Введение

В области регулирующих устройств с прямым программным управлением стало уже само собой разумеющимся, что действительные значения различных физических величин, например температуры, влажности, давления и других, выводятся на индикатор как минимум с одной цифрой после десятичной запятой.При такой высокоразвитой технике правильная регистрация измеряемых значений автоматически представляется чем-то само собой разумеющимся.

Однако на самом деле на практике дело нередко обстоит иначе. Для контуров регулирования выбор места для установки датчиков неизменно остается критическим слабым звеном.

Ниже мы попытаемся показать на основании практического опыта наиболее часто встречающиеся слабые места, что позволило бы в будущем избежать сбоев, плохих рабочих характеристик , неэффективных функций, повышенных энергозатрат или неполного использования потенциальных возможностей для экономии электроэнергии.

Основной упор в данной разработке сосредоточен исключительно на вопросах, касающихся размещения и монтажа измерительных устройств; механические свойства и методы измерения не являются предметом наших рассуждений.

В соответствии с частотой, с которой они встречаются в системах инженерного обеспечения зданий (HLK), различают следующие виды измерений:

• Измерения температуры (вода, воздух, погода).

• Измерения влажности.

• Измерения давления.

• Измерения скорости.

 

Аналогичным слабым звеном, которое также невозможно скомпенсировать с помощью современных регулирующих устройств с прямым программным управлением, являются гидравлические схемы, применяемые в вентиляционной технике. Ниже будут более подробно описаны следующие моменты, создающие проблемы:

• включение в схему воздухоподогревателей

• включение в схему воздухоохладителей

• схемы морозозащиты при соединенных в замкнутый цикл систем WRG.

 

Измерение температуры

Измерение температуры в водной среде

Решающим фактором, определяющим качество измерительного устройства при измерениях в текущих средах, является достаточно высокая степень перемешивания в месте измерения. И только на втором месте по важности идет выбор типа датчика: погружной или накладной.

Такое относительно огульное утверждение просто, ясно и четко формулирует основную идею и не допускает никаких „но” и “если“.

Ниже мы суммировали некоторые критерии, которые следует иметь в виду при определении места измерения:

• Удаленность - как минимум 1 м после точки смешивания, например вентиль/смеситель

• Всегда необходимо подключать далее циркуляционныйо насос (Однако турбулизация в циркуляционном насосе не гарантирует автоматически хорошее качество перемешивания).

 

Для погружных датчиков:

• Глубина погружения - как минимум до середины трубы.

• Монтаж погружного датчика - датчик по возможности должен располагаться по дуге с направлением потока в сторону датчика.

Для накладных датчиков, действующих по принципу наложения:

• Поверхность трубы - блестящая металлическая, чтобы обеспечивался оптимальный теплопереход в месте размещения измерительного элемента.

• Жесткое механическое соединение с помощью бандажа.

• Теплопроводящая паста - только в соответствии с рекомендациями изготовителя измерительного устройства (Не каждая теплопроводящая паста сохраняет длительную упругость). Прямой участок трубы предпочтительнее колена.

• По возможности датчик следует внедрить в слой изоляции трубы или по меньшей мере подключать непосредственно к ней.

 

Камни преткновения:

• Толщина слоя изоляции и электрическое подключение.

• Условный проход трубы должен совпадать или приближаться к внутреннему диаметру накопителя.

Рис. 1 - Накладной датчик и погружной датчик

Измерение наружной температуры (датчики наружной температуры, или погодостаты)

Бытовавшее ранее в технике отопительных систем огульное утверждение о том, что „для датчиков наружной температуры всегда выбирается северная сторона“ сегодня, без сомнения, уже не является на сто процентов непреложным и требует дифференцированного подхода.

Критерии для выбора наиболее подходящего места для монтажа:

• Приведенное утверждение показательно при размещении или использовании внутри здания (например, зонирование - южная зона - или метод основной нагрузки).

• При индивидуальном или зонном регулировании: если нет четкой привязки к зонам: С-В (основная распределительная линия).

• При этажности до 3 этажей: на уровне, соответствующем 2/3 высоты здания.

• При этажности  > 3 этажей: между 2-м и 3-м этажом.

• При монтаже датчика на стене следует придерживаться специфических указаний изготовителя (например, сверху на стене, наложен на стену, вмонтирован в стену).

• Следует всеми силами избегать препятствий аэрогидродинамического свойства, как, например, ризалиты, балкон.

• Следует принимать во внимание влияние от посторонних источников тепла типа окон, вытяжных отверстий.

• Не встраивать в канал наружного воздуха (после приемных клапанов), учитывая пусковую характеристику.

Камни преткновения:

• Динамические влияния тени, теплые или паразитные потоки. 

Рис. 2 - Установка датчика наружной температуры

Измерения температуры в вентиляционном канале

Уже рассмотренное нами для случая датчиков температуры воды краеугольное требование в отношении тщательного перемешивания в абсолютно равной степени касается и датчиков для измерения температуры в вентиляционном канале. Однако на самом деле получается, что для такой среды, как воздух, выполнение этого принципиального требования обеспечить гораздо сложнее - это обусловлено тем, что вентиляционные каналы имеют бóльшие размеры и в них действуют изотермические условия обтекания.

В зависимости от режима эксплуатации и времени года наблюдаются по-разному выраженные изотермические условия обтекания, особенно это касается централизованной обработки воздуха. При  этом в качестве главных “возмутителей спокойствия” выступают  смесительные камеры и все теплообменники. И хотя расслоение воздуха, наблюдаемое на выходе из смесительной камеры, может, по мере удаления потока, уменьшаться, однако из-за температурного режима воздухоподогревателя (или воздухоохладителя) могут возникать дополнительные наслоения. При этом вентилятор зачастую не в состоянии, также в зависимости от величины температурного перепада, уничтожить  этот перепад за счет собственного вращения. Метеорологам  это явление также известно под названием “инверсия“, и они знают, что в этом месте могут устанавливаться очень стабильные состояния. Если условия неоднозначны, то место измерения следует определить путем многократных измерений температуры с помощью подвижного зонда в одном или нескольких поперечных сечениях канала.

Камни преткновения:

• Неудачное расположение смесительных камер.

• Длина датчика-щупа.

Усредняющие датчики и связанные с ними проблемы

Если не получается иначе, как разместить датчик  в неизотермическом потоке (например, из-за ограниченного пространства внутри установки для обработки воздуха), то необходимо использовать усредняющий датчик. Но при этом следует помнить, что хотя этот датчик и измеряет среднее значение температуры, он не устраняет расслоения воздуха. Если этот слоистый поток будет разделен на отдельные составляющие, то затем и для каждой составляющей приходится иметь в виду разницу в температурах.

Датчики, устанавливаемые вблизи от аппаратов вентиляционной системы

Датчики, находящиеся в непосредственной близости от теплообменников, испытывают на себе более сильное воздействие теплового излучения. Эта ситуация часто встречается, когда речь идет об усредняющих датчиках. Но и тепловое излучение от электрических воздухоподогревателей с их высокой поверхностной температурой также может существенным образом влиять на результат измерений температуры.

Распределение температур после воздухоподогревателя в значительной степени определяется температурным перепадом между воздухом и водой. Соответствующая система соединения труб внутри теплообменника и устройство для регулирования смешанной температуры уменьшают опасность расслоения.

Камни преткновения:

• Усредняющий датчик при слоистой структуре воздуха.

• Датчик, размещаемый вблизи от аппаратов вентиляционной системы.

Место установки датчика температуры в вентиляционном канале:

• Прямой вентиляционный канал, по возможности без расслоения температур и влияний теплового излучения.

• Минимальное расстояние после форсуночных воздухоохладителей - 1 м при хорошем качестве каплеотделения, в противном случае - соответственно больше.

• Расстояние от пароувлажнителей - в зависимости от степени увлажнения и скорости воздуха (с учетом указаний изготовителя).

Рис. 3 - Смешивание наружного и рециркуляционного воздуха 

Рис. 4 -  Коэффициент смешения при различной конструкции смесительных камер 

Датчики температуры в помещениях

В стандартном случае регулирование температуры в помещении относится к зоне пребывания в нем людей. Во многих случаях четко выделить эту зону удается лишь с большим трудом, поскольку редко когда можно установить только один датчик в центре помещения.

Поэтому для выбора места под установку действуют следующие правила:

• Датчики монтируются в зоне, пограничной с зоной пребывания людей.

• Следует избегать таких малопригодных мест, как источники тепла (радиаторы, источники вторичного тепла, электрические приборы и т. п.).

• Должна быть обеспечена циркуляция воздуха; поэтому не устанавливайте датчики в нишах.

• Не допускайте прямого попадания солнечных лучей.

• Не устанавливайте датчики на поверхностях с сильными колебаниями температуры (стенки камина, наружные стены).

• Не устанавливайте датчики на пути прямого сквозняка.

Камни преткновения:

• Колебания потока в зависимости от рабочего режима системы (приборы типа Fan Coil).

• Перемещающееся солнечное освещение.

• Подводящие трубы для прокладки в них электрических кабелей, представляющие собой канал “приточной вентиляции” с низкими температурами.

• Термостатические вентили.

• Влияния от стен.

Рис. 5 - Установка датчика температуры в помещении

Измерение влажности

Даже при увлажнении гомогенная смесь “воздух-вода-пар” образуется не сразу, т. к. поначалу вода присутствует в ней в виде мельчайших капель. В пределах так называемого абсорбционного участка происходит гомогенизация. Понятно, что на этот процесс может влиять расслоение температур или вообще просто  температура. Высокая температура позволяет сократить путь через абсорбционный участок.

Увлажнение паром

При использовании пароувлажнителей абсорбционные участки имеют меньшую длину, т. к. на выходе из увлажнителя агрегатное состояние уже оказывается измененным. Поэтому необходимо убедиться в том, что увлажнитель выдает „сухой“ пар, т. е. пар, в котором действительно отсутствуют капли.

Измерение влажности в канале

Место измерения для датчика влажности воздуха в канале

При любых обстоятельствах датчик должен быть защищен от брызг и пыли. Расстояние от воздухоподогревателя или воздухоохладителя: 5...10 DGL

Расстояние D после форсуночных воздухоохладителей: см. схему.

Расстояние до пароувлажнителей: см. схему.

• Чтобы исключить каплеобразование, чувствительный элемент для измерения влажности монтируется вертикально.

 

Упомянутый выше абсорбционный участок является важнейшим критерием при измерении влажности воздуха в каналах вентиляционной сети.

 Рис. 6 - Установка датчика влажности и температуры в канале вентиляционной сети

Рис. 7 - Участок водопоглощения для форсунок (Фрагмент диаграммы Вильда)

Рис. 8 - Расчет увлажняющего каскада ( расположение датчика относительно других устройств)

Влажность в помещениях

При измерении влажности в помещении выбор места измерения не является настолько критическим моментом, как при измерении температуры. В помещении водяной пар очень быстро уравновешивается, поэтому критерии, которые так важны при измерении температуры (расслоение, поток) практически не играют роли.

Измерение давления

Чтобы точно выбрать место для установки датчика давления, необходимо знать аэрогидродинамические характеристики канала. Всякое изменение направления, например, после прохождения криволинейных участков канала или изменение поперечного сечения, приводят к изменению результата измерения. Необходимо избегать любых нарушений воздушного потока, прежде всего при статических измерениях давления.

Выбор места для установки датчика давления

• Минимальное расстояние от места изменения потока - ок. 6 D_GL

• При измерении дифференциального напора дополнительно:

Необходимо, чтобы с обеих сторон наблюдались сравнимые аэрогидродинамические условия.

• Если требуется просверлить отверстие в стенке канала, оно должно быть выполнено точно и чисто (без грата).

Рис. 9 - Взаимное расположение двух измерительных датчиков

Рис. 10 - Датчик дифференциального напора/Отверстие в стенке канала 

Измерение скорости

Наличие успокоительных участков достаточной протяженности является одним из важных дополнительных требований. В остальном действуют те же условия, что и при измерении давления.

Рис. - 11 Профиль скоростей после изменения направления на 90° (без направляющих панелей); измерения в аэродинамической трубе

Рис. 12 - Места для установки датчика скорости

Рис. 13 - Места для установки датчика скорости

Гидравлические схемы

Исходя из основ гидравлики для техники отопительных систем, можно выделить 3 круга проблем, связанных с организацией гидравлических схем в системах вентиляции и кондиционирования воздуха:

 

• включение в схему воздухоподогревателей

• включение в схему воздухоохладителей

• схемы морозозащиты у соединенных в замкнутый цикл систем WRG.

 

Включение в схему воздухоподогревателей

С позиций техники измерения, управления и регулирования:

• Подогрев воздуха должен осуществляться равномерно по всей площади нагревателя.

 

Различия в профиле температур могут привести к тому, что сложности, создаваемые расслоением воздуха на предыдущих этапах, еще более усугубятся.

• Следует избегать запаздывания и иных задержек при запуске.

 

На основании этих 2 принципиальных требований при проектировании рекомендуется следующее:

• Регулирование процесса смешения для воздухоподогревателей через схемы впрыска или простых устройств для регулирования процесса смешения.

• Если существует повышенная опасность того, что воздухоподогреватели могут пострадать от мороза, предпочтительно использование схем впрыска, т. к. в них, как только откроется исполнительный элемент, практически без задержки устанавливается горячая среда с температурой, соответствующей температуре воды в подающем трубопроводе.

• Максимально возможное число распределительных линий внутри воздухоподогревателя, исходя из наличия сборного трубопровода.

• При прокладке труб в несколько рядов - соответствующая разводка распределительных линий.

Рис. 14 - Регулирование процесса смешения/Схема впрыска

На практике поставщик теплообменника сам рассчитывает оптимальную теплоотдачу на основании нагрузок со стороны водо- и воздухоподводящей системы. Внутри теплообменника в большинстве случаев такими нагруженными состояниями будут перекрестный ток или переключение режимов перекрестный ток/противоток.

Включение в схему воздухоохладителей

В принципе те же требования, что мы назвали, рассматривая случай с воздухоподогревателями, действуют без изменений и для случая с воздухоохладителями. Однако здесь задача усложняется тем, что в отношении гидравлики существует еще одно требование, идущее вразрез с уже названными.

• В первичном контуре -через холодильную машину - необходимо обеспечить постоянную 100%-ную циркуляцию всего пропускаемого объема.

 

На практике это приводит к следующему положению:

• Простое регулирование процесса смешения не допускается, здесь уже требуется либо регулирование количеств, либо схема впрыска.

 

Максимально возможное число распределительных линий в соответствии с имеющейся разводкой является решающим фактором так же, как  в случае с воздухоподогревателями.

 Рис. 15 - Регулирование количеств/Схема впрыска

Схемы морозозащиты при соединенных в замкнутый цикл систем WRG

Требования в отношении техники регулирования, которые:

a) обеспечивают защиту от обледенения, т. е. минимальное ограничение температуры на входе δ1 или температуры воздуха на выходе δ3 а также

b) допускают максимальное ограничение температуры на выходе подогревателя наружного воздуха, предъявляют к гидравлике требования, которые зачастую игнорируются.

 

В приводимой таблице суммированы соответствующие требования и возможности:

Рис. 16 - Схемы морозозащиты

Источник: Honeywell

Все статьи