HU185783B

HU185783B - Combined quantity-quality controlling technical system advantageously for compensating the vertical derivation of temperature of single-pipe heating equipments

Info

Publication number: HU185783B
Application number: HU25980A
Authority: HU
Inventors: Peter Antal; Peter Pecz
Original assignee: Csoeszereloeipari Vallalat
Priority date: 1980-02-05
Filing date: 1980-02-05
Publication date: 1985-03-28

Abstract

A találmány szerinti szabályozási rendszer az ismert minőségi szabályozási megoldásokon túlmenően egy hatásában az előbbire szuperponálódó mennyiségi szabályozást is alkalmaz oly módon, hogy felszállóként egy-egy segédenergia nélkül működő szabályozó szelepet (célszerűen termosztatikus radiátor szelepet) épít be. A beépített szelep a felszálló teljes tömegáramára hat, de a víz áramlási irányát tekintve célszerűen az utolsó helyiségben van beépítve, így a működés vezérlése ezen helyiség hőmérsékletéről történik. E megoldással a szelep maradó szabályozási eltérése csökkenthető, illetve alacsony szinten tartható. A kombinált rendszer a minőségi és a mennyiségi szabályozás hatásainak szuperponálásával olyan szabályozástechnikai megoldást biztosít, amely képes korrigálni az épületet érő zavaró jellemzők közül nemcsak a külső hőmérséklet-változást, hanem a filtrációs, napsugárzási és széljárás;változásokat is, és ezzel jelentős energiamegtakarítást tud elérni. Járulékos hatásként adódik, hogy a fűtési rendszer hidraulikai beszabályozása is automatikusan megoldódik, mégpedig az igényeknek'megfelelően, dinamikus módon. 1. ábra -1-In addition to the known quality control solutions, the control system according to the invention also uses a superimposable quantity control in its effect by installing a control valve (preferably a thermostatic radiator valve) operating without auxiliary energy as a take-off. The built-in valve acts on the total mass flow of the riser, but is preferably installed in the last room in terms of the flow direction of the water, so the operation is controlled from the temperature of this room. With this solution, the residual control deviation of the valve can be reduced or kept low. By combining the effects of quality and quantity control, the combined system provides a control technology solution that can correct not only the external temperature change but also the filtering, solar radiation and wind changes among the disturbing features of the building, and thus achieve significant energy savings. As an additional effect, the hydraulic adjustment of the heating system is also resolved automatically, according to the requirements' in a dynamic manner. Figure 1 -1-

Description

A bejelentés tárgya olyan szabályozástechnikai megoldás, amely lehetővé teszi a fűtőberendezések, elsősorban az egycsöves fűtőberendezések, a mainál finomabb, energiatakarékosabb szabályozását.The object of the application is a control technology solution, which allows for a finer, more energy-efficient control of heaters, in particular single-pipe heaters.

Az energiaválság következményeképpen megnövekedett a fűtési rendszerek energetikai jellemzőivel szemben támasztott igényszint, azonban a ma használatos és járatos megoldások messze elmaradnak a megkívánt színvonaltól. Ennek alapvetően abban kereshető az oka, hogy a fűtőberendezések tervezésének és méretezésének elméleti alapjai statikus, nem változó viszonyokat tételeznek fel, s a szabályozó berendezés is ehhez illeszkedik. Az ily módon illesztett, egyébként szakmailag helyesen kiválasztott szabályozástechnikai megoldás nem képes a fűtési berendezés dinamikus üzeméhez a kívánt pontossággal simulni és az elvárt energiatakarékos üzemet biztosítani.As a result of the energy crisis, the level of demand for heating systems' energy performance has increased, but the solutions used today and well-known are far below the required standard. This is basically due to the fact that the theoretical basis of the design and dimensioning of the heating equipment assumes static, non-changing conditions, and the control equipment fits in with it. The control solution thus fitted, otherwise correctly chosen by a professional, cannot smooth the heating system's dynamic operation to the desired accuracy and achieve the required energy-saving operation.

Napjainkban egyre nagyobb teret nyernek azok a meggondolások, amelyek a fűtési berendezés ütemét nemcsak a méretezési viszonyok közepette, hanem az idő, illetőleg az időjárás függvényében, teljes fűtési idényre vonatkozóan elemzik.Nowadays there is an increasing amount of thinking about analyzing the speed of a heating system not only in terms of dimensioning but also as a function of time and weather for the entire heating season.

E vizsgálatok igazolják azt a tényt, hogy az időjárási jellemzők megváltozásával a fűtőberendezéssel szemben jelentkező igények mind a hely- mind pedig az jdöparaméterekkel módosulva, nem lineárisan változik.These tests justify the fact that the demands on the heating system as a result of the change in the weather conditions are not linearly modified by both the location and the heating parameters.

Ennek fő oka az épület levegőforgalmát jellemző, úgynevezett filtrációs viszonyok változása a külső meteorológiai viszonyok függvényében. A filtrációs viszonyok nem rendelhetők ugyanis egyértelműen a külső hőmérséklethez, mert azon túl, hogy attól bonyolult és nem lineáris módon függnek, jelentős módosító hatása van a széljárásnak, az épület specifikus szellőztető rendszerének, a napsugárzási jellemzőknek is. Ez utóbbi a helyiségekben kialakuló belső hőmérsékleteket is jelentősen befolyásolja, természetesen azok tájolásától függően.The main reason for this is the change in the so-called filtration conditions characteristic of the air flow of the building as a function of the external meteorological conditions. Filtration conditions cannot be clearly assigned to the outside temperature because, in addition to being complex and non-linear, they also have a significant modifying effect on wind, the building's specific ventilation system, and the solar characteristics. The latter also significantly influences the internal temperatures in the rooms, depending of course on their orientation.

Mindezen hatások számszerű követése még a modellalkotás szintjén is igen nehéz és bonyolult, de a pontos értékek kiszámítása nem is lehet célunk, mert a helyes szabályozástechnikai stratégiák kidolgozásához elsősorban a trendek ismerete a legfontosabb.It is very difficult and complicated to quantify all these effects, even at the level of model building, but calculating the exact values cannot be our goal, because to know the right control technology strategies it is first and foremost important to know the trends.

Az elméleti vizsgálatok legfontosabb eredménye az, hogy a különféle zavaró jellemzők változása következtében a fütött helyiségekben a fűtőberendezés hőleadásával szemben támasztott igény a magasság függvényében monoton módon változik.The most important result of the theoretical studies is that due to the change of various disturbing characteristics the demand for the heat dissipation of the heating equipment in the heated rooms varies monotonically depending on the height.

Az eddig leírtak a méretezési viszonyokat tekintve eszményi módon illesztett fűtőberendezésre vonatkoztak. Nyilvánvaló, hogy a valós eltérés kialakulásában az eszményi viszonyoktól igen sok emberi tényező is közrejátszik. A tervezés során a biztonságra való törekvés, az alkalmazott hőleadók való teljesítmény eltérése a katalógus adatoktól eleve olyan tulajdonságokat visz bele az egycsöves fűtési rendszerbe, amelyek a felszálló hossza mentén egyre növekvő, halmozódó eltéréseket okoznak az idealizált viszonyokhoz képest.What has been described so far relates to an ideally fitted heater for dimensioning conditions. It is obvious that many real human factors contribute to the real difference. When designing, safety, the difference in performance of the heat exchangers used from the catalog data, introduces into the single-pipe heating system properties that cause increasing, cumulative differences along the riser length compared to idealized conditions.

A két alapvető rendszertuiajdonság, a dinamikus és a tervezéskor lerögzített statikus tehát a fentebb elmondottak alapján egyaránt a hely és időjárás függvényében monoton változó eltéréseket okoznak az idealizált helyzethez képest.Thus, the two basic system properties, dynamic and design-captured static, thus produce monotonous variations from the idealized position, both as a function of space and weather.

A jelen műszaki helyzetben alkalmazott szabályozási mód a fűtővíz hőmérsékletének szabályozá⁵ sán alapuló, ún. minőségi szabályozás. Az elméleti meggondolások tanúsága szerint a minőségi szabályozást az jellemzi, hogy a felszálló hossza mentén, függetlenül a helyiség vertikális elhelyezkedésétől az érintett helyiségekben lényegében azonos belső¹⁰ hőmérséklet-módosulást eredményez a fűtővíz hőmérsékletének változása. Látható tehát, hogy a minőségi szabályozás csak globálisan tud reagálni a zavaró jellemzőkre, a lokális eltérésekkel nem tud mit kezdeni. A fűtéssel szemben támasztott igények kielégítése megköveteli, hogy a legkedvezőtlenebb helyiséget kell referenciahelyként választani. Ebből az is következik, hogy lokálisan a referenciahelytől eltérő helyiségekben eleve túlfűtés lép fel.The control method used in the present technical position ⁵ reassurances on the heating water temperature regulators, so-called. quality control. Theoretical considerations show that the quality control is characterized in that along the length of take-off, irrespective of the position of the vertical spaces of the areas affected substantially in internal ¹⁰ temperature modification changes the heating water temperature. Thus, it can be seen that quality control can only respond globally to disturbing characteristics, and it cannot deal with local variations. Meeting the heating requirements requires that the most unfavorable room be selected as a reference. It also follows that, locally, other than the reference location, overheating is already occurring.

A megoldás módja az lehet, hogy a szabályozott ²⁰ szakaszban a zavaró jellemzők hatására létrejövő eltérések kompenzálására olyan szabályozó rendszert alakítsunk ki, amely egy lineáris és egy nem lineáris jellegű és eredményű beavatkozás szuperpozíciójaként hozza létre a kívánt hatást.A solution may be to provide a control system to compensate for the differences in the controlled portion ²⁰ due to interfering features that produce the desired effect by superposing a linear and a non-linear and effective intervention.

Lineáris eredményű beavatkozási lehetőséget a minőségi szabályozás biztosit. A monoton változó kimenőjelet a felszálló vízmennyiségének változtatásával, vagyis mennyiségi szabályozással lehet produkálni.Quality control ensures linear intervention. The monotonous variable output signal can be produced by varying the amount of rising water, that is, by volume control.

Ezen az úton tesz előrelépést a 170 120 lajstromszámú, „Filtrációs változásait automatikusan követő központi fűtési rendszer, előnyösen középmagas és magas épületekhez” című szolgálati talál, mány.This is a step forward in the service of 170 170, entitled "Central heating system that automatically follows filtration changes, preferably for medium and tall buildings".

Lényege az, hogy a minőségi szabályozás mellett segédenergiával működő, központi mennyiségi szabályozást is alkalmaz.Its essence is that besides quality control, it also uses central quantity control with auxiliary energy.

E megoldás hibája az, jelen bejelentés tárgyát képező konstrukcióval szemben, hogy a központi40 lag alkalmazott mennyiségi szabályozás nem képes az épület hötechnikai adottságait, finomságait kellő érzékenységgel követni, ezért szükségtelen további hőveszteségek forrásává válik. Az épületen belül ugyanis különböző hőkarakterisztikájú helyi45 ségek fordulnak elő, amelyeket nem lehet egységes egészként tekinteni, vagyis nem lehet minden igényt kielégítő referenciapontot találni az érzékelők számára. A finomabb, ún. égtájak szerinti bontás a szabályozó megkettőzésével jár, amely jelentős többletköltséget okoz. Abban az esetben, amikor egy hőközpontra több épület van felfűzve, amelyeknek a tájolása is esetenként különböző, a referenciapont választása további jelentős kiegyenlítetlenséget eredményez. Az elmondottakból követke55 zik, hogy abban az esetben, ha a mennyiségszabályozás szabályozott szakaszaként az egész hidraulikai rendszert választjuk, bár a minőségi szabályozásnál kedvezőbb, de továbbra is globális szabályozási megoldást kapunk, amely a lokális finomságok és eltérések kompenzálására nem képes.The disadvantage of this solution, as opposed to the construction which is the subject of this application, is that the quantitative control applied by the central 40 lag is not able to follow the thermal characteristics and fineness of the building with sufficient sensitivity and thus becomes a source of unnecessary additional heat losses. In fact, within a building, there are localities with different thermal characteristics45 that cannot be considered as a single unit, meaning that a reference point for the sensors cannot be found to suit all needs. The finer, the so-called. a breakdown by landscape would duplicate the regulator, which would result in significant additional costs. When several buildings are attached to a heat center and sometimes have different orientations, the choice of a reference point results in a further significant imbalance. It follows from the foregoing that when the entire hydraulic system is chosen as the controlled stage of the quantity control, although more favorable than the quality control, we still obtain a global control solution which cannot compensate for local delicacies and differences.

A többszintes épületek esetében viszont igaz az, hogy az azonos kialakítású és rendeltetésű, így azonos hőtechnikai jellemzőkkel rendelkező helyiségek pozíciója a szintek alaprajzán azonos, így vertikáli65 san egymás felett helyezkednek el. Ez az elhelyezke-21In the case of multi-storey buildings, however, it is true that the positions of rooms of the same design and function, and thus of the same thermal characteristics, are the same on the floor plan of the floors, so that they are vertically65 above each other. This is position-21

185 783 · dés tökéletes összhangban van azzal, hogy a fötö: berendezések felszálló csővezetékei is úgy szerve1 ződnek, hogy ezek az egymás felett elhelyezett helyiségek vannak felfűzve rájuk.185 783 is in perfect harmony with the fact that the risers of the main equipment are also arranged in such a way that they are superimposed.

A találmányi gondolat lényege az, hogy a menynyiségi szabályozás szabályozott szakaszaként a felszállókat kell választani, mert így a szabályozás a fizikai törvényekkel jobban alátámasztható, az igényeket finomabban követő megoldási módja alakítható ki, amely így természetszerűen energiatakarékosabb a fent említett kialakításnál. Mindamellett, hogy rendszerünk energiatakarékosabb, a beruházási költségeket tekintve olcsóbb is, illetve a rendszer hidraulikai viszonyait tekintve olyan további előnyöket nyújt, amelyeket a 170 120 lajstromszámú találmány lehetőségében sem tartalmaz, illetve biztosít. Ez az előny pedig abban áll, hogy az egyes felszállók közötti vízelosztás gondja automatikusan megszűnik.The essence of the inventive idea is that the ascents of the volume control should be chosen as take-offs, so that the control can be better supported by physical laws, more finely tuned to the requirements, and thus naturally more energy efficient than the aforementioned design. In addition to being more energy efficient, our system is less expensive in terms of investment costs and provides additional benefits in terms of the hydraulic conditions of the system that are not covered or provided by the 170,120 inventions. The advantage of this is that the problem of water distribution between the lifts is automatically eliminated.

A több felszállót tartalmazó fűtési rendszer ugyanis hidraulikai szempontból több párhuzamos áramkört tartalmaz, amelyek között meg kell valósítani a vízáramok tervezési viszonyok szerinti megoldását, elosztását.The multi-riser heating system consists of several parallel circuits from a hydraulic point of view, between which the solution and distribution of water flows according to design conditions must be implemented.

Ez a jó működés alapfeltétele.This is a prerequisite for good operation.

Ez a beállítási munka igen vesződséges feladat, és pontos kivitelezése meglehetősen illuzórikus. Ha feltételezzük, hogy a beállítás sikerült, akkor is egy statikus állapotot hozunk létre, ez azonban nem biztosít energiatakarékos üzemet.This setup job is a very tedious task and its exact execution is quite illusory. Assuming the setting is successful, we still create a static state, but this does not provide power saving operation.

A találmány szerinti műszaki megoldás előnye az, hogy a vízelosztás nem csak statikusan, hanem dinamikusan, az energiatakarékosság követelményeinek legmegfelelőbb módon, automatikusan oldódik meg a felszállók között, mintegy melléktermékként.The advantage of the technical solution according to the invention is that the water distribution is not only statically but also dynamically resolved between the risers as a by-product, in the most appropriate way to meet the requirements of energy conservation.

A bejelentés tárgyát képező szabályozási rendszert, illetve az egyes megvalósítási alakokat mutatják be a mellékelt ábrák. A szabályozási rendszer természetesen nem vonatkoztatható el a szabályozott berendezéstől, tehát az ismertetést a teljes szabályozási körre vonatkozóan végezzük el.The enclosed drawings illustrate the regulatory system which is the subject of the application and the various embodiments thereof. Of course, the control system cannot be disassociated from the controlled device, so the description is made for the entire control loop.

A közönségesen jól ismert fűtési rendszer a 2 hőleadókból, a 9 hőcserélőből (esetleg hőtermelőből), a 8 szivattyúból, az ezeket összekötő csővezetékekből épül fel, nem tekintve a fűtőberendezések jelen találmány szempontjából lényegtelen alkotóelemeit.The commonly known heating system consists of heat transmitters 2, heat exchanger 9 (possibly heat generator), pump 8, and pipelines connecting them, not counting the non-essential components of the heating system for the purposes of the present invention.

A fűtőtesteken az összekötő csővezetékekhez való viszonya alapján megkülönböztetünk egycsöves, ezen belül a 3 szelep alkalmazása esetén átkötőszakaszos egycsöves valamint kétcsöves fűtést, amennyiben a felszállókra fűzött fűtőtestek párhuzamos áramköröket alkotnak.On the basis of the relation of the radiators to the connecting pipelines, a distinction is made between single-pipe and, in the case of valve 3, single-pipe and double-pipe heating, if the radiators connected to the risers form parallel circuits.

A hidraulikai elemeken túlmenően megtalálható még a 7 időjárástól függő központi fűtésszabályozó, amely a 4 belsőhőmérséklet-érzékelő, az 5 külsőhőmérséklet-érzékelő, valamint a 6 előremenő víz hőmérséklet-érzékelő által szolgáltatott jeleknek megfelelően működteti a 10 beavatkozó szervet és ezáltal biztosítja a fűtési rendszer minőségi szabályozását, úgy, hogy az előremenő víz hőmérsékletét szabályozza. A minőségi szabályozásnak az itt leírt módja természetesen nem egyedüli, a találmány lényegén nem változtat, ha másfajta, vagyIn addition to the hydraulic elements, there is a weather-dependent central heating controller 7 which actuates the actuator 10 in accordance with the signals provided by the indoor temperature sensor 4, the outside temperature sensor 5 and the flow water sensor 6, thereby ensuring the quality of the heating system. regulating the flow temperature. Of course, the way in which quality control is described here is not unique, the invention does not change the substance if

-3kisebb igényszintű, egyes elemek elhagyásával a képzett megoldás társul a találmány szerinti menynyiségi szabályozáshoz.With a lower demand, some elements are associated with the inventive volume control of the present invention.

A fent leírt elemekhez csatlakozik az 1 segédenergia nélkül működő szabályozó szelep (célszerűen termosztatikus radiátor szelep), amely a felszálló autonóm mennyiségi szabályozását elvégzi az őt befoglaló helyiség belső hőmérsékletéről vezérelve. A találmány lényege az, hogy az 1 szelepet a felszállón áramló víz irányát tekintve célszerűen az utolsó radiátor után, illetve az utolsó radiátort magába foglaló helyiségben szerelt csőszakaszba kell beépíteni, mert a nemlineáris eltéréseket jellemző paraméterek itt mutatnak ki legnagyobb mérhető értéket. Ez azonban nem zárja ki azt, hogy azl szelep közbülső helyen legyen beépítve, ha azt bizonyos célszerűségi összefüggések szükségessé teszik, de törekedni kell arra, hogy a beépítés a víz áramlási irányát tekintve a lehető legtávolabbi helyiségben történjék.A control valve (preferably a thermostatic radiator valve) which operates independently of the auxiliary energy and which controls the riser autonomously is controlled from the internal temperature of the room enclosing it. It is an object of the invention that the valve 1 is preferably installed after the last radiator, or in the space containing the last radiator, in the direction of the flowing water, since the non-linear deviation parameters here exhibit the highest measurable value. This does not, however, preclude the valve l being installed at an intermediate location when required by certain expediency considerations, but efforts should be made to install it as far as possible in the direction of flow of water.

A szabályozási rendszerhez tartozik, hogy a szabályozás finomságának növelése érdekében a 4 belsőhőmérséklet-érzékelőt célszerű beépíteni, és beépítése esetében a víz áramlási irányát tekintve lehetőleg a legelső radiátor helyiségében kell elhelyezni.As part of the control system, in order to increase the fineness of control, it is advisable to install the inside temperature sensor 4 and, when installed, preferably place the water flow in the first radiator room.

Ezen egyszerű mennyiségi szabályozás az igényeknek és lehetőségeknek megfelelő minőségi szabályozással kiegészítve képezi a találmány szerinti szabályozástechnikai megoldást, amelytől azt lehet várni, hogy a felbontás finomságát növelve a változó viszonyokhoz jól alkalmazkodó, energiatakarékos fűtési rendszereket lehet nyerni kis költségráfordítás árán.This simple volume control, combined with quality control according to needs and capabilities, provides the control technology of the present invention, which can be expected to increase energy efficiency through low resolution at low resolution by increasing resolution.

Különösen nagy jelentőséggel bír a megoldás a jelenleg is üzemelő egycsöves fűtési berendezések kijavítása terén. Nagy gond ugyanis az, hogy a már meglévő rendszerek fajlagos energiafelhasználása megengedhetetlenül nagy, és ezért gazdaságtalan üzemvitel biztosítható velük. A találmány szerinti megoldás viszonylag olcsó kijavítási lehetőséget biztosít, és alkalmazása esetén minőségileg magasabb szintű rendszerek nyerhetők, amely népgazdasági szinten is jelentős energiamegtakarítással jár együtt.The solution is particularly important for the repair of existing single-pipe heating equipment. The big problem is that the specific energy consumption of existing systems is unacceptably high and can therefore be economically unavailable. The present invention provides a relatively inexpensive repair option and, when applied, results in higher quality systems, which at the economic level entails significant energy savings.

Az ábrákon a különböző fűtési rendszerek és a szabályozástechnikai megoldás illesztését reprezentáljuk. Ezek szerint az egycsöves fűtések lehetnek átfolyósak, átkötő szakaszosak, alsó vagy felső elosztásúak, fordított U csöves kialakításúak, vízszintes elrendezésűek. Abban az esetben, ha a fűtőberendezés helyi központi minőségi szabályozással nem rendelkezik, hanem a távfűtési minőségi szabályozása gondoskodik a maga korlátozott módján az időjárási viszonyok követéséről, az 1 szelepek kétcsöves fűtések esetében is felhasználhatók a szabályozás hatékonyságának finomítására az 5. ábra szerinti alkalmazásban.The diagrams represent the fitting of the various heating systems and the control solution. According to these, single-pipe heaters can be flow-through, interconnecting sectional, bottom or top-divider, inverted U-pipe design, horizontal arrangement. In the case where the heater does not have a local central quality control, but the district heating quality control provides its own limited monitoring of the weather conditions, the valves 1 can also be used to refine the efficiency of the control in the application of Figure 5 for two-pipe heating.

Claims

Patent claims

1. Combined quantity-quality control system, preferably for compensating vertical temperature differences of single-pipe heating systems, which heating systems are made from a heat exchanger, 3

185,783 or heat generators! (9), flow (1 i) and return (12) from the main lines, connecting the main lines in parallel hydraulic circuits, supplying the radiators (2) with heating water. consisting of risers, a pump (8), control elements mounted on the above-mentioned system elements, characterized in that the secondary heating side is a hydraulically separate heating water supplying a plurality of radiators which form parallel hydraulic circuits connecting the main lines (11), (12). a control valve (1) for operating the volume of the fluid flowing through the supply pipeline, which is operated by a controlled section, is operable without auxiliary energy.

Control system according to Claim 1, characterized in that the regulator (1) operating without auxiliary energy is integrated in a piping section mounted as far away as possible in the circuit of the radiators affected and the flow of water flowing in the pipeline.

Control system according to claim 1 or 2, characterized in that, in addition to the general quality control of district heating, the heater comprises signal generators (5, 6) for measuring characteristics affecting the quality of the heating, and of 7), the flowrate of the water interference executed by the primary heat exchanger (9) modifying intervening organ (10), the valve control device ⁵ is provided with secondarily heating water temperature.

Fourth control engineering system according to claim 3, characterized in that it comprises (4) a room belsöhőmérséklet sensor and considering left internal temperature ¹⁰ temperature sensors (4) parallel circuits supplying the radiators radiators chain and the flow direction of flow in the pipes water located in the rooms ^{13 of} the radiators closest to the flow main line (11).

Control system according to claim 1 or 3, characterized in that the regulator (1) without auxiliary energy is installed in the stairway space at the level ²⁰ in which the building has a building neutral zone.

6. technical control system according to claim 1 or 3 wherein the known radiator thermostat valves which operate without the use átkötöszakaszos systems (3) ²⁵ itself auxiliary energy.