Автоматизированные системы управления водонагревательных котлов, отопления

Министерство  образования и культуры республики Дагестан

Московский  Государственный Открытый Университет 
 
 
 
 
 
 
 
 

На тему:

«Автоматизированные системы управления водонагревательных котлов, отопления» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент 4 курса      

Факультета ПМиИ

Мажаров В.

Проверил: ______________ 
 
 
 
 
 
 

Махачкала 2010

Содержание

Содержание……………………………………………………………………………2

Введение……………………………………………………………………………….3

Проектирование систем отопления…………………………………………………..5

Выбор оборудования отопления……………………………………………………...9

Автоматизированная  система управления ………………………………………....11

Список используемой литературы…………………………………………………..16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

    Системы отопления и подачи горячей воды – неотъемлемая часть любого дома. Свои водонагревательные системы есть как в многоквартирных домах, так и в частных, при этом котельные могут автономными и находится в каждом доме, а могут быть и общими для всего жилого комплекса. Небольшие дома и коттеджи оснащают автономными системами отопления и подачи горячей воды, их проектирование и использующееся оборудование имеют свои особенности, поэтому организацию этой важной системы лучше поручить специалистам, которые грамотно спроектируют и установят нагревательную систему.

    В автономных отопительных системах применяются автоматизированные котельные установки. Температура воды в них поддерживается на уровне 115°С, давление – до 1,0 МПа. Разумеется, котлы и все оборудование должно быть сертифицировано.

    Современные системы отопления автоматически поддерживают заданную температуру в помещении. Специальные датчики фиксируют температуру на открытом воздухе и внутри помещения. Внешний (наружный) датчик устанавливают на северной стороне дома в 2,5 м над землей. Автоматика увеличивает или уменьшает интенсивность нагрева теплоносителя в соответствии с показаниями температурных датчиков. Температура воды в системе отопления обычно не превышает 65°С.

    Особого внимания требует размещение нагревательных устройств и элементов системы отопления и нагрева воды. Тепловые агрегаты устанавливаются:

• На кухне, если мощность котла не превышает 60 кВт, даже при наличии газовой плиты или газового нагревателя.
• В отдельном помещении, включая цокольное или подвальное, если мощность котлов системы отопления и нагрева воды не превышает 150 кВт.
• В отдельном помещении на цокольном или первом этаже.
• В отдельном пристроенном к дому помещении, если мощность котлов системы отопления и нагрева воды не превышает 500 кВт.

      Дополнительные требования предъявляются к кухонному помещения, если на кухне установлены одновременно котельная установка мощностью до 60 кВт, газовая плита и проточный водонагреватель. В этом случае:

• Высота потолка должна быть не меньше 2,5 м.
• Минимальный объем помещения – 15 куб. м, плюс дополнительный объем из расчета 0,2 куб. м на каждый кВт мощности котельной установки.
• Кухня оборудуется вентиляцией, обеспечивающей трехкратный воздухообмен в течение часа, приток воздуха в объеме вытяжки, дополнительный объем воздуха на горение топлива.
• На кухне должна быть форточка и проем сечением не менее 0,025 кв. м в нижней части двери.

    Если суммарная мощность котлов системы отопления и нагрева воды не превышает 150 кВт, то помещение должно отвечать следующим требованиям:

Высота потолка  должна быть не меньше 2,5 м.

Минимальный объем помещения – 15 куб. м.

Огнестойкость ограждающих стен помещения –  не менее 0,75 часа.

Естественное  освещение: 0,03 кв. м остекления на 1 куб. м помещения.

Наличие эффективной  вентиляции.

    Размещение котельных установок в подвале, на цокольном или первом этаже дома выход должен быть сделан наружу. Может быть сделан и дополнительный выход внутрь дома, но в этом случае устанавливается противопожарная дверь.

   Дымоход и вытяжка могут находиться как внутри здания, так и вне его. Часто дымоход и вытяжку пристраивают снаружи здания непосредственно к стене.

     Для подачи газа в котельные установки используется газопровод с давлением, не превышающим 3 кПа. Входной газопровод оборудуется устройством, автоматически перекрывающим подачу газа в случае возникновения аварийной ситуации.

     При проектировании нагревательной системы в первую очередь решается вопрос о типе котельной установки и использующемся виде энергии. Электрические котлы устанавливают в домах площадью не более 100 кв. м, чаще всего – в коттеджах. Электрокотлы могут использоваться и как запасной источник тепла в случае поломки основного котельного устройства. Электрические котлы отличаются малым весом, компактностью, бесшумностью, простым обслуживанием и отсутствием продуктов горения. Главный недостаток таких котлов – высокое потребление электроэнергии и проблемы с подключением к сети. Помимо этого, электрические котлы требуют постоянного контроля, так как при отключении электричества вода в системе отопления может замерзнуть. Самые известные производители электрических котлов - Eleсtrolux (Швеция), Dakon (Чехия), Sliebel Eltron (Германия), Eleco и Protherm (Словакия).

     Подавляющее большинство частных домов оснащается напольными котлами, работающими на газе или жидком топливе. Автоматизированная система управления освобождает пользователя от постоянного контроля. В числе других преимуществ таких котельных установок – высокий КПД и невысокие расходы на эксплуатацию. Наиболее мощными и совершенными являются трехконтурные системы, которые могут обеспечивать теплом, помимо всего прочего, бассейн или подогревающиеся полы. Для установки котла на газовом топливе необходимо получить соответствующее разрешение, для установке котла на жидком топливе оформление таких документов не требуется. Для жидкотопливных котлов необходимо предусматривать специальные защищенные емкости, в которых хранится запас топлива. Наибольшей популярностью на рынке котельного оборудования пользуются жидкотопливные и газовые котлы Ariston (Италия), Bosch (Германия), Dakon (Чехия), Wester (Великобритания).

    Твердотопливные котлы привлекают в первую очередь низкой стоимостью топлива. Самые совершенные котлы, работающие на твердом топливе, могут функционировать автоматически и предоставляют возможность регулировать интенсивность нагрева теплоносителя. Твердотопливные котлы бывают дровяные и универсальные, последние позволяют использовать практически любое твердое топливо. Производят такие котлы компании Dakon (Чехия), Japsy Typla (Финляндия) и др.

    Универсальные котлы могут работать на любом топливе – газе, солярке или мазуте, дровах, угле. В некоторых универсальных котлах предусмотрена и электрическая система нагрева. Универсальные котлы производят многие компании, в том числе СТС (Швеция) и Japsy Typla (Финляндия).

    Выбор трубопроводов зависит от характеристик системы, в которой они применяются (давление, тип и температура теплоносителя) и финансовых возможностей приобретателя. Трубы могут быть:

- полимерные (полипроплен, сшитый полиэтилен);

- металлополимерные  (металлопластик);

- медные;

- из нержавеющей  стали;

- из черной  стали в полимерной оболочке. 
 

Проектирование  систем отопления

    Для монтажа современных систем отопления закрытого типа используются трубы малых диаметров. Монтаж ведется в стенах и полах, что позволяет выгодно использовать объем помещения для воплощения любой дизайнерской мысли. Для прогрессивных систем отопления характерно наличие автоматики, позволяющей управлять системой самостоятельно или с минимальным участием человека.  
    Отопление дома, даже не очень крупного, например 150 м2, это инженерная система, включающая в себя котельный пункт, систему разводки трубопроводов и тепловые приборы. Чтобы система функционировала в соответствии с современными требованиями, то есть комфортно, экономично и надежно, очень важен комплекс инженерных расчетов.  
   Расчет тепловых потерь дома (должен быть выполнен на каждое помещение в отдельности, с учетом количества окон, дверей, внешних стен).  
     Необходимые данные для расчета теплопотерь:

• толщина стен и перекрытий, а так же материал, использованный при их возведении;
• пирог крыши;
• тип фундамента и материал, использованный при его возведении;
• тип остекления (обычные окна или стеклопакеты), если стеклопакеты, то имеет значение двойные или тройные;
• количество и толщина стяжек пола.

    Без индивидуального расчета, подбор осуществляется по укрупненным вычислениям, в зависимости от объема помещения. Но ведь очевидно, что у комнат с одинаковым объемом могут быть разные показатели по теплопотерям, если одна является угловым, а другая смежным или внутренним помещением, расположенном в южной или северной части дома, и т.д. У радиаторов подобранных по такому принципу цена возрастает эквивалентно запасу по мощности. Запас по мощности увеличивает общий объем системы отопления, размер мембранного бака, параметры циркуляционного насоса и потребление электричества. Эксплуатация системы отопления с повышенной теплоотдачей приведет к перегреву дома и искусственному увеличению теплопотерь, а как следствие перерасходу тепла, топлива и материальным затратам.

    Здания современной конструкции, как правило, хорошо утеплены и имеют удельные теплопотери в диапазоне от 50 до 100 Вт/м2 (при высоте потолков до 3 м). Упрощенно мощность котла определяется следующим образом:

МОЩНОСТЬ  КОТЛА (Вт) = ОТАПЛИВАЕМАЯ ПЛОЩАДЬ (м2) х 100 (Вт/м2)

+тепловая  МОЩНОСТЬ ТЕПЛООБМЕННИКА  бассейна (Вт, если  есть)

+тепловая  МОЩНОСТЬ ВЕНТИЛЯЦИОННОГО  калорифера (Вт, если  есть). 
    Гидравлический расчет определяет сопротивление планируемой системы отопления, диаметры трубопроводов, мощность насоса для циркуляции теплоносителя в системе. Данные расчета позволят запланировать дополнительные устройства, обеспечивающие равномерное распределение тепла между потребителями, таким образом, чтобы иметь возможность полностью использовать их рабочие характеристики.  
    Правильное распределение нагрузок на трубопроводы гарантирует:

• доставку необходимого количества тепла к каждому потребителю, стабилизацию давления в системе, отсутствие гидроударов при закрытии термоклапанов у радиаторов;
• стабильное функционирование системы отопления и как результат экономия ресурса работы котла и расхода топлива.

    Ошибки в расчете гидравлики приводят к увеличению количества устройств для наладки системы отопления (балансировочные клапаны, устройства гидроконтроля). В коммерческом предложении, во избежание ошибки в сторону дефицита мощности системы, завышаются диаметры трубопроводов разводки 1-го этажа или характеристики циркуляционного насоса. При грамотном подходе к проектированию, можно оптимизировать систему отопления по конструктивности и затратам. Не стоит забывать, что окупаемость системы зависит от экономичной эксплуатации. Расчет, выполненный с дефицитом мощности, может привести к переборке котельной или системы отопления в целом. Зачастую о дефиците мощности потребитель узнает только в процессе эксплуатации. При законченной отделке и расстановке мебели в доме, убытки от переделок будут весьма существенными. В фирмах, с профессиональным подходом специалисты, в короткие сроки осуществляют проектирование, по разумной цене. 
    Нужно обладать информацией о системах отопления, которые Вы собираетесь использовать. Рассмотрим различия на примере котельных пунктов.   

    Современные котельные, монтируются на базе одноконтурных отопительных котлов с пассивным водонагревателем накопительного типа.  
    Выбор пассивного водонагревателя обусловлен следующими факторами:

• для него не нужен отдельный дымовой канал и газоход (при небольшом помещении котельной, сложно выдержать требования газовых служб, к обеспечению достаточного воздухообмена для работы двух потребителей газа);
• если подвод газа в перспективе и временно котел будет работать на дизельном топливе, а мощности электрического водонагревателя не хватает для быстрой подготовки достаточного количества горячей воды;
• мощность теплообменника пассивного водонагревателя составляет от 15 до 42 кВт и более, (газового 7 кВт);

простота  технического обслуживания (у пассивного водонагревателя нет камеры сгорания, поэтому он требует только санации емкости нагрева воды).

    Котельные пункты должны монтироваться так, чтобы все составляющие: котел отопительный, водонагреватель, насосные группы, группы безопасности и распределители теплоносителя были ремонтопригодны (т.е. могли перекрываться и демонтироваться для ремонта или замены).  
    Автоматика котельных бывает стандартной, погодозависимой и адаптивной.  
   Стандартная автоматика - режим работы выставляется вручную, регулировкой котлового термостата (изменение температуры теплоносителя в подающей линии).  
    Возможная модернизация - установка импульсного термостата с датчиком температуры помещения. Пользователь устанавливает на термостате комфортную для себя температуру, вручную или программируя, в зависимости от типа термостата, например + 20 град С. Если температура в помещении отклоняется от заданного значения, термостат сообщает котлу о необходимости перехода на более или менее интенсивный режим работы. Программируемый термостат, способен переводить котел в дежурный режим работы, для поддержания температуры + 7-10 град. С и обратно в комфортный. При пуско-наладке котла отопительного специалист фирмы осуществляющей запуск, обязан проконсультировать пользователя и запрограммировать устройство по его желанию. Недостаток - при значительных перепадах температур наружного воздуха, учитывая инерционность системы отопления (реакция системы в целом на команду термостата может затягиваться до 3-х часов). Дефицит тепла может ощущаться при интенсивном водоразборе в вечерние или утренние часы, котел отключает отопление по приоритету ГВС. При резком повышении температуры воздуха за окном, разогнавшийся котел будет медленно остывать, а в помещениях, будет избыток тепла. Инерционность системы зависит от размеров дома и использования чугунных радиаторов и котлов с чугунными теплообменниками. Этот материал медленно нагревается и остывает.  
    Самые современные материалы и технологии, позволяют лишь сократить инерцию. При стандартной автоматике ее минимизирует использование котлов со стальным теплообменником. Основным недостатком их является не большой срок службы до 5 лет, конденсат, образующийся на стенках топки в результате критичной разницы температур подающей и обратной линии котла, способствует ее быстрому прогоранию. Исключение составляют котлы, имеющие внутри кожуха котла механизм подмеса в обратную линию. Российский потребитель, все же предпочитает более привычный и надежный чугун.  
    Погодозависимая автоматика - работа котла зависит от данных внешней среды. АСУ, снабженная датчиком наружного воздуха. Реагируя на капризы погоды, система отопления становиться более экономичной, колебания температуры воздуха внутри дома оснащенного такой системой почти не заметны, а возможность управлять тремя контурами (отопление, ГВС, теплый пол), делает ее еще более интересной для потребителя. Недостаток - при сбое показаний наружного датчика, автоматика теряет ориентацию, поэтому вершиной современных разработок является адаптивная система управления - интеллект котла, получающий информацию от датчиков:

• наружного воздуха;
• температуры помещения;
• контроля отходящих газов;
• котловой воды;
• температуры водонагревателя.

Выбор оборудования отопления

    Настенный  и напольный котел.

    Настенный котел целесообразно приобретать в случае:

а) наличия  природного газа

б) отапливаемой площади от 80 до 350 м2 (при хорошем  утеплении)    

В случаях  меньшей отапливаемой площади (до 80 м2) целесообразно использовать для  отопления электрические конвекторы (например, Nobo-Норвегия) и накопительные электрические либо газовые водонагреватели – это существенно дешевле на этапе первичных затрат (оборудование, материалы и монтаж). В этом случае необходимо наличие подведенной электрической мощности приблизительно в размере потребной тепловой мощности плюс электрическая мощность на бытовые приборы и освещение.    

Окупаемость водяной системы отопления с  газовым котлом с учетом первичных  и эксплуатационных затрат (сервисное  обслуживание), а также роста цен  на природный газ – процесс  очень и очень длительный.    

Во всех остальных  случаях, как правило, используются напольные котлы.    

Преимущества  настенных котлов перед напольными:

 а) компактность: в настенном котле встроены насос, расширительный бак на отопление и ГВС (если котел со встроенным бойлером), перепускной клапан, предохранительный клапан, система контроля тяги отработанных газов, реле минимального давления природного газа (в некоторых моделях), реле минимального давления теплоносителя (в некоторых моделях) и простейшая автоматика

 б) значительно меньшая стоимость "настенной" котельной (оборудование, материалы и работы), ввиду массовости производства настенных котлов, их компактности, и, соответственно, простоты и удобства монтажа

 в) возможность размещения настенного котла в любом помещении (например, на кухне), нет необходимости предусматривать котельную, а для некоторых моделей настенных котлов не нужен достаточно дорогостоящий дымоход из нержавеющей стали.     

Настенные котлы, как и напольные, имеют возможность  подключения погодозависимой автоматики и оснащения нескольких контуров со смесителем (например, водяного теплого пола).     

Настенные котлы разделяются  на:

- газовые (в дальнейшем речь пойдет о них) и электрические: по виду используемого топлива. Диапазон рабочего давления природного газа составляет от 13 (для некоторых, адаптированных к российским реалиям, котлов) до 20 мбар (большинство котлов)

- одноконтурные: для приготовления горячей воды на бытовые цели необходимо дополнительно приобрести накопительный водонагреватель (или, попросту, бойлер) от 70 до 200 л. Чем больше объем бойлера, тем комфортнее горячее водоснабжение. Бойлеры бывают как напольного (свыше 120 л), так и настенного исполнения (от 70 до 120 л)

- двухконтурные: для приготовления горячей воды на бытовые цели используется встроенный проточный теплообменник или встроенный бойлер небольшого (50-60 л) объема. Производительности котла со встроенным проточным теплообменником по горячей воде хватит только на использование только одной точкой водоразбора. Это значит, что в случае одновременного включения сразу двух и более точек разбора горячей воды, каждый пользователь получит в лучшем случае едва теплую воду.

- с естественной тягой отработанных газов: для отвода дымовых газов требуется дымоход (внутренний, не утепленный или утепленный, проложенный в существующей дымовой шахте либо наружний, утепленный – см.раздел "Прайс-листы")

- с принудительным дымоудалением (исполнение "турбо"): для отвода дымовых газов не требуется классический дымоход. Встроенный вентилятор обеспечивает приток воздуха на горение и отвод продуктов сгорания. Для таких котлов используется недорогой комплект специального концентрического дымохода (труба в трубе), который достаточно вывести наружу через стену, на которой висит котел. Отказ от классического дымохода позволяет существенно снизить общие затраты.

- конденсационные: суперэкономичные газовые котлы мощностью от 24 до 80 кВт, использующие скрытую теплоту конденсации дымовых газов – за такими котлами недалекое будущее. В настоящее время конденсационные котлы в несколько раз дороже обычных котлов.    

 Бытовые напольные котлы разделяются на:

- газовые (атмосферные): котлы с так называемой атмосферной горелкой – используются только на природном газе, работают очень тихо, имеют простую и надежную конструкция горелки. Диапазон рабочего давления природного газа составляет от 13 (для некоторых, адаптированных к российским реалиям, котлов) до 20 мбар (большинство котлов).

- наддувные: используются в сочетании с вентиляторной (наддувной) как дизельной, так и газовой горелкой. Наддувные горелки более шумные и конструктивно более сложные. Как правило, приобретаются в том случае, если на момент ввода котла в эксплуатацию не подведен природный газ.

- чугунные или стальные: по материалу теплообменника котла. Предпочтительнее выбирать чугунные котлы, т.к. чугуные котлы не так боятся конденсатной коррозии, возникающей на поверхности теплообменника при понижении температуры обратной магистрали либо котловой воды.

- твердотопливные и электрические: соответственно используемому виду топлива. Твердотопливные котлы могут работать на каменном угле, коксе, дровах, деревянной стружке. Тепловая мощность электрического котла приблизительно равна количеству подведенной электрической мощности.     

Как правило, напольный котел используется в сочетании с дополнительно приобретаемым напольным или настенным бойлером, хотя имеются модификации со встроенным бойлером незначительного объема.     

Как уже отмечалось, стоимость напольной котельной (оборудование, материалы и монтаж) существенно (в несколько раз) выше "настенной" котельной.

 Котельное  оборудование, радиаторы и материалы  обвязки по качеству исполнения  и, соответственно, цене условно  можно разделить на следующие  классы, приведенные в порядке  возрастания стоимости.

      При составлении данной таблицы учитывались многие факторы, такие как надежность, срок службы и гарантийный период, торговая, техническая и сервисная поддержка, широта ассортимента и складское наличие, удобство в монтаже и эксплуатации, возможности и удобство автоматики, конструктивные и технологические особенности, дизайн и визуальное впечатление, статусность и известность брендов.  
 
 

Некоторых производителей котельного оборудования сложно четко определить к какому-либо классу. Например, котельное оборудование DeDietrich занимает некое промежуточное положение между классами Стандарт и Премиум.     

Различие  в стоимости оборудования и материалов с одинаковыми характеристиками, но различных смежных классов, составляет около 25%. Эта весьма приблизительная оценка поможет Вам сориентироваться по приемлемой для Вас суммарной стоимости оборудования и материалов.

Автоматизированная  система управления

     Включает  в себя:

     Состав шкафа общекотельной автоматики ШКА-01-С-О-К:

Выполняет функции: 
• Управления насосами теплосети и котлов. 
• Управления насосами ГВС. 
• Управления насосами подпитки теплосети. 
• Управления уровнем воды в баке запаса воды. 
• Регулирования температуры воды в сети отопления, в зависимости от температуры наружного воздуха. 
• Регулирования температуры в сети ГВС. 
• Каскадного управления котлами. 
• Контроля работы котлов и котельной. 
• Управления температурой в помещении котельной. 
• Управления клапаном подачи газа в котельную. 
• Сигнализации о загазованности по СО и СН4. 
• Мониторинга охранной и пожарной сигнализации.

     Система диспетчеризации ШКА-01-СДК-ТЛФ

Выполняет функции: 
• Считывания сообщений и аварий с контроллеров шкафа ШКА-01-С-О-К. 
• Архивация информации, полученной с контроллеров. 
• Отображения полученной информации на дисплее. 
• Отображения названия аварий в текстовом виде на дисплее. 
• Передачи кода аварии в ПЭВМ диспетчера по каналу связи. 
• Передачи информации о работе котельной в ПЭВМ диспетчера (по запросу диспетчера). 

   Системы автоматики современных котлов выполняют разнообразные функции:

1. Автоматическое  регулирование:

• Давление пара в барабане паровых котлов или температуры горячей воды для водогрейных;
• расхода воздуха на горение (соотношение газ:воздух);
• разрежение в топке;
• температура перегрева пара;
• уровня воды в барабане (для паровых котлов).