Автоматизация процесса вентиляции

• Температурные датчики;
• Датчики влажности;
• Датчики CO2 и других газов;
• Скоростные датчики (для измерения скорости воздушного потока).

Датчики влажности, скорости воздушного потока, давления, температуры, наличия вредных газов и примесей в помещении могут иметь различную конструкцию и передавать сигнал о состоянии различных параметров атмосферы при достижении каких-либо установленных дискретных значений и в режиме реального времени. Монтируются как в вентиляционных каналах, так и непосредственно в обслуживаемых помещениях или отдельных зонах.

Регуляторы и контроллеры

Для того чтобы система могла корректировать работу вентиляционного оборудования в зависимости от показаний датчиков, используются регуляторы и контроллеры. Они отвечают за управление скоростью вращения вентиляторов, электроприводы отвечают за открытие и закрытие воздушных заслонок, работой нагревателей и охладителей воздуха. Существуют:

• Простые регуляторы, основанные на термостатах;
• Программируемые логические контроллеры (ПЛК) со сложными алгоритмами работы;
• Системы умного дома, которые позволяют интегрировать вентиляцию в общую систему управления зданием.

Контроллеры — основные управляющие устройства на основе микропроцессоров с соответствующим программным обеспечением. При получении сигнала от датчиков об изменении параметров микроклимата выдают команды на исполнительные устройства в соответствии с запрограммированными алгоритмами. Могут иметь различную комплектацию, способны выводить информацию о работе на дисплей или монитор, позволяют реализовать различные сценарии в зависимости от типа нарушений в работе вентиляции.

Термо-, прессо-, гигростаты — простейшие управляющие устройства, позволяющие сформировать сигнал для изменения режима работы вентиляционной установки при превышении какого-либо определённого показателя. Обычно имеют форму регуляторов, выведенных в помещение или на щит управления.

Сервоприводы — электронно-механические устройства, способные при получении команды от системы управления создать усилие, необходимое для переключения заслонок, задвижек, одно- и многоходовых кранов, клапанов, другого оборудования, применяемого для перераспределения воздушных потоков в вентканалах и сетях.

Трансформаторные регуляторы частоты вращения рабочего колеса вентилятора. За счёт ступенчатого или плавного изменения напряжения, подаваемого на электродвигатель, меняют частоту вращения ротора, крутящий момент от которого передаётся на вентилятор. За счёт этого увеличивается или уменьшается производительность вентиляционной установки.

Частотные преобразователи также предназначены для изменения частоты вращения электродвигателя вентиляционной установки, но работают по другому принципу. Позволяют обеспечить плавную, а главное точную регулировку в широких пределах с сохранением требуемой жёсткости механических характеристик. Практически не приводят к потере электродвигателем мощности.

Исполнительные механизмы

Исполнительные механизмы физически регулируют работу системы вентиляции. Среди них:

• Воздушные заслонки;
• Регулирующие клапаны;
• Вентиляторы с регулируемой скоростью;
• Нагревательные и охлаждающие элементы.
•  

В исполнительные механизмы в системах вентиляции входят устройства, которые физически управляют работой различных элементов системы в ответ на сигналы от контролеров и датчиков. Вот несколько примеров исполнительных механизмов, их варианты и преимущества:

Воздушные заслонки

Варианты:

• Электрические заслонки приводятся в действие электродвигателями.
• Пневматические заслонки работают под действием сжатого воздуха.
• Ручные заслонки требуют регулировки вручную.

Преимущества:

• Электрические заслонки обеспечивают точное и надёжное управление, а также просты в интеграции с электронными системами управления.
• Пневматические заслонки не требуют электропитания, что делает их идеальными для опасных зон с высоким риском возгорания.
• Ручные заслонки полезны в случаях, когда нужен простой и экономичный способ управления потоком воздуха без автоматизации.

Регулирующие клапаны

Варианты:

• Регулирующие клапаны с электрическим приводом управляются электромотором.
• Клапаны с пневматическим приводом приводятся в движение воздухом под давлением.
• Клапаны с гидравлическим приводом используют жидкость под давлением для перемещения клапана.

Преимущества:

• Электрические клапаны позволяют точно контролировать положение клапана, их легко подключать к различным системам автоматизации.
• Пневматические клапаны быстры и надёжны в средах, где использование электричества нежелательно.
• Гидравлические клапаны обеспечивают мощное управление и могут использоваться в системах с большими потоками и давлениями.

Вентиляторы с регулируемой скоростью

Варианты:

• Вентиляторы с частотным преобразователем (VFD) позволяют изменять скорость вращения двигателя.
• Вентиляторы с ЭЦН (электронным контролем нагрузки) регулируют потребление электроэнергии двигателя.

Преимущества:

• При использовании VFD достигается значительная экономия энергии, поскольку вентиляторы потребляют столько энергии, сколько необходимо для текущих условий.
• Вентиляторы с ЭЦН способствуют оптимизации работы системы вентиляции, уменьшая износ оборудования и обеспечивая эффективное управление потоком воздуха.

Нагревательные и охлаждающие элементы

Варианты:

• Электрические нагреватели преобразуют электроэнергию в тепло.
• Водяные или паровые калориферы используют горячую воду или пар для обогрева воздуха.
• Чиллеры и тепловые насосы применяются для охлаждения и иногда нагрева воздуха.

Преимущества:

• Электрические нагреватели (круглые, прямоугольные) обеспечивают быстрый и точный нагрев и просты в установке и обслуживании.
• Гидравлические системы(калориферы, водяные нагреватели) могут быть подключены к централизованным источникам тепла, что делает их экономичными для использования в больших зданиях.
• Чиллеры и тепловые насосы позволяют достигать высокого уровня энергоэффективности за счет использования тепла из внутренних или внешних источников для температурной обработки воздуха.

Исполнительные механизмы выбираются на основе требований к системе вентиляции, доступных источников энергии, эксплуатационных расходов и конкретных задач, которые они должны выполнять. Эффективно подобранная автоматика позволяет создать систему вентиляции, которая оптимально соответствует потребностям здания и его пользователей.

Управляющее оборудование в основном монтируется в отдельном щите управления вентиляцией, это позволяет обеспечить контроль и оперативное изменение режимов работы всех вентиляционных установок, обслуживающих систему вентиляции объекта. Сервоприводы крепятся непосредственно на исполнительных устройствах и подключаются к контроллерам за счёт линий связи. Питание (стандартные 220 или 380 В) обычно берётся по месту установки.

По завершении работ по монтажу вентиляционной сети, вентустановок и оборудования системы автоматизации управления, в обязательном порядке выполняют пуско-наладку. При этом должна быть проверена возможность эксплуатации устройств во всех предполагаемых режимах, в том числе и аварийных. При эксплуатации в нормальных условиях управления сводится к увеличению или уменьшению производительности вентиляторов, подключенных калориферных или рекуперационных установок.

Примеры взаимодействия датчиков и исполнительных механизмов в рамках системы вентиляции

Пример 1: Регулирование температуры

• Датчик: Термостат измеряет температуру воздуха в помещении.
• Исполнительный механизм: Электрический клапан на трубопроводе системы отопления.
• Взаимодействие: Когда температура в помещении опускается ниже заданного порога, термостат отправляет сигнал на контроллер системы вентиляции, который в свою очередь подает команду электрическому клапану открыться. Это позволяет горячей воде проходить через калорифер, и тот начинает обогревать проходящий через него воздух.

Пример 2: Контроль качества воздуха

• Датчик: Детекторы CO2 и VOC (летучих органических соединений) измеряют уровень загрязнения воздуха.
• Исполнительный механизм: Вентилятор с регулируемой скоростью вращения (с подключенным частотным преобразователем).
• Взаимодействие: При превышении концентрации CO2 и VOC в воздухе помещения за норму, датчики отправляют сигналы на контроллер для увеличения скорости вращения вентилятора. В результате увеличивается объем приточного воздуха, который разбавляет загрязненный и улучшает качество воздуха в помещении.

Пример 3: Управление влажностью

• Датчик: Гигростат или датчик относительной влажности контролирует уровень влажности воздуха.
• Исполнительный механизм: Увлажнитель или осушитель воздуха с электрическими клапанами/электромоторами для регулировки подачи воды/реагентов.
• Взаимодействие: Если относительная влажность в помещении падает ниже установленного предела, гигростат активирует увлажнитель, открывая клапан подачи воды. Если влажность превышает допустимый предел, гигростат может активировать осушитель для удаления избыточной влаги из воздуха.

Пример 4: Автоматическое управление заслонками

• Датчик: Датчики температуры и давления наружного и внутреннего воздуха.
• Исполнительный механизм: Электрический привод воздушных заслонок.
• Взаимодействие: В системе приточно-вытяжной вентиляции контроллер постоянно сравнивает данные от датчиков внутреннего и наружного воздуха. Если температура наружного воздуха пригодна для использования в качестве приточного и может сэкономить на обогреве или охлаждении, контроллер открывает заслонки для встречного тока воздуха.

Пример 5: Аварийная вентиляция

• Датчик: Датчики дыма и тепла.
• Исполнительный механизм: Вентиляторы аварийного дымоудаления.
• Взаимодействие: В случае обнаружения дыма или повышения температуры в пределах, указывающих на возможный пожар, датчики отправляют сигнал на систему управления. Система активирует вентиляторы для экстренной вентиляции, осуществляя эффективное удаление дыма и обеспечение безопасных путей эвакуации для людей.

В каждом из этих примеров датчики обеспечивают непрерывный мониторинг параметров воздуха, а исполнительные механизмы реагируют на изменения, оптимизируя работу системы вентиляции с точки зрения комфорта, энергоэффективности и безопасности.

Ключевые моменты при выборе автоматики для вентиляции

1. Параметры системы: Убедитесь, что автоматика соответствует требованиям вашей конкретной вентиляционной системы, включая размеры, тип (приточная, вытяжная или комбинированная), и потребляемую мощность.
2. Совместимость компонентов: Выбранные датчики и исполнительные механизмы должны быть совместимы друг с другом и с центральным контрольным устройством, чтобы обеспечить надежную и согласованную работу системы.
3. Функциональность: Определите, какие функции необходимы для вашей системы. Это может быть контроль температуры, влажности, содержания CO2, давления, уровня загрязнения воздуха и т.д. Выбор автоматики зависит от задач, которые она должна выполнять.
4. Условия эксплуатации: Автоматика должна быть предназначена для работы в условиях, характерных для вашего помещения. Например, в ванных комнатах или на кухнях важно использовать аппаратуру, устойчивую к высокой влажности и температуре.
5. Энергоэффективность: Выбирайте автоматику, которая способна оптимизировать потребление энергии системы вентиляции. Это не только поможет сэкономить на счетах за электроэнергию, но и обеспечит более экологичную работу системы.
6. Интерфейс и удобство управления: Убедитесь, что интерфейс управления понятен и удобен в использовании. Наличие возможностей дистанционного управления и мониторинга через интернет может быть значительным преимуществом.
7. Масштабируемость: Выбирайте автоматику, которая позволяет удобно расширять или модернизировать систему вентиляции в будущем, без необходимости замены всей системы.
8. Юридические и нормативные требования: Система должна соответствовать местным строительным кодам и стандартам безопасности, а также требованиям энергоэффективности и экологичности.
9. Бюджет: Определите доступный бюджет и учтите не только стоимость устройств, но и затраты на их установку, настройку и обслуживание.
10. Надёжность и поддержка: Выбирайте оборудование от проверенных производителей с хорошей репутацией, предоставляющих гарантию и техническую поддержку.

Не забывайте, что помимо выбора оборудования, важен профессионализм при проектировании и монтаже автоматической системы управления вентиляцией. Правильный выбор и установка автоматики позволит создать эффективную и комфортную систему вентиляции, способную адаптироваться к различным условиям эксплуатации.

Правильно укомплектованная система автоматического управления вентиляцией позволяет получить ощутимый экономический эффект. Например, при увеличении показателей естественной тяги, вполне можно уменьшить производительность вентиляционной установки. А это, с учётом большой мощности, характерной для промышленного оборудования, даже в краткосрочной перспективе позволяет сэкономить существенное количество электроэнергии. Если говорить о бытовых системах, то умные системы позволяют перевести оборудование в экономичный режим, при котором не требуется обеспечение максимальной кратности воздухообмена, например, ночью или тогда, когда все члены семьи в отъезде. Кроме того, автоматика обеспечивает увеличение рабочего ресурса оборудования, поэтому с ними любой вентилятор прослужит дольше.

При планировании, установке и обслуживании автоматических вентиляционных систем важно учитывать ряд советов и лучших практик:

Планирование

1. Оценка потребностей: Определите цели и функциональные требования к системе, включая контроль качества воздуха, температуры, влажности и другие параметры на основе характеристик помещений.
2. Проектирование системы: Разработайте детальный проект с учетом всех требований и нормативов. При необходимости привлеките к процессу квалифицированных инженеров и проектировщиков.
3. Совместимость оборудования: Выберите компоненты системы, которые хорошо взаимодействуют между собой и легко интегрируются в целостную систему.
4. Энергоэффективность: При планировании обратите внимание на энергоэффективность системы и потенциал для экономии расходов на эксплуатацию.

Установка

1. Соблюдение стандартов: Убедитесь, что установка выполняется в соответствии со всеми применимыми стандартами безопасности и строительными нормами.
2. Квалификация профессионалов: Доверяйте монтаж специалистам с соответствующей лицензией и опытом работы в данной области.
3. Тестирование: После установки проведите тестирование всех компонентов системы, чтобы убедиться в их правильной работе.
4. Запуск: Ввод в эксплуатацию системы должен включать настройку и регулировку всех компонентов для достижения оптимального режима работы.

Обслуживание

1. Регулярная проверка: Регулярно проводите техническое обслуживание системы, проверяя работоспособность и чистоту компонентов.
2. Чистка и замена фильтров: Регулярно чистите и заменяйте фильтры вентиляционной системы, чтобы поддерживать качество воздуха на высоком уровне.
3. Отслеживание показателей: Мониторинг системы может помочь выявить потенциальные проблемы до того, как они приведут к серьезным неисправностям.
4. Документация: Ведите точный учет всех операций по обслуживанию, замене деталей и проведенной настройке.

Соблюдение этих рекомендаций поможет обеспечить надёжную и эффективную работу автоматической вентиляционной системы, а также продлить срок её службы.