Выбор регулятора

Регуляторы предназначены для контроля и автоматического управления процессом регулирования температуры теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения.

Разберемся, для чего нужен регулятор потребления тепловой энергии, когда нужен и нужен ли он вообще.
В первую очередь понятие регулирования связывают с экономией расходов. Очевидно, что для того, чтобы экономить, кроме сбора информации о теплопотреблении нашей системой отопления /горячего водоснабжения необходимо еще осуществлять и регулирование работы системы. Система, осуществляющая такое регулирование, должна быть автоматической, потому что "ручное" управление не очень-то эффективно.

Обычно регулятор состоит из электронного блока, иногда называемого контроллером, клапана и электрического исполнительного механизма, иногда называемого приводом и датчиков температуры. Также в состав регуляторов могут входить насосы. Электронный блок собирает информацию о температурах (наружной, теплоносителя, в помещении) от датчиков, и иногда от клапана или электрического исполнительного механизма об их состоянии. На основании этой информации он рассчитывает управляющее воздействие, подаваемое на электрический исполнительный механизм (ЭИМ). ЭИМ посредством клапана устанавливает соответствующий расход теплоносителя. Насосы бывают необходимы для осуществления принудительной циркуляции в системе отопления/ГВС.

терминология

Вообще-то называть регулятором совокупность всего вышеперечисленного не совсем правильно. Правильнее это называть системой регулирования. Конкретно регулятором чаще называют электронный блок.

Рассмотрим, каким требованиям должна удовлетворять система регулирования с нашей точки зрения (потребителя):

• температура в помещениях дома должна поддерживаться комфортной или точнее должна соответствовать санитарным нормам;
• не потреблять тепловую энергию, когда в этом нет необходимости, в республике это связано с аномально теплыми зимами и периодами в начале и в конце отопительного сезона, когда температура наружного воздуха достаточно высока;
• соблюдение режимов теплопотребления в соответствии с договором теплоснабжения;
• не возникало аварийных ситуаций, приводящих к размораживанию системы отопления.

Основным требованием теплоснабжающих организаций, предъявляемым к потребителю тепловой энергии, заключается в выполнении условий договора на теплоснабжение, который обычно содержит максимальную величину расхода тепловой энергии потребителем, максимальную величину массового расхода теплоносителя на нужды отопления и ГВС, требование соблюдения температурного графика работы системы отопления.

Следует также учитывать наличие и качество сервисных функций регулятора. Сюда относится функциональность настройки, т.е. чтобы не возникало необходимости регулярно перенастраивать систему, например, при изменении погодных условий или режима подачи теплоносителя. Также важна возможность регулярно иметь полную информацию о работе регулятора, т.е. регулятор должен иметь возможность архивирования регистрируемых параметров и параметров, описывающих процесс управления, что полезно при наладке регулятора.

Рассмотрим, каким образом можно достигнуть экономии, применив систему регулирования при поддержании комфортной температуры в помещениях. Основная трудность в данном случае заключена в выборе "контрольного помещения", по измерениям температуры в котором регулятор будет оценивать необходимость формирования управляющего воздействия на исполнительный механизм. Правильное расположение датчика позволит не только поддерживать комфортную температуру внутри дома, но и эффективно выбирать режим работы системы отопления, при котором теплопотребление будет минимальным. Это означает, что регулятор должен иметь возможность изменять температуру внутри здания в зависимости от времени суток и дня недели. Такая возможность может быть реализована за счет изменения режимов теплопотребления "день/ночь" и "выходной день", при этом регулятор должен обеспечивать выход из режима "ночь" с учетом температуры наружного воздуха, что будет определять степень экономии тепловой энергии.

При соблюдении режимов теплопотребления в соответствии с договором теплоснабжения основной трудностью является выполнение требования теплоснабжающих организаций соблюдать температурный график, т.е. не превышать температуру теплоносителя в обратном трубопроводе при заданной температуре теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления. Для этого в регулятор должен вводиться конкретный температурный график конкретного источника тепловой энергии.

Для предотвращения "размораживания" системы отопления потребителя регулятор должен иметь ограничение по нижнему пределу изменения расхода теплоносителя. Это ограничение может быть заложено на программном уровне. Кроме того, этого же можно достичь механическим ограничением на ход исполнительного механизма. То же касается верхнего ограничения на расход теплоносителя в системе отопления, т.к. превышение договорного расхода приведет к наложению штрафных санкций на потребителя со стороны теплоснабжающих организаций. На программном уровне в регуляторе это возможно в случае, когда присутствует функция обработки информации о расходе теплоносителя, поступающей от тепло/водосчетчика. Т.е. регулятор должен иметь канал связи с тепловычислителем и должен "уметь" считывать данные о текущем режиме теплопотребления из тепловычислителя.

Существенное значение имеет наличие архива данных измеряемых параметров и данных о процессе регулирования в самом регуляторе. Проверка качества регулирования имеет существенное значение при наладке и дальнейшей эксплуатации регулятора.

Таким образом, можно сформулировать основные принципы работы регулятора:

Поддержание комфортной температуры в здании, а не в "контрольном помещении".

Поддержание нескольких режимов работы - день/ночь/ выходной день.

Поддержание температурного графика работы системы отопления.

Контроль расхода теплоносителя с целью предотвращения превышения договорных значений, а также с целью предотвращения аварийных ситуаций в системе отопления.

Взаимодействие с тепловычислителем, входящим в состав УУТЭ.

Архивирование измеряемых параметров работы системы отопления и данных о процессе регулирования.

Очевидно, что любой регулятор должен удовлетворять всем вышеперечисленным требованиям одновременно, т.е. обеспечивать компромисс между потребителем тепловой энергии, ТСО и обслуживающей организацией, что представляет собой "камень преткновения" для существующих регуляторов.

Следующим фактором при выборе регулятора является его конструктив. Что под этим понимается? В первую очередь исполнение электронного блока (контроллера). По аналогии с тепло и водосчетчиками, контроллеры бывают настенного (это аналогично компактному исполнению) и встраиваемого в шкаф на DIN рейках. Разница между ними состоит в следующем: в случае настенного исполнения труднее подключать дополнительные устройства, если если их приходится коммутировать электрически (включение элементов защиты - автоматическими выключателями, пускателями и т.д). Так что, для возможности расширения или модернизации системы отопления предпочтительнее является выбор встраиваемого в шкаф исполнения. Правда в этом случае может увеличиться стоимость системы регулирования на цену шкафа, где будет смонтирована обвязка системы в виде электрооборудования.

Рассмотрим оснащение систем регулирования таким элементом, как датчики температуры. Нужно иметь в виду то, что электронные блоки разных производителей могут сочетаться не со всеми типами датчиков температуры. Традиционно в системах регулирования используются датчики в виде термометров-сопротивлений. Последнее время получили распространение датчики на основе микросхем со встроенным аналого-цифровым преобразователем. Выходной сигнал с таких датчиков поступает в виде цифрового кода. К недостаткам использования датчиков этого типа следует отнести худшую устойчивость к помехам регуляторов. Кроме того, при наладке, диагностика работы датчиков требует работающего электронного блока регулятора. При подключении и наладке каналов измерения температуры в регуляторах, диагностика термометров-сопротивлений гораздо проще и выполняется с помощью обычного омметра.

Теперь остались основные элементы систем регулирования, параметры которых конкретно определяются системой отопления/ГВС. Сюда относятся клапаны и электрические исполнительные механизмы. Мощность системы отопления/ГВС определяет величину расхода теплоносителя циркулирующего в ней и следовательно задает диаметр клапана регулятора и такой параметр, как пропускную способность. Пропускная способность клапана это расход теплоносителя пропускаемый клапаном при перепаде давления в нем в 1 кгс/см2. Те, если при оценочном расчете системы отопления получился расход теплоносителя 0,8-1 м3/ч то условную пропускную способность клапана необходимо выбрать свыше 1.15 м3/ч. При выборе клапана с диаметром 15 мм условная пропускная способность 2.5 м3/ч. Такой клапан может быть применен в нашей системе регулирования.

Обычно клапан поставляется с соответствующим электрическим исполнительным механизмом. Характеристики электрического исполнительного механизма должны обеспечивать нормальную работу клапана в различных условиях эксплуатации. В этом месте следует упомянуть и про возможность отключения электрической энергии и как следствие неработоспособность системы регулирования в целом. Для исключения подобных ситуаций электрические исполнительные механизмы оснащаются узлами для возврата их в нормально открытое или нормально закрытое положение и соответственно открытия или закрытия клапана.

Разумеется, что для полноценного проектирования систем отопления/ГВС изложенных сведений недостаточно, но для первого знакомства и оценки предлагаемых вариантов построения систем этого будет достаточно. Для специалистов могут оказаться полезны ссылки.

Подытоживая все написанное отметим:

1. регуляторы применяют в случае поставки тепловой энергии от постороннего источника теплоснабжения через магистральный трубопровод;
2. при получении тепловой энергии от собственного котла (газового или электрического) котел может быть оборудован устройствами для регулирования тепловой мощности в зависимости от ряда условий (температуры в помещении или наружного воздуха) и в таком случае все вышеперечисленное не нужно:
3. даже при обустройстве системы отопления/ГВС по п1 следует помнить, что максимум надежности от любого элемента можно получить только в случае его отсутствия те большая часть вышеупомянутых регуляторов при работе требуют наличия сети переменного тока. При перерывах подачи тока нормальная работа регуляторов нарушается и при отсутствии специального узла в электрическом исполнительном механизме может произойти "размораживание" системы. Поскольку процессы нагревания и остывания жилых помещений не отличаются высокой скоростью, то при наличии ручных клапанов (вентилей) вполне возможно обеспечить нормальное регулирование с приемлемым уровнем энергосбережения.