Современная котельная – это сложная система управления взаимосвязанными процессами. Управление котельными можно условно разделить на три основные задачи.
Управление работой котла: регулирование температуры воды на выходе котла, температуры обратной воды, управление одно-, двухступенчатыми и модулируемыми горелками, котловыми насосами и контроль состояния котлоагрегата.
Управление работой котельной: каскадом котлов, насосами циркуляции, погодозависимое регулирование температуры в общем коллекторе или трубопроводе, контроль безопасности котельной по таким сигналам как пожар, загазованность СО и СН4, давление газа на вводе и прочие – по требованиям нормативных сводов правил (СНиП 35-76, СП 89.13330.2016 – сигнализация, оповещения и регулирование).
Управление работой контуров отопления и ГВС: регулирование температуры в контурах, контроль давления, управление насосами циркуляции, управление подпиткой и распределение тепла по потребителям.
Линейка регуляторов ОВЕН КТР-121
Для управления котельной компания ОВЕН подготовила новую линейку регуляторов КТР-121 с готовыми алгоритмами для автоматизации блочномодульных, стационарных, крышных водогрейных котельных малой и средней мощности от 100 кВт до 10 МВт с жидкотопливными или газовыми горелками (Weishaupt, CIB Unigas, Lamborghini, Rielo, Oilon, Baltur, EcoFlam, SAACKE и пр.) с встроенным топочным автоматом.
Линейка регуляторов КТР-121 разделена по функциональным задачам:
- Котловые регуляторы КТР-121.01.
- Каскадные регуляторы 2…4 котлов КТР-121.02.
- Регуляторы для управления контурами отопления и ГВС КТР-121.03.
- Прибор для самостоятельной установки алгоритма КТР-121.00.
Для передачи данных в SCADA-систему не требуются специализированные преобразователи, используется стандартный протокол Modbus ASCII/ RTU с интерфейсом RS-485. Карта сетевых регистров открыта для вывода любых данных.
Наладка КТР-121 доступна для начинающего КИПовца: русскоязычное меню позволяет свободно ориентироваться в настройках даже в отсутствие документации. Встроенные блокировки и защиты не позволяют задавать настройки, которые могут привести к нештатной ситуации. Пароль на входе в меню защищает от несанкционированного доступа к настройкам.
Котловые регуляторы ОВЕН КТР-121.01
КТР-121.01 – устройство с готовой логикой, которое предназначено для управления работой одного водогрейного котла с автоматизированной газовой или жидкотопливной горелкой. Регулятор совместим с одно-, двухступенчатыми или модулируемыми горелками pin-to-pin с использованием стандартных клемм управления горелкой «Т1-Т2» и «Т6-Т7-Т8».
Основные функции КТР-121.01:
- регулирование температуры на выходе котла;
- регулирование температуры на входе котла (трехходовой
- или насос байпаса);
- управление группой котловых насосов;
- контроль работы котла (состояние горелки; проток, давление в топке или разрежение за котлом);
- диспетчеризация.
КТР-121.01 может управлять водогрейным котлом по пяти типовым схемам:
- без насосов (рис. 1а);
- с насосом байпаса (рис. 1б);
- с котловыми насосами (рис. 1в);
- с котловыми насосами и насосом байпаса (рис. 1г);
- с котловыми насосами и КЗР регулирования температуры обратной воды (рис. 1д).
Каскадные регуляторы ОВЕН КТР-121.02
Кажущаяся на первый взгляд несложная задача организации согласованной работы нескольких котлов в каскаде водогрейной котельной обнаруживает по факту массу проблем. Стандартные котловые пульты в виде термостатов, механических индикаторов температуры и релейной логикой управления не позволяют организовать эффективную работу каскада. Поиск бюджетного решения на отечественном рынке котлоавтоматики показывает, что готовые решения практически отсутствуют, импортные – достаточно дороги, к тому же – долгая логистика и отсутствие подготовленных консультантов.
Разработка индивидуальной программы управления каскадом на базе ПЛК для небольших котельных слишком затратна. Для управления каскадом котлов компания ОВЕН разработала специальный регулятор КТР-121.02.
Каскадный регулятор оптимизирует работу котельной, эффективная регулировка нагрузки котлов обеспечивает снижение расхода топлива.
Основные функции каскадного регулятора КТР-121.02:
- регулирование температуры подачи на выходе котла в общем трубопроводе;
- управление каскадом до 4-х котлов;
- погодозависимое регулирование;
- защита работы оборудования и сигнализация.
Основной проблемой в организации каскада является настройка регулирования температуры с небольшими колебаниями в общем трубопроводе или коллекторе. Речь идет о настройке ПИД-коэффициентов. Автоматические алгоритмы адаптации редко дают приемлемый результат, а классический способ числового задания коэффициентов требует много времени для определения точных значений. В КТР-121 настройка регулятора может быть реализована двумя способами – классическим и более простым по принципу «включен набор инструментов»:
алгоритм, определяющий запуск ведомых котлов в работу, учитывает не только температурный порог, но и скорость потребления тепловой энергии, что позволяет минимизировать эффект тактования котла;
- автоматическая смена роли ведущего котла обеспечивает равномерное распределение наработки и степени износа каждого котла;
- архивный журнал аварий покажет, в какое время произошла нештатная ситуация, и укажет на причину произошедшего;
- тестирование всех подключенных элементов системы сокращает время устранения неисправности и не требует выполнения емких работ по выявлению причины аварии вручную.
Для контроля и диспетчеризации общекотельных аварий к каскадному регулятору подключают модуль ОВЕН ПРМ по внутренней шине.
Регуляторы для управления контурами отопления и ГВС ОВЕН КТР-121.03
Проектные решения современных отопительных котельных малой и средней мощности часто совмещают задачи генерации и распределения тепла на ГВС и отопление. Для котельных без выделенного теплового пункта разработан КТР-121.03, применяемый в жилых домах с крышными котельными или небольших производствах с пристроенной котельной. Прибор предназначен для работы с закрытыми контурами отопления и ГВС с теплообменниками и открытыми контурами отопления с насосно-смесительными узлами и ГВС на бойлер.
Обращаем внимание, что КТР-121.03 является функциональным модулем расширения для регулятора КТР-121.02 и отдельно не применяется. Для объектов типа ИТП, ЦТП следует выбирать устройства ОВЕН ТРМ32, ТРМ232М.
Требования энергоэффективности и безопасности распространяются не только на работу котлового контура, но и на ГВС и отопление. Функции КТР-121.03 отвечают этим требованиям:
- регулирование температуры на отопление и ГВС;
- управление циркуляционными насосами;
- управление подпиткой.
Для сокращения перерасхода тепловой энергии КТР-121.03, ориентируясь на показания наружной температуры, автоматически меняет уставку в соответствии с отопительным графиком. Изменение уставки в ночное время и выходные дни также позволяет сокращать расход топлива на котлах. В случае длительного недогрева контура КТР-121.03 даст команду на кратковременное повышение уставки регулирования температуры в котловом контуре, что позволит быстрее нагреть контур. Автоматическое определение утечки в контуре вовремя остановит работу подпитки и не вызовет затопления объекта.
Комплексные решения
Обработка запросов клиентов ОВЕН дает картину активной замены устаревающей релейной автоматики и роста спроса на комплексные решения. Это кас
ается, в том числе, и котельной автоматики. С выводом на рынок линейки специализированных регуляторов ОВЕН КТР-121 и у разработчиков АСУ, и у потребителей появилась возможность эффективного управления котельной и тепловыми контурами.
В зависимости от поставленной задачи управления можно подобрать комплект приборов КТР-121 и объединить их в сети RS-485.
Комплексные решения регуляторов КТР-121 обеспечивают:
- удобную настройку приборов в однотипном интерфейсе для разных задач управления;
- экономию средств – отсутствие переплаты за избыточный функционал;
- удобство закупки у одного дистрибьютора.
Комбинации настроек КТР-121 позволяют реализовать более 50 схем управления на объектах с различными вариантами гидравлики, требованиями защиты и видами оборудования (насосы, горелки и пр.).
Все приборы линейки КТР-121, в том числе без предустановленного алгоритма КТР-121.00, имеют идентичную аппаратную базу. Алгоритмы (без возможности редактирования) находятся в свободном доступе на сайте owen.ru, поэтому самостоятельно по mini-USB может быть загружен любой алгоритм в любую модификацию КТР-121. Такие возможности позволяют держать в резерве минимальное количество взаимозаменяемых устройств.
Приведем примеры комплексных решений. Комплект котлового регулятора КТР-121.01 с каскадным КТР-121.02 (рис. 2) обеспечивает:
- управление каскадом с контролем работы каждого котла;
- управление подпиткой котлового контура;
- управление котловыми насосами и циркуляционными насосами.
При объединении каскадного регулятора КТР-121.02 с КТР-121.03 (рис. 3) обеспечивается:
- погодозависимое регулирование температуры в общем коллекторе;
- управление насосно-смесительными узлами на контурах отопления и ГВС на бойлер.
При объединении регуляторов КТР-121.01, КТР-121.02 и КТР-121.03 (рис. 4) обеспечивается:
- управление каскадом с контролем работы каждого котла;
- управление котловыми и циркуляционными насосами;
- регулирование работы контуров отопления и ГВС;
- управление насосами на контурах отопления и ГВС;
- управление подпиткой контура отопления.
В заключении приведем расчеты затрат на отопление здания школы с пристроенной газовой котельной в Центральном федеральном округе, например, в Тульской области, и посчитаем экономический эффект от внедрения регулятора КТР-121.
Величина теплового потребления за год (Qгод) без регулирования рассчитывается по формуле (1).
Обратимся к возможностям регулятора КТР-121. Экономию тепловой энергии на отопление в основном получаем из двух источников: погодозависимого регулирования, позволяющего выдерживать температуру в контуре отопления с учетом потепления и снижения температуры в помещениях в нерабочее время и выходные дни.
Расчетная температура воздуха для учебных кабинетов составляет 21 °С (СНиП 2.08.02-89 «Общественные здания и сооружения»). Во время потеплений, которые в средней полосе стали частым явлением, стандартная величина подающейся тепловой энергии становится избыточной, т.е. температура в классах может превысить 21 °С. Принимаем, что в школе температура повышается до 24 °С на протяжении 50 % отопительного периода.
Рассчитаем величину потребления тепловой энергии для температуры в школе требуемой величины 21 °С по формуле (2).
По формуле (3) получаем экономию энергии Qэ1 = 83,1 Гкал/год (5,4 %).
Дополнительную экономию без ущерба здоровью учащихся и сотрудников можно получить путем снижения температуры в помещениях школы в нерабочее время и выходные дни до 16 °С.
Рассчитаем величину потребления тепловой энергии Q16 в нерабочее время по формуле (4).
В расчет принимаем 12-часовой рабочий день, субботу и воскресенье, не учитываем праздничные выходные, таким образом, суммарное время работы в отопительный период при температуре 16 °С составит Т=3194 часа.
Экономия за счет снижения температуры в нерабочее время, рассчитанная по формуле (5), составляет Qэ2= 199,6 Гкал/год или 12,9 %.
Суммарная экономия от использования вышеописанных методик рассчитывается по формуле (6). Количество газа, требуемое для получения 328,5 МВт, рассчитывается по формуле (7).
Для перерасчета в рубли принимаем цену газа 4691 i/1000 м3 для Тулы (приказы ФАС России от 03.08.2018 № 1087/18, от 03.08.2018 № 1088/18 и письмо ПАО «Газпром» от 14.08.2018 18/17/3-1583). В итоге получаем экономию за счет снижения расхода газа на отопление школы Э = 171 106 i/год или 18,3 %.
Важно понимать, что данный расчет не учитывает изменений с течением времени КПД теплогенерационного оборудования, КПД батарей, теплофизических свойств трубопроводов и теплоизоляции здания. Но даже без учета этих факторов очевидно снижение затрат при использовании погодозависимого регулирования и снижения температуры в нерабочее время.