RU2599702C1

RU2599702C1 - Способ автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения

Info

Publication number: RU2599702C1
Application number: RU2015140650/12A
Authority: RU
Inventors: Виктор Петрович Александров; Александр Викторович Александров; Алексей Евгеньевич Журавлёв; Алексей Николаевич Корягин; Станислав Михайлович Кулагин; Пётр Аркадьевич Шомов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ивэлектроналадка" (ОАО "Ивэлектроналадка")
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2016-10-10

Abstract

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для осуществления погодозависимого регулирования расхода тепла в системах центрального отопления зданий и сооружений. 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 измерении температуры теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания и в измерении температуры наружного воздуха, а также в коррекции длительности импульса теплоносителя, размещают в перемычке между подающей магистралью и обратной магистралью циркуляционный насос, заданное значение температуры теплоносителя в обратной магистрали функционально связывают с температурой наружного воздуха, вводят минимальный шаг и задают кратный ему шаг изменения длительности импульса теплоносителя в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя, причем знак шага изменения длительности импульса 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 и корректируют величину длительности импульса в i-м периоде регулирования расхода теплоносителя, а во время паузы в каждом периоде регулирования при прекращении подачи теплоносителя в систему отопления здания включают циркуляционный насос, обеспечивают принудительную циркуляцию теплоносителя в системе отопления здания и выравнивают температуру теплоносителя в обратных трубопроводах системы отопления здания. Технический результат: повышение надежности, экономичности и точности управления теплопотреблением здания, входящего в систему центрального теплоснабжения. 1 ил.

Description

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, размещают в перемычке между подающей магистралью и обратной магистралью системы отопления здания циркуляционный насос, 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

k_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;

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

t_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

где δ - зона нечувствительности, °С;

а во время паузы в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя при прекращении подачи теплоносителя в систему отопления здания включают циркуляционный насос, обеспечивают принудительную циркуляцию теплоносителя в системе отопления здания и выравнивают температуру теплоносителя в обратных трубопроводах системы отопления здания.

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 системы отопления здания 3 связан с входом источника тепла 1. Второй выход блока измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали 4 через блок управления 5, подключенный вторым входом к выходу блока измерения температуры наружного воздуха 6, соединен со вторым входом теплорегулятора 2. Второй выход блока управления 5 подсоединен к первому входу циркуляционного насоса 7, подключенного вторым входом к выходу обратного клапана 8. Выход циркуляционного насоса 7 связан с входом системы отопления здания 3, а вход обратного клапана 8 соединен с выходом системы отопления здания 3.

Теплорегулятор 2 выполнен на базе нормально-открытого электромагнитного клапана.

Способ осуществляется следующим образом.

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

Обратный клапан 8 исключает протекание теплоносителя от источника тепла 1 через циркуляционный насос 7.

Блок управления 5 управляет работой теплорегулятора 2 и циркуляционного насоса 7 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_p расхода теплоносителя в системе отопления здания 3 в зависимости от допустимой частоты включения нормально-открытого электромагнитного клапана 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 Τ_оз=φ(Τ_н).

Кроме того, в блок управления 5 вводится динамический параметр, определяющий быстродействие устройства: шаг ΔΤ_о изменения температуры Т_о теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3 за период регулирования τ_p 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_p расхода теплоносителя.

В начале каждого (i-го) периода регулирования τ_p 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_p 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_p расхода теплоносителя в соответствии с выражением:

что обеспечивает ускоренную компенсацию больших ошибки 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_p расхода теплоносителя блок управления 5 закрывает нормально-открытый электромагнитный клапан теплорегулятора 2 и включает циркуляционный насос 7, который работает до начала следующего периода регулирования τ_p расхода теплоносителя, т.е. в течение отрезка времени паузы t_пi=τ_p-t_иi, по окончании которого блок управления 5 открывает нормально-открытый электромагнитный клапан теплорегулятора 2 и выключает циркуляционный насос 7.

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

Действие циркуляционного насоса 7 напрямую ведет к повышению точности 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 теплорегулятора 2 с максимальным расходом теплоносителя.

Таким образом, учитывая низкую энергоемкость электромагнитного клапана и блока управления, кратковременное потребление электроэнергии циркуляционным насосом, 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.

Claims

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 размещают в перемычке между подающей магистралью и обратной магистралью системы отопления здания циркуляционный насос, 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
k_i=INT[(T_оз-Т_о)/ΔT_o],
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, °C;
T_o - температура теплоносителя в обратной магистрали, °C;
ΔT_o - 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
t_иi=t_и(i-1)+k_i·Δt_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

где δ - зона нечувствительности, °С;
а во время паузы в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя при прекращении подачи теплоносителя в систему отопления здания включают циркуляционный насос, обеспечивают принудительную циркуляцию теплоносителя в системе отопления здания и выравнивают температуру теплоносителя в обратных трубопроводах системы отопления здания.