Здания санаториев являются местом отдыха, лечения и восстановления, что диктует повышенные требования к качеству воздуха внутри помещений. Схема системы вентиляционной установки показана на рис. 1. В состав её приточной части входят: блок очистки воздуха; рекуператор; первая ступень подогрева приточного воздуха; нагнетатель; вторая ступень подогрева приточного воздуха; секция увлажнения приточного воздуха; шумоглушитель.


Рис. 1. Схема теплотехнического контроля очистки воздуха профилактория

Работоспособность каждого из блоков, равно как и всей установки, должно осуществляться с применением автоматизированной системы управления (АСУ).

Разработка требований к числу измерителей и их точности в общеобменных вентиляционных установках (ОВУ) является важной задачей для повышения эффективности теплопотребления. Традиционно АСУ ОВУ оснащаются минимальным числом датчиков с наименьшей точностью и стоимостью. Должны быть установлены измерители для контроля параметров: расход теплоносителя; температура воды и воздуха на входе и выходе калорифера; давление воды и воздуха в системе. Обычно используют два расходомера (входной и выходной) и два термометра для контроля температуры на входе и выходе.

Для каждого типа измерителя необходимо определить класс точности:

  • счётчики тепла — класс точности не ниже 2,0;
  • температурные датчики — точность не хуже ±0,5°C;
  • расходомеры — ±2% от полного диапазона измерений.

Применение АСУ для сбора и обработки данных целесообразно в режиме реального времени, что позволяет анализировать и оптимизировать работу ОВУ.

Разработка расширенного функционала АСУ требований к числу измерителей и их точности требует комплексного подхода, учитывающего как технические, так и экономические аспекты. Эффективное теплопотребление возможно только при наличии надёжной системы мониторинга и управления, что должно снизить затраты и повысить комфорт для потребителей. В связи с повышенными требованиями к числу измерений и их точности необходимо применять точные и по возможности «умные» датчики [1].

Расчёт прогнозного спроса на тепловую энергию ОВУ с высокой точностью требует создания индивидуальной цифровой модели теплового баланса здания, включающего, но не ограничивающегося, характеристиками теплопотребляющих устройств:

  • мощность теплопотребляющего оборудования, которая указывается в паспортных данных [2];
  • геометрические характеристики светопрозрачных и светонепрозрачных ограждающих конструкций;
  • теплопроводность светопрозрачных и светонепрозрачных ограждающих конструкций, определенная по справочным таблицам или с применение натурных испытаний, что является предпочтительным по точности.

Собрав все необходимые данные о характеристиках источников теплоснабжения, теплопотребляющих устройствах и ограждающих конструкциях, можно провести дальнейшие расчёты для оптимизации работы АСУ ОВУ.

Измерение метеорологических факторов также актуально. Целесообразно учитывать следующие факторы:

  • температура наружного воздуха на высоте 2 м над поверхностью земли, °C;
  • атмосферное давление, приведённое к среднему уровню моря, мм рт. ст.;
  • относительная влажность наружного воздуха на высоте 2 м над поверхностью земли, %;
  • направление ветра (угол) на высоте 10–12 м над земной поверхностью, осреднённое за десятиминутный период. непосредственно предшествовавший сроку наблюдения;
  • скорость ветра на высоте 10–12 м над земной поверхностью, осреднённая за десятиминутный период, непосредственно предшествовавший сроку наблюдения, м/с;
  • процент заоблаченности небосвода;
  • интенсивность солнечного излучения [3];
  • важен учёт локальных условий, таких как наличие затенений от больших зданий, деревьев или других объектов, которые могут экранировать объект от ветра.

Поскольку на тепловой баланс оказывает влияние наличие людей в здании и выполняемый вид физическом нагрузки, то целесообразно учитывать:

  • график пребывания мужчин;
  • число мужчин;
  • график пребывания женщин;
  • число женщин;
  • график пребывания детей до 15 лет;
  • число детей до 15 лет.

Дополнительный учёт перечисленных выше параметров позволит обеспечить более эффективное функционирование АСУ ОВУ в различных стационарных режимах. К недостаткам подхода относится расширение и усложнение измерительной части.

Для схемы автоматизированной системы управления ОВУ (рис. 1) применяются следующие датчики:

1. Датчик избыточного давления: выходной сигнал — 4–20 мА, погрешность — ±0,5%; тип «Метра-75 TG» (производитель — АО «ПГ «Метран»). Для позиций: 2–1, 5–1, 6–1, 8–1, 10–1, 11–1, 14–1, 15–1, 22–1, 27–1, 29–1, 31–1 — диапазон измерений 0–160 кПа; для 20–1, 21–1 — диапазон измерений 0–3000 кПа:

  • 2–1. Давление воздуха после первого фильтра (106 кПа);
  • 5–1. Давление воздуха после первого фильтра (105 кПа);
  • 6–1. Давление воздуха после второго фильтра (104 кПа);
  • 8–1. Давление воздуха после третьего фильтра (103 кПа);
  • 10–1. Давление воздуха после рекуператора, перед подогревателем первой ступени (102 кПа);
  • 11–1. Давление воздуха после подогревателя первой ступени (102 кПа);
  • 14–1. Давление воздуха после улиточного вентилятора, перед калорифером (101 кПа);
  • 15–1. Давление воздуха перед воздухоподогревателем второй ступени (100 кПа);
  • 22–1. Давление воздуха перед шумоглушителем (100 кПа);
  • 27–1. Давление воздуха на выходе из фильтра в обратном вентиляционном трубопроводе (105 кПа);
  • 29–1. Давление воздуха после рекуператора в обратном вентиляционном трубопроводе (105 кПа);
  • 31–1. Давление воздуха после рекуператора и улиточного вентилятора в обратном вентиляционном трубопроводе (105 кПа).

2. Расходомер электромагнитный: диапазон измерений — 0–100 м³/с; выходной сигнал — 4–20 мА; погрешность — ±0,5%; номинальное значение параметра — 6,67 м/с; тип «Метран-370M» (производитель — АО «ПГ «Метран»):

  • 4–1. Расход воздуха на входе в вентиляционный трубопровод;
  • 7–1. Расход воздуха после третьего фильтра;
  • 26–1. Расход воздуха на выходе из помещения в обратном вентиляционном трубопроводе (перед фильтром);
  • 32–1. Расход воздуха на выходе после улиточного вентилятора в вентиляционном трубопроводе.

3. Термопреобразователь сопротивления: номинальная статическая характеристика (НСХ) — 50М; диапазон измерения — −50…+120°C; предел допускаемого отклонения от НСХ — 0,3+ 0,005|t|; тип «Метран-2000» (производитель — АО «ПГ «Метран»):

  • 3–1. Температура воздуха на входе в вентиляционный трубопровод (-20…+30°C);
  • 9–1. Температура воздуха после рекуператора в вентиляционном трубопроводе (-5…+30°C);
  • 13–1. Температура воздуха после подогревателя первой ступени (-5…+30°C);
  • 16–1. Температура воздуха после воздухоподогревателя второй ступени (+10…+40°C);
  • 18–1. Температура воды на входе в калорифер в подающем трубопроводе (+130°C);
  • 19–1. Температура воды на выходе из калорифера в обратном трубопроводе (+60°C);
  • 23–1. Температура воздуха перед шумоглушителем (+40°C);
  • 28–1. Температура воздуха на выходе из фильтра в обратном вентиляционном трубопроводе (+25°C);
  • 30–1. Температура воздуха после рекуператора в обратном вентиляционном трубопроводе (+20…+25°C).

4. Шумомер: диапазон измерения — до 130 дБ(А); номинальное значение параметра — 15 дБ(А); базовая погрешность — ±1,5 дБ(А); тип «Мегеон 92021»; измеряет уровень шума на входе в шумоглушитель (поз. 25–1).

5. Датчик шума: диапазон измерения — до 130 дБ(А); точность — ±3 дБ(А); номинальное значение параметра — 40 дБ(А); тип ICB300–06; измеряет уровень шума на входе в шумоглушитель (поз. 24–1).

6. Логгер данных: выходной сигнал — 4–20 мА; номинальное значение параметра — 40 дБ(А); тип ICB300–06; измеряет уровень шума на входе в шумоглушитель (поз. 24–2).

7. Датчик относительной влажности воздуха: диапазон измерений — 0–100% RH, точность измерений — ±3,5% RH; номинальное значение параметра — 35%; тип HD01 (производитель — НПП «Эконикс»); измеряет влажность воздуха после подогревателя первой ступени (поз. 12–1) и влажность воздуха после воздухоподогревателя второй ступени (поз. 17–1).

8. Видеографический безбумажный регистратор для измерения давления воздуха: тип «Метран-910–4-8″ (производитель — АО «ПГ «Метран»):

  • 2–2. Давление воздуха после первого фильтра (106 кПа): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 5–2. Давление воздуха после первого фильтра (105 кПа): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 6–2. Давление воздуха после второго фильтра (104 кПа): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 8–2. Давление воздуха после третьего фильтра (103 кПа): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 10–2. Давление воздуха после рекуператора, перед подогревателем первой ступени (102 кПа): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 11–2. Давление воздуха после подогревателя первой ступени (102 кПа): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 14–2. Давление воздуха после улиточного вентилятора, перед калорифером (101 кПа): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 15–2. Давление воздуха перед воздухоподогревателем второй ступени (100 кПа): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 22–2. Давление воздуха перед шумоглушителем (100 кПа): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 27–2. Давление воздуха на выходе из фильтра в обратном вентиляционном трубопроводе (105 кПа): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 29–2. Давление воздуха после рекуператора в обратном вентиляционном трубопроводе (100 кПа): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 31–2. Давление воздуха после рекуператора и улиточного вентилятора в обратном вентиляционном трубопроводе (97 кПа): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА.

9. Видеографический безбумажный регистратор для измерения давления воды: входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА; номинальное давление воды на входе в калорифер в подающем трубопроводе — 2,2 МПа (поз. 20–2); номинальное давление воды на выходе из калорифера в обратном трубопроводе — 2,0 МПа (поз. 21–2); тип «Метран-910–4-8″ (производитель — АО «ПГ «Метран»).

10. Видеографический регистратор, безбумажный: тип «Метран-910–4-8″ (производитель АО «ПГ «Метран»):

  • 3–2. Температура воздуха на входе в вентиляционный трубопровод (-20…+30°C): предел допускаемой основной погрешности — ±0,5+0,0008|t|;
  • 9–2. Температура воздуха после рекуператора в вентиляционном трубопроводе (-5…+30°C): предел допускаемой основной погрешности — ±0,5+0,0008|t|;
  • 13–2. Температура воздуха после подогревателя первой ступени (-5…+30°C): предел допускаемой основной погрешности — ±0,5+0,0008|t|;
  • 16–2. Температура воздуха после воздухоподогревателя второй ступени (+10…+40°C): предел допускаемой основной погрешности — ±0,5+0,0008|t|;
  • 23–2. Температура воздуха на входе в вентиляционный трубопровод (+40°C): предел допускаемой основной погрешности — ±0,5+0,0008|t|;
  • 28–2. Температура воздуха на выходе из фильтра в обратном вентиляционном трубопроводе (+25°C): предел допускаемой основной погрешности — ±0,5+0,0008|t|;
  • 30–2. Температура воздуха на выходе из фильтра в обратном вентиляционном трубопроводе (+20…+25°C): предел допускаемой основной погрешности — ±0,5+0,0008|t|;
  • 4–2. Расход воздуха на входе в вентиляционный трубопровод (6,67 м³/с): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+ 0,008 мА;
  • 7–2. Расход воздуха после третьего фильтра (6,67 м³/с): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+ 0,008 мА;
  • 26–2. Расход воздуха на выходе из помещения в обратном вентиляционном трубопроводе (перед фильтром, 6,67 м³/с): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности: ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 32–2. Расход воздуха на выходе после вентилятора типа «улитка» в вентиляционном трубопроводе (6,67 м³/с): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 12–2. Влажность воздуха после подогревателя первой ступени (0,35%): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА;
  • 17–2. Влажность воздуха после воздухоподогревателя второй ступени (0,35%): входной сигнал — 4–20 мА; предел допускаемой основной погрешности — ±0,0006ПВ+0,008 мА.

Нетрудно заметить, что из более 50-ти датчиков, необходимых для функционирования АСУ ОВУ, к измерениям климатических данных наружного воздуха относится только два: 3–1 «Температура воздуха на входе в вентиляционный трубопровод» и 12–2 «Влажность воздуха».

Поскольку рассматриваемая схема включает рекуператор и погодозависимую автоматику, то функционирование АСУ ОВУ существенно зависит от качества измеренных данных.

К вопросам оптимизации затрат относится возможность отказа от собственных измерителей климатических факторов в пользу данных, измеряемых централизованно по городу и доступных из открытых источников [4] (рис. 2). Анализ статистических данных о реакции здания на изменения климатических факторов за несколько лет позволяет повысить точность прогноза [5, 6].


Рис. 2. Сравнение температур наружного воздуха, измеренного у ОВУ и централизованно по городу Москва

Опыт численного моделирования показывает, что целесообразнее брать данные не с общегородской метеостанции, а от собственной локальной метеостанции, так как они содержат существенно более характерной для объекта информации. Для рассматриваемого примера расхождение показаний АСУ ОВУ, расположенного в ЗАО Москвы, район Филёвского парка, с показаниями метеостанции «Балчуг» в среднем за январь 2024 года составляет 4,21°C, расстояние между точками измерений составляет 10 км. Расхождение с показаниями метеостанции «ВДНХ» в среднем по году составляет 5,26°C, расстояние между точками измерений — 17 км.

Отказ от измерения значений температуры наружного воздуха непосредственно на объекте регулирования в пользу использования данных от общегородских метеостанций приведёт к существенно некорректной работе АСУ ОВУ.