Отопление жилого дома. 2

      Министерство  образвания и науки  рф 

      сыктывкарский лесной институт (филиал)

      федерального  государственного образовательного учреждения

      высшего профессионального  образования

        «Санкт-Петербургский   государственный 

      лесотехнический университет   имени С. М. Кирова» 
 
 
 

      Кафедра автоматизации технических  процессов и производств 
 
 
 
 
 

      курсовой  проект 
 
 

По  дисциплине: Технические средства автоматизации

На  тему: Отопление жилого дома 

         

 
 
 
 
      
              Выполнила: Гурина Марта  Владимировна,                                студентка факультета очного обучения,

              Бюджетная / контрактная форма обучения,

              4 курс, 54Сгр.; 

              специальность А и У,

              № зач. книжки 080001

               
              Проверил:              		  
              Грицай А. И.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Сыктывкар  2011

Оглавление

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

  1. Объект автоматизации……………………………………………………4
    1. Необходимость автоматизации………………………………………4
    2. Принцип работы системы отопления………………………………..5
  2. Разработка функциональной схемы автоматизации процесса…………6

    2.1 Разработка  алгоритмов функционирования……………………….8

  1. Описательная часть………………………………………………………11
  2. Выбор технических средств…………………………………………….13
    1. Интеллектуальные реле Zelio Logic ……………………………….13
    2. Выбор датчиков………………………………………………………13
      1. Датчик уровня………………………………………………….14
      2. Датчики температуры…………………………………………14
      3. Датчик давления……………………………………………….16
    3. Выбор исполнительных механизмов………………………………17
      1. Электрические котлы………………………………………….17
      2. Насосы…………………………………………………………..18

Заключение………………………………………………………………………20

Библиографический список……………………………………………………21

Приложение 1…………………………………………………………………..22

Приложение 2……………………………………………………………………23

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

 

     Автоматизация – это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем.

     Автоматизация освобождает человека от необходимости  непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием. Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.

     Применение  системы автоматического программного регулирования отопления позволяет  осуществлять дальнейшее совершенствование  режима отопления, например, снижать  температуру воздуха в жилых  зданиях в ночное время или  снижать отпуск теплоты на отопление  промышленных и административных зданий в нерабочее время, что обеспечивает дополнительную экономию теплоты и создание комфортных условий.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    1. Объект  автоматизации

     Объектом  автоматизации является коттедж, дача или загородный дом, поблизости которого нет централизованной системы отопления. В этой работе будут показаны процессы автоматизации регулирования системы отопления.

 

     1.1 Необходимость автоматизации  объекта.

     При возведении частных домов, необходимо проектирование инженерных коммуникаций и систем. Одной из таких систем является отопление. Можно сказать, что все используемые на сегодняшний день схемы отопления индивидуальных жилых домов делятся на две большие группы: подключение централизованной системы и создание "с нуля" локальной схемы системы.

     Если  в окрестностях коттеджа или загородного  дома нет и не предвидится никакого водопровода и отопления, то на участке придется создавать автономную систему водоснабжения и отопления. Правда, для этого придется потратить определенную сумму, время и нервы. Причем именно наличие этих систем в доме делают проживание в нем более уютным и комфортным, чем с централизованной системой.

     Постоянно растущие цены на энергоносители диктуют  нам все большие требования к энергоэффективности систем отопления загородного дома. И это не случайно, ведь вся Европа уже давно привыкла к тому, что энергию надо экономить. И связано это не только с постепенным истощением природных ресурсов, но и с реальной экономией собственного семейного бюджета.

     Помимо  энергоэффективности, есть и еще один немаловажный аспект. Автоматическая система отопления значительно упрощает управление непосредственно самой системой отопления. Вам больше не придется настраивать котловую температуру, регулировать вентили на радиаторах и т.п. Вы сможете «подчинить» систему отопления под свои нужды без механических вмешательств.

    

1.2 Принцип работы  системы отопления.

    В системе отопления коттеджа будет  использоваться последовательная разводка трубопроводов:

Рис. 1 –  Схема системы отопления коттеджа.

    Лучевая разводка такой системы отопления  индивидуальных домов начинается непосредственно  в котельной. На выходе их котла, стоит  распределительный коллектор системы  отопления, через который распределяется тепловая энергия по контурам отопления. Далее теплоноситель проходящий через контуры отопления доставляется к поэтажному коллектору, через который тепловая энергия передается каждому отдельному нагревательному прибору. Такая система является наиболее эффективной, современной и лучшей системой отопления, т.к. возможна ее частичная регулировка и автоматизация. В данном случае также возможно объединение 3-го, 4-го, 5-го и 6-го приборов в один контур, для удешевления системы отопления.

 
 
    1. Разработка  функциональной схемы автоматизации  процесса

    Функциональная  схема объекта автоматизации  включает в себя две системы: водоснабжения  и отопления коттеджа.

Рис. 2 - Схема описания системы водоснабжения и отопления

    1 – скважинный насос;

    2 – напорный бак;

    3, 8, 9 – циркуляционный насос;

    4 – Электрический котел;

    5 – фильтр тонкой очистки;

    6 – распределительный коллектор;

    7 – узел подпитки системы отопления;

    10, 11 – радиатор;

    12 – фильтр грубой очистки;

    13 – ручной вентиль.

 
 
 
 

Рис. 3 - Функциональная схема автоматизации процесса отопления

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.1 Разработка алгоритмов  функционирования.

    В этой части главы рассматривается  алгоритмизация процессов регулирования  приведенных в функциональной схеме  автоматизации.

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 4 - Алгоритм определения перепада давления на фильтре

b1 – показание давления в трубопроводе до фильтра;

b2 – показание давления в трубопроводе после фильтра;

b3 – коэффициент потери давления воды при прохождении ею мембраны фильтра.

 

Рис. 5 - Алгоритм зависимости работы электрического котла и циркуляционных насосов от комнатной температуры

с1 –  комнатная температура;

с2 –  заданная температура;

с3 –  коэффициент колебания заданной температуры.

 

Рис. 6 - Алгоритм подачи воды в систему отопления

d1 – показание давления в системе отопления;

t1 – время открытия клапана;

t2 – const ( максимально доступное время открытия клапана по истечению которого срабатывает сигнализация о протечке в системе отопления);

min – минимальное давление в системе при котором включается подача воды в систему;

max – максимальное давление в системе при котором выключается подача воды в систему.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
    1. Описательная  часть

    Трубопровод отводящийся после фильтра предназначен для подачи воды на нужды системы  отопления. Подача воды осуществляется через узел подпитки регулируемый по показанию давления (PiCSA-8), снимаемого в распределительном коллекторе.  Если давление в системе упадет ниже min значения, то клапан в узле подачи открывается на прием воды в систему; если  превысит max допустимое значение, то клапан закроется. Так как потеря воды в системе отопления очень мала, то время открытия клапана не велико. Если же время открытия клапана превысит заданное значение времени, то это значит в системе наблюдается протечка, и это включает сигнализацию и блокировку клапана.

    Из  распределительного коллектора вода через  циркуляционный насос, используемый для  поддержания оптимального напора воды в системе 1,5 бара, подается в электрический  котел. В котле вода нагревается  до установленной температуры и  подается в распределительный коллектор, откуда горячая вода распределяется (тип распределения звезда) по трубопроводам. Работа котла регулируется с помощью  показания датчиков уличной (TiC-3) и комнатной (TiC-1) температуры.

    Чтобы поддерживать оптимальную температуру  в доме, необязательно чтобы котел  и циркуляционные насосы работали постоянно. Если задать комнатному термометру нужную нам в помещении температуру  и ее колебание, то котел и насосы будут включаться тогда, когда комнатная  температура упадет ниже заданного  min значения. Если же заданное значение превысит max, то котел и насосы отключатся. Это регулирование по комнатной температуре (TiC-1) значительно энерго- и технико-сберегающее.

    Регулирование котла по показанию уличного термометра (TiC-3) осуществляется тогда, когда уличная температура достаточно высока и мы не нуждаемся в работе котла. Если же уличная температура упадет ниже заданного значения, то котел снова начнет работать.

     Автоматический  контроль температуры осуществляется через снятие показания температуры: поступающее (Ti-4) и отводящей (Ti-5) из котла воды.

    После нагрева, вода проходя через распределительный  коллектор поступает на обогрев  заданного помещения, этажа и  т.д. В этой части отопительной системы  также используются циркуляционные насосы поддерживающие оптимальный  напор воды. После этого горячая  вода поступает в устройство отопления (радиатор), где отдает свое тепло, а  после выхода из него снова поступает  в распределительный коллектор, откуда уже подается в котел на нагрев. Но бывает, что в этой части  системы может случиться протечка, и чтобы этого не было используется сигнализирующий регулятор показания  давления (PiCSA-6, PiCSA-7). При падении давления остывшей воды на входе в распределительный коллектор, регулятор (расположенного на входе горячей воды из распределительного коллектора) блокирует подачу в эту часть системы отопления и подает сигнал о протечке.

    Слив  воды из системы отопления в канализацию  осуществляется с помощью ручного  вентиля.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    1. Выбор технических  средств

4.1 Интеллектуальные  реле Zelio Logic

    Реле  Zelio Logic разработано для применения в простых системах автоматизации с числом входов/входов от 10 до 40 точек.

    Микроконтроллеры Schneider Electric Zelio Logic имеют различные исполнения:

  • SR2: компактные модели с фиксированным количеством входов/входов от 10 до 20; модели со встроенным дисплеем либо без него, модели с часами реального времени либо без них;
  • SR3: модульные модели с возможностью подключения опционных блоков расширения, сетевых блоков и поддержкой двух языков программирования: FBD (язык функциональных блок-схем) или LADDER (язык лестничных диаграмм).

    Реле  Zelio Logic имеет клавиши и большой яркий дисплей, с помощью которых можно программировать и оперативно вносить изменения в программу. Настройка и программирование Интеллектуального реле Zelio Logic может осуществляться через ПК посредством программного обеспечения Zelio Soft 2 и кабеля связи с ПК.

    Так же модуль Zelio Logic можно связать с ПК на расстоянии до 10 метров при помощи ПО Zelio Soft 2 и беспроводной технологии Bluetooth, тем самым обеспечивается доступ к оборудованию, находящемуся даже в самом неудобном расположении.

 

4.2 Датчики

    Для автоматизации систем управления отоплением применяются датчики (уровня и температуры), позволяющие нам разработать системы более экономически выгодные и эффективно удобные в использовании. Эти датчики работают на  аналоговом сигнале.

 
 

4.2.1 Датчики уровня

    Датчик  уровня воды QMV101 определяет уровень  воды, измеряя давление воды над  датчиком в резервуарах, озерах, реках  и в открытом море. Пьезорезистивный чувствительный элемент защищен  мембраной из нержавеющей стали. QMV101 поставляется с 25-метровым кабелем, держателем кабеля, распределительной коробкой с уравновешиванием давления и разъемом.

Технические данные  
Диапазон измерений: 0 до 1 бар (0 до 10 м),

Рабочая точность: 0.5 % от F.S.

Сигнал выхода: 4-20 мА, 2-провода

Время ответа: 10 секунд макс.

Рабочая температура: 0…+50°С

Температура хранения: -20…+80°С

Корпус: нержавеющая сталь, IP68

Кабель: защищенный компаундом кабель с трубкой  компенсации давления и стойкой  оболочкой из поливинилхлорида .

 

4.2.2 Датчики температуры

Датчик уличной температуры.

    Он  передает информацию о наружной температуре  в блок управления котлом. В результате чего, котел производит нагрев теплоносителя  до расчетной температуры, тем самым экономя топливо и делая температуру в обогреваемых помещениях более комфортной без дополнительных настроек.

KHG_714062111

 

 

Комнатные датчики.

    Комнатные датчики для внутренних систем отопления  выполняют очень важную функцию  контроля температуры помещения. Термостат, встроенный в датчик передает информацию о необходимой комнатной температуре в управляющий контроллер, который в свою очередь с помощью трех-четырехходовых смесителей регулирует температуру теплоносителя, тем самым добиваясь значения заданной температуры в системе отопления помещений.

    Когда у нас установлен электрический котел, то температуру в помещении, которое он отапливает, мы регулируем путем увеличения или уменьшения температуры теплоносителя (воды) в нашей системе отопления. Включение и выключение котла происходит уже в зависимости от того, достигла ли вода в системе отопления заданной на котле температуры. При понижении или повышении температуры за пределами помещения, нам опять необходимо регулировать температуру отопления на нашем котле вручную. И эти манипуляции необходимо проделывать весь отопительный сезон, когда температура в отапливаемом помещении становится либо слишком прохладной, либо слишком жаркой.

     В таком режиме работы происходят очень  частые пуски котла на небольшой  период времени. Как правило – один раз в 5-10 минут. То есть котел постоянно работает в режиме включения-выключения.

    При этом циркуляционный насос котла  работает постоянно, не в зависимости от работы котла.

     Комнатный термостат – прибор, который  регулирует работу электрического котла в зависимости от температуры воздуха в помещении.

    Вы  задаете на термостате необходимую  Вам температуру в помещении, – например + 23°С. При понижении  температуры воздуха на 0,25-1°С (порог  срабатывания зависимости от моделей  термостата), термостат дает команду  котлу на включение – котел  начинает работать на отопление.

    Как только температура воздуха в  помещении достигает + 23,25°С - + 24°С термостат  отключает котел.

    Воздух  в помещении остывает намного  медленнее, чем вода в системе  отопления, и частота включений  котла сокращается в десятки  раз, что не может не сказаться  на увеличении срока эксплуатации прибора.

    Котлы не управляемые термостатом, бесполезно расходуют до 25-30% энергии, так как  повышение комнатной температуры, свыше требуемой, даже на 1°С, кроме ощутимого дискомфорта, приводит к значительному перерасходу топлива котлом.

    4.2.3 Датчик давления

     Интеллектуальный  датчик абсолютного / избыточного давления HMP331

     HART-протокол 

     КЛАСС ЗАЩИТЫ IP 65-68

     Диапазон  измерений: От 0...40 мбар до 0...600 бар (от 0...4 кпа до 0...60 мпа)

     Диапазон  рабочих температур:

      Окружающей  среды   -25 ... 85оС

     Измеряемой  среды  -25 ... 125оС

     Основная  погрешность 0,1% FSO

     Внесен  в госреестр под номером 23574-02

    4.3 Выбор исполнительных  механизмов.

4.3.1 Электрические котлы

    Электрические котлы – это современные отопительные котлы, использующие в качестве топлива электроэнергию.

    Основными элементами электрического котла являются: теплообменник, блок управления и блок регулирования. Теплообменник представляет собой бак с укрепленными в  нем электронагревателями (тэнами). Электрические котлы оснащаются тэнами из меди или нержавеющей стали, что обеспечивает более высокий  коэффициент полезного действия. Чаще всего это настенные электрические  котлы.

Электрический котел Buderus Dakon Daline PTE 18

Производитель: Buderus (Германия)

    Технические характеристики:

    Мощность: 17,82 кВт

    Высота: 695 мм

    Ширина: 550 мм

    Глубина: 270 мм

    Напряжение: 220/380 В

    Вес: 37 кг

    КПД: 99,1 %

    Мощность  ТЭНа: 6+6+6 кВт

    Мощность  выключателей: 6; 12; 12; 18 кВт

    Макс. температура воды: 90°С

    Расширительный  бак давления: 7 л

    Предохранительный клапан 1/2": 2,5 бар

    Датчик  давления воды: 0,6-0,8 бар

    Мин. сечение подводящих кабелей: 5(4)х6 мм2

4.3.2 Насосы

    Если  нет централизованного водоснабжения  – необходимо делать автономное. Поэтому  современные загородные дома немыслимы  без насосов для водоснабжения, полива, откачивания бытовых стоков и загрязненной воды и т.д. Для  решения всех этих задач существует множество разновидностей насосов  с различными техническими характеристиками. Самое главное - правильно подобрать  насос для своих целей. В своей  работе мы рассматриваем только два  вида необходимых нам насосов: скважинный насос и циркуляционный насос.

     Скважинный  насос SQ 3- 65

SQ 3-65 представляет  собой компактный скважинный  насос малого диаметра с высокой  износостойкостью и встроенной  защитой. Функция плавного пуска  устраняет повреждения от воздействия  гидроударов, а обратный клапан  препятствует образованию обратного  потока. Оптимальная конструкция  из нержавеющей стали и антикоррозийных  материалов в сочетании с низкими  производственными затратами обеспечивают  высокий КПД насоса и электродвигателя.

   
   
   
Диаметр мм 74.00
Вес, кг 5.05
   
Максимальный  напор, м 90.00

 
  
Присоединение Rp 1 1/4
Размер, мм 758.00
Рекомендуемый подъём, м 70.10
Рекомендуемый расход, м3/ч 3.00
Ток, А 6.60
Диаметр, мм 74.00
   

      Циркуляционный  насос GRUNDFOS UPS 25-40


      
Технические характеристики

* максимальное  рабочее давление – 10 бар

* температура  перекачиваемой жидкости – 2 - 110 0С

* температура  окружающей среды – должна  быть ниже температуры рабочей  жидкости  
* напряжение питания – 1~230В 50Гц

* класс  защиты – IP44

* класс  изоляции – F * допускается режим  непрерывной эксплуатации

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

 

     В курсовом проекте был предложен проект автоматизации системы отопления коттеджа.

     Было приведено краткое описание оборудования и работы объекта.

     В проекте разработана функциональная схема автоматизации системы  отопления.

     Был произведен подбор необходимого оборудования с обоснованием использования приведенных  устройств.

     Разработана примерная программа автоматизации  процесса на основе микроконтроллера Zelio Logic и приложена экранная форма.

         Также в курсовом проекте были рассмотрены вопросы целесообразности автоматизации объекта приведенным образом.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Библиографический список

  1. Бондарев, Л. Д. Автоматизация домохозяйств в России [Текст] / Л. Д. Бондарев. – М., 2007. - 252 с.
  2. Легостаев, Д.П. Автоматизация систем отопления и уюта. [Текст] / Д.П. Легостаев. – М., 2006. – 360 с.
 
  1. Интернет [Электронный ресурс] // Отопление  дома : [web-сайт]. – Режим доступа: http://mirkys.ru/
  2. Интернет [Электронный ресурс] // Teplo Gra – лучшее климатическое оборудование: [web-сайт]. – Режим доступа: http://www.teplograd.ru
 
 
 
 
 
 

Отопление жилого дома. 2 📙 Курсовая → 🆔 170295

Отопление жилого дома. 2 📙 Курсовая → 🆔 170295

Отопление жилого дома. 2