CZ283766B6 - Způsob pulsní regulace vytápění a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob pulsní regulace vytápění je určen zejména pro regulaci teplovodního dálkového nebo lokálního vytápění objektů. Podstata tohoto způsobu spočívá v tom, že se nejprve v úvodním časovém úseku vytápění (testovacím režimu)-od počátku vytápění až do okamžiku t.sub.m1.n. - kontinuálně přivádí teplosměnné médium při udržování konstantního rozdílu jeho teploty (Tn) v náběhové větvi a teploty (Tv) ve vratné větvi teplovodu, načež se v čase t.sub.m1.n. současně změří venkovní teplota (Ta) v okolí vytápěného objektu a teploty teplosměnného média - teplota (Tn) v náběhové větvi a teplota (Tv) ve vratné větvi teplovodu. Na základě výsledků těchto měření se určí regulační poměr (Rp.sub.1.n.) pro první cyklus regulačního režimu, při čemž platí, že tento regulační poměr leží v intervalu 0 až 1 a je tím vyšší, čím nižší je venkovní teplota (Ta) a teploty (Tn, Tv) média. Potom se dodávka teplosměnného média do náběhové větve teplovodu přeruší a jeho další přivádění do ní se pak provádí již ve vlastŕ

Description

Vynález se týká způsobu pulzní regulace vytápění, který je použitelný zejména pro teplovodní dálkové nebo lokální vytápění objektů (obytných domů, bytů, kancelářských prostor, provozoven a pod.).

Dosavadní stav techniky

V současné době je známo několik způsobů regulace vytápění. Při dálkové dodávce tepla se jedná především o dispečerský systém regulace dálkového vytápění na principu ekvitermní regulace teploty topné vody ve výměníkových stanicích. Protože výměníková stanice běžně nedostává zpětné informace o skutečné potřebě tepelné energie v jednotlivých, na ni napojených vytápěných objektech, dochází při tomto způsobu regulace často ke zbytečnému přetápění těchto objektů, což má za následek zbytečně vysokou spotřebu energie. Vyřešit tento nedostatek dálkovým přenosem informací o skutečném stavu ve vytápěných objektech do výměníkových stanic je v současné době technicky i finančně značně náročné.

Způsobem regulace vytápění, který zohledňuje skutečný stav ve vytápěných objektech, je např. ekvitermní (spojitá) regulace za pomoci tzv. objektových předávacích stanic. Při lokálním vytápění je principiální obdobou posledně uvedeného způsobu regulace klasická ekvitermní spojitá regulace topné vody. Technicky složitějším a dokonalejším způsobem regulace je pak adaptivní spojitá ekvitermní regulace vytápění.

Společným nedostatkem známých způsobů regulace vytápění (ať již dálkového nebo lokálního) je jejich ne vždy dostatečná možnost optimalizace vytápění z hlediska maximálně efektivního využití spotřebovávané tepelné energie. U současných způsobů regulace je v tomto smyslu např. obtížné potlačit vliv vzdálenosti vytápěného objektu od zdroje a zohlednit vliv tepelně izolačních vlastností vytápěného objektu.

Podstata vynálezu

K odstranění výše uvedených nedostatků známých způsobů regulace vytápěni přispívá způsob pulzní regulace vytápění podle vynálezu. Jedná se o způsob regulace, určený zejména pro teplovodní dálkové nebo lokální vytápění objektů, jehož podstata spočívá v tom, že se nejprve v úvodním časovém úseku vytápění (v testovacím režimu) kontinuálně přivádí teplosměnné médium při udržování konstantního rozdílu jeho teploty v náběhové větvi a teploty ve vratné větvi teplovodu. V časovém okamžiku ukončení tohoto úvodního úseku vytápění (testovacího režimu) se současně změří venkovní teplota v okolí vytápěného objektu a teploty teplosměnného média teplota v náběhové větvi a teplota ve vratné větvi teplovodu. Na základě výsledků těchto měření se určí regulační poměr pro první cykus regulačního režimu, přičemž platí, že tento regulační poměr leží v intervalu 0 až 1 aje tím vyšší, čím nižší je venkovní teplota a teploty média. Potom se dodávka teplosměnného média do náběhové větve teplovodu přeruší a jeho další přivádění do ní se pak provádí již ve vlastním regulačním režimu - diskontinuálně v časových periodách, přičemž v okamžiku ukončení každé z těchto period se opakovaně měří hodnoty venkovní teploty v okolí vytápěného objektu a teplot teplosměnného média - teploty v náběhové větvi a teploty ve vratné větvi teplovodu. Na základě naměřených hodnot se pak principem stejným jako po úvodním časovém úseku vytápění určuje nový regulační poměr, na němž je pak závislá bud’ přímo doba následující periody vytápění, tzn. doba, po niž je

- 1 CZ 283766 B6 teplosměnné médium dodáváno do náběhové větve teplovodu a/nebo doba přerušení dodávky teplosměnného média po této periodě.

Z toho vyplývá, že způsob regulace vytápění podle vynálezu může mít dvě výhodné konkrétnější varianty. U první z nich se doba i-té periody vytápění (fy) v regulačním režimu určí jako funkce fy = Rpi.t_r, kde Rpi je regulační poměr, stanovený na základě hodnot venkovní teploty (T_a) v okolí vytápěného objektu a teplot teplosměnného média - teploty (T_n) v náběhové větvi a teploty (T_v) ve vratné větvi teplovodu, naměřených v okamžiku t_m,.| na konci předchozí, tedy i-1 periody vytápění a tj je doba regulačního cyklu, konstantní po celou dobu regulace.

Doba přerušení dodávky teplosměnného média po i-té periodě vytápění je u této varianty způsobu regulace podle vynálezu dána rozdílem fy fy.

U druhé varianty způsobu regulace podle vynálezu se v průběhu každé z period vytápění v regulačním režimu průběžně měří teplota (T_n) média v náběhové větvi a teplota (T_v) média ve vratné větvi teplovodu a vyhodnocuje se změna jejich rozdílu δ(Τ_η-Τ_ν). Doba každé z period vytápění (to,) je potom ohraničena okamžikem, kdy velikost této změny δ(Τ_π-Τ_ν) = 0. V tomto okamžiku (t_mi) se změří hodnoty venkovní teploty (T_a) v okolí vytápěného objektu a teplot teplosměnného média teploty (T_n) v náběhové větvi a teploty (T_v) ve vratné větvi teplovodu pro vyhodnocení regulačního poměru Rpi+i pro následující regulační cyklus. Současně se přeruší dodávka teplosměnného média do náběhové větve teplovodu na dobu, určenou ze vztahu (1 -Rpí).tbi, po jejímž uplynutí pak následuje stejným způsobem řízený i+1 regulační cyklus.

Hlavním přínosem způsobu pulzní regulace vytápění podle vynálezu je vysoce účinná optimalizace vytápění jednotlivých objektů při dálkovém vytápění, a to bez ohledu na vzdálenost daného objektu od zdroje tepelné energie (výměníkové stanice). Dalším, neméně podstatným přínosem způsobu podle vynálezu, je možnost zohlednění tepelně-izolačních vlastností vytápěného objektu.

Přehled obrázků na výkresech

K bližšímu objasnění podstaty vynálezu slouží přiložený výkres, kde znázorňuje obr. 1 - schéma regulačního systému k provádění způsobu pulzní regulace vytápění podle vynálezu, obr. 2 - časový průběh pulzní regulace vytápění s konstantní regulační periodou, obr. 3 - časový průběh pulzní regulace vytápění s proměnnou regulační periodou.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1 (pulzní regulace vytápění s konstantní dobou periody regulačního cyklu) časový průběh regulačního cykluje znázorněn na obr. 2.

Při této variantě způsobu pulzní regulace vytápění podle vynálezu se nejprve v úvodním časovém úseku vytápění (testovacím režimu) - od počátku vytápění až do okamžiku tmi - kontinuálně přivádí teplosměnné médium - voda při udržování konstantního rozdílu její teploty Tn v náběhové větvi 1 a teploty T_v ve vratné větvi 2 teplovodu (viz obr. 1).

-2CZ 283766 B6

V čase tnu se současně změří venkovní teplota T_a v okolí vytápěného objektu a teploty vody teplota T„ v náběhové větvi a teplota T_v ve vratné větvi teplovodu. Na základě výsledků těchto měření se určí regulační poměr Rpi pro první cykus regulačního režimu, přičemž platí, že tento regulační poměr leží v intervalu 0 až 1 a je tím vyšší, čím nižší je venkovní teplota T_a a teploty T„ Κ média.

Souběžně s tím se přeruší dodávka vody do náběhové větve £ teplovodu a její další přivádění do náběhové větve £ se pak provádí již ve vlastním regulačním režimu - diskontinuálně v časových periodách. V okamžiku tmi ukončení každé z těchto period se opakovaně měří hodnoty venkovní teploty T_a v okolí vytápěného objektu a teplot vody - teploty T„ v náběhové větvi £ a teploty T_v ve vratné větvi 2 teplovodu a na základě naměřených hodnot se pak principem stejným jako po úvodním časovém úseku vytápění určuje nový regulační poměr Rp_{i+ b}

Doba následující periody vytápění toi+i, tzn. doba, po niž je voda dodávána do náběhové větve £ teplovodu, se určí jako funkce toi+i = Βρί+ιΛ, kde Rpj+i je regulační poměr, stanovený na základě hodnot venkovní teploty T_a v okolí vytápěného objektu a teplot vody - tzn. teploty T_n v náběhové větvi £ a teploty T_v ve vratné větvi 2 teplovodu, naměřených v okamžiku tmi na konci předchozí, tedy i-té periody vytápění, a £ je doba periody regulačního cyklu, konstantní po celou dobu regulace.

Doba přerušení dodávky vody do náběhové větve £ po i+1 periodě vytápění je dána rozdílem £toi·

Shodný způsob regulace vytápění je pak uplatňován i v dalších periodách regulačního cyklu.

Příklad 2 (pulzní regulace vytápění s proměnnou dobou periody regulačního cyklu) časový průběh regulačního cykluje znázorněn na obr. 3.

Při této variantě způsobu pulzní regulace vytápění podle vynálezu se nejprve, obdobně jako u předchozí varianty podle příkladu £, v úvodním časovém úseku vytápění (testovacím režimu) od počátku vytápění až do okamžiku - kontinuálně přivádí teplosměnné médium - voda při udržování konstantního rozdílu její teploty T„ v náběhové větvi £ a teploty T_v ve vratné větvi 2 teplovodu (viz obr. 1).

V čase tmise současně změří venkovní teplota T_a v okolí vytápěného objektu a teploty vody teplota T_n v náběhové větvi £ a teplota T_v ve vratné větvi 2 teplovodu. Na základě výsledků těchto měření se určí regulační poměr Rp! pro první cykus regulačního režimu, přičemž opět platí, že tento regulační poměr leží v intervalu 0 až 1 a je tím vyšší, čím nižší je venkovní teplota T_a a teploty T_n, T_v v média.

Souběžně s tím se přeruší dodávka vody do náběhové větve £ teplovodu a její další přivádění do náběhové větve £ se pak provádí již ve vlastním regulačním režimu - diskontinuálně v časových periodách. V okamžiku ukončení každé těchto period se opakovaně měří hodnoty venkovní teploty Ta v okolí vytápěného objektu a teplot vody - teploty T„ v náběhové větvi £ a teploty T_v ve vratné větvi 2 teplovodu a na základě naměřených hodnot se pak principem stejným jako po úvodním časovém úseku vytápění určuje nový regulační poměr Rp_i+1.

Na rozdíl od varianty v příkladu £ se v průběhu každé z period vytápění v regulačním režimu průběžně měří teplota T_a vody v náběhové větvi £ a teplota T_v vody ve vratné větvi 2 teplovodu a vyhodnocuje se změna jejich rozdílu δ(Τη-Τ_ν).

-3 CZ 283766 B6

Doba každé z period vytápění toi je potom ohraničena okamžikem, kdy velikost této změny δ(Τ„T_v) = 0. V tomto okamžiku tmi se změří hodnoty venkovní teploty T_a v okolí vytápěného objektu a teplot vody - teploty T_n v náběhové větvi 1 a teploty T_v ve vratné větvi 2 teplovodu pro vyhodnocení regulačního poměru Rp_i+i pro následující regulační cyklus.

Současně se přeruší dodávka vody do náběhové větve 1 teplovodu na dobu, určenou ze vztahu (1Rpi).toi. Po uplynutí této doby pak následuje stejným způsobem řízená i+1 perioda regulačního cyklu.

Regulační systém (viz obr. 1) k provádění způsobu podle příkladů 1 i 2 může být tvořen např. regulátorem R, na jehož vstupy jsou připojeny snímače teplot, a to snímač venkovní teploty T_a prostředí v okolí vytápěného objektu, a snímače teploty vody konkrétně teploty T„ v náběhové větvi 1 teplovodu a teploty T_v ve vratné větvi 2 teplovodu.

Výstup regulátoru R je pak zapojen v ovládacím obvodu servopohonu S třícestného ventilu V_t, přičemž tento třícestný ventil V_t je namontován v náběhové větvi 1 teplovodu v místě, kde je k této náběhové větvi 1 připojeno přepouštěcí potrubí 3, ústící do vratné větve 2 teplovodu.

V přepouštěcím potrubí 3 může být namontován regulační ventil V_r k hydrodynamickému vyvážení otopné soustavy, popř. vytápěcího okruhu, při přepouštění topného média z náběhové větve 1 přímo do vratné větve 2.

Regulační systém může být dále vybaven také snímačem teploty vzduchu ve vytápěném objektu, připojeným na vstup regulátoru R a případně též prvky pro nastavení teploty v závislosti na čase v průběhu týdenního cyklu.

Pokud jde o funkci regulačního systému, lze v souladu s požadavky výše definovaného způsobu pulzní regulace podle vynálezu definovat dva základní režimy jeho činnosti:

1) v režimu vytápění je třícestný ventil V_t otevřen ve směru náběhové větve 1 teplovodu, ohřátá voda prochází ve směru A ze zdroje tepla náběhovou větví 1 teplovodu do vytápěného objektu a vrací se zpět vratnou větví 2;

2) v režimu přerušení vytápění (přerušení dodávky horké vody do vytápěného objektu) naopak třícestný ventil V_t uzavírá náběhovou větev 1 a horká voda prochází přes přepouštěcí potrubí 3 (ve směru B) přímo do vratné větve 2 teplovodu, aniž by vstupovala do vytápěného objektu.

Nastavení funkčního prvku regulačního systému - třícestného ventilu V, je řízeno přes servopohon S regulátorem R v závislosti na údajích teplotních čidel a příslušné variantě způsobu regulace.

Claims (3)

1. Způsob pulzní regulace vytápění, zejména pak teplovodního dálkového nebo lokálního vytápění objektů, vyznačující se tím, že se nejprve v úvodním časovém úseku vytápění (testovacím režimu) - od počátku vytápění až do okamžiku t_ml - kontinuálně přivádí teplosměnné médium při udržování konstantního rozdílu jeho teploty (T_n) v náběhové větvi a teploty (T_v) ve vratné větvi teplovodu, načež se v čase t_mi současně změří venkovní teplota (T_a)

-4CZ 283766 B6 v okolí vytápěného objektu a teploty teplosměnného média - teplota (T_n) v náběhové větvi a teplota (T_v) ve vratné větvi teplovodu, na základě výsledků těchto měření se určí regulační poměr (Rpi) pro první cykus regulačního režimu, přičemž platí, že tento regulační poměr leží v intervalu 0 až 1 a je tím vyšší, čím nižší je venkovní teplota (T_a) a teploty (T_n T_v) média, potom se dodávka teplosměnného média do náběhové větve teplovodu přeruší a jeho další přivádění do ní se pak provádí již ve vlastním regulačním režimu - diskontinuálně v časových periodách, přičemž v okamžiku (t_m) ukončení každé z těchto period se opakovaně měří hodnoty venkovní teploty (T_a) v okolí vytápěného objektu a teplot teplosměnného média - teploty (T_n) v náběhové větvi a teploty (T_v) ve vratné větvi teplovodu a na základě naměřených hodnot se pak principem stejným jako po úvodním časovém úseku vytápění určuje nový regulační poměr (Rpi+i), na němž je pak závislá buď přímo doba následující periody vytápění (toi+i), tzn. doba, po niž je teplosměnné médium dodáváno do náběhové větve teplovodu a/nebo doba přerušení dodávky teplosměnného média po této periodě, určená časovým rozdílem Ví - toi+i, kde t_r+1 je celková doba i+1 regulačního cyklu, zahrnujícího příslušnou periodu vytápění a dobu přerušení dodávky teplosměnného média do náběhové větve teplovodu.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že doba i-té periody vytápění (tos) v regulačním režimu se určí jako funkce toi = Rpi.tr, kde Rpj je regulační poměr, stanovený na základě hodnot venkovní teploty (T_a) v okolí vytápěného objektu a teplot teplosměnného média teploty (T_n) v náběhové větvi a teploty (T_v) ve vratné větvi teplovodu, naměřených v okamžiku t_mj_i na konci předchozí, tedy i-1 periody vytápění, a t_r je doba regulačního cyklu, konstantní po celou dobu regulace, a dále že doba přerušení dodávky teplosměnného média po i-té periodě vytápění je dána rozdílem t_r-toj.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že v průběhu každé z period vytápění v regulačním režimu se průběžně měří teplota (T_n) média v náběhové větvi a teplota (T_v) média ve vratné větvi teplovodu a vyhodnocuje se změna jejich rozdílu δ(Τ_π-Τ_ν), přičemž doba každé z period vytápění (to,) je ohraničena okamžikem, kdy velikost této změny δ(Τ_η-Τ_ν) = 0. v tomto okamžiku (t_mj) se potom změří hodnoty venkovní teploty (T_a) v okolí vytápěného objektu a teplot teplosměnného média - teploty (T_n) v náběhové větvi a teploty (T_v) ve vratné větvi teplovodu pro vyhodnocení regulačního poměru R_pi.| pro následující regulační cyklus a dodávka teplosměnného média do náběhové větve teplovodu se přeruší na dobu určenou ze vztahu (l-Rpj).toi, po jejímž uplynutí pak následuje stejným způsobem řízený i+1 regulační cyklus.