Проведение мероприятий по ремонту, модернизации и автоматизации различных систем индивидуальных тепловых пунктов (ИТП), центральных тепловых пунктов (ЦТП) и котельных по современным технологиям преследуют, по сути, одну глобальную цель – оптимизировать энергозатратность теплопотребления и теплоснабжения на объектах, таким образом повысив рентабельность производства.

Современные системы отопления, ГВС и вентиляции требуют работы на высоком качественном уровне, то есть количество теплоты, подаваемого в каждое помещение зданий потребителей для поддержания комфортного температурного режима, должно определяться текущей потребностью в соответствии с пожеланиями потребителя. Эти требования могут обеспечить только автоматизированные системы управления и контроля.

Автоматизация систем теплоснабжения включает регулирование (в частности, стабилизацию) параметров, управление работой оборудования и агрегатов (дистанционное, местное), защиту и блокировку их, контроль и измерение параметров, учет расхода отпускаемых и потребляемых ресурсов, телемеханизацию управления контроля и измерения.

Средства автоматизации котельных, тепловых сетей, ИТП, ЦТП, БТП (тепловая автоматика)

Система автоматического регулирования теплопотребления не только сокращает расходы на оплату потреблённой тепловой энергии порядка на 25 – 35 % (в осенне-летний период на 50 – 60 %), но и одновременно повышает качество теплоснабжения за счёт того, что позволяет:

  – устранить перерасход тепловой энергии, особенно в осенне-летний период ;

  – обеспечить комфортный микроклимат внутри объектов теплопотребления;

  – поддерживать оптимальную температуру теплоносителя в системе ГВС;

  – самостоятельно выбрать оптимальный режим теплоносителя в системах отопления и вентиляции (регулирование потребления тепловой энергии при измерении температуры наружного воздуха, снижение температуры в производственных и административно-бытовых зданиях в нерабочие дни и ночные часы).

ТЕПЛОВАЯ АВТОМАТИКА

Тепловая автоматика выполняет множество функций, позволяющих свести потери потребляемой энергии к минимуму. Например, тепловая автоматика:

— управляет температурой отопления в зависимости от температуры наружного воздуха с учетом тепловой инерции здания;

— управляет температурой в здании в зависимости от задаваемого расписания работ. Предусматривается суточное плановое снижение температуры в нерабочее время и выходные дни. Только снижение температуры теплоносителя на 1 градус в ночное время равносильно 5% экономии тепла за отопительный период;

— осуществляется контроль за температурой в обратном трубопроводе, осуществляет принудительную нормированную утилизацию тепловой энергии;

— поддерживает заданную температуру горячего водоснабжения (при необходимости). Регулятор может управлять как быстродействующими смесительными клапанами, так и бойлерами-накопителями. Позволяет ввести функцию предпочтения отопления перед горячим водоснабжением (ГВС) и наоборот;

— управляет насосами отопления в зависимости от наружной температуры.

Кроме того, в летний период периодически (на короткое время) включает насосы для предотвращения прикипания подшипников и уплотнителей, а также для предотвращения коррозии системы отопления. По заданному расписанию тепловая автоматика включает попеременно основной и резервный насосы для равномерной амортизации.

Оборудование тепловой автоматики подразделяется на несколько групп:

РЕГУЛЯТОРЫ температуры отопления

- электронные РЕГУЛЯТОРЫ температуры (КОНТРОЛЛЕРЫ)

- ТЕРМОСТАТЫ (комнатные термостаты, погружные термостаты для ГВС и др.)

-  ПОГОДНЫЕ контроллеры и температурные датчики к ним;

 - РЕЛЕ температуры электроконтактные (термостаты)

 - РЕГУЛИРУЮЩИЕ КЛАПАНЫ

РЕГУЛЯТОРЫ давления

- ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ давления (предназначены для преобразования избыточного давления и разрежения (вакуума) в аналоговый сигнал постоянного тока)           

 - РЕЛЕ давления и перепада давлений электроконтактные (прессостаты)

 - ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ частоты;

КОЛЛЕКТОРЫ (гидроколекторы) (простые и секционные)

ПРИВОДЫ

 - СЕРВОПРИВОДЫ (сервомоторы), ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ

- смесительные клапаны (двухходовые, трехходовые, четырехходовые, пятиходовые),

- термоэлектрические приводы, принадлежности к ним

- система балансировки и терморегуляция (балансировочные клапаны)

ТЕРМОРЕГУЛЯТОРЫ (регуляторы температуры отопления)

Регуляторы температуры отопления (терморегуляторы) обеспечивают работу системы отопления в автоматическом режиме, предназначены для создания и контроля комфортной температуры и экономии электроэнергии. Регуляторы температуры плавно регулируют и распределяют тепло по отопительным зонам с помощью приводов, сервомоторов и смесительных клапанов.

Терморегуляторы различаются:

 - по типу исполнительного механизма: МЕХАНИЧЕСКИЕ (электромеханические) регуляторы, использующие принцип работы биметаллической пластины и  цифровые (ЭЛЕКТРОННЫЕ терморегуляторы), характеризующиеся повышенной точностью регулирования

 - по типу термодатчика: терморегуляторы с встроенными датчиками, регуляторы с выносными датчиками

 - по назначению: контроллеры для антиобледенительных систем, регуляторы теплого пола, термостаты для котлов, терморегуляторы фанкойлов и другие

 - по месту установки и степени защиты : термостаты комнатные, термостаты для установки вне помещений, регуляторы для помещений с повышенной влажностью и других условий

Также регуляторы температуры различаются по диапазону регулируемой температуры и допустимой погрешности срабатывания, количеству термодатчиков и можеству других характеристик.

Как правило, достаточно установить один терморегулятор на помещение. В отдельных случаях, когда решается задача разбивки большого помещения на отдельные зоны с различной температурой (например, общая температура в цехе составляет 10-120 С, а в зоне рабочего места 16-180 С) для каждой зоны используется отдельный терморегулятор. Терморегулятор нужно устанавливать так, чтобы он не находился под прямым действием солнечных лучей, самого потолочного обогревателя и иных источников тепла. Также при установке терморегулятора должно быть обеспечено свободное движение воздушного потока, при отсутствии  сквозняков, которые могут исказить показания прибора. Рекомендуемая высота установки терморегулятора - 1,5 м.

В простом случае, если требуется обогреть небольшое количество независимых по температурному режиму помещений (или зон в одном помещении), с задачей управления обогревателями надежно справляются настенные терморегуляторы.

Для помещения с большим числом зон и разными температурными режимами целесообразно использовать регулятор температуры на базе программируемого под конкретный режим работы контроллера.

Электронные регуляторы предназначены для оснащения систем отопления, горячего водоснабжения и вентиляции. Регуляторы, установленные в системах отопления, способствуют поддержанию комфортной температуры воздуха в помещениях независимо от погодных условий. Они обеспечивают синхронную работу котла, насосов и бойлера горячей воды и управляют подачей тепла в помещения. В системах горячего водоснабжения (ГВС) это оборудование позволяет поддерживать постоянной установленную температуру горячей воды, в системах вентиляции – температуру воздушной среды. Автоматизация управления работой тепловых пунктов позволяет не только поддерживать комфортные параметры воздуха, но приводит к существенной экономии энергоресурсов, повышению безопасности и устойчивости функционирования систем отопления, горячего водоснабжения и вентиляции.

В зависимости от вида основного сигнала, различают три способа регулирования работы отопительной системы: по температуре теплоносителя, воздуха в помещении и погодозависимое – по температуре наружного воздуха.

В первом случае термостат включает и выключает котел или управляет подачей теплоносителя в зависимости от показаний погружного или накладного датчика температуры. При этом регулирование режима отопительного контура происходит без учета реальной температуры в помещении. Отсюда – высокая инертность и неэкономичность таких систем, низкий уровень комфортности. Второй способ реализуют термостаты, управляющие работой отопления по показаниям датчика температуры, установленного в помещении. Системы, в которых применяются такие регуляторы, более экономичны и комфортабельны, поскольку оперативно реагируют на изменение комнатной температуры. Регулирование работы отопления по температуре наружного воздуха – наиболее прогрессивный способ. Реализующие его устройства повышают или понижают температуру (или/и) расход теплоносителя в зависимости от изменения температуры на улице. Управление происходит на основании показателей датчиков, установленных снаружи здания. Плюсом отопительных систем с погодозависимыми регуляторами является то, что меры по поддержанию температуры в помещении принимаются еще до того, как она изменится вследствие перемены погоды, а следовательно, может быть существенно снижен расход топлива и электроэнергии. Наличие погодозависимого регулирования не исключает одновременного применения двух других способов регулирования.

Регулирующие клапаны с электрическими приводами чаще всего применяются для регулирования температуры в системах отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования. Они относятся к регулирующей арматуре, предназначенной для управления параметрами рабочей среды на определенном участке технологической системы или трубопровода, и состоят из двух функционально связанных частей:

 - регулирующего органа - клапана (или заслонки), непосредственно воздействующих на поток проходящей рабочей среды путем изменения их пропускной способности;

 - исполнительного (управляющего) механизма, предназначенного для создания управляющего воздействия на регулирующий орган. В качестве исполнительных механизмов могут быть использованы электрические, пневматические или гидравлические приводы.

Балансировочные клапаны - это трубопроводная арматура переменного гидравлического сопротивления, предназначенная для обеспечения расчетного потокораспределения по элементам трубопроводной сети, либо стабилизации в них циркуляционных давлений или температур. Они поддерживают расчетный гидравлический режим на всех участках системы независимо от режима работы отдельных отопительных приборов. Установка в системе отопления балансировочных клапанов обеспечивает оптимальный режим работы радиаторных терморегуляторов. При наличии балансировочных клапанов можно изменять конфигурацию системы без гидравлической увязки старой и новой её частей. Балансировочные клапаны устанавливают на стояках и горизонтальных ветвях, в системах напольного и поквартирного отопления, а также в устройствах теплохолодоснабжения вентиляционных установок. Балансировочные клапаны бывают автоматическими и ручными.

Регуляторы давления и расхода

Для достижения оптимального управления системой теплоснабжения предлагается ряд автоматических регуляторов давления и расхода, как для систем централизованного теплоснабжения, так и для автономных систем отопления.

Данные регуляторы могут применяться для контроля над перепадом давления, регулирования ограничения расхода теплоносителя, регулирования давления.

Терморегуляторы прямого действия

Принцип их действия прост: управляемый термостатической головкой со встроенным или выносным чувствительным элементом клапан перекрывает проход теплоносителю, когда поступления тепла не требуется, и открывает его при охлаждении контролируемой среды ниже заданного значения. Одновременно чувствительным (во встроенном варианте) и командным элементом терморегулятора прямого действия является сильфон, заполненный рабочим телом (парафин, жидкость или газ), объем которого увеличивается или уменьшается пропорционально степени нагрева.

Чаще всего терморегуляторы прямого действия используются в системах радиаторного отопления. В этом случае они устанавливаются непосредственно на отопительные приборы и регулируют их работу в зависимости от температуры воздуха в помещении. Иногда, чтобы обеспечить точное регулирование, используют терморегуляторы с выносным сенсором (наполненная рабочим веществом капсула устанавливается на некотором расстоянии от регулятора и соединяется с ним тонкой металлической трубкой). Другие области применения терморегуляторов прямого действия – узлы управления контурами напольного отопления и приготовления горячей воды. В последнем случае параметром регулирования является температура нагретой воды, и в качестве чувствительного элемента используются выносные погружные или накладные датчики.

Терморегуляторы с электроуправлением

Во многих случаях (например, при лучевой разводке, когда от одного узла распределения и регулирования отходят контуры, обогревающие разные помещения) используются клапаны с электрическим приводом. Обычно каждый из них управляется отдельным электромеханическим или электронным термостатом, установленным в соответствующей комнате.

По мере усложнения и у электронных, и у электромеханических моделей появляются возможности переключения режимов («комфортный-экономный» или «день-ночь»), их суточного и недельного программирования. Термостаты, оснащенные таймером для программирования режимов, называют хронотермостатами. «Электрические» терморегуляторы находят применение в различных схемах – для управления горелками газового или жидкотопливного котла, отапливающего небольшое здание, циркуляционными насосами, зонными клапанами, элементами электротопления, узлом приготовления горячей воды и т.д.

Контроллеры

Наиболее широкие возможности по созданию систем управления отоплением коттеджей и других зданий предоставляют модульные устройства, контроллеры, способные воспринимать сигналы от нескольких датчиков и в соответствии с ними регулировать работу различных элементов схемы.

Самые простые контроллеры – аналоговые. Набор функций цифрового контроллера существенно шире.

Как правило, контроллеры с функцией погодной компенсации вычисляют необходимую температуру теплоносителя в зависимости от выбранного температурного графика. При их программировании задается так называемая температурная кривая, определяющая график теплового режима здания.

Как правило, для хорошо утепленного помещения повышение внешней температуры на 1 °С влечет за собой необходимость увеличения температуры теплоносителя на такую же величину. При совместном использовании внешних и комнатных датчиков тепловой режим может быть скорректирован с учетом дополнительных источников тепла в помещении. Проще говоря, если на кухне включена плита, и за счет этого там стало теплее, контроллер «учтет» этот факт и скорректирует показатели внешних датчиков.

При использовании модульной автоматики в домах с большим числом комнат не обязательно устанавливать отдельный контроллер в каждом помещении. Можно построить управление на базе единого программируемого блока с соответствующим числом входов и выходов. К нему будет стекаться информация от комнатных датчиков температуры, а от него – раздаваться, в соответствии с заданной программой, команды исполнительным устройствам отдельных контуров и общих элементов системы отопления. Такой обмен данными может осуществляться по радиоканалам.

В настоящий момент производители устройств автоматического управления для отопительных систем (Danfoss, Honeywell, Kromschroder и др.) изготавливают контроллеры различной сложности и с различным набором функций. Выбор между ними зависит, прежде всего, от конфигурации отопительных систем, которыми должен управлять модуль, от требований пользователя к условиям комфорта и экономичности оборудования, от готовности покупателя платить за более сложную автоматику.

Как правило, ведущие изготовители котельного оборудования (Baxi, Buderus, De Dietrich, Viessmann, Wolf и т.д.) комплектуют свои котлы модульной автоматикой, способной управлять всей системой отопления объекта, предлагая различные по сложности, возможностям и стоимости варианты.

Наиболее простое из предложений – блок, способный, управляя работой одноступенчатой горелки, регулировать работу одного контура радиаторного отопления по температуре теплоносителя. Такой автоматикой комплектуется газовый котел с атмосферной горелкой. Как правило, такая система оснащена регулятором температуры котловой воды, предохранительным ограничителем температуры и предназначена для отопительных систем в домах с малым и средним теплопотреблением.

По мере удорожания автоматики к ее возможностям добавляется способность управлять более сложными горелками (со ступенчатым, ступенчато-прогрессивным и модуляционным регулированием), узлом приготовления горячей воды, одним или несколькими (число радиаторных контуров также растет) низкотемпературными («теплый пол») контурами, реализовывать различные программы изменения режимов работы, выполнять защитные функции и т.д.

В список возможностей наиболее высокотехнологичного контроллера входит и управление каскадом котлов; как правило, исходную информацию для него поставляют датчики всех трех типов: аружной температуры, температуры теплоносителя и температуры в помещении.

С помощью автоматики регулирование отопительных систем можно осуществлять как непосредственно с пультов, встроенных в котлы или вынесенных в виде отдельных блоков, так и дистанционно. В последнем случае сигналы запроса и управления могут поступать с портативных компьютеров, мобильных телефонов или через Интернет. Разработаны системы телеконтроля и телефонной проверки состояния отопительного комплекса здания.

Контролировать правильность следования системы заданному режиму может и сам хозяин помещения, и специально создаваемые для этого сервисные службы.

Надо сказать, что наиболее высокотехнологичная автоматика от западных производителей не предназначена для работы в условиях перебоев электроэнергии и скачков напряжения. Пользоваться этими «плодами технического прогресса» в наших условиях можно, предусмотрев устройства бесперебойного электрического питания.