Введение

В условиях изменившихся экономических отношений резко возрастают требования к контролю состояния и надежному регулированию  всех систем жизнеобеспечения и в первую очередь - отопления, горячего и холодного водоснабжения городов и населенных пунктов. На первый план выходят решение проблем:

В сложившихся экономических условиях такая система не отвечает ужесточающимся требованиям необходимости повышения эффективности использования энергетических ресурсов.

На основании различных исследований и опыта эксплуатации рассчитано, что потери энергии в связи с нерегулируемым обогревом составляют ~27% от расхода энергии через бетонные конструкции и вентиляцию, что в среднем равно разности между комнатными температурами около 4-5°C. Потенциал энергосбережения составляет около 10-15 кВт.час/м3 в год при отсутствии дальнейших модификаций.

Техническое  решение АСДУ ЖКХ г.Обь

Выбор типовых технических и технологических решений по данному проекту  был обоснован путем полномасштабного моделирования в реальных условиях эксплуатации. В качестве модели была выбрана группа объектов системы централизованного  теплоснабжения (многоквартирных жилых  домов типовой застройки г. Обь НСО), на которых были установлены узлы учета и регулирования теплопотребления. Эти объекты были включены в АСДУ с единым пунктом диспетчерского управления первого уровня.

Технологические средства регулирования ИТП.

    Рядом предприятий и организаций г. Новосибирска разработана и испытана в г. Обь Новосибирской области типовая схема индивидуальных тепловых пунктов с широким диапазоном применения в жилых и общественных зданиях. Схема предназначена для работы в закрытых сетях теплоснабжения с зависимым подключением системы отопления здания, но легко может быть адаптирована и к независимым схемам отопления.

    Источником теплоснабжения зданий, предусмотренным в данном проекте, является центральный тепловой пункт. Первичным теплоносителем является высокотемпературная вода с параметрами 130 – 70 °C. Присоединение теплового пункта к тепловым  сетям осуществлено по зависимой схеме. Узел ввода обеспечивает коммерческий учет  тепловых параметров и регулирование отопления по нескольким контурам регулирования. Количество контуров выбиралось исходя из особенностей  каждого здания, и составило от одного до четырех.  В случае использования многоконтурной схемы регулирования каждый контур отделен от других запорной арматурой.

Теплоносителем для системы отопления здания является вода с температурой 105 –70 °C, приготавливаемая в блоке смешения каждого контура. Центральным звеном в каждом контуре регулирования является блок смешения, включающий в себя трехходовой смесительный клапан, который изменяет процент подмеса воды из обратной магистрали системы отопления соответствующего контура, и смесительный насос. Такое решение позволяет стабилизировать расход воды через систему отопления без применения дополнительного регулятора расхода. Предусматривается также возможность оперативного отключения каждого блока на входе и выходе при помощи запорной арматуры. Работа каждого из контуров регулирования осуществляется независимо от других, тем самым обеспечивается гибкость управления всем температурным режимом здания.

В предлагаемой схеме ИТП здания состоит из двух функциональных узлов: узла учета и узла регулирования.

Узел учета предназначен для осуществления коммерческого учета потребляемой тепловой энергии и контроля тепловых параметров, подходящих к ИТП сетей тепло и водоснабжения. В процессе функционирования теплосчетчик производит прямые измерения температуры, давления и расхода путем преобразования электрических сигналов, поступающих от датчиков, расположенных на каждом обслуживаемом трубопроводе. По результатам измерения и вычислительных преобразований прибор позволяет учитывать:

• массу транспортируемого теплоносителя по каждому трубопроводу нарастающим итогом, а также за час, сутки, месяц;

• тепловую энергию, отпущенную в систему отопления нарастающим итогом, а также за час, сутки, месяц;

• среднечасовые и среднесуточные температуры и давления по каждому трубопроводу.

Узел регулирования является основным звеном ИТП, от которого зависит степень использования потребителем подводимой тепловой энергии и в конечном итоге экономический эффект от внедрения автоматизации теплоснабжения. Структура системы автоматического регулирования определяется в основном технологической схемой подключения абонента к сети теплоснабжения.

Технические средства автоматизации ИТП.

Автоматическое регулирование отпуска тепла осуществляется по принципу количественного регулирования, что позволяет существенно улучшить качество процесса регулирования. При неизменном объеме воды в системе отопления потребление тепловой энергии определяется изменением расхода теплоносителя, который определяется из требуемых значений температур внутри контура. Поэтому в предлагаемом варианте схема авторегулирования отслеживает разность температур прямой или обратной воды контура отопления в соответствии с температурным графиком отопления, задаваемым датчиком наружной температуры.

В качестве прибора управления использован микропроцессорный контроллер К2-3, разработанный ЗАО Научно-исследовательский институт электросвязи НИИЭС. К2–3 представляет собой регулирующее устройство выполненное на базе микроконтроллера с резидентным программным обеспечением и предназначен для автоматического регулирования подачи тепла на отопление зданий в соответствии с заложенным алгоритмом управления, а также для обеспечения связи с диспетчерским пунктом, с одной стороны, и с тепловычислителем с другой стороны.

Контроллер воспринимает внешние сигналы, обрабатывает их и выдает управляющие сигналы на четыре независимых контура отопления. Каждый контур может иметь собственную стратегию и параметры регулирования. Основными входными данными для управления являются:

• Температура наружного воздуха, измеряемая датчиком температуры наружного воздуха. Данный параметр является общим для всех контуров регулирования;

• Температура в прямом и обратном трубопроводах каждого контура;

• Усредненная температура в отапливаемых помещениях. Для контроля этого параметра в квартирах второго этажа здания установлены по два соединенных последовательно датчика на каждый контур отопления;

• Датчик работы циркулярного насоса;

• Тумблер ручного режима работы.

Полученные от датчиков данные используются для управления исполнительными механизмами блоков смешения узла регулирования. Регулирование осуществляется по ПИ-закону температуры подающей и обратной воды в контурах в зависимости от температуры наружного воздуха и температуры воздуха в отапливаемых помещениях.

Контроллер позволяет отслеживать аварийные ситуации, производит диагностику работы оборудования и датчиков, осуществляет архивирование текущих значений параметров регулирования и нештатных ситуаций.

В случае возникновения аварийной ситуации (например, отказ насоса) для исключения размораживания системы отопления предусматривается автоматическое открытие регулирующих клапанов в направлении теплосети, при этом на щите управления загорается индикатор «Авария».

Информационно контроллер связан по последовательному порту с тепловычислителем СПТ961 и с диспетчерским пунктом. Данные с тепловычислителя доступны через его «внешний интерфейс», и могут быть переданы в диспетчерский пункт. Для передачи данных между контроллером и диспетчерским пунктом используется телефонная линия и модем.

Техническое описание АСДУ

Назначение и функции Системы

Автоматизированная система  диспетчерского управления жилищно-коммунального хозяйства (АСДУ ЖКХ) предназначается для  специалистов инженерных и административных служб жилищно-коммунального хозяйства или других лиц, выполняющих аналогичные задачи или использующих информацию из базы данных АСДУ ЖКХ.

Система обеспечивает  организацию диспетчерской службы жилищно-коммунального хозяйства, налаживания систематического учета предоставляемых жилищно-коммунальных услуг и в принципе  способна поддерживать весь комплекс ЖКХ:

• Теплоснабжение;

• Горячее водоснабжение;

• Холодное водоснабжение;

• Электроснабжение;

• Газоснабжение.

В пилотном проекте по г. Обь на первом пусковом этапе реализована поддержка только первых трех услуг, в которых учитываются следующие параметры:

• Температура

• Давление

• Расход носителя

• Тепловая мощность (расход тепла)

• Потребленние (тепла, воды)

• Статус (вкл/выкл)

Аппаратно-программный комплекс АСДУ ЖКХ  обеспечивает выполнение следующих функций:

• автоматическое поддержание заданных температурных условий в многоквартирных жилых домах, а также других зданиях социально-бытового назначения типовой городской застройки  при минимально необходимом уровне тепловодопотребления,

• сбор и хранение информации в реальном масштабе времени с датчиков, счетчиков и исполнительных устройств,

• регулирование энергопотоков внутри каждого здания, исходя из оптимальной потребности и нормативных параметров,

• предоставление  информации для планирования общего уровня потребления энерговодоресурсов и учет реального потребления по количеству и качеству на каждом узле регулирования,

• учет отказов в системе энергоснабжения, ГВС, ХВС; 

• контроль соответствия нормативным показателям и учетным данным поставщика,

• оценку качества поставляемых энерговодоресурсов в реальном масштабе времени,

• непрерывный технологический контроль теплопотребления, выявление источников нерационального и расточительного расходования энергоресурсов,

• количественного и качественного контроля жилищно-коммунальных услуг, оказываемых энергоснабжающей организацией,

• программированного регулирования температуры внутри помещений, организации дежурных и консервационных режимов отопления;

• круглосуточной диспетчеризации и оповещения соответствующих служб.

Описание АРМ Диспетчера

 Реализованная в городе Оби система АСДУ ЖКХ предназначена для оперативного наблюдения за количеством тепла потребляемого зданием, состоянием оборудования входящего в состав индивидуального теплового пункта (ИТП) и управление режимами работы узлов регулирования. Основным звеном, обеспечивающим связь, передачу и отображение информации о состоянии дел на объектах, является АРМ Диспетчера. АРМ Диспетчера, представляет собой специализированное программное обеспечение, позволяющее диспетчеру следить за основными параметрами теплоснабжения и своевременно реагировать на нештатные ситуации.

После загрузки программы в память компьютера и начальной инициализации, система переходит  в основной режим работы, сканирование объектов, включенных в систему диспетчерского управления. В этом режиме пользователь видит на экране окно "АСДУ ЖКХ", в котором отображается следующая информация:

• Текущий куст, по которому ведется опрос

• Текущий дом, по которому ведется опрос

• Ответные данные

• Список аварийных ситуаций

• Возможные причины возникновения тех или иных аварийных ситуаций

• Строка состояния, отображающая какие данные считываются в данный момент времени

В режиме сканирования, система периодически ведет опрос всех объектов, включенных в систему, на предмет обнаружения аварийных ситуаций, таких как авария насоса, выход температурных показаний за расчетные пределы. Для анализа используются текущие показания с датчиков температуры, расхода, давления. Кроме этого в начале каждого часа происходит считывание среднечасовых значений температур и расходов за прошедший час и запись в архивный файл.

Кроме основного режима работы существует ряд дополнительных функций позволяющих диспетчеру осуществлять эффективное управление объектами, переход к которым осуществляется при помощи соответствующих элементов управления. В данном режиме пользователь может выполнять ряд операций с отдельным объектом, включенным в систему диспетчерского управления, таких как:

• Добавление нового объекта;

• Редактирование информации о существующем объекте;

• Удаление информации об объекте;

• Прямой доступ к текущим показаниям отдельного объекта;

• Просмотр архивных данных, выбранного объекта;

• Установка параметров регулирования.

 Прямой доступ к текущим показаниям отдельного объекта

  На данной панели схематично изображен ИТП с узлом учета и узлами регулирования, выбранного объекта. В этом режиме диспетчер имеет возможность получать текущие данные с приборов установленных в этом ИТП, которые отображаться в соответствующих окнах. На панели отображаются данные на входе ИТП (температура, расход, нагрузка) для подающего и обратного трубопроводов, взятые с теплосчетчика, а также текущее значение температуры воды подающего и обратного трубопроводов, температуры помещения, работы насоса (в случае аварии цвет насоса изменяется на красный),  и режим работы контроллера для каждого контура регулирования. Для сравнения выводится температура подающего и обратного трубопровода согласно СНиП при данной температуре наружного воздуха.

 Установка параметров регулирования

Данный режим доступен только после ввода пароля и запускается нажатием кнопки "Параметры регулирования". В появившемся окне отображается информация о графиках регулирования, режиме работы контроллера, заданной температуре помещения и графиках дежурного отопления для первого контура регулирования выбранного объекта. В случае, когда количество контуров более одного, переключение между ними осуществляется при помощи элемента управления "Контур регулирования".

Температурные графики подающей и обратной воды выставляются по двум точкам (Температура воды при нулевой уличной температуре и температура воды при заданной температуре наружного воздуха) при помощи соответствующих элементов управления.

При помощи элементов управления "Режим работ" и "Температура в помещении" задается режим работы контроллера и устанавливается оптимальная температура в помещении.

Группы элементов управления "Часовое расписание" и "Недельное расписание" позволяют задавать суточное и недельное смещение графика регулирования.

С помощью режимов данной панели имеется возможность заранее установить нормы недельного/месячного потребления в каждом здании, подведомственном системе. Экономия достигается применением дежурного отопления (кроме экономии от регулирования тепла в контурах) в административных зданиях, от уменьшения простоев узлов регулирования из-за неисправностей (качество работы эксплуатирующей организации) и изучения особенностей отопления крупных зданий, для более экономичного и качественного регулирования микроклимата, сравнения теплопотребления типовых зданий с целью анализа причин разницы в потреблении и приведения их к минимальному путем применения других энергосберегающих мероприятий (утепление чердаков, стен и т.д.). Из вышеизложенного следует, что требуется составлять ведомость экономного теплопотребления каждым зданием, например, на месяц вперед, утверждать ее лицом, финансирующим отопление и давать диспетчеру для исполнения и получать в конце этого месяца акт фактического исполнения, основанного на архивных данных из которого будет видно не только, что данное указание не выполнилось, но и в какой день, в какие часы, кем и по какой причине, последовательное устранение данных причин даст нужную экономию.

Просмотр архивных данных, выбранного объекта

Есть дополнительные сервисные режимы, которые в виде графиков показывают, как вела себя система в произвольный промежуток времени во всех подробностях.

Данный режим включается при нажатии на кнопку "Архив". В окне в графическом виде отображаются данные, накопленные за время работы системы. Существует возможность просмотра как текущих данных, собранных во время сканирования, так и среднечасовых значений. Переключение между различными данными происходит при нажатии на соответствующий элемент управления в левом нижнем углу окна.

На графиках температур помещения, подающего и обратного трубопроводов, может отображаться несколько значений, в зависимости от количества контуров на данном объекте. Для включения или выключения отображения данных по отдельному контуру, необходимо снять или установить флажок напротив соответствующего контура.

По умолчанию на графиках отображаться все накопленные данные, однако существует возможность отображать данные за месяц, за неделю и за сутки, для переключения между режимами отображения необходимо выбрать один из пунктов элемента управления.

При наличии принтера данные, отображенные на экране можно распечатать, для чего нужно нажать на значок принтера.

На основе архивной информации с помощью средств MSOffice  можно получить любые экономические выкладки и ведомости для служб эксплуатирующей организации.

Эксплуатация зданий показала, что в переходный период, система регулирования позволяет снизить потребление тепла до 30%, а в зимний период распределять теплоноситель по зданию более равномерно, что приводит к выравниванию температур на крайних этажах и получению более комфортных условий. Для примера можно привести отчет о теплопотреблении одного из зданий в котором можно видеть сколько дом потребляет при отсутствии регулирования и сколько при включенной автоматике. На рисунке приведен фрагмент графика работы контуров при регулировании и без него.