Алхатем А.
Аспирант, Российский университет дружбы народов, г. Москва
ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ОФИСНЫХ ЗДАНИЙ
Аннотация
В современных условиях комфортному пребыванию офисных работников на рабочем месте способствует ряд факторов, среди которых можно отметить температуру, влажность, достаточное количество солнечного света и тишину. Ключевая роль в обеспечении комфортной температуры и влажности в офисах отводится системе кондиционирования воздуха, обеспечивающей заданный по технологическим и гигиеническим требованиям состав воздушной среды. По данным многочисленных исследований эффективность работы в офисах ухудшается, когда температура не контролируется должным образом. Поскольку комфортная температура воздуха является вопросом индивидуальных предпочтений, ее достаточно трудно регулировать, чтобы обеспечить комфортную офисную среду для каждого человека. Решить эту проблему можно путем автоматизации системы кондиционирования. Автоматизация систем кондиционирования позволяет поддерживать с большой точностью стабильность среды, ее программное изменение, контроль, защиту, а при необходимости помогает устранять аварийные ситуации. Кроме того, правильные решения в области автоматизации систем кондиционирования позволяют более рационально использовать теплоту, холод, а, следовательно, и электроэнергию. Автоматизация системы кондиционирования, как и автоматизация любой другой системы, представляет собой серьезное преобразование и является сложным процессом. Тем не менее некоторые проблемы, возникающие при автоматизации системы кондиционирования, достаточно хорошо изучены, формализованы и имеют эффективные методологии решения. Заблаговременное изучение этих проблем и подготовка к ним значительно облегчают процесс внедрения и повышают эффективность дальнейшего использования системы кондиционирования офисных зданий.
Ключевые слова: автоматизация, системы кондиционирования, офисные здания, обеспечение комфортной температуры, рациональное использование системы, централизованное управление
Keywords: automation, HVAC, office buildings, ensuring a comfortable temperature, management system, centralized management
Автоматизация любой системы офисного здания представляет собой автоматическое централизованное управление, целями которого являются повышение комфорта лиц, находящих в здании, эффективная эксплуатация систем офисных зданий, снижение энергопотребления и эксплуатационных расходов, а также улучшение жизненного цикла коммунальных услуг [3, с. 76-78], [5, с. 38-48]. При автоматизации систем здания механические и электрические системы, а также оборудование соединяются с микропроцессорами, которые взаимодействуют друг с другом и, возможно, с компьютером. Этот компьютер и контроллеры в системе автоматизации офисного здания могут быть подключены к сети Интернет или могут служить в качестве автономной системы только для локальной сети однорангового контроллера.
Автоматизация системы кондиционирования воздуха офисного здания кроме общих особенностей, свойственных всем системам автоматизации, имеет свою специфику, поскольку состав воздуха в помещении зависит от химических и климатических параметров, что может требовать необходимости их регулирования в широком диапазоне. Также, в зависимости от метеорологических условий расположения офисного здания, при установке системы кондиционирования, функционирующей в круглогодичном режиме, необходимо выделять летний и зимний режимы работы системы. При этом переход с одного режима работы системы на другой должен быть осуществлен без перерыва по наружным условиям. Поэтому автоматизированную систему кондиционирования воздуха в офисном здании можно представить как «комплекс способов, средств и устройств, обеспечивающих в помещении с заданной точностью требуемые условия воздушной среды (температуру, относительную влажность, подвижность, газовый состав, чистоту и пр.) вне зависимости от воздействия на нее внешних и внутренних нарушающих факторов» [2, C. 58]. При автоматическом регулировании такой системы кондиционирования воздуха осуществляется последовательное включение отдельных звеньев системы, которые предназначены в конечном итоге для одной цели – обеспечения требуемых условий воздушной среды в офисном помещении. Каждое звено системы кондиционирования представляет собой отдельный аппарат для обработки воздуха, последовательно включаемый по мере прохождения воздуха через установку кондиционирования.
Поскольку большая часть систем кондиционирования воздуха офисных зданий разрабатывается для уже построенных зданий, главной проблемой автоматизации системы кондиционирования является правильный выбор установки датчиков системы с учетом объемно-планировочного решения здания. Поэтому первым шагом к разработке автоматизации системы кондиционирования должна стать разработка технологического плана офисного помещения с выделением в таком плане различных зон, влияющих на микроклимат офиса. В дальнейшем указанный технологический план будет преобразован в зонный график, на котором будут нанесены необходимые параметры воздушной среды. Такой график и будет являться исходным заданием для создания автоматизированной системы кондиционирования воздуха и определения принципов ее управления. В дальнейшем должны осуществляется разработка технологии «приготовления» воздуха по заданным заказчиком параметрам (в зависимости от требований, предъявляемых к конкретному помещению), включающей в себя подогрев воздуха до установленной температуры точки росы, фильтрацию, увлажнение и догрев воздуха до требуемых параметров.
Так, например, если в соответствии с заданными параметрами офис разделен в зоны около 25м2 (что соответствует параметрам, заданным для 4-6 работников офиса), и температура должна постоянно варьироваться в диапазоне 25-26 градусов в зимнее время и 22-23 градуса в летнее время, необходимо, чтобы скорость и направление воздушного потока для каждой зоны было разработано таким образом, чтобы офисные работники в каждой такой зоне чувствовали, что температура соответствует установленному режиму. Возможность настройки автоматического управления системой кондиционирования в каждой зоне является второй проблемой автоматизации системы.
При решении вопроса о том, как сделать так, чтобы температура в каждой зоне соответствовала заданному режиму, необходимо первоначально решить вопрос о настройке индивидуального контроля температуры в каждой зоне. Например, охлаждение может быть сделано только около окна, где температура повышается из-за прямых солнечных лучей. В результате повышается комфорт и энергосбережение. Система кондиционирования воздуха на основе зонального контроля позволяет не только регулировать скорость и направление воздушного потока для каждой зоны, но и точно регулировать температуру воздуха возле каждого рабочего места в пределах одной зоны.
С технической точки зрения автоматизированное управление системой кондиционирования воздуха на основе зонального контроля может быть достигнуто за счет добавления ячеистых распределителей воздушного потока (амортизаторов) и выпускных отверстий для воздуха на основе ячеек с функцией переключения воздушного потока к мультикондиционеру здания. Режим воздушного потока из выпускных отверстий выбирается из «горизонтального воздушного потока», в котором воздух движется вдоль потолка и «наклонного воздушного потока», в котором воздух движется наклонно вниз (схематично представлено на рисунке 1). Наклонное управление воздушным потоком автоматизированной системы кондиционирования в каждой зоне обеспечивает ощущение комфортного воздушного потока. Амортизаторы распределителей воздушного потока и выпускные отверстия с функцией переключения воздушного потока позволяют точно контролировать воздушный поток от почти незаметного тихого потока до ощущения сильного потока воздуха, чтобы обеспечить правильное ощущение температуры у работников офиса в каждой зоне.
Кроме того, при указанном подходе удовлетворенность офисных работников кондиционированием воздуха улучшается, позволяя пользователям самим изменять настройки (давая им право выбирать свою среду). Пользователи могут чувствовать себя комфортно, изменяя объем и направление воздушного потока без изменения заданного значения температуры. Таким образом, комфорт офисных работников может быть улучшен при сохранении энергоэффективности. Как правило, в автоматизированных системах кондиционирования воздуха панель управления системой контролируется только операторами здания. Если настройки не удобны, то офисные работники могут почувствовать, что они вынуждены работать в среде, которую они не могут изменить. При настройке автоматизации с учетом зон контроля пользователи могут самостоятельно изменять настройки кондиционера. Кроме того, предлагаемый подход к проблеме автоматизации позволит офисным работникам изменять настройку температуры относительным образом («холоднее» или «теплее»), исходя из своих ощущений, а не задавать конкретное значение температуры. Объем и направление воздушного потока (горизонтальный или наклонный) также можно изменить, чтобы улучшить физические ощущения работника без изменения заданного значения температуры. Если изменение объема и направления воздушного потока будет недостаточно для улучшения комфорта при зональном контроле, заданное значение температуры можно изменить в качестве следующего шага.
Одним из заметных преимуществ зонального кондиционирования офисного здания является простота управления. После включения кондиционера в общую систему автоматизации каждый сотрудник компании, в том числе и сотрудники по техническому обслуживанию, смогут изменить температуру, направление потока воздуха на рабочем месте в любой момент времени или в любой ситуации без каких-либо осложнений путем элементарных манипуляций с системой управления, установленной в конкретной зоне.
Третьей известной проблемой автоматизации системы кондиционирования, которую можно предотвратить на этапе разработки и монтажа системы, является проблема ввода системы в эксплуатацию. До начала непосредственного ввода системы кондиционирования в эксплуатацию осуществляется монтаж оборудования и уже на этом этапе может возникнуть ситуация, при которой смонтированное оборудование автоматизированной системы кондиционирования воздуха не будет соответствовать проектному решению. Указанной проблеме посвящено немало инженерных работ. В частности, В.В. Панкратов и Н.В. Шилкин видят корень проблемы в том, что в Российской Федерации механические инженерные системы проектируются одними проектировщиками, а системы электроснабжения и автоматизации – другими (соответственно, и разными подрядчиками_ [4, C. 70-78]. Именно поэтому на этапе реализации проектного решения неизбежно возникает ряд вопросов, связанных с несоответствием систем.
Так, например, может возникнуть такая ситуация, когда при запуске системы расход и температура теплоносителя будут соответствовать установленному значению для конкретного здания, но температура воздуха не будет подниматься выше определенного значения по причине необеспечения в системе кондиционирования необходимого протока.
Кроме того, при вводе в эксплуатацию системы кондиционирования воздуха могут возникнуть проблемы, связанные с обеспечением требуемой температуры приточного воздуха. Происходит это из-за закладывания в проектные данные «зазора» производительности системы, который в дальнейшем может быть урегулирован при наладке системы кондиционирования. Вместе с тем, на практике в большинстве случае регулировка и наладка системы не производится, в связи с чем возникает проблема недогрева приточного воздуха (расчетное значение расхода воздуха превышает расчетный расход теплоносителя). Указанная ситуация приводит к тому, что при запуске системы автоматики в ряде помещений (особенно если система кондиционирования не ориентирована на зональный контроль) невозможно обеспечить требуемые температурные параметры.
Вышеназванные проблемы ввода системы кондиционирования в эксплуатацию устраняются на этапе перевода системы в режим автоматического регулирования путем наблюдения и контроля за функционированием системы кондиционирования и соблюдением заданных параметров оборудования системы. Так, если полностью смонтированная система кондиционирования не обеспечивает необходимых параметров при открытых на 100 % клапанах, при том, что абсолютно аналогичная система в другой части здания нормально функционирует при открытых всего лишь на 50% клапанах, то указанное свидетельствует о наличии проблем с настройками оборудования автоматизированной системы.
Подводя итог, отметим, что все вышеперечисленные проблемы, возникающие в процессе автоматизации системы кондиционировании воздуха в офисном здании, и методы их решения являются наиболее распространенными. При этом при разработке системы кондиционирования воздуха необходимо учитывать факторы, связанные с особенностями каждого конкретного офисного помещения, в котором будет функционировать автоматизированная система кондиционирования (архитектурные, организационно-проектные, температурные и пр.). Поэтому могут возникать и другие проблемы автоматизации систем кондиционирования, которые требуют дополнительного рассмотрения и поиска методов их решения.
Литература
- Кокорин О. Я. Установки кондиционирования воздуха. Основы расчета и проектирования. М.: Машиностроение, 1978.
- Коркин В. Д. Кондиционирование воздуха — что это такое? // АВОК. 2004. № 1. С. 58.
- Панкратов В.В., Шилкин Н.В. Системы автоматизации и безопасность здания // АВОК. 2006. №8. С. 76-78.
- Панкратов В.В., Шилкин Н.В. Ввод в эксплуатацию систем автоматизации и диспетчеризации // АВОК. 2008. №8. С. 70-78.
- Степанов И.Д. Автоматизация инженерных систем. Комплектные приточные вентиляционные системы // АВОК. 2009. №2. С. 38-48.