Система управления вентиляцией с электрокалорифером

В предыдущей статье Автоматизация приточно-вытяжных систем вентиляции уже рассматривались основные моменты, связанные с работой приточно-вытяжной вентиляции. Но в прошлый раз за основу была взята система на базе водяного калорифера и описывался общий алгоритм управления работой именно такой вентустановки.

При этом не упоминались системы с электрическим калорифером, встречающиеся чуть реже, в первую очередь ввиду своей энергозатратности, но тем не менее также довольно часто используемые. Например там, где невозможно получить теплоснабжение от системы центрального отопления.

А ведь сама работа установки с электрокалорифером заметно отличается от работы водяного калорифера — меняется общий алгоритм работы, так же видоизменяется и функциональный состав установки. То есть не получится просто взять готовое решение для одной системы и применить его для другой.

Вот поэтому я предлагаю еще раз вернуться к этой теме и рассмотреть работу приточно-вытяжной вентиляции на основе электрокалориферов.

И для начала, наверное, рассмотрим основные плюсы и минусы данной системы. Про главный минус я уже сказал — это высокие затраты на электроэнергию, особенно при установке в больших помещениях. К преимуществам электрокалориферов можно отнести более простой процесс монтажа вентустановки, не надо устанавливать узел обвязки калорифера (насос, клапан и т.д.), как в случае с водяным, а также более простой процесс регулирования.

Ну а теперь перейдем к самой работе установки.

Функциональная схема приточной вентиляции с электрическим калорифером

И сразу же приведу пример типичной функциональной схемы приточки с электрокалорифером.

1. TE1 — Датчик температуры наружного воздуха
2. Y1 — Электропривод воздушной заслонки
3. PDS1 — Реле перепада давления на фильтре
4. TS1 — Термостат защиты калорифера от перегрева
5. HE1 — Электрический калорифер
6. PDS2 — Реле перепада давления на вентиляторе
7. UZ — Частотный преобразователь приточного вентилятора
8. TE2 — Датчик температуры приточного воздуха

Если сравнить данную схему со схемой из предыдущей статьи, то можно заметить много общего между ними, те же заслонка, фильтр, вентилятор, прессостаты. Основное отличие заключается в отсутствии системы циркуляции. Но есть и ряд других нюансов.

В частности, в отличии от установки с водяным калорифером, где датчик температуры наружного воздуха играет важную роль, здесь он даже не всегда применяется. Но все же желательно его использовать, так как благодаря ему производится корректирующее управление уставкой температуры при изменении наружной температуры воздуха, так называемая компенсация уставки. Такое управление позволяет компенсировать потери в воздуховодах, а при регулировании температуры в помещении – повысить уровень комфорта.

Также имеются различия в защите калориферов. В отличии от водяного калорифера, где основные проблемы связаны с опасностью разморозки, в электрических основная угроза выхода из строя заключается в перегреве, вызванного отсутствием потока воздуха.

Во избежании этого, должны устанавливаться датчик потока воздуха и датчик перегрева калорифера, который представляет собой встроенный термоконтакт. Помимо этого, устанавливаются термостаты. Один термостат защиты от перегрева с самовозвратом, другой термостат защиты от возгорания с ручным сбросом. Хотя, как мы видим на схеме, это не всегда так, бывает, что обходятся одним термостатом.

Термостат защиты от перегрева срабатывает, когда температура воздуха за электрокалорифером превышает определенную температуру (60-90°C), после снижения температуры до рабочей, калорифер снова включится. При срабатывании аварийного термостата защиты от возгорания (90-110°C), система отключается и повторно ее включить можно только вручную, после устранения неисправности.

Термостаты могут быть как нормально-замкнутые, так и нормально-разомкнутые, но чаще всего при защите электрокалорифера применяются именно с нормально-замкнутыми контактами.

Управление электрокалорифером

Управление нагревателем обычно осуществляется ступенчато, сначала включается первая ступень нагревателя, затем последовательно включаются/выключаются следующие ступени, так называемые опорные. Соотношение между временем включения и отключения зависит от необходимости в нагреве. Выходная мощность электрического нагревателя вычисляется по ПИ-закону, регулируемая величина — по датчику температуры приточного воздуха.

Сигнал управления устройством, непосредственно регулирующим мощность, в качестве которого могут применяться тиристорные регуляторы, твердотельные реле, обычные контакторы, может быть либо аналоговый с напряжением 0-10V, либо дискретный.

При включении нагрева, сначала включается первая ступень и за счет плавного изменения мощности, которое происходит благодаря управляющему сигналу 0-10V, обеспечивается точное поддержание требуемой температуры. Если мощности первой ступени не хватает, то включается вторая ступень, а производительность первой ступени сбрасывается и начинает регулирование заново. Если не хватает мощности двух ступеней, то включается третья ступень и т.д. При необходимости снижать температуру, основное регулирование осуществляется с помощью первой ступени, остальные ступени выключаются по мере надобности.

Для защиты от частого включения ступеней мощности, используется гистерезис, равный примерно 10 % мощности. То есть вторая ступень включится при значении выходной мощности 105 %, выключится при снижении до 95 % (205 % и 195 % для третьей ступени, соответственно).

Общий алгоритм работы системы

Запуск системы осуществляется следующим образом. В режиме ожидания зимой система выключена и перед запуском никаких предварительных действий не требуется. В этом, кстати, заключается еще одно отличие от систем водяного обогрева, где перед запуском необходимо прогревать калорифер до заданной температуры.

При переходе в режим Работа, включается ТЭН калорифера и начинается плавное увеличение мощности нагрева. Одновременно с включением калорифера, открывается воздушная заслонка. Затем, с некоторой задержкой, запускается вентилятор приточного воздуха. При этом уставка температуры начинает плавно снижаться до номинального значения.

Переход установки в дежурный режим должен сопровождаться продувкой электронагревателя. Во время продувки, питание с электронагревателя снимается, но вентилятор должен продолжать работать в течении некоторого времени, для охлаждения калорифера и только после этого выключаться. Иначе, если не соблюдать это правило, ТЭН нагревателя может просто выйти из строя.

Такой же алгоритм действий и при срабатывании защиты от перегрева — сначала должен выключаться нагрев, затем идет продувка калорифера вентилятором и только после этого отключение вентилятора.

Также должна быть предусмотрена блокировка работы электронагревателя при выключенном приточном вентиляторе. В случае резервирования вентиляторов, которое позволяет продолжать работу вентустановки, используя резервный вентилятор, в случае отказа основного, переключение происходит при поступлении сигнала аварии с работающего вентилятора (термоконтакт, авария ПЧ) либо по сигналу с прессостата. Если же и в случае резервного приходит сигнал об аварии, установка выключается.

Для вентиляторов должны быть предусмотрены следующие виды защит:

• Сигнал о перегрузки электродвигателя, по срабатыванию встроенного термоконтакта.
• Отказ преобразователя частоты, при этом контроль электрических параметров двигателя осуществляется встроенными функциями самого ПЧ.
• Обрыв ремня. Фиксируется по срабатыванию датчика перепада давления на вентиляторе.

При срабатывании защиты электродвигателя вентустановка переходит в дежурный режим и в журнал контроллера записывается событие «Перегрузка».

При поступлении сигнала «Отказ ПЧ» установка также переходит в дежурный режим, снимается сигнал подачи питания на преобразователь частоты, и в журнал  записывается событие «Отказ ПЧ». В системах с резервированием вентиляторов вместо перехода в дежурный режим контроллер включает резервный вентилятор.

При поступлении сигнала с пожарного датчика, установка переходит в дежурный режим. При этом останов происходит сразу, без продувки электрокалорифера.

Работа остальных элементов вентустановки, в принципе, ничем не отличается от работы в установках с водяным калорифером, поэтому в данной статье их можно не рассматривать.