz-enhance

Рис. 7.4.24. Касета-приймач Radio Receiver

Таким чином, касета-приймач Radio Receiver приймає радіосигнали від центрального пульту управління Radio Transmitter і задає конвектору режим роботи відповідно до обраної користувачем програми.

Електричним конвектором можна здійснювати програмне керування. Для цього використовується касета – програмувач Memoprog 2, програмний пристрій, що встановлюється в конвектор (рис. 7.4.25). Він дозволяє управляти групою електричних конвекторів (до 20 шт.). Досить встановити касету в один з приладів, а інші з'єднати між собою керуючим кабелем, і система опалення готова!

Рис. 7.4.25. Схема підключення конвекторів під час програмного керування за допомогою касети-програмувача Memoprog 2

Касета-програмувач Memoprog 2 дозволяє програмувати роботу обігрівачів на кожен день (рис. 7.4.26). Для зручності є 7 варіантів вбудованих програм і 1 програма, яку може задати сам користувач. Касета-програмувач перемикає на підключених обігрівачах режими: «Комфортний», «Економний» та «Антизамерзання».

Рис. 7.4.26. Касета-програмувач Memoprog 2

Касета-програмувач Memoprog обладнана РК-екраном, на якому відображаються число, день і поточний режим для візуального контролю роботи системи опалення.

Касета-програмувач Memoprog має тижневий цикл програмування (окремо для робочих і вихідних днів). Постійна пам'ять зберігає запрограмовані дані навіть в разі збою електроживлення упродовж 24 годин.

Таким чином, електрична система опалення, керована касетою-програмувачем Memoprog 2, задає і автоматично підтримує в приміщенні індивідуальну температуру з урахуванням потреби в кількості тепла погодинно упродовж доби та днях тижня, а створення власної програми дозволяє домогтися ідеального поєднання комфорту та економічності.

7.4.6. Автоматизація нагрівних установок з використанням регуляторів та програмних контролерів


	Універсальний двоканальний програмний ПІД-регулятор ТРМ151 використовується для створення систем управління різного рівня складності – від контурів локального регулювання до комплексних систем управління об'єктами з інтеграцією в АСУ.

Регулятор має лінійку стандартних модифікацій для найпоширеніших технологічних процесів, використовуючи два вбудовані універсальні входи і два виходи з можливістю розширення входів і виходів шляхом підключення модулів ОВЕН МВА8, МВУ8 по інтерфейсу RS-485 (у замовленій конфігурації).


	Універсальний програмний ПІД-регулятор здійснює програмне управління різними виконавчими механізмами:

· двопозиційними (ТЕНи, двигуни);

· трипозиційними (засувки, крани);

· додатковими пристроями (заслінки, жалюзі, газо- або парогенератори тощо), (рис .7.4.27).

Регулятор має широкі можливості конфігурації на ПК або з передньої панелі приладу: різні рівні доступу для оператора, технолога і налагоджувача системи; для кожної стандартної модифікації приладу свій зручно організований набір параметрів.

Програми швидкого старту, розроблені спеціально для кожної модифікації, та можливість швидкого доступу до вставок під час програмування приладу з передньої панелі.


	ТРМ 151 має два універсальні входи, до яких можна підключати датчики різного типу:

· термоперетворювальні опори типа ТСМ/ТСП/ТСН;

· термопари TXK(L), TXA(K), TXK(J), THH(N), TПП(R), TПП(S), ТПР(В), TBP(A-1,2,3), TMK(T);

· датчики з уніфікованим вихідним сигналом струму 0(4)...20 мА, 0...5 мА або напруги 0...1 В, -50...+50 мВ;

· датчики положення засувки (резистивні або струмові);

· «сухі» контакти.

	Два канали покрокового регулювання, кожен з яких підключений до свого вихідного елементу
	Одноканальне покрокове регулювання за виміряною або обчисленою величиною. Має блок контролю виходу величини за допустимий діапазон («інспектор»). Сигнал інспектора подається на вихід 2.
	Одноканальне покрокове регулювання, при цьому вставка регулятора може бути зкоректована за визначеною функцією від значення, виміряного на вході 2. Має блок інспектора, з՚єднаного з виходом 2. Використовується в погодозалеж-них системах обігріву.
	Одноканальне покрокове регулю-вання за допомогою системи «нагрівач-електродвигун». Вико-ристовується для автоматизації систем мікроклімату.

Рис. 7.4.27. Функціональні схеми використання універсального двоканального

програмного ПІД-регулятора ТРМ151

Крім того, ТРМ151 замовленій конфігурації може знімати дані з 8-ми датчиків, підключених до зовнішніх модулів вимірювання ОВЕН МВА8, по мережі RS-485 (рис. 7.4.28 ).

Рис. 7.4.28. Схема підключень програмного регулятора ТРМ 151


	ТРМ 151 може обчислювати цілу низку функцій від величин, виміряних на входах:

· відносну вологість психрометричним методом;

· квадратний корінь із виміряної величини;

· різницю виміряних величин;

· середнє арифметичне виміряних величин;

· мінімальне і максимальне значення виміряних величин.

У ТРМ 151 одночасно можуть працювати 1 або 2 канали регулювання виміряної або обчисленої величини.

ТРМ151 управляє технологічним процесом за програмою, яка є послідовністю кроків, наприклад: нагрів або охолодження до заданої температури або упродовж заданого часу (з необхідною швидкістю); підтримка температури на рівні вставки упродож заданого часу; підтримка температури на рівні вставки до тих пір, поки вимірювана величина в одному з каналів не досягне заданого значення.

Для кожного кроку програми задаються вставки, параметри регулювання і умови переходу на наступний крок.

ТРМ151 може мати 12 програм по 10 кроків у кожній. Також можна створити програму з нескінченною кількістю циклів або «зчепити» декілька програм в одну, що дозволяє описати технологічний процес практично будь-якої складності.


	Регулятори ТРМ151 можуть працювати в двох режимах:

· двопозиційне регулювання (увімкнення/вимкнення вихідних пристроїв відповідно до заданої логіки);

· ПІД-регулювання, що дозволяє з високою точністю управляти складними об'єктами.

У приладі реалізована функція автоналаштування ПІД-регуляторів, яке позбавляє користувачів від трудомісткої операції ручного налаштування.


	У приладі залежно від замовлення можуть бути встановлені 2 вихідних елементи в будь-яких поєднаннях:

· реле з струмом контактів на 4 А при 220 В;

· транзисторні оптопари п-р-п-типу 400 мА 60 В;

· симісторні оптопари 50 мА 300 В;

· ЦАП «параметр-струм 4–20 мА»;

· ЦАП «параметр-напруга 0–10 В»;

· вихід 4...6 В 100 мА для управління твердотільним реле.

Використовуючи ТРМ151 замовленій конфігурації спільно із зовнішнім модулем виводу ОВЕН МВУ8, можна управляти двома трипозиційними механізмами. Решта реле МВУ8 при цьому може бути задіяні для видачі періодичних імпульсів або для аварійної сигналізації.

Прилад може також видавати результати вимірювань або обчислень на реєстратор під час установки ЦАП як вихідний елемент.


	ТРМ151 може контролювати:

· t знаходження регульованої величини в заданих межах (для цього служить блок «інспектор»);

· t працездатність датчиків (перевірка на обрив, замикання, вихід за допустимий діапазон тощо);

· працездатність вихідних елементів (LBA-аварія).

При цьому ТРМ151 аналізує критичність аварійної ситуації. Наприклад, на певному кроці програми технолога відбувся обрив датчика, який не задіяний на даному кроці. Прилад в цьому випадку, не зупиняючи виконання програми, сигналізує про несправність, дозволяючи її вчасно усунути без переривання технологічного циклу. Проте, якщо відбулася поломка потрібного в даний момент вимірника, то ТРМ151 зупиняє програму технолога і переводить об'єкт в режим АВАРІЯ. При цьому в режимі АВАРІЯ всі вихідні пристрої не вимикаються, а переходять на наперед задану аварійну потужність.

У технологічному процесі можуть бути задіяні пристрої, які не здійснюють регулювання, але вимагають періодичного включення на певному етапі. Це газо- або парогенератори, жалюзі систем вентиляції тощо. ТРМ151 дозволяє управляти такими пристроями, задаючи їм інтервали увімкнення і вимкнення на певному кроці програми.

У випадку, якщо вихідні елементи приладу зайняті, прилад може здійснювати управління такими механізмами, підключеними до зовнішнього вихідного модуля МВУ8, через мережевий інтерфейс RS-485.

У деяких випадках може виникнути необхідність регулювання на різних кроках програми різних вхідних величин з використанням одного і того ж виконавчого механізму. Наприклад, за допомогою одного ТЕНа на першому кроці можна регулювати температуру, а на другому – різниця температур. ТРМ151 замовленій конфігурації дозволяє реалізувати таку можливість. Для цього в приладі для кожної вхідної величини конфігурують свій регулятор (їх може бути до 8-ми), а потім на різних кроках програми до виходу приладу підключають різні регулятори.

У ТРМ151 встановлено модуль інтерфейсу RS-485, організовано за стандартним протоколом ОВЕН. Інтерфейс RS-485 дозволяє: конфігурувати прилад на ПК; передавати в мережу поточні значення виміряних величин, вихідної потужності регулятора, параметрів програми технолога, а також будь-яких програмованих параметрів; одержувати з мережі оперативні дані для генерації управляючих сигналів.

У мережу RS-485 можуть бути об'єднані декілька приладів і модулів введення/виводу. ТРМ151 може працювати «майстром мережі», управляючи роботою інших приладів.

Під час інтеграції ТРМ 151 в АСУ ТП як програмне забезпечення можна використовувати SCADA-систему Owen Process Manager або будь-яку іншу програму.

Оскільки прилад володіє широкими можливостями, його налаштування може перетворитися на досить складне завдання. Для полегшення конфігурації ТРМ151 ВО ОВЕН розроблено спеціальну програму для ПК.

Програма «Конфігуратор ТРМ 151» має три рівні доступу, захищені паролями, – для наладник системи, технолога і оператора. Для кожної стандартної модифікації в програмі представлено свій набір зручно згрупованих параметрів. Крім того, в конфігураторі передбачено можливість реєстрації ходу технологічного процесу.

Для кожної стандартної модифікації пропонується програма «Швидкий старт» з простим і зрозумілим інтерфейсом. Відповідаючи на пропоновані програмою питання, можна легко виробити перше налаштування приладу.

7.4.7. Автоматизація теплових насосів


	*Тепловий насос* – прилад, який переносить розсіяну теплову енергію в опалювальний контур. Принцип роботи теплового насоса заснований на оберненому циклі Карно.

Якщо розглядати принцип дії теплового насоса, то можна зробити висновок, що подібні апарати функціонують за аналогією зі звичайним холодильником. Лише умовний випарник занурюється в довкілля, а нагрів приміщення відбувається через умовний конденсатор.

Залежно від зовнішнього джерела тепла і від внутрішнього контуру пристрою, розрізняють 6 основних типів теплових насосів, проте найзатребуванішими вважаються системи ґрунт-вода і ґрунт-повітря. Це обумовлено тим, що на великій глибині в ґрунті упродовж всього року зберігається позитивна температура в межах від +6 до +12 градусів Цельсія. Відповідно таке джерело енергії здатне безперебійно поставляти калорії на різні об'єкти.


	Переваги використання теплових насосів:

· мобільність і автономність установки;

· можливість здійснення обігріву житла, гарячого водопостачання і кондиціонування;

· швидкий термін окупності пристрою – для невеликих будов він становить від 5 до 7 років:

· надійність, довговічність, простота використання, екологічність – немає продуктів згорання:

· економічність – за розходу 1 кВт електричної енергії за допомогою теплового насоса можна отримувати до 6 кВт теплової;

· безпека при обслуговуванні – немає розжарених елементів, максимальна температура елементів не піднімається вище 70^оС;

· можливість підключення до систем «Розумний будинок» дозволяє повністю автоматизувати процес обігріву: не потрібно оформляти документи, що підтверджують дозвіл на установку теплового насоса.

Рис. 7.4.29. Технологічна робота теплового насосу

Схематично роботу теплового насоса можна відобразити таким чином (рис. 7.4.29):

Стандартний тепловий насос складається з компресора, що перекачує холодоагент по замкнутому циклу, колекторів, занурених у довкілля, внутрішнього контуру з компенсаційним резервуаром для оптимальної роботи гарячого водопостачання. Безумовно, всі теплові насоси забезпечуються системами автоматики і захисту, а також мають спеціальні клапани для перемикання режимів їх роботи.

Робота теплового насоса

У закритому контурі відбувається почергове випаровування, стискання, конденсація (скраплення) і розширення робочої речовини – холодоагенту, закипаючого вже під час невисокої температури (рис. 7.4.29, 7.4.30).

1. Випарник – у випарнику знаходиться рідкий холодоагент низького тиску. Його температура нижче, ніж температура джерела тепла. Тому тепло від джерела тепла передається холодоагенту, що призводить до випаровування холодоагенту.

2. Компресор – газоподібний холодоагент стискується в компресорі до високого тиску і під час цього настільки сильно нагрівається, що температура холодоагенту після компресії стає вищою температури, необхідної для опалення та ГВП. Крім того, енергія приводу компресора теж перетворюється в тепло і «перетікає» до холодоагенту.

3. Конденсатор – дуже гарячий холодоагент високого тиску віддає в конденсаторі все своє тепло, тобто тепло, отримане від джерела тепла, а також тепло енергії приводу компресора в систему опалення (перепад теплових потенціалів). При цьому холодоагент сильно охолоджується і знову стає рідким.

4. Расширювальний клапан – потім холодоагент проходить через розширювальний клапан і знову повертається у випарник. У розширювальному клапані відбувається декомпресія до початкового тиску. Цикл завершився.

Режим роботи теплового насоса – однакова потреба в холоді і теплоті. Теплота, яка була забрана у охолоджувальної води в випарнику, підводиться до гарячої води в конденсаторі відповідно з компресора. Крім приводної енергії, в схемі теплонасосної установки не відбувається теплообміну з довкіллям і, відповідно, теплота не поступає від джерел і не віддається теплообмінниками (рис. 7.4.30).

image087-topaz-enhance

Рис 7.4.30. Енергетична схема роботи теплового насоса

Тепловий насос використовується повністю, конденсатор і випарник включені тільки в відповідний контур корисної циркуляції. Гаряча і холодна вода регулюється відповідно до заданих параметрів.

Описание: Описание: Описание: Описание: http://heatofground.com.ua/wp-content/uploads/2016/07/media-01.png

Рис. 7.4.31. Розміщення та загальний вигляд теплового насосу

Функції автоматизації теплових насосів


	Теплові насоси дозволяють утилізувати низькотемпературну енергію. До теплонасосної установки висуваються високі вимоги до автоматизації режимів їх роботи, при чому обладнання для автоматизації має виконувати наступні функції:

· автоматизацію і контроль внутрішніх процесів холодильної машини;

· незалежну роботу елементів установки і їх взаємне поєднання в єдину систему;

· регулювання потужності теплового насоса відповідно до зміни потрібної потужності в теплоспоживачів;

· автоматизацію системи циркуляції гарячої та холодної води;

· забезпечення підвищеної надійності установки, її відключення під час перевищення допустимих параметрів і безпечний режим експлуатації;

· автоматичне керування і контроль за встановленням і сигналізацію про параметри режиму.

Контрольно-вимірювальні прилади ТНУ управляють всіма процесами під час експлуатації установки, наприклад, регулюють заповнення випарника, контролюють тиск, регулюють рівень на боці високого тиску, запобігають перевантаженням двигуна, випарника від замерзання та ін.

Щоб забезпечити стійку і в той же час економічну експлуатацію установки, необхідно використовувати реле низького тиску, яке надійно б спрацьовувало за малого диференціалу і в тих випадках, коли параметри режиму роботи наближаються до граничних значень. Те саме можна сказати і до реле високого тиску. Для отримання високої температури води на виході установка експлуатується з таким тиском в конденсаторі, який має відповідати максимально допустимому робочому тиску.

Тому робочий тиск, тиск спрацьовування запобіжного реле і тиск спрацьовування запобіжного клапана несуттєво відрізняються один від одного.

Пристрої автоматизації та управління тепловим насосом

Для експлуатації теплонасосної установки в автоматичному і напівавтоматичному режимах необхідні спеціальні пристрої, які керують установкою. Вони впливають на взаємозв'язок окремих елементів установки в співвідношенні з різними умовами експлуатації і навантаження.


	До завдань такого управління відносяться:

· пуск і зупинка установки з запуском компресора і насоса на холостому ході і в безпечному режимі;

· увімкнення насоса для циркуляції гарячої та холодної води, циркуляції в лініях з джерелом теплоти;

· увімкнення холодильної установки, перш за все компресора;

· послідовне увімкнення окремих приводів під час можливих часових пікових навантажень, щоб зменшити пусковий струм і забезпечити захист приводу в період експлуатації, наприклад, послідовне увімкнення насосів гарячої та холодної води, компресора, а також захист, за якого компресор може працювати тільки під час протікання води через випарник і конденсатор;

· управління перемикаючими клапанами, коли тепловий насос на стороні випарника і конденсатора працює на кілька контурів циркуляції води. Завдання такого управління полягає в приведенні в дію перемикаючих клапанів, що забезпечують максимальне використання джерел теплоти за оптимального режиму роботи установки відповідно до умов експлуатації та навантаження;

· експлуатація установки в автоматичному режимі під час відсутності персоналу (вночі і в вихідні дні). Насос може працювати в автоматичному режимі без персоналу майже 72 години.

Пристрої контролю і сигналізації теплового насоса

Для здійснення контролю, сигналізації та виконання спеціальних керуючих функцій часто потрібні допоміжні пристрої: наприклад, потрібні прилади для контролю рівня масла в компресорі, рівня заповнення установки водою, попереджувальної сигналізації про ушкодження, автоматичного включення установки після перерви в електропостачанні, регулювання з корекцією залежно від дії довкілля.


	Контрольно-вимірювальні прилади потрібні також через необхідність контролювання і забезпечення безпеки установки:

· визначення та запис експлуатаційних параметрів, наприклад температури;

· сигналізація про умови експлуатації, наприклад про увімкнення насоса і компресора, положення клапанів;

· контроль параметрів установки і режиму роботи, а також сигналізація про перевищення граничних значень і пошкоджень;

· контроль режиму експлуатації в аварійній ситуації і проведення операцій для запобігання аварій і пошкоджень, наприклад: захист від високого тиску, запобігання замерзання, контроль пускового струму з відключенням компресора і насоса при підвищенні допустимого пускового струму, захист від перевантаження двигуна.


	Для даної системи автоматичного регулювання характерні наступні особливості:

- регульованими параметрами є температура гарячої і холодної води;

- регулюючі впливу в циркуляційному контурі гарячої води полягають у зміні тиску компресора і витрати гарячої води через конденсатор; обидва регулювальні впливи виконуються послідовно;

- так як зміна тиску компресора служить регулювальною дією в обох циркуляційних контурах, необхідно застосовувати систему регулювання, що перемикає ланцюг управління компресором на інший контур.

В іншому контурі регулювальним впливом є зміна витрати потоку, яка здійснюється відповідно до свого дроселювання.

Отже, застосування теплових насосів дозволяє одночасно виконувати два протилежно направлені процеси, перетворюючи теплову енергію нагрівання у одному контурі (на випарникові) на енергію охолодження у другому контурі (на конденсаторі). На відміну від традиційних технологій теплозабезпечення та охолоджування ККД під час використання теплонасосів підвищується у декілька разів за рахунок використання внутрішньої енергії процесів, а не надходження додаткової енергії від споживання енергоресурсів

7.4.8. Автоматизація установок для повторного використання тепла


	Установки для повторного використання тепла становлять найбільший потенціал для економії електроенергії та тепла з швидкою окупністю витрат. Розроблені установки, рекуператори тепла, які здійснюють нагрів вхідного холодного повітря вихідним теплим за рахунок теплообміну, в результаті знижуються витрати на тепло та електроенергію (рис. 7.4.32).

Якщо не використовувати рекуперацію, то теплова енергія піде в атмосферу, виходячи через систему охолодження і за рахунок випромінювання. Рекуперація теплової енергії може повернути значну частину цього тепла для повторного застосування, одночасно створюючи серйозну економію. Фактична економія залежить від вашої установки, вентиляційної мережі і використання відпрацьованого тепла.

Описание: Описание: Описание: Описание: Рекуператор повітря: пристрій і принцип роботи, різновиди та самостійне виготовлення

Рис. 7.4.32. Загальний вигляд рекуператора

Згадуючи про свіже повітря кожен з нас думає про прохолоду раннього ранку, але більше не турбує тих, хто встановив рекуператор, який дозволяє отримувати тепле свіже повітря з вулиці навіть взимку.

Рекуперативна енергозберігальна припливно-витяжна установка з функцією підігріву повітря для оптимальної децентралізованої вентиляції будь-яких приміщень ідеально підходить для організації простої та ефективної вентиляції в готових та реконструйованих приміщеннях.

Установка здійснює вентиляцію приміщень за допомогою полістирольного пластинчастого рекуператора протипотокового типу з ефективністю рекуперації 82–92%. Він має й нагрівач потужністю 350 Вт із захистом від перегріву та безшумним вентилятором з низьким енергоспоживанням (від 9 до 40 Вт), який може працювати в 3-х автоматичних режимах.

Очищення припливного та витяжного повітря здійснюється за допомогою двох вбудованих фільтрів із ступенем очищення G4. Фільтри забезпечують подачу свіжого повітря, очищеного від пилу, комах, а також відіграють роль захисту елементів установки від засмічування.

Двигуни вентиляторів обладнані вбудованим тепловим захистом від перегріву та кульковими підшипниками для збільшеного терміну експлуатації. Завдяки застосуванню ЕС-технологій установка відрізняється низьким енергоспоживанням та надійною роботою.

Під час роботи теплообмінника можливим є утворення конденсату, який збирається у спеціальному піддоні. Під час заповнення піддону конденсатом установка автоматично відключається, про що сигналізує світловий індикатор на панелі керування. Для продовження роботи установки необхідно злити конденсат з піддону та повторно увімкнути установку.

Принцип роботи. Холодне повітря, яке поступає з вулиці, проходить крізь фільтр і рекуператор та подається в приміщення за допомогою припливного відцентрового вентилятора (рис. 7.4.33). Тепле забруднене повітря з приміщення проходить крізь фільтр і рекуператор та викидається крізь вихідний отвір на вулицю за допомогою витяжного відцентрового вентилятора.

У рекуператорі відбувається обмін теплової енергії теплого забрудненого повітря, яке поступає з кімнати, і чистого холодного повітря, яке поступає з вулиці. Цей обмін призводить до зменшення втрат теплової енергії та економії витрат на обігрів приміщень у холодну пору року. Потоки припливного та витяжного повітря не змішуються, завдяки чому виключається передача одним потоком іншому забруднень, запахів та мікроорганізмів.

Рис. 7.4.33. Схема рекуператора повітря

У зимовий період рекуператор використовує тепло з повітря, яке видаляється, для нагріву припливного повітря, знижуючи таким чином навантаження на систему опалення. У літній період, навпаки, охолоджує припливне повітря більш холодним, витяжним повітрям. Таким чином, установка зменшує навантаження на системи опалення та кондиціювання, чим значно економить кошти.

Для підігріву повітря до кімнатної температури в установці застосовується напівпровідниковий позисторний нагрівач, який підтримує задану температуру та володіє низкою переваг, порівняно з традиційними трубчастими електронагрівачами: економічність, пожежобезпечність (не перегрівається), екологічність, саморегулювання, висока електрична міцність, висока питома потужність, низький рівень інфрачервоного випромінювання, простота і надійність експлуатації. ККД нагрівача підвищується зі збільшенням продуктивності повітряного потоку, який проходить крізь нього, і досягає 90–95%.

Припливно-витяжна установка комплектується вбудованою системою захисту від обмерзання. У процесі роботи рекуператора в холодну пору року відбувається передача тепла від теплого витяжного до холодного припливного повітря. При цьому в рекуператорі в процесі охолодження витяжного повітря може утворюватись конденсат, який збирається в спеціальному піддоні. За низьких температур зовнішнього повітря конденсат може замерзнути всередині рекуператора. Для уникнення цього процесу застосовується електронна система захисту. Під час зниження температури витяжного повітря після рекуператора нижче порогового значення, припливний вентилятор зупиняється. Тепле витяжне повітря прогріває рекуператор, і температура витяжного повітря на виході з нього підвищується. Після цього припливний вентилятор знову вмикається, і установка продовжує працювати у звичайному режимі.

Керування та режими роботи. Установка обладнана панеллю керування. У комплект поставки входить дистанційний пульт керування (рис. 7.4.34).


	Система автоматики підтримує три режими роботи:

У комплект поставки входить дистанційний пульт керування (рис. 7.4.34).

Система автоматики підтримує три режими роботи:

· 1 швидкість – робота установки з продуктивністю 60 м³/год та можливістю догрівання повітря.

· 2 швидкість – робота установки з продуктивністю 105 м³/год та можливістю догрівання повітря.

· 3 швидкість – робота установки з продуктивністю 150 м³/год та можливістю догрівання повітря.


	Також доступні наступні функції:

· додатковий підігрів припливного повітря;

· таймер увімкнення максимальної швидкості на 20–60 хв;

· налаштування швидкості вентиляторів;

· налаштування тижневого розкладу роботи установк;

· індикація необхідності заміни фільтрів та аварій.

Рис. 7.4.34. Панель пульта повітряного рекуператора

Система вентиляції із застосуванням припливно-витяжної рекуперативної установки забезпечує безперервний обмін повітря в приміщенні, взимку зберігаючи тепло, а влітку – прохолоду.

Значну користь рекуперація здатна приносити в промисловості, де витрати сировини і електроенергії вимірюються тоннами. Основна кількість води на підприємствах витрачається на охолодження обладнання та продуктів виробництва. Ця вода циркулює в системах, багаторазово нагріваючись і охолоджуючись у вентильованих градирнях, в результаті випаровування значна її кількість безповоротно втрачається. Ці втрати компенсуються подачею в систему свіжої води. Тобто, теплова енергія води бездумно і щедро пускається за вітром. Це дуже недалекоглядно, якщо врахувати, що саме витрати на енергію в більшості галузей промисловості наближаються до 80% від загального бюджету.

Рис. 7.4.35. Схема підігріву води за допомогою рекуператора

Розглянемо установку для рекуперації води (рис. 7.4.35), яку можна використовувати за температури використаної води приблизно 35–37^оС. Цю енергію тепла можна використовувати в рекуператорі системи водопостачання, що дозволяє відновити до 65% енергії зливних вод. Нині день така установка корисна в господарстві, даючи значну економію теплоти та електроенергії. Недарма існує думка, що все геніальне – просте. Як у будинку, так і на виробництві рекуперація води та повітря дозволяє досягти комфортних умов і уникнути зайвих витрат електроенергії. Поряд з використанням енергії Сонця ця технологія здатна забезпечити людині практично безбідне існування, а так само допомогти відновити екосистеми планети за рахунок мінімізації і поступової відмови від переробки вугілля і нафтопродуктів.

7.4.9. Автоматизація установок обігріву з використанням сонячної енергії

Останнім часом для опалення будинку та отримання гарячої води використовують декілька джерел тепла. Це допомагає знизити витрати. Газовий котел і сонячні колектори, з'єднані в одну опалювальну мережу – це вельми велика і складна система опалення. Тому дуже важливо, щоб така система була проста в обслуговуванні – для того, щоб люди, які не розбираються в опалювальних системах, могли в повному обсязі використовувати їх можливості, без необхідності займатися їх налаштуванням і обслуговуванням. У подібній ситуації не обійтися без автоматизації системи опалення.

За своєю суттю колектори дійсно схожі з сонячними батареями, оскільки вловлюють прямі сонячні промені. Винятком для інших є тонкоплівкові пластини, що видають струм від розсіяного світла. Що стосується колекторів, то для нагріву води спекотне сонячне випромінювання потрібно плоским моделям. Єдиний варіант, що активно поставляє в труби опалювальної системи гарячу воду всю зиму, навіть за щільної хмарності – вакуумні колектори. Саме вакуум зберігає дорогоцінне тепло.


	Сонячні колекторні батареї всесезонного типу будуть працювати навіть за –50 градусів і хмарний день, оскільки накопичувальний бак встановлений у будинку. Така система діє завдяки рідині-теплоносію, що рухається по трубах між спіралями, розташованими всередині бака і колектором. Усередині вакуумних трубок залита та ж рідина. Вода ж тільки в накопичувачі тепла, з нього вона по трубах надходить в опалювальні батареї будинку.

Отже, безумовно, вакуумний колектор є найкращим варіантом, однак які особливості його використання? Адже віддалені один від одного накопичувальний бак і сонячний колектор для обігріву будинку, встановлені на даху, мають досить значні комунікації. Оскільки легкозакипаюча рідина має подаватися в колектор під тиском, можна використовувати циркуляційний насос. Зрозуміло, будуть витрати електроенергії, однак можна встановити додатково і сонячні елементи для вироблення струму.

Рис. 7.4.36. Вакуумний сонячний колектор та теплоакумулятор з котлом

Випаровування спеціальної легкозакипаючої рідини починається в сердечниках вакуумних трубок, коли температура всередині досягає 30 градусів.


	Щоб робота системи не вимагала постійного контролю, поки працює опалення приватного заміського будинку сонячними батареями, в неї впроваджують блок управління, який за датчиками температури включає або відключає насос.

Самі датчики є не тільки в накопичувальному баку, а й на виході колектора. Що стосується обслуговування останнього, воно не відрізняється особливою складністю. Трубки з вакуумними порожнинами приєднані до поперечного приймача тепла за допомогою мідних гільз. У разі пошкодження такої трубки вона замінюється дуже легко.


	Типова комбінована система опалення приміщення складається з:

• газового котла (рис. 7.4.37), оснащеного триходовим клапаном, який може працювати із зовнішнім накопичувачем гарячої води та погодним регулятором. Ним можна керувати за допомогою пульта дистанційного керування;

• сонячного колектора (рис. 7.4.37) або кількох, що поєднуються в систему колекторів, теплоакумулятора ємністю 250–500 л (рис. 7.4.37), оснащеного змійовиками, насосного вузла і вузла безпеки, а також насоса для циркуляції теплоносія (гліколя) в системі.

Установки сонячного обігріву призначена для додаткового нагріву теплоносія в теплообміннику для використання її в якості обігріву приміщення та гарячого водопостачання.

Розглянемо технологічну схему сонячного обігріву приміщення з використанням сонячного колектора, теплоакумулятора з вбудованими теплообмінниками, циркуляційних насосів, та контролера з датчиками температури.

1,5,6,8,11 – датчик темпера-тури;

2 – теплообмінник колек-тора;

3 – насос колектора;

4 – сонячний колектор;

7 – теплообмінник системи ГВС;

9 – теплообмінник системи опалення;

10 – насос теплоакумуля-тора;

12 – насос опалення;

13 – теплообмінник додатко-вого опалення;

14 – теплоакумулятор

Рис. 7.4.37. Технологічна схема установки сонячного обігріву

з використанням сонячного коллектора

Вода в теплоакумуляторі 14 (рис. 7.4.37) нагрівається за рахунок сонячної енергії, що потрапляє на колектор 4. Вода в системі сонячного колектора циркулює за рахунок насоса 3. При відсутності достатньої кількості сонячної енергії воду в тепло акумуляторі нагрівають за допомогою автономної системи опалення 13. Нагрів води на потреби споживання здійснюється теплообмінником 7 в теплоакумуляторі. Опалення приміщення здійснюється гарячою водою, яка нагрівається теплообмінником 9 в теплоакумуляторі. Циркуляція води системи опалення здійснюється примусово за допомогою насоса 12. Вирівнювання температури води в теплоакумуляторі здійснюється насосом 10.

cinema-321

Принцип роботи сонячної системи

Джерело: https://www.youtube.com/watch?v=wywrD5HCLvg&t=8s

Принципову електричну схему обігрівної установки з використанням сонячної енергії зображено на рис. 7.4.38.

Для автоматизації системи сонячного обігріву використано контролер для управління сонячним колектором Д-РТ виробництва АОЗТ «ТЕРА».

Рис. 7.4.38. Принципова електрична схема обігрівної установки з використанням сонячної енергії

Схемою передбачено ручне і автоматичне керування, яке задається перемикачем SA.

У положенні «Р» здійснюється ручне керування двигуном насоса М3 за допомогою кнопок керування SА2 «Пуск» і SА1 «Стоп» та тумблером SА2.

В автоматичному режимі перемикач встановлюємо в положення «А» та подається напруга на програмований контролер А з датчиками температури ВК1–ВК5.

Програмований контролер здійснює автоматичну підтримку заданої температури за допомогою управління насосами в режимі «Зима/Літо», який встановлюється тумблером SА1; установка годинника реального часу; ручне управління циркуляційними насосами за допомогою тумблерів SА2 і SА3; роботу контролера по тижневому графіку; контроль перегріву бака-акумулятора датчиком ВК2; візуальна сигналізація аварійних ситуацій.

Температура води в колі сонячного колектора і теплоакумулятора контролюється датчиком температури ВК1. Під час нагріву води в колекторі до заданого значення контролер вмикає двигун циркуляційного насоса М1.

Датчики температури ВК3 та ВК4 контролюють температуру в теплоакумуляторі в верхній і нижній зоні. За великої різниці температур контролер вмикає циркуляційний насос М2.

Температура в системі опалення контролюється датчиком температури ВК5. Під час зміни температури від заданого значення контролер подає сигнал на магнітний пускач КМ, який керує електродвигуном насоса опалення М3.

Um8A