Модернизация автоматической системы контроля и регулирования температуры в здании с газовым отоплением

ВВЕДЕНИЕ 3
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ И ОБЪЕКТЕ АВТОМАТИЗАЦИИ 5
1.1 Классификация и особенности систем отопления 5
1.2 Характеристика и анализ объекта автоматизации 23
1.3 Обоснование актуальности внедрения автоматизированной системы управления температурным режимом в здании с газовым котлом 32
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 46
2.1. Разработка функциональной схемы АСУ 46
2.2 Проектирование принципиальной электрической схемы системы 49
2.3 Создание программного обеспечения для управления системой 52
2.4 Разработка специализированного программного обеспечения для управления отопительной установкой 56
3. ВНЕДРЕНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАБОТЫ СИСТЕМЫ 64
3.1 Оценка экономической эффективности автоматизированной системы 64
3.2 Анализ энергоэффективности функционирования автоматизированной системы отопления 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 73
ПРИЛОЖЕНИЕ А 76
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 77
ПРИЛОЖЕНИЕ В 78
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 79
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 80
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 81

Весь текст будет доступен после покупки

В условиях роста тарифов на энергоносители, ужесточения экологических требований и стремления к повышению комфорта в жилых и общественных зданиях особую актуальность приобретает эффективное управление системами отопления. Газовое отопление, несмотря на свою распространённость и относительную экономичность, зачастую эксплуатируется с низкой энергоэффективностью из-за отсутствия или недостаточного уровня автоматизации. Традиционные системы регулирования, основанные на простых термостатах или ручном управлении, не способны адаптироваться к изменяющимся внешним условиям (температуре наружного воздуха, времени суток, occupancy), что приводит к перерасходу газа, нестабильному температурному режиму в помещениях и снижению общего уровня комфорта. В этих условиях модернизация существующих автоматических систем контроля и регулирования температуры становится важной инженерной задачей, направленной на достижение баланса между энергосбережением, надёжностью и качеством микроклимата.
Актуальность темы выпускной квалификационной работы «Модернизация автоматической системы контроля и регулирования температуры в здании с газовым отоплением» обусловлена необходимостью повышения энергоэффективности зданий, снижения эксплуатационных затрат и обеспечения современного уровня автоматизации систем жизнеобеспечения в соответствии с принципами «умного дома» и устойчивого развития.
Целью данной работы является модернизация автоматической системы контроля и регулирования температуры в здании с газовым отоплением путём разработки и внедрения современной автоматизированной системы управления (АСУ), обеспечивающей точное поддержание заданного микроклимата и оптимизацию потребления энергоресурсов.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
– провести анализ существующих типов систем отопления и особенностей объекта автоматизации;
– обосновать необходимость и целесообразность модернизации системы управления температурным режимом;
– разработать функциональную и принципиальную электрическую схемы АСУ;
– создать специализированное программное обеспечение для управления отопительной установкой, включая алгоритмы регулирования и пользовательский интерфейс;
– организовать и провести экспериментальную проверку работы модернизированной системы;
– оценить экономическую эффективность и энергоэффективность функционирования внедрённой АСУ.
Предметом исследования выступает процесс регулирования температуры в здании с газовой системой отопления, а субъектом – автоматизированная система управления этим процессом, включающая аппаратные, программные и алгоритмические компоненты.

Весь текст будет доступен после покупки

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ И ОБЪЕКТЕ АВТОМАТИЗАЦИИ
1.1 Классификация и особенности систем отопления
Микроклимат помещений и инженерные системы, формирующие его параметры
1. Понятие микроклимата, его основные характеристики и значение комфортных условий для сохранения здоровья человека
2. Инженерные системы зданий, отвечающие за формирование и поддержание требуемых микроклиматических условий. Отопление и вентиляция: функциональные особенности и классификация
Под микроклиматом помещения понимают взаимосвязанную совокупность теплового, воздушного и влажностного режимов внутренней среды. Тепловой режим оценивается по двум ключевым показателям: температуре воздуха в помещении и средней радиационной температуре поверхностей ограждающих конструкций. Воздушный режим характеризуется степенью подвижности воздуха, то есть скоростью его перемещения в пространстве помещения. Влажностный режим определяется уровнем относительной влажности воздушной среды. Сочетание этих параметров, при котором система терморегуляции человеческого организма функционирует без избыточного напряжения, считается оптимальным или комфортным.
В процессе метаболизма в организме человека выделяется энергия в форме тепла. Для поддержания постоянной температуры тела на уровне 36,6 °С это тепло должно эффективно отводиться во внешнюю среду посредством конвекции (теплообмен при движении воздушных масс), теплопроводности (передача тепла при непосредственном контакте веществ), теплового излучения и испарения влаги с поверхности кожи. Физиологическая система терморегуляции обеспечивает стабильность внутренней температуры организма. Для нормального функционирования человека необходим баланс между теплом, генерируемым организмом, и теплом, отдаваемым окружающей среде. Нарушение этого баланса из-за отклонения одного или нескольких микроклиматических параметров от нормы приводит к дискомфорту и дополнительной нагрузке на терморегуляторные механизмы.
Пространство, в котором человек проводит основную часть времени (особенно в рабочих условиях), именуется рабочей или обслуживаемой зоной. Именно в этой зоне должны поддерживаться нормируемые параметры микроклимата.
Комфортность тепловой среды оценивается по двум критериям. Первый критерий определяет допустимые соотношения температуры воздуха (tв) и радиационной температуры (tR) в рабочей зоне, при которых человек не ощущает ни избыточного охлаждения, ни перегрева. Второй критерий устанавливает предельно допустимые температуры поверхностей оборудования и конструкций, расположенных вблизи человека, исключающие локальный дискомфорт от излучения.
Нормативной базой для проектирования микроклимата служат санитарные правила СН 245-71, строительные нормы СНиП 2.04.05-86 и государственный стандарт ГОСТ 12.1.005-88. При выборе расчетных метеорологических параметров учитываются сезонная адаптация организма, физическая нагрузка и характер тепловыделений в помещении.
В зависимости от среднесуточной температуры наружного воздуха выделяют три климатических периода: холодный (при tн < +8 °С), теплый (при tн > +8 °С) и переходный (при tн ? +8 °С). По энергозатратам трудовая деятельность подразделяется на три категории: легкая (до 172 Вт), средней тяжести (172–293 Вт) и тяжелая (свыше 293 Вт).

Весь текст будет доступен после покупки

1) Федеральный закон № 261-ФЗ от 27.11.2009 (ред. от 08.08.2023) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» // Собрание законодательства РФ. – 2023. – № 32. – Ст. 5012.
2) СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» (актуализированная редакция СНиП 41-01-2003). – М.: Минстрой России, 2021. – 184 с.
3) СП 255.1325800.2016 «Здания жилые и общественные. Правила проектирования тепловых пунктов» (изд. 2-е, 2022). – М.: Стандартинформ, 2022. – 96 с.
4) ГОСТ Р 58393-2019 «Системы автоматизации зданий. Требования к энергоэффективности». – Введ. 2021-01-01. – М.: Стандартинформ, 2021. – 24 с.
5) ГОСТ 34.401-2021 «Автоматизация технологических процессов. Термины и определения». – М.: Стандартинформ, 2021. – 32 с.
6) Пономарев Е.Е., Сидоров Д.Н. Интеллектуальные системы управления теплоснабжением зданий: монография. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2022. – 256 с.
7) Кузнецов В.И., Петров А.С. Повышение энергоэффективности систем отопления за счет адаптивного регулирования // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2023. – № 4. – С. 45–52.
8) Швец А.В., Лебедев П.А. Применение ПИД-регуляторов в системах климат-контроля зданий // Вестник МГСУ. – 2022. – Т. 17, № 6. – С. 789–798. – DOI: 10.22227/1997-0935.2022.17.06.789-798.
9) Матюхин Д.Ю., Соколов И.В. Анализ современных подходов к пофасадному регулированию температуры в зданиях // Известия вузов. Теплоэнергетика. – 2023. – № 5. – С. 67–76.
10) Олейников А.Н., Зайцев А.В. Энергосберегающие технологии в системах отопления с газовыми котлами // Энергосбережение. – 2024. – № 2. – С. 34–41.

Весь текст будет доступен после покупки