Контроль уровня углекислого газа. Автоматический контроль качества среды и питьевой воды

Чистый воздух – один из главных факторов, влияющих на самочувствие и здоровье человека. В среднем в сутки, через легкие взрослого человека проходит более семи тысяч литров воздуха. При этом, если речь идет об офисном работнике, то это воздух, находящийся в помещении. Городской уличный воздух, который мы вдыхаем, далёк от идеального, однако тот, который приходится вдыхать в офисе, гораздо опаснее, он в пять раз превосходит уличный по загрязнённости и в шесть-десять по токсичности.

Кроме химических токсинов, находясь в закрытых помещениях, человек вдыхает миллиарды пылинок, к которым прикрепляются бактерии и вирусы, в результате чего происходит постепенное отравление человеческого организма.

В помещениях с большим количеством находящихся в нем людей, например, в общественных зданиях и на парковках возникает еще два фактора опасности, это углекислый и угарный газы.

Углекислый газ (нажмите, чтобы раскрыть)

Углекислый газ (CO₂), необходим человеку для повседневной жизни: он стимулирует работу различных систем организма, деятельность мозга, сердца, легких и т.д. Нормальная концентрация CO₂ в воздухе не должно превышать 0.1%. Концентрация в воздухе углекислого газа более 5%, негативно сказывается на самочувствии человека. Длительное нахождение человека в среде с повышенной (или пониженной) концентрацией СО₂ может привести в т.ч. к летальному исходу.

Гиперкапния (частный случай гипоксии)— избыток СО₂ в крови. Человек вместе с кислородом вдыхает 0,04% углекислого газа, а выдыхает 4,4%. Если находиться в небольшом помещении с плохой вентиляцией, концентрация двуокиси углерода может превысить норму. При достижении концентрации более 5% возникает головная боль, тошнота, частое поверхностное дыхание, усиленное потоотделение и даже потеря сознания.

Гипокапния — недостаток СО₂ в крови. Она возникает в результате глубокого учащённого дыхания, когда в организм поступает больше, чем нужно, кислорода. Такое состояние может возникнуть, например, во время чрезмерно интенсивных физических нагрузок.

Концентрацию углекислого газа важно контролировать в помещениях с массовым пребыванием людей, кинотеатрах, спортзалах, учебных и культовых учреждениях.

Угарный газ (нажмите, чтобы раскрыть)

Угарный газ (CO) очень опасен: он не имеет ни цвета, ни запаха, и, смешиваясь с воздухом, практически не заметен, поэтому человек замечает ухудшение состояния только после того, как отравление произошло.

Попадая в организм человека, угарный газ связывается с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин, и блокирует передачу кислорода тканевым клеткам, что приводит к гипоксии гемического типа. блокирует естественную циркуляцию кислорода в крови и органах, что может привести к летальному исходу. Смерть наступает в основном по причине аритмии или острой сердечной недостаточности. Угарный газ также включается в окислительные реакции, нарушая биохимическое равновесие в тканях.

Контролировать концентрацию угарного газа необходимо в крытых паркингах, в местах сжигания топлива или горения.

Контроль качества воды важен и для питьевой и для технической воды. Вода в жизни человека занимает важнейшее место. Она питает организм жизненно важными минералами, участвует в процессах пищеварения, обменных процессах и т.п. Вода применяется во многих технологических процессах, является теплоносителем в системе отопления, с ее помощью вырабатывается электроэнергия, тушатся пожары, смывается грязь, строятся дома, выращивают растения. При этом питьевая вода, обогащенная минералами, не подойдет для использования в паровом котле, а обессоленный конденсат не принесет пользы для организма человека.

Для того, чтобы избежать вредного влияния среды на здоровье человека и для исключения поломки оборудования, современные здания оснащаются системами контроля качества воздуха и воды. При отклонении параметров от заданных, в процесс вносятся коррекции или он может быть остановлен.

Контроль уровня углекислого газа

Уровень концентрации углекислого газа должен контролироваться в офисных и производственных помещениях, теплицах, кинотеатрах, спорт залах и конференц-залах.

Регулирование концентрации СО₂ осуществляется с помощью увеличения кратности воздухообмена помещения. Управление объемом приточного воздуха можно осуществлять несколькими способами:

Вручную, переключая режимы в зависимости от определенных параметров (например, количества людей в помещении). Наиболее затратный способ регулировки. С большой долей вероятности, оператор будет при необходимости переключать вентиляционную систему на максимальную производительность;
Автоматически, по показаниям датчиков CO₂. Эффективный метод управления, однако в системе будет всегда присутствовать некоторая задержка, т.к. дополнительное поступление свежего воздуха начнется по факту увеличения концентрации;
Автоматически, по показаниям датчиков CO₂, с учетом данных о количестве людей в помещении (система контроля доступа, счетчик людей, видео-анализ, расписание). Позволяет создать наиболее комфортные условия для посетителей, при этом обеспечивая экономию энергии.

В случае, если требуется регулирование в нескольких помещениях, управление вручную всей системой становится еще более экономически не оправданным. Одно из помещений может быть заполнено, а другое пустовать, потребность в чистом воздухе для помещений будет существенно отличаться, как правило, разрабатывается система вентиляции с позонным регулированием притока.

Важно подавать уличного воздуха ровно столько сколько нужно. В здании как правило всегда работает система кондиционирования или отопления, т.о. перерасход воздуха приведет так же и к дополнительным расходам на его подготовку (нагрев или охлаждение).

Многие вентиляционные установки имеют ограничение минимальной производительности, т.е. если установка включена, то она будет работать как минимум на 25% (к примеру) от своей мощности. В этом заключается еще одна возможная проблема. В больших системах, при необходимости добавить 5% уличного воздуха, добавить возможно только 25%, это означает, что 20% мощности тратится впустую. Чтобы этого избежать, возможно применение систем с рециркуляцией, тогда подготовленный воздух из помещений, где отсутствуют люди может подаваться в помещения с превышением СО₂, вместо уличного. Такая стратегия является недорогой, при этом она экономит потребление энергии и помогает обеспечивать хорошее качество внутреннего воздуха.

При использовании рециркуляции производится замер доли наружного воздуха в составе приточного воздуха и регулировка его расхода таким образом, чтобы в приточном воздухе всегда содержалось то количество наружного воздуха, которое необходимо для вентиляции обслуживаемого системой помещения.

Контроль уровня угарного газа

Уровень угарного газа контролируют в котельных, на закрытых автомобильных парковках, в помещениях, где происходит процесс горения. Контроль уровня CO это требование безопасности, а не комфорта.

Приборы – анализаторы угарного газа производят мониторинг его концентрации в помещении. Показания приборов используются для сигнализации о превышении предельно допустимой концентрация (более 20 миллиграмм газа на кубический метр), сигнализация срабатывает в контролируемом помещении и на диспетчерском пульте. Превышение концентрации CO это аварийная ситуация, если это происходит, то должна включаться принудительная вентиляция помещения, отключаться подача топлива, или система производит в автоматизированном режиме другие действия, в зависимости от техпроцесса.

Общеобменная вентиляция в помещениях, где возможно образование угарного газа так же организуется в соответствии с параметрами процесса, технологией, отраслевыми нормами.

Контроль качества питьевой воды

Для определения параметров питьевой или технологической воды применяются анализаторы. Анализатор качества воды — это прибор, позволяющий определить наличие той или иной примеси в составе воды, и использующийся для контроля её качества. Они могут применятся на производственных объектах, специализированных лабораториях, при необходимости, общественных зданиях и являются частью систем водоподготовки.

Контроль водно-химического режима (ВХР) может осуществляться с помощью следующего оборудования:

Многоканальные анализаторы примесей, которые определяют концентрации различных веществ одновременно;
Устройства подготовки проб, осуществляющие охлаждение, подогрев, фильтрацию проб перед подачей их в анализатор;
Счетчики частиц – определяющие количество взвешенных частиц в воде;
pH-мультивольтметры, применяемые для замеров активности ионов водорода;
Жесткомеры, которые контролируют работу обессоленных установок, подготавливающих воду к использованию в технологическом процессе;
Сигнализаторы или приборы отображения подают сигнал при нарушении параметров воды.

Виды анализаторов качества воды (нажмите, чтобы раскрыть):

Анализаторы электропроводности (кондуктометры). Применяются для контроля эффективности очистных систем. Прибор производит замеры электропроводности воды, чем она больше, тем больше примесей;
Еще один прибор для анализа эффективности очистных систем. Анализатор содержания солей (TDS-метр) определяет концентрацию растворенных минералов на 1 миллион частиц воды;
Анализаторы (pH) активности ионов водорода. Осуществляют непрерывный контроль активности одновалентных анионов. Применяются во многих областях хозяйства, промышленности и науки;
Анализаторы содержания растворенных газов, позволяют определить концентрации кислорода, углекислого газа и других газов в воде. Применяются, например, в пищевой промышленности;
Анализатор содержания определенных веществ в воде, например, аммиака, солей кальция и магния (жесткость воды) и т.п. Применяются при необходимости в системах, где в воду может попасть определенное вещество.

Получение данных может происходить непосредственно из потока воды или при периодическом отборе проб. Во многих процессах где производится водоподготовка (например, в бассейнах), анализ воды должен происходить в автоматическом режиме.

Автоматизация процесса контроля качества воды позволяет избежать аварийных ситуаций на производстве, исключить загрязнение окружающей среды или отравление человека. Показания приборов контроля включается в алгоритмы управления процессом, в случае отклонения показателей от нормы программное обеспечение регистрирует нарушение и передает сигнал на выполнение заданных действий:

Активация автоматической защиты с полной остановка технологического процесса;
Запуск последовательности действий по восстановлению нормального режима, например, изменения состава примесей;
Отображение тревожных сообщений на панели диспетчера, дальнейшие действия производит оператор в ручном или полуавтоматическом режиме.

Т.о. в системе управления водоснабжением появляется дополнительный сигнал(ы) управления.

Работа систем контроля в составе системы автоматизации и диспетчеризации здания

Основная цель проведения контроля качества среды – своевременная корректировка алгоритма работы системы, либо полное прекращение ее работы, до устранения причины загрязнения, например, при попадании в вентиляционную систему или в систему питьевого водоснабжения химических отравляющих веществ или вредных вирусов, системы лучше отключить.

В системах автоматизированного управления зданием (BMS) и в производственных процессах, реакция системы определяется при программировании алгоритмов управления. Показания систем контроля состава среды являются дополнительными данными.

Из-за того, что концентрация выдыхаемого человеком CO₂ в 100 раз выше, чем вдыхаемого (3,6% против 0,03%), показания измерителей СО2 в помещении является хорошим показателем количества людей в помещении, а также загрязнения воздуха и другими веществами. Кроме того, концентрацию углекислого газа легко измерить с достаточно высокой точностью и его массовое выделение значительно больше других вредных веществ.

Разработка систем контроля качества среды

Проект систем автоматизированного контроля качества воды и содержания СО₂ обычно не выполняются самостоятельно, а является частью проекта автоматизации водоснабжения, вентиляции или ИТП.

Отдельно выделяется проект контроля загазованности в паркингах, который разрабатывается самостоятельно, но при этом обязательно обеспечивается взаимодействие системы с системой вентиляции и дымоудаления.

Проект контроля загазованности может содержать следующие листы:

Общие данные;
Функциональные и структурные схемы, при необходимости;
Задание на программирование систем вентиляции и дымоудаления;
Схемы внешних соединений со смежными системами;
Принципиальные электрические схемы щитов управления;
Принципиальные схемы питания щитов автоматизации;
План расположения оборудования и проводок систем автоматизации;
Кабельные журналы;
Монтажные схемы;
Спецификации оборудования и проводок;
Локальны сметы на производство работ.