Двухконтурный регулятор теплоснабжения
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 9
1.1 Функциональные схемы систем отопления 9
1.2 Структурные схемы регулирования 13
1.3 Описание динамических звеньев 15
2 ИДЕНТИФИКАЦИЯ РЕГУЛЯТОРА 26
2.1 Описание лабораторного стенда 26
2.2 Моделирование работы систем отопления 29
3 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЛЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 48
3.1 Техническое описание регулятора ECL Comfort 200 48
3.2 Датчики 52
3.3 Трехходовой клапан 55
3.4 Электропривод трехходового клапана 57
4 ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 59
4.1 Описание котельной 59
4.2 Регулирование по температуре подаваемого теплоносителя 62
4.3 Регулирование по температуре возвращаемого теплоносителя 63
4.4 Регулирование по температуре подаваемого и возвращаемого
теплоносителя 65
4.5 Экспериментальное исследования регулятора температуры
возвращаемого теплоносителя 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
ВВЕДЕНИЕ 6
1 СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 9
1.1 Функциональные схемы систем отопления 9
1.2 Структурные схемы регулирования 13
1.3 Описание динамических звеньев 15
2 ИДЕНТИФИКАЦИЯ РЕГУЛЯТОРА 26
2.1 Описание лабораторного стенда 26
2.2 Моделирование работы систем отопления 29
3 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЛЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 48
3.1 Техническое описание регулятора ECL Comfort 200 48
3.2 Датчики 52
3.3 Трехходовой клапан 55
3.4 Электропривод трехходового клапана 57
4 ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 59
4.1 Описание котельной 59
4.2 Регулирование по температуре подаваемого теплоносителя 62
4.3 Регулирование по температуре возвращаемого теплоносителя 63
4.4 Регулирование по температуре подаваемого и возвращаемого
теплоносителя 65
4.5 Экспериментальное исследования регулятора температуры
возвращаемого теплоносителя 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
Системы теплоснабжения являются крупнейшим потребителем топливноэнергетических ресурсов. Внедрение современных технологий в процессы теплоснабжения связаны с повышением эффективности работы действующего оборудования, снижению затрат на энергетику и сбережению ресурсов.
Основные задачи энергосбережения состоят в обеспечении эффективности всех процессов, связанных с производством, передачей и потреблением энергоносителей. Системы теплоснабжения должны работать на высоком качественном уровне. Такие требования могут обеспечить только автоматизированные системы теплоснабжения.
Централизованные системы теплоснабжения имеют ряд недостатков. Существенный недостаток централизованных систем теплоснабжения - высокие теплопотери, обусловленные протяженностью тепловых сетей, когда горячая вода проходит от ТЭЦ до потребителя путь в 25-30 км. Также в системах централизованного теплоснабжения наблюдается недогрев и перегрев потребителей тепловой энергии. Заложенные когда-то простейшие системы регулирования отпуска тепловой энергии не позволяют качественно управлять режимами теплоснабжения для потребителей. Очень сложно осуществлять регулирование какого-либо конкретного объекта, например, жилого дома, т.к. теплоноситель с ТЭЦ идет для всех одной температуры.
В настоящее время наряду с системами централизованного теплоснабжения довольно широкое распространение получили децентрализованные системы.
Децентрализованные системы отопления - это такие системы, в которых источник тепла и теплоприемник практически совмещены, т.е. тепловая сеть малопротяженная.
Постепенное увеличение доли децентрализованного теплоснабжения, максимальная приближения источника тепла к потребителю, учёт потребителем всех видов энергоресурсов позволят не только создать
потребителю более комфортные условия, но и обеспечить реальную экономию газового топлива.
Использование децентрализации позволяет лучше адаптировать систему теплоснабжения к условиям потребления теплоты конкретного, обслуживаемого ей объекта, а отсутствие внешних распределительных сетей практически исключает непроизводственные потери теплоты при транспортировке теплоносителя.
Однако внедрение таких систем имеет ряд технологических сложностей связанных с настройкой и эксплуатацией специализированного оборудования.
Современные системы управления являются сложными,
многофункциональными установками способными производить регулировку параметров с учетом различных не связанных между собой условий. Их эффективность заключается в способности наиболее полно и точно учитывать все отклонения в работе установки и устранять эти отклонения, обеспечивая работу в заданном режиме и с заданной точностью.
Внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами в практику теплоснабжения позволяет резко повысить технический уровень эксплуатации этих систем и обеспечить значительную экономию топлива. Кроме экономии топлива, автоматизация рассматриваемых систем позволяет улучшить качество отопления зданий, повысить уровень теплового комфорта. В большинстве случаев настройка параметров регулятора производится согласно приложенным инструкциям, не дающим абсолютно никакого представления о том, как влияет каждый конкретный параметр на характер процессов в системе. Допустим, если в инструкциях, присутствуют термины «пропорционально - интегральный» или «дифференциальный», это не значит, что регуляторы работают, как привычные ПИ, ПИД - регуляторы. Заводские настройки регуляторов не обеспечивают эффективной работы. Применение рекомендаций по их настройке приводит к колебаниям температуры теплоносителя, что значительно повышает расход энергоресурсов.
В данном дипломном проекте производится исследование электронного регулятора температуры фирмы DANFOSS ECL Comfort 200. Диапазон настроек позволяет задавать нужную температуру и учитывать такие факторы как температуру окружающей среды, температуру в отапливаемом помещении, температуру подаваемого теплоносителя. Все это позволяет создать систему управления с обратной связью без непосредственного участия человека, но под его контролем.
Задачей данного дипломного проекта является улучшение и оптимизация работы регулятора и снижение энергетических затрат, а также организация стандартными средствами регулятора ECL Comfort 200, возможность учесть все тепловые процессы происходящих в отапливаемых помещениях, таких как, дополнительные источники тепла (солнечная радиация, работа бытовой, организационной техники), а так же потерь тепла связанных с плохой теплоизоляцией помещений, утечек тепла различного характера.
Инструкциями регулятора ECL Comfort 200 не предусматривается, какая либо корректировка температурного режима при увеличении тепла получаемого из этих дополнительных источников. Часто возможны ситуации, когда температура наружного воздуха, в месте установки датчика, не меняется, а большая часть здания нагревается прямыми солнечными лучами. По оценке специалистов учет таких источников тепла может дать экономию до 10%, однако для этого требуется установка специальных датчиков и применение специальных регуляторов. Между тем интегральной оценкой дополнительных источников тепла могла бы быть температура возвращаемого теплоносителя (измерение которой не представляет сложностей). Однако в инструкциях на регулятор ECL Comfort 200 создание такого контура не описывается. В связи с этим задача данного проекта - оценить возможность создания системы регулирования температуры возвращаемого теплоносителя.
Основные задачи энергосбережения состоят в обеспечении эффективности всех процессов, связанных с производством, передачей и потреблением энергоносителей. Системы теплоснабжения должны работать на высоком качественном уровне. Такие требования могут обеспечить только автоматизированные системы теплоснабжения.
Централизованные системы теплоснабжения имеют ряд недостатков. Существенный недостаток централизованных систем теплоснабжения - высокие теплопотери, обусловленные протяженностью тепловых сетей, когда горячая вода проходит от ТЭЦ до потребителя путь в 25-30 км. Также в системах централизованного теплоснабжения наблюдается недогрев и перегрев потребителей тепловой энергии. Заложенные когда-то простейшие системы регулирования отпуска тепловой энергии не позволяют качественно управлять режимами теплоснабжения для потребителей. Очень сложно осуществлять регулирование какого-либо конкретного объекта, например, жилого дома, т.к. теплоноситель с ТЭЦ идет для всех одной температуры.
В настоящее время наряду с системами централизованного теплоснабжения довольно широкое распространение получили децентрализованные системы.
Децентрализованные системы отопления - это такие системы, в которых источник тепла и теплоприемник практически совмещены, т.е. тепловая сеть малопротяженная.
Постепенное увеличение доли децентрализованного теплоснабжения, максимальная приближения источника тепла к потребителю, учёт потребителем всех видов энергоресурсов позволят не только создать
потребителю более комфортные условия, но и обеспечить реальную экономию газового топлива.
Использование децентрализации позволяет лучше адаптировать систему теплоснабжения к условиям потребления теплоты конкретного, обслуживаемого ей объекта, а отсутствие внешних распределительных сетей практически исключает непроизводственные потери теплоты при транспортировке теплоносителя.
Однако внедрение таких систем имеет ряд технологических сложностей связанных с настройкой и эксплуатацией специализированного оборудования.
Современные системы управления являются сложными,
многофункциональными установками способными производить регулировку параметров с учетом различных не связанных между собой условий. Их эффективность заключается в способности наиболее полно и точно учитывать все отклонения в работе установки и устранять эти отклонения, обеспечивая работу в заданном режиме и с заданной точностью.
Внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами в практику теплоснабжения позволяет резко повысить технический уровень эксплуатации этих систем и обеспечить значительную экономию топлива. Кроме экономии топлива, автоматизация рассматриваемых систем позволяет улучшить качество отопления зданий, повысить уровень теплового комфорта. В большинстве случаев настройка параметров регулятора производится согласно приложенным инструкциям, не дающим абсолютно никакого представления о том, как влияет каждый конкретный параметр на характер процессов в системе. Допустим, если в инструкциях, присутствуют термины «пропорционально - интегральный» или «дифференциальный», это не значит, что регуляторы работают, как привычные ПИ, ПИД - регуляторы. Заводские настройки регуляторов не обеспечивают эффективной работы. Применение рекомендаций по их настройке приводит к колебаниям температуры теплоносителя, что значительно повышает расход энергоресурсов.
В данном дипломном проекте производится исследование электронного регулятора температуры фирмы DANFOSS ECL Comfort 200. Диапазон настроек позволяет задавать нужную температуру и учитывать такие факторы как температуру окружающей среды, температуру в отапливаемом помещении, температуру подаваемого теплоносителя. Все это позволяет создать систему управления с обратной связью без непосредственного участия человека, но под его контролем.
Задачей данного дипломного проекта является улучшение и оптимизация работы регулятора и снижение энергетических затрат, а также организация стандартными средствами регулятора ECL Comfort 200, возможность учесть все тепловые процессы происходящих в отапливаемых помещениях, таких как, дополнительные источники тепла (солнечная радиация, работа бытовой, организационной техники), а так же потерь тепла связанных с плохой теплоизоляцией помещений, утечек тепла различного характера.
Инструкциями регулятора ECL Comfort 200 не предусматривается, какая либо корректировка температурного режима при увеличении тепла получаемого из этих дополнительных источников. Часто возможны ситуации, когда температура наружного воздуха, в месте установки датчика, не меняется, а большая часть здания нагревается прямыми солнечными лучами. По оценке специалистов учет таких источников тепла может дать экономию до 10%, однако для этого требуется установка специальных датчиков и применение специальных регуляторов. Между тем интегральной оценкой дополнительных источников тепла могла бы быть температура возвращаемого теплоносителя (измерение которой не представляет сложностей). Однако в инструкциях на регулятор ECL Comfort 200 создание такого контура не описывается. В связи с этим задача данного проекта - оценить возможность создания системы регулирования температуры возвращаемого теплоносителя.
Основные результаты, полученные в ходе выполнения работы:
1 - Рассмотрены способы формирования автоколебаний температуры теплоносителя с требуемыми параметрами, основанные на методе гармонического баланса. Условия существования автоколебаний связывает между собой частотные характеристики всех динамических звеньев и коэффициент линеаризации нелинейного элемента (условия гармонического баланса).
На частоте автоколебаний эквивалентная фазовая характеристика должна иметь фазовый сдвиг минус 180 градусов. Фазовый сдвиг определяется суммарным сдвигом таких звеньев, как трубопровод (звено чистого запаздывания), отапливаемое здание (инерционность первого или второго порядка), фильтрующее звено в регулятора. Положительный фазовый сдвиг обеспечивает дифференциальный канал регулятора. Релейный элемент (электропривод клапана) имеет малую инерционность (несколько миллисекунд) поэтому считаем, что он не дает фазовый сдвиг.
По условиям гармонического баланса на частоте автоколебаний эквивалентный коэффициент усиления всех звеньев системы должен быть равен единицы (чтобы данная частота была частотой среза). Это условие связывает между собой эквивалентный коэффициент усиления линейных динамических звеньев - регулятора, трубопровода, отапливаемого здания и коэффициент линеаризации привода клапана.
2 - После перехода к двухконтурному варианту, в котором контур подаваемого теплоносителя имеет высокое быстродействие и малую амплитуду колебаний, а контур возвращаемого теплоносителя замыкается через штатную схему сравнения (параметр «влияние возвращаемого теплоносителя») амплитуда колебаний уменьшилась до 4 - 6 градусов. После изменения параметра «влияние возвращаемого теплоносителя» на значение «-4» амплитуда колебаний стала меньше одного градуса и стала незаметной.
Поскольку при значении параметра «влияние возвращаемого теплоносителя» равного «-4» коэффициент влияния увеличился, данное положение было не совсем понятно. Однако, после того как было установлено, что устройство сравнения кроме коэффициента влияния имеет и свойства фильтра, причем при значении параметра «влияние возвращаемого теплоносителя» равного «-4» вдвое быстрого чем при значении параметра «влияние возвращаемого теплоносителя» равного «-2» все стало понятно, а именно эквивалентная фазовая характеристика динамических звеньев с узлом сравнения при значении параметра «влияние возвращаемого теплоносителя» равного «-2» наступает при меньших частотах, приводят к автоколебаниям с большей амплитудой, а при значении параметра «влияние возвращаемого теплоносителя» равного «-4» фазовый сдвиг минус 180 градусов наступает при большей частоте и соответственно меньшей амплитуде колебаний.
Следует отметить, что в инструкциях на регулятор ECL Comfort 200 указывается, что контроль температуры обратного теплоносителя необходим только для выполнения технологических требований в системе теплоснабжения и не предназначен для оптимизации потребления энергоресурсов. О наличии в этом звене фильтра с переменной постоянной времени, также не упоминается.
3 - Таким образом, исследования показали, что регулятор ECL Comfort 200 может обеспечить регулирование температуры подаваемого и возвращаемого теплоносителя с минимальной колебательностью, т.е. с высокой эффективностью.
Эффективность проведенных исследований будет определена со временем.
1 - Рассмотрены способы формирования автоколебаний температуры теплоносителя с требуемыми параметрами, основанные на методе гармонического баланса. Условия существования автоколебаний связывает между собой частотные характеристики всех динамических звеньев и коэффициент линеаризации нелинейного элемента (условия гармонического баланса).
На частоте автоколебаний эквивалентная фазовая характеристика должна иметь фазовый сдвиг минус 180 градусов. Фазовый сдвиг определяется суммарным сдвигом таких звеньев, как трубопровод (звено чистого запаздывания), отапливаемое здание (инерционность первого или второго порядка), фильтрующее звено в регулятора. Положительный фазовый сдвиг обеспечивает дифференциальный канал регулятора. Релейный элемент (электропривод клапана) имеет малую инерционность (несколько миллисекунд) поэтому считаем, что он не дает фазовый сдвиг.
По условиям гармонического баланса на частоте автоколебаний эквивалентный коэффициент усиления всех звеньев системы должен быть равен единицы (чтобы данная частота была частотой среза). Это условие связывает между собой эквивалентный коэффициент усиления линейных динамических звеньев - регулятора, трубопровода, отапливаемого здания и коэффициент линеаризации привода клапана.
2 - После перехода к двухконтурному варианту, в котором контур подаваемого теплоносителя имеет высокое быстродействие и малую амплитуду колебаний, а контур возвращаемого теплоносителя замыкается через штатную схему сравнения (параметр «влияние возвращаемого теплоносителя») амплитуда колебаний уменьшилась до 4 - 6 градусов. После изменения параметра «влияние возвращаемого теплоносителя» на значение «-4» амплитуда колебаний стала меньше одного градуса и стала незаметной.
Поскольку при значении параметра «влияние возвращаемого теплоносителя» равного «-4» коэффициент влияния увеличился, данное положение было не совсем понятно. Однако, после того как было установлено, что устройство сравнения кроме коэффициента влияния имеет и свойства фильтра, причем при значении параметра «влияние возвращаемого теплоносителя» равного «-4» вдвое быстрого чем при значении параметра «влияние возвращаемого теплоносителя» равного «-2» все стало понятно, а именно эквивалентная фазовая характеристика динамических звеньев с узлом сравнения при значении параметра «влияние возвращаемого теплоносителя» равного «-2» наступает при меньших частотах, приводят к автоколебаниям с большей амплитудой, а при значении параметра «влияние возвращаемого теплоносителя» равного «-4» фазовый сдвиг минус 180 градусов наступает при большей частоте и соответственно меньшей амплитуде колебаний.
Следует отметить, что в инструкциях на регулятор ECL Comfort 200 указывается, что контроль температуры обратного теплоносителя необходим только для выполнения технологических требований в системе теплоснабжения и не предназначен для оптимизации потребления энергоресурсов. О наличии в этом звене фильтра с переменной постоянной времени, также не упоминается.
3 - Таким образом, исследования показали, что регулятор ECL Comfort 200 может обеспечить регулирование температуры подаваемого и возвращаемого теплоносителя с минимальной колебательностью, т.е. с высокой эффективностью.
Эффективность проведенных исследований будет определена со временем.
Подобные работы
- РАЗРАБОТКА ПОФАСАДНОГО РЕГУЛИРОВАНИЕ
ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ЗДАНИИ УЧЕБНОГО КОРПУСА
Дипломные работы, ВКР, электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 4750 р. Год сдачи: 2017 - ТЕПЛО- И ГАЗОСНАБЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ БАЗЫ ТРАМВАЙНОГО ДЕПО Г. ТОМСКА
Дипломные работы, ВКР, теплоэнергетика и теплотехника. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016 - Управление ресурсосбережением в жилищной сфере (на примере г. Красноярска)
Магистерская диссертация, технология строительных процессов. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2017