Дипломная работа: Разработка и моделирование системы кондиционирования воздуха на базе контроллера SIMATIC

Содержание

Введение……………………………………………………………..………...
1 Обзор современных систем вентиляции и средств управления
технологическим процессом….…………………………………………...
1.1 Особенности функционирования существующих систем
вентиляции.……………………………………………………………
1.2 Оборудование канальной винтеляции ………………………………
1.3 Функциональные и технические возможности
программируемых логических контроллеров ………………………
1.4 Постановка задачи ……………………………....................................
2 Расчет параметров и моделирование работы систем
вентиляции в средах программирования MatLab, WinCC ……….…….
2.1 Расчет параметров и моделирования работы систем
вентиляции в средах программирования MatLab, WinCC………….
2.2 Обоснования выбора средств отопления и кондиционирования
помещения ………….……... ..................................................................
2.3 Расчет необходимого воздухообмена в помещении и определение
оптимальных параметров и характеристик воздуховодов…………..
2.4 Расчет необходимой мощности теплового насоса путем
вычисления теплопотерь и тепловыделений в помещение…………
2.5 Разработка программного обеспечения системы вентиляции……..
2.6 Разработка программного продукта в среде MathLab………………
2.7 Разработка подсистемы визуализации в среде WinCC……………..
3 Технико-экономический расчет системы автоматизации……………….
3.1 Требуемые капиталовложения и эксплуатационные затраты……
3.2 Определение первого варианта автоматизации……………………..
3.3 Определение второго варианта автоматизации спортивного зала...
4 Анализ условий труда и определения производственного освещения…
4.1 Анализ условий труда сотрудников………………………………….
4.2 Расчет системы производственного освещения…………………….
4.3 Пожаробезопасность …………………………………………………
4.4 Вывод по разделу безопасность жизнедеятельности……………….
Заключение…………………………………………………………………...
Список литературы…………………………………………………………..
Приложение А. Модели тепловых насосов………………………………...
Приложение Б. Кратность и температурные нормы в
образовательных помещениях………………………………………………
Приложение В. Технические характеристики теплового насоса NIBE
FIGHTER 120…………………………………………………………………
Приложение Г. Характеристики вентиляционного оборудования……….
Приложение Д. Показатели отопительного периода по городам ………..
Приложение Е. Функциональная схема автоматизации вентиляции
и кондиционирования спортивного зала…………………………………..
Особенности функционирования существующих систем вентиляции
Вентиляция помогает создавать и контролировать благоприятные
условия для эффективной и здоровой жизнедеятельности человека
(поддержание постоянной температуры, относительной влажности, скорости
движения воздуха, допустимой концентрации вредных примесей).
Системы вентиляции предназначены для комфортных условий в
помещениях различного назначения. Вентиляционные системы можно
классифицировать по следующим признакам (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 - Структурная схема классификации вентиляционных
систем
Естественная вентиляция
Перемещение воздуха в системах естественной вентиляции происходит:
- вследствие разности температур наружного и воздуха в помещении;
- от разности давлений «воздушного столба» между нижним уровнем
(помещением) и верхним уровнем (вытяжным устройством, установленным
на кровле здания);
- в результате воздействия так называемого ветрового давления.
Системы естественной вентиляции просты и не требуют сложного
оборудования и расхода электрической энергии. Однако эффективность таких
систем зависит от переменных факторов (температуры воздуха, направления и
скорости ветра), поэтому они не могут считаться надежными (таблица 1.1).
Механическая вентиляция
В механических системах используются оборудование и приборы
(вентиляторы, электродвигатели, воздухонагреватели, пылеуловители,
автоматика), позволяющие перемещать воздух на значительные расстояния.
Аппараты искусственной вентиляции могут подавать и удалять воздух
в требуемых количествах из локальных зон помещения независимо от
изменяющихся условий окружающей среды. Но затраты электроэнергии на их
работу могут быть довольно большими.
По способу подачи воздуха и его удаления из помещения
вентиляционные системы делятся на приточные, вытяжные или приточно-
вытяжные. Выбор необходимой системы зависит от назначения, объема и
конкретных особенностей помещения (наличия и характера источника
загрязнений, количества людей, планировки и т. д.) (таблица 1.1).
Приточные системы вентиляции
Предназначены для подачи воздуха в помещение. Свежий воздух
подается, как правило, после предварительной подготовки, которая может
включать очистку, подогрев, охлаждение и увлажнение.
Система вентиляции может размещаться в одном корпусе или
набираться из отдельных элементов: вентиляторов, фильтров, калориферов,
охладителей, клапанов, необходимым элементом является система
воздуховодов и распределителей воздуха (решеток, диффузоров и др.).
Производительность приточных установок может изменяться от
нескольких десятков (мини-приточки) до нескольких десятков тысяч
(центральные приточные установки) кубических метров воздуха в час.
Нагревающий элемент (калорифер) обеспечивает в зимнее время
подогрев свежего воздуха до температуры подачи в помещение (от 18-20° до
27-29°С) (таблица 1.2).
Вытяжные системы вентиляции
Предназначаются для удаления загрязненного воздуха. Искусственная
вытяжная вентиляция, как правило, проще приточной и может состоять из
одного вытяжного вентилятора или даже естественной вытяжки, если объем
помещения невелик. Однако при работе одновременно на несколько
помещений или на помещение сложной планировки требуется организация
заборной сети воздуховодов, по которым воздух при помощи вентилятора
будет удаляться наружу (таблица 1.2).
Приточно-вытяжные системы вентиляции
Наиболее частый и эффективный вариант устройства вентиляционной
системы, при которой воздух в помещение подается приточной системой, а
удаляется вытяжной. Обе системы работают одновременно. При этом их
производительность должна быть одинаковой, чтобы исключить разницу
воздушного давления внутри и снаружи помещения, приводящей к эффекту
«хлопающих дверей». Приточно-вытяжные системы аналогично приточным
могут разрабатываться как на базе вентиляционных установок, так и состоять
из отдельных элементов (таблица 1.2).
Борьбу с вредными веществами, содержащимися в воздухе помещений,
обычно ведут при помощи местной или общеобменной вентиляции.
Общеобменная вентиляция
Если выделяющиеся в помещении тепло, влага, газы, пыль, запахи или
пары жидкостей поступают непосредственно в воздух всего помещения, то
устанавливают общеобменную вентиляцию.
В этом случае рассчитывается объем вытяжного воздуха таким
образом, чтобы после его замещения приточным загрязнение воздуха упало
бы до величин предельно допустимой концентрации (ПДК).
Обычно из помещения извлекается такое же количество воздуха, какое
в него и подается. Однако бывают случаи, когда общий приток воздуха не
равен вытяжке. Так, например, из помещений, в которых выделяются пахучие
вещества или ядовитые газы, извлекается больше воздуха, чем подается через
приточную систему, для того чтобы вредные газы и запахи не
распространялись по всему зданию. Недостающий объем воздуха
подкачивается через открытые проемы наружных ограждений или из
соседних помещений с более чистым воздухом (таблица 1.2).
Местная вентиляция
Местная (локализующая) вентиляция работает по несколько иному
принципу: все вредные вещества удаляются из помещения непосредственно в
том месте, где они образуются.
Зачастую проблему вентиляции помещения решают с помощью
комбинированной системы. В состав комбинированной системы входят как
общеобменная вентиляция, так и местные вытяжные системы (таблица 1.2).
Канальная и бесканальная вентиляция
Системы вентиляции имеют разветвленную сеть воздуховодов для
перемещения воздуха (канальные системы) либо каналы (воздуховоды) могут
отсутствовать.
Бесканальная не имеет сети воздуховодов, и воздухообмен происходит
через какие-либо отверстия в стенах — окна, форточки, фрамуги и т.д.
Канальная же подразумевает наличие вентиляционных каналов, по которым
воздух транспортируется и подается (или наоборот отводится)
в определенные места. При этом бесканальная, более проста и дешева при
монтаже и эксплуатации, но имеет и более низкую эффективность
по сравнению с канальной системой (таблица 1.2).
Рисунок 1.2 - Элементы канальной вентиляции

Фильтр канальный прямоугольный (ФКП), предназначен для удаления
твердых и волокнистых частиц из приточного,
рециркуляционного или вытяжного воздуха. Их
установка обеспечивает защиту помещения и
компонентов канальной вентиляционной системы от
попадания различных механических примесей,
содержащихся в воздухе (рисунок 1.2).

Гибкие вставки Канал-ГКВ предназначены
для поглощения механических колебаний,
создаваемых вентилятором в системе канальной
вентиляции, возникающих при перемещении
воздушной среды (рисунок 1.2).

Канальные водяные нагреватели Канал-КВН предназначены для нагрева
приточного, рециркуляционного воздуха или их
смеси в компактных стационарных системах
вентиляции и кондиционирования
производственных общественных или жилых
зданий. Обрабатываемый воздух не должен
содержать твердые, волокнистые, клейкие или агрессивные примеси,
способствующие коррозии меди, алюминия, цинка (рисунок 1.2).

Водяные канальные воздухоохладители Канал-ВКО предназначены для
охлаждения и осушения приточного,
рециркуляционного воздуха или их смеси
в компактных стационарных системах
вентиляции и кондиционирования
производственных общественных или
жилых зданий. Охладители
устанавливаются непосредственно в
воздуховоды прямоугольного сечения (рисунок 1.2).

Шумоглушители канальные пластинчатые Канал-ГКП предназначены
для снижения аэродинамического шума,
возникающего при работе оборудования в системах
канальной вентиляции и кондиционирования.
Принцип действия шумоглушителей основан на
превращении звуковой энергии в тепловую
вследствие трения, что непосредственно позволяет
осуществлять глушение аэродинамического шума
(рисунок 1.2).

Унифицированные канальные воздушные
клапаны Канал-Регуляр предназначены для
регулирования расхода приточного,
рециркуляционного или вытяжного воздуха в
системах канальной вентиляции и
кондиционирования, а также для герметизации
внутреннего объема вентиляционных сетей
(рисунок 1.2).

Нерегулируемые канальные решетки жалюзийного типа оцинкованные
Канал-РKO или алюминиевые Канал-РКА
предназначены для декорирования и защиты полостей
воздуховодов, клапанов, вентиляционных шахт,
выходящих как внутрь обслуживаемых помещений, так
и на фасадную часть здания (рисунок 1.2).
Вентиляторы канальные прямоугольные Канал-ПKВ для
прямоугольных каналов предназначены для монтажа в компактных
стационарных системах приточной и вытяжной вентиляции, а также
кондиционирования воздуха производственных, общественных и жилы
зданий. Канальные вентиляторы Канал-ПКВ имеют компактные размеры,
позволяющие применять их в условиях
ограниченного пространства, обеспечивают
удобство монтажа и обслуживания, а также
универсально сочетаются с другими
элементами систем канальной вентиляции.
Канальные вентиляторы сохраняют
работоспособность вне зависимости от их
пространственной ориентации (рисунок 1.2).....