Содержание

Ошибки при внедрении автоматизированных узлов управления систем отопления в Москве (2008–2009 годы)
Предпосылки внедрения АУУ
Принцип действия и преимущества применения АУУ
Ошибки при внедрении АУУ
1. На стадии планирования и организации работ.
2. На стадии проектирования:
3. На стадии монтажа и ввода в эксплуатацию:
Эффективное применение АУУ
Литература
Внедрение автоматизированных систем отопления

Ошибки при внедрении автоматизированных узлов управления систем отопления в Москве (2008–2009 годы)

А. М. Филиппов, начальник Инспекции по контролю за энергосбережением Государственной жилищной инспекции Москвы

С принятием Федерального закона от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» возрастает значение энергосбережения в жилых зданиях, особенно мероприятий, позволяющих не только автоматизировать, но и снизить потребление тепловой энергии многоквартирными домами, а также оптимизировать распределение тепла между потребителями в доме. Такими мероприятиями являются установка автоматизированных узлов управления систем отопления (далее – АУУ) вместо тепловых или элеваторных узлов, установка балансировочных клапанов на стояках систем отопления и термостатических клапанов на подводках к отопительным приборам.

Предпосылки внедрения АУУ

Впервые понятие АУУ появилось еще в 1995 году, когда в МНИИТЭПе была разработана и утверждена концепция «Современные энергосберегающие системы теплоснабжения и отопления зданий в массовом строительстве Москвы» и программа ее реализации. В дальнейшем внедрение АУУ было прописано в новой редакции МГСН 2.01–99 «Энергосбережение в здании», затем 27 апреля 2002 года состоялось заседание Комплекса архитектуры города Москвы, на котором, кроме прочих, рассмотрели вопрос «О типовых технических решениях по оснащению строящихся жилых домов автоматизированными узлами управления систем отопления».

В 2008 году ГУП «МосжилНИИпроект» совместно с ООО «Данфосс» был составлен альбом «Автоматизированные узлы управления» с использованием технических решений типового проекта, а в мае 2008 года теплоснабжающая организация ОАО «МОЭК» провела два совещания с участием проектировочных и подрядных организаций по монтажу АУУ по вопросам проектирования и разработки технических условий для привязки типового проекта установки АУУ при капитальном ремонте жилых домов программы 2008–2014 годов.

С августа 2008 года началось массовое внедрение (монтаж) АУУ в жилых домах взамен элеваторных и тепловых узлов, и в настоящее время в Москве численность жилых домов с установленными АУУ достигает 1000 зданий, что составляет примерно 3 % жилых зданий города.

Принцип действия и преимущества применения АУУ

Что представляет из себя АУУ, устройство и принцип его действия описывались неоднократно в работах М. М. Грудзинского, С. И. Прижижецкого и В. Л. Грановского, в том числе в [1, 2]. Кроме того, аналогичный принцип работы оборудования используется в ЦТП ОАО «МОЭК» (ранее – в тепловых пунктах ГУП «Мосгортепло») в системе автоматического регулирования зависимой системы отопления (САРЗСО), но только для переходных режимов осенью и весной.

Если коротко, то АУУ – это совокупность устройств и оборудования, обеспечивающих автоматическое регулирование температуры и расхода теплоносителя на вводе в каждое здание точно в соответствии с заданным для этого здания температурным графиком или в соответствии с потребностями жителей.

К преимуществу АУУ в сравнении с тепловыми и элеваторными узлами, имеющими фиксированное сечение проходного отверстия (сопла элеватора, дроссельной диафрагмы), через которое теплоноситель поступает во внутридомовую систему отопления, относится возможность изменения количества подаваемого теплоносителя в зависимости от температуры воды в подающем и обратном трубопроводах системы отопления с коррекцией по температуре наружного воздуха в соответствии с температурным графиком.

В отличие от элеваторных узлов, устанавливаемых на каждой секции дома, АУУ монтируется, как правило, один на здание (если в доме 2 тепловых ввода, то устанавливаются 2 АУУ), при этом присоединение выполняется после узла учета тепловой энергии системы отопления (при его наличии).

Принципиальная схема и вид АУУ в аксонометрии представлена на рис. 1, 2 (по материалам ООО «Данфосс»). Возможны конструктивные варианты, обусловленные схемой присоединения к тепловой сети, гидравлическими режимами на тепловом вводе, конкретной конструкцией системы отопления здания и условиями эксплуатации (всего 12 типовых решений).

Принциапиальная схема АУУ с насосами смешения на перемычке для температуры до АУУ t = 150—70 ˚C при одно- и двухтрубных системах отопления с термостатами (Р₁ – Р₂ ≥ 12 м вод. ст.)

Примерная схема АУУ предусматривает: 1 – электронный блок (щит управления); 2 – датчик температуры наружного воздуха; 3 – датчики температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах; 4 – клапан регулятора расхода с редукторным приводом; 5 – клапан регулятора перепада давления; 6 – фильтр; 7 – циркуляционный насос; 8 – обратный клапан.

Как видно из схемы, АУУ принципиально состоит из трех частей: сетевой, циркуляционной и электронной.

Сетевая часть АУУ включает клапан регулятора расхода теплоносителя с редукторным приводом, клапан регулятора перепада давления с пружинным регулирующим элементом и фильтр.

Циркуляционная часть АУУ включает циркуляционный (смесительный) насос и обратный клапан. В качестве насосов смешения устанавливаются два насоса фирмы Grundfos (или другие типы насосов, удовлетворяющие требованиям АУУ), которые работают попеременно по таймеру с цикличностью 6 ч. Контроль за работой насосов осуществляется по сигналу датчика перепада давлений, установленного на насосах.

Электронная часть АУУ включает электронный блок (щит управления), обеспечивающий автоматическое управление тепломеханическим и насосным оборудованием с целью поддержания заданного температурного графика и гидравлического режима в системе отопления здания, карту ECL (предназначена для программирования контроллера теплового режима), датчик температуры наружного воздуха (устанавливается на северной стороне фасада здания), датчики температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах и редукторный электропривод клапана регулирования расхода теплоносителя в сетевой части АУУ.

Ошибки при внедрении АУУ

Основной темой данной статьи являются ошибки, допускаемые при планировании работ, проектировании и монтаже АУУ в Москве, которые свели на нет всю проделанную работу и не позволили получить запланированные показатели по энергоэффективности и энергосбережению. На протяжении полутора лет установленные АУУ практически не использовались по назначению либо использовались неэффективно, дорогостоящее оборудование зачастую простаивало в отключенном состоянии, а теплоноситель поступал во внутридомовые системы отопления через недемонтированные элеваторы.

Конечно, многие из ошибок в дальнейшем были исправлены, а работа АУУ налажена, однако ошибок можно было не допустить при правильной организации работ на всех стадиях процесса.

Так что же это были за ошибки?

1. На стадии планирования и организации работ.

При выборе технического решения, в нарушение требований МГСН 2.01–99 «Энергосбережение в зданиях» (п. 4.2.1.) не осуществлялось технико-экономическое сопоставление вариантов: 1) установка АУУ от распределительных сетей ЦТП или 2) устройство ИТП от городских магистральных теплопроводов и сетей водопровода. В результате при установке АУУ происходило дублирование функций оборудования, установленного в ЦТП, что противоречит «Правилам технической эксплуатации тепловых энергоустановок» Ростехнадзора РФ (п. 9.1.2.), а монтаж АУУ и балансировочных клапанов приводил к увеличению гидравлического сопротивления в системе и необходимости замены (реконструкции) тепломеханического оборудования ЦТП. Однако реконструкция ЦТП не предусматривалась, а АУУ внедрялись не кустовым методом, начиная с концевых домов, а некомплексно, только в отдельных зданиях в начале или середине привязки к ЦТП. Как следствие, некомплексная установка АУУ нарушала установившийся гидравлический и тепловой баланс во внутриквартальных тепловых сетях, приводила к ухудшению работы систем отопления большинства присоединенных строений и вызывала необходимость проведения дорогостоящей тепловой наладки (с расчетом диаметров сопел элеваторов и дроссельных диафрагм, их установкой на вводно-распределительных узлах и последующей корректировкой (заменой) в процессе эксплуатации в отопительный период.

2. На стадии проектирования:

– отсутствовали рабочие проекты, нередко вместо рабочих проектов использовались выкопировки из типового проекта без расчетов, подбора и привязки оборудования к местным условиям, что приводило к ошибочным решениям при выборе и установке оборудования и, как следствие, к нарушениям режимов теплоснабжения при его работе;

– выбранные схемы монтажа АУУ не соответствовали требуемым, что сразу негативно отражалось на теплоснабжении. Например, в трех жилых домах ЗАО в результате демонтажа элеваторного узла и применения в зависимой системе отопления схемы АУУ, предназначенной для независимых систем без узла смешения, был нарушен проектный температурный график работы системы (95–70 °С) и в отопительные приборы поступил первичный перегретый теплоноситель с температурным графиком (150/70 °С), что привело к перегреву ближайших по ходу теплоносителя жилых помещений и к нарушению циркуляции теплоносителя в концевых стояках (недогреву помещений, расположенных на концевых стояках). Эксплуатация системы в таком режиме была чревата ожогами жителей при прикосновении к приборам и трубопроводам. Только своевременное вмешательство помогло устранить эту ошибку до наступления холодов;

– выданные технические условия (ТУ) не соответствовали фактическим параметрам: например, в ТУ и проекте указывался график 150/70 °С вместо фактического 105/70 °С, что повлекло неправильный выбор схемы АУУ. Также при выдаче технических условий для АУУ не учитывалось то, что в ходе капитального ремонта системы отопления реконструировались (изменялись схемы с однотрубной на двухтрубную, диаметры разводящих трубопроводов и стояков, площади нагрева отопительных приборов и т. п.), при этом расчет АУУ производился для системы отопления до реконструкции.

3. На стадии монтажа и ввода в эксплуатацию:

– ошибочно было выбрано время для монтажа: АУУ зачастую монтировались уже в зимний период после окончания других работ, что приводило к жалобам жителей на несвоевременный пуск тепла, частые отключения отопления, к нарушениям температурного режима;

– напрасно отказывались от установки АУУ в случаях, когда в ходе капитального ремонта на стояках систем ЦО были установлены балансировочные клапаны. Их установка приводила к резкому увеличению гидравлического сопротивления в системах, а при отсутствии АУУ с насосным оборудованием и непроведении работ по замене насосов в ЦТП в таких жилых домах и соседних по привязке домах в отопительный период сразу возникали проблемы с теплоснабжением;

– датчики температуры наружного воздуха монтировались не на северной стороне здания, что приводило к некорректной настройке теплового режима из-за влияния солнечной радиации на датчик (его нагрев);

– работа АУУ осуществлялась во внештатном ручном режиме и не была переведена в автоматический режим;

– отсутствовали документы и карты ECL в связи с тем, что монтажная организация не передала их управляющей компании;

– отсутствовало резервное питание АУУ, что в случае отключения электроэнергии могло привести к остановке системы ЦО;

– не проводились регулировочно-наладочные работы и обесшумливающие мероприятия;

– отсутствовало техобслуживание АУУ.

Вследствие указанных ошибок и нарушений, в домах с установленными АУУ возникали многочисленные жалобы жителей на непрогревы системы отопления и шум от работы оборудования.

Все описанное выше стало возможным из-за плохой организации работ, отсутствия должного контроля со стороны заказчика за всеми стадиями процесса внедрения АУУ. Автор надеется, что опубликованная статья поможет избежать подобных ошибок в дальнейшем как в Москве, так и в других городах.

При внедрении АУУ необходимо четко организовать работу проектных организаций, соответствующих строительно-монтажных и ремонтно-эксплуатационных служб, тщательно проверять выданные технические условия на соответствие фактическим данным, вести технический надзор на каждой стадии работ и сразу же после завершения монтажа приступать к техобслуживанию АУУ силами специализированной организации. Иначе простой дорогостоящего оборудования АУУ или его неквалифицированное обслуживание приведет к выходу из строя, утрате техдокументации и к прочим негативным последствиям.

Эффективное применение АУУ

Применение АУУ наиболее эффективно в следующих случаях:

– в домах с абонированными элеваторными узлами системы отопления, непосредственно присоединенными к городским магистральным тепловым сетям;

– в концевых домах по привязке к ЦТП с недостаточным перепадом давления в системе ЦО с обязательной установкой насосов ЦО;

– в домах с газовыми водонагревателями (с децентрализованным горячим водоснабжением) и центральным отоплением.

Устанавливать АУУ следует комплексно, кустовым методом, охватывая все без исключения жилые и нежилые строения, присоединенные к ЦТП.

Монтаж и сдача-приемка в эксплуатацию системы отопления и оборудования АУУ должны вестись одновременно.

Следует отметить, что наряду с установкой АУУ, достаточно эффективными являются следующие мероприятия:

– перевод ЦТП с зависимой схемой присоединения систем отопления на независимую с установкой в тепловом пункте мембранного расширительного бака;

– установка в ЦТП с зависимой схемой присоединения оборудования автоматического регулирования отпуска тепла (САР ЗСО), аналогичного АУУ;

– наладка внутриквартальных сетей центрального отопления с установкой расчетных сопел элеваторов и дроссельных диафрагм на вводно-распределительных узлах зданий;

– перевод тупиковых систем горячего водоснабжения на циркуляционные схемы.

В целом, эксплуатация образцовых АУУ показала, что использование АУУ в совокупности с балансировочными клапанами на стояках системы ЦО, термостатическими вентилями на каждом отопительном приборе и проведением утеплительных мероприятий позволяет экономить до 25–37 % тепловой энергии и обеспечивать комфортные условия проживания в каждом помещении.

Литература

1. Грудзинский М. М., Прижижецкий С. И. Энергоэффективные системы отопления // «АВОК». – 1999. – № 6.

2. Грановский В. Л., Прижижецкий С. И. Система отопления жилых зданий массового строительства и реконструкции с комплексным автоматизированием теплопотребления // «АВОК». – 2002. – № 5.

Внедрение автоматизированных систем отопления

Все большее число зданий снабжают системами автоматизации для формирования требуемых потребительских характеристик в процессе эксплуатации [6].

Создание систем автоматизированного управления инженерным оборудованием зданий и сооружений является новейшим направлением в области промышленной автоматизации, которое называют Smart House – «умный дом» и определяют как комплексный набор технических средств и программного обеспечения для построения интегрированной системы автоматизации инженерных подсистем. К таким подсистемам относятся отопление, водоснабжение, кондиционирование, освещение, подсистемы доступа, охраны и безопасности, аудиовидеотехники (мультирум) и ряд других [1]. В статье рассмотрена автоматизация и диспетчеризация подсистемы отопления, а именно теплового пункта.

Автоматизация управления оборудованием подсистемы отопления даёт ряд неоспоримых преимуществ: снижение энергозатрат; снижение эксплуатационных издержек; контроль износа оборудования и действий персонала; упрощение управления системой в целом, и, как следствие, предупреждение и предотвращение аварийных ситуаций; технологичность процесса управления объектом с возможностью составить индивидуальную программу работы для каждой подсистемы [1].

Для достижения вышеперечисленных преимуществ необходимо выполнить следующие задачи: исследовать объект управления (ОУ); определить границы автоматизации; подобрать необходимое оборудование; создать алгоритм автоматизированного функционирования и выявления аварийных ситуаций; наладить оборудование в соответствии с заданным алгоритмом; интегрировать подсистему автоматизации теплового пункта в систему автоматизированного диспетчерского управления.

Подбор оборудования

Функциональная схема теплового пункта представлена на рис. 1. Тепловой пункт представляет собой два контура теплоносителя, соединённых по зависимой схеме. Внешний контур – теплоноситель, поступающий из городской системы теплоснабжения. Внутренний контур – теплоноситель, принудительно циркулирующий по отопительным приборам системы отопления здания. Для обеспечения принудительной циркуляции во внутреннем контуре используется насос. Для регулирования температуры используется трёхходовой клапан, который обеспечивает подачу теплоносителя из внешнего контура.

В процессе работы теплового пункта в нем находится дежурный. Дежурный периодически производит визуальный осмотр, проверяет параметры контуров (Т, Р), фильтры на подающем и обратном трубопроводе, снимает показания с приборов и производит учёт теплоты, которую потребляет здание.

Комплект контрольно-измерительного оборудования для создания системы автоматизации, должен обеспечивать измерение и регистрацию следующих параметров:

G₁, G₂ – расход и масса теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах внешнего контура соответственно; TE₁, TE₄ – температура теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах внешнего контура соответственно; PE₅, PE₉ – давление в подающем и обратном трубопроводах внешнего контура соответственно; PE₈ – давление в обратном трубопроводе внутреннего контура системы отопления; TE₂, TE₃ – температура воды в подающем и обратном трубопроводе внутреннего контура системы отопления соответственно; TE₁₂ – температура наружного воздуха; TE₁₃ – температура воздуха в контрольном помещении [2]; PE₆, PE₁₀ – датчики давления, контролирующие фильтры в подающем и обратном трубопроводах внешнего контура соответственно; PE₇, PE₁₁ – датчики давления, контролирующие регуляторы перепада давления в подающем и обратном трубопроводах внешнего контура соответственно.

Техническая реализация системы автоматизации представлена на рис. 2.

Рис. 1. Функциональная схема теплового пункта

Рис. 2. Схема автоматизации теплового пункта

Как видно из рисунка, термометры и манометры были заменены датчиками температуры (Pt 1000) и давления (4–20 mA). Регулирование положения клапана по температуре подачи во внутреннем контуре и управление насосом через преобразователь частоты обеспечивает контроллер c модулями аналогового и дискретного ввода/вывода. Данные о расходе тепловой энергии пересчитываются и отправляются в базу данных.

Создание алгоритма функционирования подсистемы

На рис. 3 представлен алгоритм функционирования АСУ тепловым пунктом.

Рис. 3. Алгоритм функционирования теплового пункта

Рис. 4. Фрагмент экрана оператора

Сообщения об аварийных ситуациях должны генерироваться в следующих случаях:

1. – возникла утечка теплоносителя в системе отопления;

2. – температура в подающем трубопроводе внешнего контура системы отопления не соответствует расчётному значению,

где – расчетная температура в подающем трубопроводе внешнего контура,

– допускаемое отклонение от расчётного значения;

3. – температура в обратном трубопроводе внешнего контура системы отопления не соответствует расчётному значению,

где – расчетная температура в обратном трубопроводе внешнего контура,

– допускаемое отклонение от расчётного значения;

4. – давление в обратном трубопроводе внутреннего контура отопления не соответствует расчётному значению,

где – расчетное значение давления в обратном трубопроводе внутреннего контура системы отопления,

– допускаемое отклонение от расчетного значения;

5. – фильтр в подающем трубопроводе внешнего контура системы отопления засорился;

6. > 0,2(РЕ10 + РЕ9) – фильтр в обратном трубопроводе внешнего контура системы отопления засорился;

7. PE7 > (P_п р + 0,1∙P_п р ) или PE7 р – – 0,1∙P_п р ) – давление после регулятора давления после себя не соответствует расчётному,

где P_п р – расчётное значение регулятора перепада давления после себя;

8. PE11 > (P_о р + 0,1∙P_о р ) или PE11 р – 0,1∙PE_о р ) – давление до регулятора давления до себя не соответствует расчётному,

где P_о р – расчётное значение регулятора перепада давления до себя.

Интегрирование подсистемы автоматизации теплового пункта в систему автоматизированного диспетчерского управления

После наладки оборудования происходит процесс интегрирования в систему автоматизированного диспетчерского управления. На рис. 4 изображен фрагмент экрана оператора, с мнемосхемами, отражающими работу теплового пункта.

На экране оператора отображаются основные параметры теплового пункта:

● В поле «Температурный график» отображается текущая температура теплоносителя в приточном трубопроводе (зеленый цвет) и заданная температура в приточном трубопроводе (красный цвет).

● На мнемосхеме изображена принципиальная схема теплового пункта с текущими показаниями основных датчиков и положением исполнительных механизмов.

● В поле «Состояние» отображается текущей режим работы теплового пункта (комфорт или эконом), лампа аварии и кнопка квитирования (подтверждения) аварии.

● В поле «Задание» имеется возможность задать режим работы системы и диапазон ограничения температуры теплоносителя в подающем трубопроводе.

● В поле «отопительный график» имеется возможность с помощью ползунков задать температуру теплоносителя в подающем трубопроводе относительно температуры на улице, красной штриховкой обозначены области ограничения задания.

Заключение

После проведения модернизации теплового пункта достигнуто снижение энергозатрат и эксплуатационных издержек; осуществлено предотвращение аварийных ситуаций. Реализована возможность составлять индивидуальную программу работы для каждой подсистемы.

Рецензенты:

Казанцев В.П., д.т.н., доцент, профессор кафедры микропроцессорных средств автоматизации, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь;

Бочкарев С.В., д.т.н., доцент, профессор кафедры микропроцессорных средств автоматизации, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь.