Способ автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения

Способ автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для осуществления погодозависимого регулирования расхода тепла в системах центрального отопления зданий и сооружений.

Известен способ регулирования режима работы системы водяного отопления (Авторское свидетельство СССР №1241029, F24D 3/00, 3/02, 1986 г.), заключающийся в периодической подаче и прекращении подачи теплоносителя в систему отопления в зависимости от соотношения заданной температуры и фактической температуры воздуха в отапливаемом помещении.

Недостатком данного способа является возникновение в системе отопления режима неконтролируемых автоколебаний температуры воздуха в отапливаемом помещении, что снижает ее надежность из-за необходимости регулярной проверки и корректировки настроек органов релейного регулирования температуры воздуха в отапливаемом помещении. Кроме того, применение циркуляционного насоса существенно усложняет и удорожает реализацию данного способа, а также не учитывается влияние изменения температуры наружного воздуха на процесс регулирования.

Наиболее близким к заявляемому является «Способ регулирования режима работы системы отопления» (Патент на изобретение РФ №2474764, F24D 3/00, 2013 г.), принятый за прототип, заключающийся в периодической подаче теплоносителя в систему отопления здания в виде импульсов длительностью, меньшей или равной предварительно установленному периоду регулирования расхода теплоносителя в системе отопления здания, а также в измерении температуры теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания и в измерении температуры наружного воздуха.

Недостаток указанного способа заключается в сложности его реализации, что снижает надежность и повышает стоимость всей системы управления теплопотреблением здания, а также в его низком быстродействии, обусловленном наличием значительной тепловой инерции в контуре управления температурой воздуха внутри здания.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении надежности, экономичности и точности управления теплопотреблением здания, входящего в систему центрального теплоснабжения.

Технический результат достигается тем, что в способе регулирования режима работы системы отопления, заключающемся в периодической подаче теплоносителя в систему отопления здания в виде импульса длительностью, меньшей или равной предварительно установленному периоду регулирования расхода теплоносителя в системе отопления здания, в измерении температуры теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания и в измерении температуры наружного воздуха, а также в коррекции длительности импульса теплоносителя, создают байпасный канал подачи теплоносителя в систему отопления здания, производят настройку байпасного канала на заданную постоянную составляющую расхода теплоносителя в системе отопления здания, не превышающую величину максимального расхода теплоносителя в системе отопления здания при открытом основном канале и закрытом байпасном канале, и осуществляют непрерывную циркуляцию теплоносителя в системе отопления здания, заданное значение температуры теплоносителя в обратной магистрали функционально связывают с температурой наружного воздуха, вводят минимальный шаг и задают кратный минимальному шагу шаг изменения длительности импульса теплоносителя в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя, причем знак шага изменения длительности импульса теплоносителя зависит от соотношения заданного значения температуры теплоносителя в обратной магистрали и температуры теплоносителя в обратной магистрали, а также назначают шаг изменения температуры теплоносителя в обратной магистрали за период регулирования расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса теплоносителя, равной минимальному шагу изменения длительности импульса теплоносителя в периоде регулирования расхода теплоносителя, при этом в начале каждого периода регулирования расхода теплоносителя сравнивают заданное значение температуры теплоносителя в обратной магистрали с температурой теплоносителя в обратной магистрали, определяют округленное значение коэффициента кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования расхода теплоносителя как

,

где i - порядковый номер периода регулирования расхода теплоносителя;

k_i - коэффициент кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования расхода теплоносителя;

Т_оз - заданное значение температуры теплоносителя в обратной магистрали, °С;

Т_о - температура теплоносителя в обратной магистрали, °С;

ΔТ_о - шаг изменения температуры теплоносителя в обратной магистрали за период регулирования расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса теплоносителя, равной минимальному шагу изменения длительности импульса теплоносителя в периоде регулирования расхода теплоносителя, °С;

и корректируют величину длительности импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования расхода теплоносителя в соответствии с выражением

,

где t_иi - длительность импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования расхода теплоносителя, с;

Δt_и - шаг изменения длительности импульса теплоносителя в периоде регулирования расхода теплоносителя, с;

при этом устанавливают значение коэффициента кратности коррекции k_i=0 при

,

где δ - зона нечувствительности, °С.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения.

Устройство содержит источник тепла 1, выход которого через теплорегулятор 2, систему отопления здания 3 и блок измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали 4 связан с входом источника тепла 1. Второй выход блока измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали 4 через блок управления 5 соединен со вторым входом теплорегулятора 2. Выход блока измерения температуры наружного воздуха 6 подключен ко второму входу блока управления 5.

Теплорегулятор 2 содержит нормально-открытый электромагнитный клапан 7 и предохранительный клапан 8. Вход предохранительного клапана 8 соединен с первым входом нормально-открытого электромагнитного клапана 7, а выход предохранительного клапана 8 связан с выходом нормально-открытого электромагнитного клапана 7.

Выходом теплорегулятора 2 служат объединенные выходы нормально-открытого электромагнитного клапана 7 и предохранительного клапана 8, первым входом теплорегулятора 2 являются объединенные первый вход нормально-открытого электромагнитного клапана 7 и вход предохранительного клапана 8, а вторым входом теплорегулятора 2 служит второй вход нормально-открытого электромагнитного клапана 7.

Способ осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии теплоноситель от источника тепла 1 через последовательно соединенные теплорегулятор 2, систему отопления здания 3 и блок измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали 4 возвращается в источник тепла 1.

Предохранительный клапан 8 теплорегулятора 2 помимо своей основной функцией устранения гидравлических ударов при закрытии нормально-открытого электромагнитного клапана 7 используется также для обеспечения байпасного канала подачи теплоносителя в систему отопления здания 3. При этом заранее производится настройка предохранительного клапана 8 (например, изменением степени сжатия пружины, прижимающей золотник предохранительного клапана 8 к его седлу) на заданную постоянную составляющую расхода теплоносителя в системе отопления здания 3, не превышающую величину максимального расхода теплоносителя в системе отопления здания 3 при закрытом предохранительном клапане 8 и открытом нормально-открытом электромагнитном клапане 7 теплорегулятора 2.

В результате в системе отопления здания 3 циркуляция теплоносителя не прерывается никогда, а расход теплоносителя изменяется от минимального значения при закрытом нормально-открытом электромагнитном клапане 7 до максимального значения при открытом нормально-открытом электромагнитном клапане 7.

Блок управления 5 управляет работой теплорегулятора 2 на основе информации о температуре наружного воздуха Т_н и температуры теплоносителя Т_о в обратной магистрали 4.

Предварительно в блоке управления 5 устанавливается период регулирования τ_р расхода теплоносителя в системе отопления здания 3 в зависимости от допустимой частоты включения нормально-открытого электромагнитного клапана 7 теплорегулятора 2 и тепловой инерции системы отопления здания 3, а также вводится функциональная зависимость (например, табличная) заданного значения температуры теплоносителя Т_оз в обратной магистрали системы отопления здания 3 от температуры наружного воздуха Т_н Т_оз=φ(Т_н).

Кроме того, в блок управления 5 вводится динамический параметр, определяющий быстродействие устройства: шаг ΔТ_о изменения температуры Т_о теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3 за период регулирования τ_р расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса t_иmin теплоносителя, равной минимальному шагу Δt_иmin изменения длительности импульса t_и теплоносителя в периоде регулирования τ_р расхода теплоносителя.

В начале каждого (i-го) периода регулирования τ_р расхода теплоносителя осуществляется измерение температуры Т_о теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3 и ее сравнение с заданным значением температуры теплоносителя Т_оз в обратной магистрали системы отопления здания 3, полученной из зависимости Т_оз=φ(Т_н), с целью вычисления разности (Т_оз-Т_о) для задания знака изменения длительности импульса t_иi теплоносителя в i-м периоде регулирования τ_p расхода теплоносителя, а также для ввода величины шага Δt_и с учетом расчета округленного значения коэффициента кратности коррекции k_i шага Δt_и изменения длительности t_иi импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования τ_р расхода теплоносителя в соответствии с зависимостью:

По коэффициенту кратности коррекции k_i выполняется уточнение длительности t_иi импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования τ_р расхода теплоносителя в соответствии с выражением:

что обеспечивает ускоренную компенсацию больших ошибок регулирования температуры Т_о теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3, поскольку при (Т_оз-Т_о)/ΔТ_о≥2 коэффициент кратности коррекции k_i≥2.

По окончании импульса теплоносителя длительностью t_иi в i-м периоде регулирования τ_р расхода теплоносителя блок управления 5 закрывает нормально-открытый электромагнитный клапан 7 теплорегулятора 2.

Сохранение принудительной циркуляции теплоносителя в системе отопления здания 3 в течение отрезка времени паузы t_пi=τ_p-t_иi способствует выравниванию температуры теплоносителя в обратных трубопроводах системы отопления здания, поскольку при отсутствии циркуляции теплоносителя остывание теплоносителя в обратных трубопроводах системы отопления здания происходит неравномерно и реальная температура теплоносителя в обратной магистрали после открытия нормально-открытого электромагнитного клапана 7 теплорегулятора 2 может не совпадать с информацией, поступающей от блока измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали 4 в конце i-го периода регулирования τ_р расхода теплоносителя, что, в свою очередь, может привести к погрешности в определении блоком управления 5 начальных условий для (i+1)-го периода регулирования τ_р расхода теплоносителя. В итоге повышается точность управления теплопотреблением здания.

Необходимая точность регулирования температуры Т_о теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3 достигается при

где δ - зона нечувствительности.

В этом случае устанавливается значение коэффициента кратности коррекции k_i=0 и регулирование длительности импульса t_и теплоносителя приостанавливается до момента выхода величины за пределы зоны нечувствительности δ.

При Т_оз>Т_о блок управления 5 обеспечивает увеличение длительности импульса t_и теплоносителя, что ведет к росту температуры Т_о теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3, а при Т_оз<Т_о по аналогии производится снижение температуры Т_о теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3.

В результате осуществляется стабилизация температуры Т_о теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3 с заданной точностью и высоким быстродействием, а следовательно, обеспечивается требуемый тепловой режим в помещениях здания.

В случае неработоспособности устройства, реализующего предлагаемый способ автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения, подача теплоносителя в систему отопления здания 3 сохранится через нормально-открытый электромагнитный клапан 7 теплорегулятора 2 с максимальным расходом теплоносителя.

Таким образом, учитывая низкую энергоемкость электромагнитного клапана и блока управления, а также простоту осуществления и точность функционирования технического решения, реализация предложенного способа позволяет обеспечить высокие точность, надежность и экономичность автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения.

Способ автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения, заключающийся в периодической подаче теплоносителя в систему отопления здания в виде импульса длительностью, меньшей или равной предварительно установленному периоду регулирования расхода теплоносителя в системе отопления здания, в измерении температуры теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания и в измерении температуры наружного воздуха, а также в коррекции длительности импульса теплоносителя, отличающийся тем, что создают байпасный канал подачи теплоносителя в систему отопления здания, производят настройку байпасного канала на заданную постоянную составляющую расхода теплоносителя в системе отопления здания, не превышающую величину максимального расхода теплоносителя в системе отопления здания при открытом основном канале и закрытом байпасном канале, и осуществляют непрерывную циркуляцию теплоносителя в системе отопления здания, заданное значение температуры теплоносителя в обратной магистрали функционально связывают с температурой наружного воздуха, вводят минимальный шаг и задают кратный минимальному шагу шаг изменения длительности импульса теплоносителя в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя, причем знак шага изменения длительности импульса теплоносителя зависит от соотношения заданного значения температуры теплоносителя в обратной магистрали и температуры теплоносителя в обратной магистрали, а также назначают шаг изменения температуры теплоносителя в обратной магистрали за период регулирования расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса теплоносителя, равной минимальному шагу изменения длительности импульса теплоносителя в периоде регулирования расхода теплоносителя, при этом в начале каждого периода регулирования расхода теплоносителя сравнивают заданное значение температуры теплоносителя в обратной магистрали с температурой теплоносителя в обратной магистрали, определяют округленное значение коэффициента кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования расхода теплоносителя какk_i=INT[(Т_оз-Т_о)/ΔТ_о],где i - порядковый номер периода регулирования расхода теплоносителя;k_i - коэффициент кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования расхода теплоносителя;Т_оз - заданное значение температуры теплоносителя в обратной магистрали, °С;Т_о - температура теплоносителя в обратной магистрали, °С;ΔΤ_о - шаг изменения температуры теплоносителя в обратной магистрали за период регулирования расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса теплоносителя, равной минимальному шагу изменения длительности импульса теплоносителя в периоде регулирования расхода теплоносителя, °С;и корректируют величину длительности импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования расхода теплоносителя в соответствии с выражениемt_иi=t_и(i-1)+k_i·t_и,где t_иi - длительность импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования расхода теплоносителя, с;Δt_и - шаг изменения длительности импульса теплоносителя в периоде регулирования расхода теплоносителя, с;при этом устанавливают значение коэффициента кратности коррекции k_i=0 при|Τ_оз-Τ_о|<δ,где δ - зона нечувствительности, °С.