Управление расходом теплоносителя (рис. 2.33, а) - самый распространенный способ, как наиболее простой и дешевый (может быть реализован с помощью одного двухходового клапана). Однако регулировочная характеристика этого канала -зависимость выходной величины :вых от расхода жидкости - нелинейна: при малых расходах и скоростях воды :вых сильно меняются, при больших скоростях происходит так называемое «насыщение» регулировочной характеристики. Таким образом, статический коэффициент передачи К меняется во всем диапазоне регулирования. Это же относится к постоянной времени Т, сильно зависящей от расхода жидкости (2.22). Следовательно, как динамические, так и статические характеристики аппарата по этому каналу управления -нелинейны, что затрудняет настройку регулятора. В ряде случаев можно несколько спрямить статическую характеристику за счет выбора «обратной» характеристики регулировочного клапана.

Еще одним недостатком управления расходом является опасность замерзания воды в трубах при малых скоростях воды и отрицательной температуре наружного воздуха. Областью возможного применения данного метода управления является выбор нижней границы расхода Ошам, обеспечивающий скорость воды в трубах не менее 0,2 м/с.

Управление температурой теплоносителя (рис. 2.33, б) осуществляется с помощью двух двухходовых клапанов или одного трехходового и циркуляционного насоса. Регулировочная характеристика при этом линейна, коэффициент передачи постоянен. Если выбрать клапаны с линейной характеристикой, то управляемый аппарат по этому каналу представляется линейным объектом. При этом динамические характеристики при постоянном расходе воздуха также остаются неизменными, а при переменном расходе -меняются незначительно. По выбранной скорости воды (обычно 0,3-0,5 м/с) с учетом обвязок теплообменника определяется расход воды через аппарат и подбирается насос. При таком подходе гарантируется защита от замерзания в рабочем режиме и безопасность повышения температуры горячей воды. Таким образом, схема управления температурой теплоносителя является лучшей по своим техническим характеристикам.

Управление с помощью байпасирования воздуха (рис. 2.33, в) представлено как технически возможное, но качество регулирования, присущее такому методу, невысоки: расход теплоты или холода нельзя снизить до нуля, регулировочная характеристика нелинейная и т. д. Поэтому на практике для автоматического регулирования этот метод не применяется.

Еще следует остановиться на параметре :в1х - температуре воды на выходе из теплообменника. Она не является регулируемым параметром, но ее контроль необходим. Именно ее минимальная величина совместно с температурой наружного воздуха является определяющей для установки критерия срабатывания защиты от замерзания теплообменника.

Роторный рекуператор как объект управления, одноканальный, т.е. используется только одно управляющее воздействие - изменение частоты вращения ротора, при регулируемом параметре - температуре приточного воздуха :пр. Однако данные по анализу статических и динамических характеристик роторных рекуператоров отсутствуют. Можно предположить, что при неизменных расходах приточного и удаляемого воздуха передаточная функция роторного рекуператора W(p) постоянна и соответствует типовому апериодическому звену первого порядка с инерционностью в несколько минут (при диапазоне скоростей ротора 3-11 мин-1 и максимальных скоростях воздуха до 4,0 м/с).

Возможность замерзания также присуща этому виду аппаратов. Поэтому для автоматической защиты, кроме стандартных мер снижают скорость вращения ротора, что позволяет увеличить интенсивность его нагрева теплым воздухом.

2.5.3. Контактные тепло- массообменные аппараты

Контактные аппараты (оросительные камеры, пароувлажнители) наиболее сложные с точки зрения их представления как объектов управления. В них одновременно и взаимосвязано происходит тепло и массообмен, а следовательно, меняется как температура, так и влажность воздуха. Управляющими воздействиями для оросительной камеры являются температура орошающей воды tw, расход воздуха Gu и расход воды Gw, а возмущающими воздействиями - tвх и й?вх. Режимы использования воды зависят от требуемых процессов тепловлажностной обработки воздуха. При изоэнтальпийном процессе, используется только рециркуляционная вода, если пренебречь подпиткой из водопровода не более 0,5-3,0 % испарившейся воды. В этом процессе теплосодержание (энтальпия) воздуха практически не меняется, т. к. температура воздуха близка к температуре орошающей воды, однако относительная влажность не достигает 100 % из-за кратковременности пребывания воздуха в камере.

При политропном процессе, когда происходит не только увлажнение, но и меняться теплосодержание воздуха за счет разности х и tw, оросительная камера работает на переменной смеси холодной и рециркуляционной воды. В летний период при температуре наружного воздуха, превышающей расчетные, в камеру подается только холодная вода.

Сложность процессов тепломассообмена в оросительных камерах затрудняет получение однозначных их динамических и статических характеристик, причем, у разных исследователей отличаются не только расчетные зависимости для оценки коэффициентов передачи и постоянных времени, но и виды передаточных функций. Наиболее наглядной интерпретацией динамических процессов, происходящих в оросительной камере, является ее представление в виде двух звеньев [3]. Первое звено - дождевое пространство оросительной камеры, т. е. объем, где размещены форсунки, и происходит тепломассообмен. Его можно считать усилительным звеном с переменным коэффициентом передачи, зависящим от начальных параметров воздуха и воды, выбранного канала управления, и т. д., т. е. нелинейным звеном. Второе звено (поддон) может быть представлено апериодическим звеном с постоянной времени Тп = Уп -pw / Gw,

где Vn - объем поддона. В зависимости от условий работы динамические характеристики могут приближаться либо к апериодическому (в изоэнтальпийном процессе), либо к усилительному (в политропном процессе) звеньям.

Рассмотрим основные функциональные схемы, соответствующие технической реализации управления оросительной камерой по каналам tw, Gw и Gu (рис. 2.34).

абв

Рис. 2.34. Методы управления оросительной камерой:

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

Управление расходом воды Gw (рис. 2.34, а) производят либо дросселированием сети с помощью клапана, либо позиционно - скважностью подачи воды (скважность т -

отношение времени включенного насоса твкл к суммарному времени включенного и выключенного состояния насоса твкл+ твыкл).

Управление расходом воздуха (7в (рис. 2.34, в), проходящим через оросительную камеру, осуществляют с помощью байпасной линии, аналогично поверхностным теплообменникам. Обычно эти две схемы используются для осуществления изоэнтальпийного процесса. С уменьшением Ow при Gconst эффективность увлажнения падает, а с сокращением расхода воздуха Ов при неизменном Gw эффективность растет. Кроме того, при определенном снижении Gw может иметь место «сворачивание» факела воды на выходе из форсунки, что уменьшает эффективность увлажнения до нуля. Это ограничивает использование дросселирования при управлении изменением Gw.

Что касается регулировочных характеристик, то при управлении скважностью (т) она линейна, а при изменении Ов и Gw - нелинейна.

Для политропных процессов, обычно, управление ведут изменением температуры воды tw (рис. 2.34, б) с помощью двух синхронно управляемых проходных клапанов или

одного смесительного в трубопроводах холодной и рециркуляционной воды. В этом случае при Gconst регулировочная характеристика (зависимость между конечной температурой воздуха и начальной температурой воды) линейна.

Технологической и конструктивной особенностью оросительных камер является наличие поддона, в связи с чем возникает задача управления уровнем воды в нем. Это независимый контур управления, необходимость которого следует учитывать при построении системы управления.

Передаточная функция оросительной камеры при управлении изменением параметрами воды может быть представлена в виде

W (p) = K-l;P + l .(2.23)

-aepx + T p +1

Значение T и K , а также коэффициентов а и т можно найти в работе [4]. 2.5.4. Смесительные камеры

Смесительные камеры выполняют функции соединения потоков наружного и рециркуляционного воздуха. В них изменяется как расход воздуха, так и его термодинамическое состояние. Как звено САР смесительная камера является безинерционным усилительным звеном, характеризуемым коэффициентом передачи Ксм, который находится из уравнений теплового и массового балансов [2]:

Ксм=О°ОО- (2-24)

Он +Орц

На d-h диаграмме точка, характеризующая параметры смешанного воздуха Лсм, однозначно определяется соотношением расходов Gij и Gw прямой процесса смешения, соединяющей точки :н и :рц.

Управление соотношением расходов наружного Gij и рециркуляционного воздуха Gw производится воздушными клапанами и должно производиться синхронно. Переменное количество наружного воздуха достигается тем, что клапаны наружного и рециркуляционного воздуха имеют противоположное направление движения створок, а клапан удаляемого воздуха движется в одном направлении с клапаном наружного воздуха. При таком алгоритме управления клапанами обеспечивается подача санитарной нормы наружного воздуха, компенсация утечек воздуха в неплотностях ограждений помещений и постоянство производительности приточного и вытяжного вентиляторов.