Автоматика современного «циркуляционника»
Опубликовано: 30 июня 2010 г.
239
А. Михайлов
Развитие современных систем отопления и горячего водоснабжения направлено на обеспечение большего комфорта для пользователя и снижение энергопотребления. При этом внимание уделяется раскрытию потенциала всех элементов систем. Так, циркуляционный насос становится не просто аппаратом, приводящим в движение теплоноситель, но и одним из органов управления системой, составной частью «умного дома». Автоматика современных насосов позволяет поддерживать оптимальные расход и давление в системе, защищать ее от гидравлических ударов, перегрузок, а сам насос – от нештатных режимов и их последствий, реализовывать многие другие функции.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Регулирование
Главная задача регулирования – повышение экономичности установки за счет подбора оптимальных режимов работы насоса. Важным понятием здесь является рабочая точка насоса. Физически она определяется равновесием между напором насоса и сопротивлением трубопроводной сети, а графически представляет собой точку пересечения гидравлических характеристик насоса и системы.
Наибольший КПД насоса достигается, когда рабочая точка приходится на среднюю треть диапазона значений подачи. Конечно, это, прежде всего, учитывается при выборе типоразмера насоса. Но точно попасть в область оптимальных рабочих характеристик насоса, не имея возможности его настройки, получается не всегда. И даже если этого удается достигнуть для расчетных условий эксплуатации, подразумевающих работу системы с максимальной тепловой нагрузкой, обеспечить эксплуатацию с «циркуляционника» с постоянно высоким КПД в течение всего сезона представляется затруднительным. Поэтому сегодня предпочтение отдается регулируемым моделям циркуляционных насосов.
В отдельных случаях регулирование рабочих параметров позволяет снизить потребление электроэнергии на 50–60 %. Учитывая, что «циркуляционник» эксплуатируется более 5000 ч в год, экономический эффект может быть достаточно ощутим даже для установок с небольшой мощностью.
Широкое распространение получили насосы, оснащенные коммутаторными блоками, которые осуществляют двух-, трех- и четырехскоростное регулирование за счет изменения числа парполюсов, посредством подключения или отключения дополнительных секций обмотки статора. Каждой скорости такого насоса соответствует своя рабочая характеристика.
Наибольшего энергосберегающего эффекта удается достичь при плавном регулировании скорости вращения ротора насоса. Оно обеспечивается применением встроенного или внешнего преобразователя частоты.
В простейшем случае настройка оптимального режима работы такого насоса осуществляется вручную при пуске или отладке системы.
Более высокотехнологичный вариант предусматривает микропроцессорное управление «частотником». При этом на вход блока управления поступают точные данные о параметрах работы системы отопления и самого насоса (скорость вращения, напряжение и ток в электродвигателе, температура статора). Процессор вычисляет действительный расход теплоносителя, из которого рассчитывается требуемый напор.
Такие системы позволяют осуществлять различные типы регулирования: по перепаду давления (постоянному, переменному, комбинированным методом) или температуре теплоносителя (рис. 1). В последнем случае электроника изменяет заданное значение напора в зависимости от измеренной температуры рабочей среды. Для этого способа регулирования возможны два варианта настроек.
В системах со стандартными котлами с постоянно изменяющейся температурой регулирование осуществляется в положительном направлении: по мере повышения температуры в прямом трубопроводе напор линейно увеличивается в диапазоне от минимального до максимального значения.
Регулирование в отрицательном направлении используется в системах с конденсационными котлами, в которых для достижения максимального КПД в обратном трубопроводе должна поддерживаться температура, не превышающая определенное значение. По мере повышения температуры перекачиваемой среды напор линейно уменьшается в диапазоне от максимального до минимального значения.
Электронный модуль управления насосом иногда оснащается функцией автоматического уменьшения частоты вращения ротора при переходе системы на работу в энергосберегающем режиме (рис. 2). Отметим, что использование этой возможности допускается только после гидравлической балансировки системы, иначе некоторые части системы могут подвергнуться замерзанию при отрицательных температурах. Например, такой функцией (Autopilot) снабжает некоторые свои модели компания Wilo.
Автоматика высокотехнологичных насосов позволяет выбрать вид электронного регулирования, наиболее подходящий заданным условиям эксплуатации.
Наиболее передовые «циркуляционники» оснащаются функцией самоподстройки. Так, режим Autoadapt насосов Magna (рис. 3) и Alpha 2 фирмы Grundfos предусматривает автоматическое изменение рабочей точки насоса: встроенные датчики регистрируют изменение напора и в соответствии с этим изменяют режим его работы. При этом автоматика насоса предусматривает и функцию ручного регулирования. Функции регулирования электронным модулем в таком случае отключаются.
Интересный вариант регулирования реализован в модели Smart фирмы Wilo: ее автоматика осуществляет регулирование по постоянному давлению в одном из трех диапазонов частоты вращения, задаваемых вручную.
Следует сказать также, что на современном рынке представлены циркуляционные насосы, оснащаемые ротором со встроенными постоянными магнитами. Благодаря этому повышается КПД насоса, возрастают пусковой момент и сопротивление блокировке. Электронные блоки таких приборов по принципу действия схожи с микропроцессорными блоками управления обычных насосов с асинхронными двигателями и могут осуществлять те же типы регулирования.
Управление
Управление включением и выключением насоса может осуществляться автоматикой котлов, термостатом и т.д. Задавать изменение режимов работы насоса в зависимости от времени суток позволяют программируемые электромеханические таймеры – встроенные или изготавливаемые в виде отдельных модулей. Обширную линейку внешних модулей управления предлагает, в частности, компания Wilo. Среди поставляемых ею блоков можно упомянуть, например, настенные таймеры SK, предназначенные для управления «циркуляционником» систем напольного отопления.
Внешние микропроцессорные модули управления позволяют вручную задавать режимы работы насоса, программировать их изменение, а также осуществлять полностью автоматическое регулирование работы прибора.
Модуль Wilo VR-Control HVAC способен управлять несколькими (до четырех) насосами в системах отопления и кондиционирования, оснащенными частотными преобразователями. К прибору подключается датчик для измерения перепада давления в системе. Насосы включаются и выключаются в зависимости от фактической нагрузки системы. Реализуется регулирование по постоянному и переменному перепаду давления. Управление осуществляется при помощи сенсорных кнопок и жидкокристаллического дисплея.
Автоматика насосов, предназначенных для обеспечения циркуляции в системах ГВС, имеет другой алгоритм работы. В данном случае задача насоса – поддержание температуры, требуемой для комфортного пользования системой (в первую очередь речь идет о быстрой подаче горячей воды к точке водоразбора), а также защиты от размножения болезнетворных микроорганизмов, в том числе – легионелл. Обычно управление насосами для ГВС осуществляется электромеханическим таймером или термостатом. Оснащенные таймерами насосы предлагаются такими фирмами, как Grundfos, Laing, Unitherm и Vortex.
В этом году компания Vortex вывела на европейский рынок насосы для ГВС серии BW-SL 154 с электронным управлением (рис. 4). Их автоматика позволяет пользователю выбрать один из пяти режимов работы насоса, характеризующихся различным чередованием включений прибора и пауз в его работе. Это дает возможность получить оптимальное для каждого конкретного случая соотношение уровня комфортности ГВС и затрат на электроэнергию. При этом новинка обладает способностью к самонастройке. Автоматика насоса определяет периоды наибольшего разбора воды и подстраивает свой режим работы на более полное покрытие потребностей именно в эти моменты.
Еще одна важная функция систем автоматики современных насосов – плавный пуск двигателя, обеспечивающий отсутствие гидравлических ударов и снижение пусковых токов в электросети. А за счет установки температурного реле на статоре двигателя достигается защита насоса от повреждений при блокировке. Микропроцессорные системы осуществляют самодиагностику в процессе работы.
Индикация режимов работы продвинутых «циркуляционников» осуществляется на жидкокристаллическом дисплее или при помощи светодиодов.
Компания Wilo выпускает внешние модули SK 602, которые могут использоваться для контроля температуры статора одно- и трехфазных насосов Wilo мощностью до 3 кВт и оснащены встроенным биметаллическим датчиком. При превышении допустимой температуры прибор отключает насос и сигнализирует об этом отключением контрольной лампочки, расположенной на корпусе панели.
От насоса – к системе
Современные средства автоматизации позволяют интегрировать циркуляционный насос в общую систему управления оборудованием здания, в том числе – с функциями дистанционного контроля и управления.
Блоки управления насосов, поддерживающих дистанционное управление, оснащаются цифровыми портами для связи с системой управления и обмена данными через шину LON с сетью, работающей на основе технологии LonWorks.
Для насосов, не оснащенных встроенными интерфейсами удаленного управления, разработаны блоки расширения функций. Например, внешние модули СС LON производства Wilo используются для подключения приборов управления насосами к сети LON. Это позволяет управлять (устанавливать рабочие точки, определять режимы работы и задавать сигналы на их переключение) насосными агрегатами дистанционно. В свою очередь от приборов управления может передаваться информация о рабочих параметрах системы, а также сигналы о возникших неисправностях.
Применение интернет-технологий позволяет организовать доступ к управлению насосами с любого ПК, подключенного к сети, или мобильного телефона.
Так, некоторые насосы Wilo (например, Stratos, TOP-E/-ED), оснащенные электронными модулями связи, удаленно контролируются и управляются при помощи специальных устройств – сигнальных модемов. Управление осуществляется независимо от местоположения оператора посредством мобильных сетей GSM/GPRS, телефонных каналов связи 56 Кбит/с и Ethernet-сетей. Со стороны насоса реализован простой в использовании стандартный интерфейс PLR.
Информация о параметрах и сбоях системы или неисправностях насоса может быть отправлена по SMS, факсу или E-mail любому количеству адресатов. Отправка уведомления может происходить по наступлению заранее установленного события (например, по таймеру или при изменении контролируемого параметра) и содержать текущие значения. В сигнальных модемах предусмотрен механизм подтверждения получения сообщения адресатом.
В свою очередь текущие значения всех управляющих параметров можно удаленно изменить при помощи короткой команды, отправленной по SMS или E-mail. После выполнения каждой команды предусмотрено получение подтверждения. Сигнальный модем позволяет запрограммировать до 100 текстовых управляющих команд с шестью параметрами каждая. Такой механизм обеспечивает возможность контроля состояния насоса и управления им без использования компьютера.
Сигнальные модемы поддерживают хранение журналов значений выбранных параметров, перечисленных в таблице, в энергонезависимой флэш-памяти.
В случае подключения более четырех одинарных или сдвоенных насосов к сигнальному модему используются модули расширения DigiCon (рис. 5).
В отличие от механической части бытовых насосов, где конструкция достигла определенного технического потолка, системы автоматики развиваются достаточно прогрессивно. Появляются новые разработки, направленные на повышение удобства использования и улучшение энергоэффективности. В связи с ростом цен на энергоносители, в том числе и электроэнергию, использование новейших систем контроля и управления становится всё более распространенным и рентабельным.
Статья опубликована в журнале «Аква-Терм» # 5(45) 2008