Рассмотрим наиболее типичные функциональные элементы СКВ как объекты регулирования: обслуживаемые помещения, теплообменники, камеры смешения, воздуховоды и т. п.

2.5.1. Обслуживаемые помещения

Основным элементом СКВ является обслуживаемое помещение, в котором постоянно совершается переход воздуха из одного состояния в другое. Для поддержания заданных параметров в обслуживаемое помещение подается приточный воздух с параметрами, отличными от параметров внутри помещения. Перемешиваясь с внутренним воздухом и вытесняя его, приточный воздух ассимилирует избыточное тепло и влагу или подогревает и увлажняет воздух помещения.

Обслуживаемое помещение характеризуется рассредоточенными показателями воздуха. Учет рассредоточенных характеристик затруднен, поэтому помещение при решении задач автоматического регулирования рассматривается как объект с сосредоточенными параметрами, т. е. температура и влажность воздуха определяются в наиболее типичной (рабочей) зоне. Именно в такой зоне должны быть установлены датчики регулируемых параметров. Некоторые помещения могут характеризоваться зонами с разными параметрами, что требует применения многозональной СКВ или использование местных доводчиков (автономные кондиционеры, увлажнители, фэнкойлы

и др.).

На функциональной схеме обслуживаемого помещения (рис. 2.30) выделены внешние возмущающие воздействия (тепловая <2н, влажностная Жн и аэродинамическая Он нагрузки) и внутренние (тепловая <2пом, влажностная Жпом и газовая Спом нагрузки). Входными параметрами являются: температура пр, влажность й?пр и расход подаваемого в помещение воздуха G,, и соответственно регулируемыми: пом, й?пом и Спом. В системах

комфортного кондиционирования для стабилизации заданного состояния воздуха, т. е. двух независимых переменных ta0M и dU0M можно использовать, в общем случае, три управляющие воздействия: tuv, dap и Gnp. Особенности применения каждого определяются , исходнымиусловиями,ограничениями,

накладываемыми на систему, а также экономическими соображениями.

Рис. 2.30. Обобщенная функциональная модель обслуживаемого помещения (ОП) как объекта регулирования

Обычно в кондиционируемых помещениях переменна тепловая нагрузка, влажностная - относительно постоянна, а газовая - требует некоторого минимального расхода наружного воздуха.

Для такого объекта возможны три вида систем стабилизации температуры: с постоянным или переменным расходом воздуха и смешанные.

Управление температурой помещения с помощью изменения расходов приточного и удаляемого воздуха (количественное регулирование), несмотря на преимущества, связанные с экономией теплоты, воды и электроэнергии, уменьшении мгновенных и годовых расходов, реализуется редко. Это связано с относительно высокими капитальными затратами и сложностью управления, особенно многозональных систем. Поэтому, наиболее распространенными являются системы стабилизации температуры в помещении по каналу изменения температуры приточного воздуха (качественное

управление). Такие системы наиболее полно исследованы как объекты автоматизации: выведены аналитически и экспериментально подтверждены передаточные функции, значения коэффициентов передач и постоянных времени.

Динамические свойства помещения зависят от кратности воздухообмена Кв, обобщенного размера помещения lV (отношение объема помещения Упом к площади поверхности ограждений F ), коэффициентов теплопередачи ограждений Когр и постоянной времени ограждения Тогр. Аналитически передаточная функция по каналу температуры приточного воздуха получена в виде

(2.19)

где Кпом и Тогр могут быть определены по показателям Кв, lV, Когр, теплопроводности св и плотности рв воздуха [2].

Тпом - постоянная времени помещения - может быть определена как 7Лом » Кв-1.

Анализ кривых переходного процесса, построенных на основании приведенной передаточной функции и экспериментальных данных, показывает, что процесс изменения температуры в помещении имеет два явно выраженных участка (рис. 2.31). На первом (4) - процесс изменения температуры происходит быстро, скорость изменения температуры

при этом зависит от кратности воздухообмена Кв. По литературным данным этот отрезок времени составляет (3-4) Кв-1. По мере поглощения теплоты ограждением и оборудованием скорость изменения температуры воздуха замедляется (участок В), проявляется инерционность ограждений (Тогр может составлять порядка десятка часов). Поэтому, теоретический конец переходного процесса достигается через несколько суток.

Рис. 2.31. Процесс изменения температуры в помещении:

1 - эксперимент; 2 - расчет

Учитывая, что для помещений характерны периоды изменения составляющих тепловой нагрузки от нескольких минут до часов, в задачах с такими периодами колебаний можно пренебречь инерционностью ограждений и представить помещение апериодическим звеном первого порядка с передаточной функцией

K

пом

Тпом p+1

(2.20)

2.5.2. Теплообменные аппараты

В наиболее распространенных поверхностных теплообменниках типа «воздух-жидкость», «воздух-хладагент» в качестве возмущающих воздействий выступают температура жидкости на входе вх, расход воздуха Ов, температура воздуха на входе :вх (рис. 2.32). Управляющими воздействиями могут быть расход жидкости Ow, температура жидкости вх, расход воздуха Ов, а регулируемый параметр :вых.

Рис. 2.32. Функциональная и структурная схемы теплообменника типа «жидкость-воздух»

Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования показали, что в первом приближении передаточная функция такого аппарата вне зависимости от канала управления описывается типовым апериодическим звеном первого порядка вида [2]

W (p у

где K

K

T • p +1

(2.21)

статический коэффициент передачи аппарата;

T - постоянная времени теплообменного аппарата. Ниже приведена одна из нескольких возможных зависимостей, приближенно оценить инерционность аппаратов такого вида:

позволяющая

2 1 1

T=(c М +с М )/[с G +(-+-V1"

kF cw,Gw,

(2.22)

где см, cw - теплое мкости металла и воды; Мм, Mw - массы металла и воды; Gw - расход воды;

k - коэффициент теплопередачи аппарата; F - поверхность аппарата.

Статическая характеристика аппарата, описываемая статическим коэффициентом передачи К, может быть также получена расчетным путем, хотя эта зависимость еще более сложная, чем для постоянной времени. Поэтому для оценки пользуются статическими характеристиками, полученными графоаналитическим методом. Кроме этого, при анализе необходимо учитывать ограничения, связанные с тем, что при температуре наружного воздуха ниже нуля и определенных скоростях потока (<0,1 м/с) создается угроза замораживания аппарата.

Управления поверхностными жидкостными теплообменниками может осуществляться по трем каналам: расходом жидкости, температурой теплоносителя и байпасированием (перепуском) воздуха. Возможные варианты их технической реализации, а также вид статических характеристик показаны на рис. 2.33.

©

б

Рис. 2.33. Способы управления поверхностными теплообменниками типа «жидкость-воздух»:

а - расходом жидкости; б - температурой теплоносителя; в - расходом воздуха

а