Принципы управления распределением энергоресурсов

4 Принципы управления распределением энергоресурсов

Смысл управления отоплением заключается в распределении энергоресурсов, питающих отопительные приборы строения. С помощью исполнительных устройств отопительные приборы переводятся в активный режим при понижении температуры в помещениях ниже заданных границ и частично или полностью отключаются при прогреве воздуха до необходимой температуры. Типы исполнительных устройств определяются видом энергоресурсов, используемых для питания этих отопительных приборов, а тип системы отопления – видом питающих систему энергоресурсов.

Рассмотрим принципы управления распределением различных видов энергоресурсов, используемых для создания необходимой температуры воздуха в помещениях и поддержания ее в заданных пределах.

В системах центрального отопления в качестве энергоресурса используется теплоноситель (горячая вода или пар), поставляемый органами коммунального хозяйства. Данные системы отопления могут быть построены по одно- и двухконтурной схемам. В первой схеме отопительные приборы (радиаторы, конвекторы, «теплые полы» и др.) всего обогреваемого строения включены в единую систему, и для их питания используется теплоноситель, централизованно поставляемый органами коммунального хозяйства.

В таких системах управление отоплением сводится к управлению положением исполнительных устройств отопительных приборов, размещенных в помещениях отапливаемого строения. В качестве исполнительных устройств могут использоваться клапаны регулирующего и нерегулирующего типа.

При Тп < Тн система управления выдает команду исполнительному устройству на частичное или полное открытие и увеличение подачи теплоносителя в отопительный прибор. По мере приближения Тп к Тв вследствие прогрева помещения система управления выдает команду исполнительному устройству на частичное закрытие и ограничение подачи теплоносителя в отопительный прибор.

При Тп < Тн система управления выдает команду исполнительному устройству на перевод его в открытое состояние, чем разрешает подачу теплоносителя в отопительный прибор. При Тп = = Тв вследствие прогрева помещения система управления выдает команду исполнительному устройству на закрытие и перевод отопительного прибора в пассивное состояние. Таким образом, каждый клапан (исполнительное устройство) системы отопления по команде разрешает/увеличивает или запрещает/ограничивает подачу теплоносителя в соответствующий ему отопительный прибор, то есть переводит его в активное/пассивное состояние или увеличивает/уменьшает излучаемую мощность. При этом поддержание температуры в помещении при использовании отопительных приборов, оснащенных нерегулирующими клапанами, производится порционно, а при использовании клапанов регулирующего типа – постоянно, что позволяет более точно поддерживать температуру в помещении.

В двухконтурной схеме энергоноситель, централизованно поставляемый органами коммунального хозяйства, используется для питания бойлерных установок, в которых происходит его теплообмен с теплоносителем внутреннего контура, включающего в себя все отопительные приборы строения. Исполнительными устройствами отопительных приборов служат клапаны различных типов.

Управление системой и поддержание заданной температуры в помещениях загородного дома, оснащенного двухконтурной системой отопления, состоит в управлении положением клапанов отопительных приборов, размещенных в комнатах и помещениях, и, кроме того, положением клапанов бойлера и скоростью циркуляции теплоносителя по внутреннему контуру.

Наиболее распространены в России системы отопления, использующие для нагрева теплоносителя энергию сжигания в котлах различных видов топлива (газообразного, жидкого, твердого). Теплоноситель, циркулирующий по контуру системы отопления, используется для питания отопительных приборов и прогрева помещений строения.

Управление системой в этом случае также сводится к управлению положением клапанов отопительных приборов в зависимости от температуры воздуха в помещениях, скорости циркуляции теплоносителя и сжигания топлива в котловой установке.

В системах отопления, использующих в качестве энергоресурса электрическую энергию, обогрев помещений может производиться как прямым преобразованием электроэнергии в тепловую, так и посредством нагрева теплоносителя и дальнейшим использованием его для питания отопительных приборов.

В системах, использующих прямое преобразование электроэнергии в тепловую, для прогрева воздуха в помещениях могут использоваться электрокалориферы, конвекторы, инфракрасные излучатели, «электрорадиаторы», «теплые полы» и др. Управление системой сводится к управлению состоянием коммутирующих органов отопительных приборов в зависимости от температуры воздуха в помещениях.

Коммутирующими органами могут быть релейные элементы, включающие или отключающие отопительные приборы или тиристорные и симисторные регуляторы, которые также могут включать и отключать отопительные приборы и, кроме того, позволяют ограничивать излучаемую мощность отопительных приборов.

В системах отопления, где используется теплоноситель, нагретый в электробойлерах до определенной температуры, могут применяться радиаторы, «теплые полы» и др. Управление системой и поддержание температуры в помещениях дома, оснащенного данной системой, выражается в управлении положением клапанов отопительных приборов в зависимости от температуры воздуха в помещениях, скорости циркуляции теплоносителя и состояния коммутирующих приборов бойлера.

Независимо от видов используемых ресурсов и отопительных приборов в основу системы управления отоплением могут быть положены следующие структурные схемы:

система с локальным управлением отопительными приборами;

система с централизованным управлением приборами;

система с комбинированным управлением.

Системы отопления с локальным управлением

В основу данных систем заложен принцип индивидуального управления отопительными приборами, расположенными в отдельно взятых помещениях строения, в зависимости от значений температуры воздуха. Такие системы наиболее просты в создании.

Система управления состоит из отдельных, не связанных ни между собой, ни с какими другими управляющими устройствами систем управления отоплением отдельных помещений. Принцип функционирования указанных систем основан на контроле температуры, сравнении с заданными параметрами и управлении состоянием отопительных приборов. Для этого в помещениях, в которых требуется поддержание температуры воздуха в заданных границах, устанавливаются средства измерения температуры воздуха и средства управления состоянием отопительных приборов.

Основную роль в управлении отопительными приборами в таких системах играют микроконтроллеры, устанавливаемые в каждом помещении, где размещены управляемые ими отопительные приборы. Контроллеры соединяются с датчиками температуры и исполнительными устройствами отопительных приборов. В качестве контроллеров могут использоваться широко распространенные на рынке термостаты, большинство которых имеют встроенные датчики температуры.

Рассмотрим работу данной системы. Пользователь системы настраивает контроллер на поддержание определенной температуры воздуха в помещении, то есть устанавливает ее нижний и верхний пределы (например, 20 °С и 24 °С) или один (в зависимости от модели контроллера) ориентировочный уровень температуры. Термодатчики преобразовывают значения температуры окружающей среды в соответствующие им электрические сигналы, которые поступают на вход контроллера. Если сигнал оказывается меньше установленных значений, контроллер формирует сигнал на включение/ увеличение мощности отопительного прибора. Этот сигнал поступает на исполнительное устройство, и отопительный прибор переводится в активное состояние или увеличивает излучаемую мощность.

При повышении температуры воздуха в помещении выше заданных пользователем границ контроллер формирует сигнал на выключение/уменьшение мощности отопительного прибора, который в результате переводится в пассивное состояние или уменьшает излучаемую мощность. Таким образом, в помещении, где установлены контроллер и управляемый им отопительный прибор, поддерживается температура воздуха в пределах границ, заданных владельцем дома.

На рынке также широко распространены контроллеры со встроенными часами, позволяющие настраивать несколько режимов отопления, например «комфортный» и «дежурный». Владелец дома может настроить для каждого режима поддерживаемую системой температуру воздуха в помещении и время перевода системы из одного режима в другой. Например, «дежурный» режим – на поддержание температуры в пределах 4–6 °С, а «комфортный» режим – на поддержание температуры воздуха в помещении в пределах 20–24 °С. Переключение режимов отопления с одного на другой производится контроллером самостоятельно по настройкам времени.

Также доступны на рынке контроллеры, позволяющие осуществлять переключение режимов отопления не только по времени суток, но и по дням недели. Например, в рабочие дни круглосуточно в помещении поддерживается температура воздуха, соответствующая «дежурному» режиму, а в пятницу в 18 ч контроллер переведет систему в режим отопления «комфортный».

Достоинства описанной выше системы управления отоплением заключаются в малом количестве кабелей, соединяющих микроконтроллер с термодатчиками и исполнительными устройствами.

К недостаткам можно отнести большие трудозатраты в управлении, так как для каждого помещения необходим свой контрольно-управляющий орган (микроконтроллер), требующий отдельной настройки и программирования режимов функционирования. Кроме того, стоимость такой системы управления пропорциональна количеству помещений, а для дистанционного контроля и управления требуется столько каналов связи, сколько имеется контроллеров. Еще один минус – для управления другим технологическим оборудованием (насосами, бойлерами и др.) нужны дополнительные устройства.

Системы отопления с централизованным управлением

Существенным отличием данных систем от описанных выше является то, что система управления построена на основе одного, более мощного управляющего контроллера. Она сложнее в проектировании, и для ее создания требуется определенная квалификация проектировщиков.

Принцип функционирования системы также основан на сборе, оценке и сравнении температурных параметров отдельных помещений. В помещениях, где требуется поддержание температуры воздуха в заданных пределах, устанавливаются средства измерения температуры воздуха и отопительные приборы со средствами управления их состоянием. Отопительные приборы также должны быть оснащены исполнительными устройствами.

Основным управляющим устройством в таких системах является программируемый контроллер, размещенный в одном из помещений и являющийся «мозгом» системы. Входы и выходы контроллера через модули ввода/ вывода соединяются с датчиками температуры и исполнительными устройствами отопительных приборов. Для удобства пользования, установки и программирования режимов отопления контроллер может быть снабжен графическим или символьно-цифровым дисплеем, кнопочной панелью управления установкой режимов.

При разработке системы создается программа, по которой контроллер опрашивает термодатчики и в зависимости от показаний формирует сигналы управления на исполнительные устройства отопительных приборов.

Рассмотрим принцип действия системы. Пользователь настраивает режимы и программы отопления помещений с помощью панели управления. Термодатчики, размещенные в различных помещениях загородного дома, преобразовывают значения температуры окружающей среды в соответствующие им электрические сигналы, которые поступают на входные модули контроллера. Показания температурных датчиков контроллер сравнивает со значениями, установленными пользователем. В зависимости от результатов сравнения входные модули формируют соответствующие сигналы и посылают их на исполнительные устройства. Функционирование этих устройств аналогично описанному выше.

Таким образом, контроллер управляет режимами отопления всех контролируемых им помещений. Гибкое программное обеспечение управляющего контроллера позволяет значительно увеличить количество возможных режимов работы системы отопления. В процессе работы владелец дома может оперативно изменить любые настройки и режимы всей системы отопления.

Кроме того, управляющие функции системы легко могут быть расширены при контроле и управлении котлами, бойлерами, циркуляционными насосами и другим оборудованием. Подключенные к программируемому контроллеру коммуникационные устройства позволяют контролировать температуру в помещениях и изменять настройки системы управления на больших расстояниях. Оснащенная указанными устройствами система сообщит владельцу строения о возникшей неисправности, в результате чего он сможет своевременно принять меры по ее устранению и не допустить размораживания строения.

При этом наибольшую оперативность доставки сообщения показывают устройства, передающие владельцу строения SMS-сообщения. Также не менее эффективным является дублирование сообщений о возникших неисправностях в ремонтную организацию, курирующую данное строение и находящуюся в непосредственной близости от коттеджа.

Достоинства данного вида системы заключаются в следующем:

возможность централизованной настройки температурных режимов помещений и их программирования;

наиболее рациональное использование возможностей микроконтроллера;

ведение журнала температурных параметров помещений в течение длительного времени с возможностью последующего просмотра;

возможность дальнейшего наращивания функций управления (учет энергоресурсов, управление технологическим оборудованием: насосами, клапанами, контроль содержания СО и О2 в воздухе, контроль функционирования котла, бойлера и др.);

возможность дистанционного контроля и управления функционированием по одному каналу;

возможность простыми действиями изменить настройки всей системы.

Недостатки системы:

необходимость в разводке по всему коттеджу кабелей, соединяющих контроллер с датчиками и исполнительными устройствами отопительных приборов;

для осуществления возможности управления, например, гостями непосредственно из помещений требуется дополнительное подключение управляющих панелей, размещаемых в комнатах.

В этих системах предусмотрена возможность дистанционного управления:

с домашнего или офисного компьютера по телефонной линии через модем;

с мобильного телефона путем отправки и получения SMS;

с домашнего, офисного компьютера или коммуникатора через интернет-соединение;

с коммуникатора или карманного компьютера через Bluetooth канал на расстоянии действия этого канала.

Комбинированные системы управления

Эти системы представляют собой дальнейшее развитие систем отопления с локальным управлением. В такой системе один ведущий контроллер управляет локальными контроллерами, устанавливая для них определенный режим функционирования и подконтрольные температурные границы.

Наряду с этим для всех типов систем управления отоплением необходимо обеспечить бесперебойное питание электричеством.

Заключение

 

С всего вышеперечисленного возможно сделать вывод что представленные системы энергосбережения а также другие системы задействованные в зданиях и рабочих помещениях и деловых центров, имеют все признаки интеллектуальных систем во время их работы а также на этапе их создания и функционирования:

1.         они имеют четкий алгоритм работы результат которой напрямую зависит от коечного пользователя а также от факторов влияющих на прохождение процесса контроля за состоянием подконтрольных помещений(зданий)

2.         они имеют определенные задачи

3.         Даная система содержит в себе множество конструкторских решений например систему распознавания образов и логику действий в соответствиями с показаниями датчиков

4.         при изготовлении данных систем нужно использовать огромные БД в связи с тем что здания не однородны и различные стройматериалы имеют разные свойства.

5.         влияние природных факторов обязует использовать динамические решения при построение такой интеллектуальной системы поэтому Даная система во время своей работы требует постоянного обновления данных в некоторых частях БД

6.         Даная система обязана решать задачи характерные для ИИС

·           Диагностика

·           Мониторинг

·           Проектирование

·           Прогнозирование

·           Планирование

·           Самообучение

·           Управление

·           Поддержка принятия решений.

7.         они имеют конечный результат работы который мы можем увидеть в комфортном и безопасном окружающем нас здании а также в экономии энергоресурсов и вложений в коммунальные услуги.

Таким образом я на основе системы отопления продемонстрировал работу интеллектуальной системы.

Литература

http://www.archive-online.ru

http://www.stroygorhoz.ru

ru.wikipedia.org

http://www.google.com.ua

http://www.astnn.ru