Способ теплоснабжения тепличного комбината и система для его осуществления

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и строительству, к области теплоснабжения различных народнохозяйственных объектов. Цель изобретения - повышение точности регулирования температуры воздуха в теплицах тепличного комбината и эффективности системы теплоснабжения, Источник 1 теплоснабжения изменяет тепловой потенциал теплоносителя в зависимости от прогнозируемых значений каждого из метеофакторов с надбавкой, определяемой среднеквадратическим отклонением каждого из них. При изменяющихся метеофакторах на выходе прогнозирующих фильтров 22 появляется сигнал, пропорциональный будущему значению каждого из метеофакторов. Причем время, на которое прогнозируется значение того или иного метеофактора, корректируется с помощью вычислительных блоков 26 на основании сигналов о времени года от таймера 28 и сигнала о скорости движения теплоносителя в магистральных трубопроводах от датчика 13 расхода. Кроме того, при падении барометрического давления , приводящего к большой вероятности г е С 00 XI ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s А 01 G 9/24, F 24 0 19/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР .Г !!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4752716/15 (22) 25.10.89 (46) 30.10.91. Бюл. ЬЬ 40 (71) Целиноградский сельскохозяйственный институт (72) Л. И. Гурвич (53) 631,344.8(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1576791, кл. А 01 G 9/24, F 24 0 19/10, 1988. (54) СПОСОБ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ TEILЛИЧНОГО КОМБИНАТА И СИСТЕМА ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству и строительству, к области теплоснабжения различных народнохозяйственных объектов. Цель изобретения — повышение точности регулирования температуры воздуха в теплицах тепличного комбината и эф„„ Ы„„1687115 А1 фективности системы теплоснабжения, Источник 1 теплоснабжения изменяет тепловой потенциал теплоносителя в зависимости от прогнозируемых значений каждого из метеофакторов с надбавкой, определяемой среднеквадратическим отклонением каждого из них. При изменяющихся метеофакторах на выходе прогнозирующих фильтров 22 появляется сигнал, пропорциональный будущему значению каждого из метеофакторов.

Причем время, на которое прогнозируется значение того или иного метеофактора, корректируется с помощью вычислительных блоков 26 на основании сигналов о времени года от таймера 28 и сигнала о скорости движения теплоносителя в магистральных трубопроводах от датчика 13 расхода. Кроме того, при падении барометрического давления, приводящего к большой вероятности

1687115 возникновения осадков, на основании сигнала от датчика 25, барометрического давления, переключающего элемент 24, добавляет на зада„28 величину сигнала на корректирующий вход регулятоИзобретение относится к сельскому хозяйству и строительству, к области теплоснабжения различных народно-хозяйственных объектов, в частности теплиц тепличного комбината. 5

Целью изобретения является повышение точности регулирования температуры воздуха в теплицах тепличного комбината и эффективности системы теплоснабжен ия.

На чертеже представлена функциональ- 10 ная схема системытеплоснабжения тепличного комбината.

Способ теплоснабжения тепличного комбината предусматривает, что тепловой потенциал теплоносителя изменяется ис- 15 точником теплоснабжения в зависимости от прогнозируемых значений каждого из метеофакторов или параметров, косвенно их характеризующих, на основе расчета корреляционных функций этих метеофакторов 20 для данной местности, с надбавками, величина которых пропорциональна расчетному среднеквадратическому отклонению каждо го из метеофакторов для данной местности.

Степень изменения теплового потенциала 25 теплоносителя от прогнозируемых значений метеофакторов и величина надбавки корректируются в зависимости от изменения корреляционных функций и среднеквадратических отклонений каждого из 30 метеофакторов в течение отопительного периода.

Согласно способу теплоснабжения тепличного комбината в функцию источника теплоснабжения входит поддержание верх- . 35 него уровня значений теплового потенциала теплоносителя перед тепловыми вводами блоков теплиц на основе прогнозируемых значений метеофакторов с запасом, определяемым величиной надбавок и по- 40 зволяющим компенсировать с помощью тепловых узлов действия на температурный режим теплиц метеофакторов статистически любой амплитуды.

В функцию тепловых вводов входит 45 компенсация действия метеофакторов на температурный режим теплиц в зависимости от текущих значений метеофакторов. ра 8, что приводит к повышению уровня теплового потенциала теплоносителя, Сигналом обратной связи для регулятора 8 при этом служит сигнал от датчика 9, контролируемого параметра источника. 1 ил, Следовательно, источник теплоснабжения как первый каскад управления температурным режимом теплиц поддерживает такой уровень теплового потечциала теплофикационной воды перед тегловым вводом блоков теплиц, которого хватит 9 статистически любой ситуации тепловым вводом блоков теплиц для компенсации действия метеофакторов, тем самым исключив выход регулирующих органов тепловых блоков теплиц за диапазон рабочего хода.

Таким образом, уровень теплового потенциала теплоносителя складывается из двух составляющих: прогнозируемого значения каждого из метеофакторов и их среднеквадратного отклонения, которые однозначно определяются на основании расчетных статистических характеристик изменения этих метеофакторов для данной местности, При этом базовой статистической характеристикой может служить спектральная плотность, определяемая по формуле:

S(NN) =-, У (1) ,й +аР где в — частота;

p — коэффициент, определяющий время спада корреляционных функций (,и = 1/О);

D — дисперсия, связанная со среднеквадратическим отклонением (СКО), выражением СКО = !3;

Π— время спада корреляционной функции, На основании спектральной плотности каждого из метеофакторов может быть определено его прогнозируемое значение на время т вперед, Для этого текущее значение каждого из метеофакторов необходи2/Q мо умножить на коэффициент!, который является передаточной функцией предсказывающего или прогнозирующего фильтров, При этом время предсказания (прогноза) определяется временем передачи теплового потенциала теплоносителя от источника теплоснабжения .,о тепловых вводов блоков теплиц. i:араметры О и СКО зависят оТ времени года, а следовательно, 1687115 от времени года зависит передаточная фун- ды обратной связи каждого из которых кция предсказывающего фильтра и величи- подключены к датчикам 15 регулируемого на надбавки теплового потенциала параметратепловыхвводов4,а корректирутеплоносителя. ющие входы каждого иэ которых связаны с

Например, источник теплоснабжения 5 выходами вторых датчиков 16 — 18 соответстиэменяет тепловой потенциал теплоносите-, венно температуры наружного воздуха, скаля путем изменения его температуры. Вре- рости ветра и уровня солнечной радиации. мя прохождения температурной волны от Система содержит также датчик 19 осадков, источника теплоснабжения до тепловых регуляторы 20 температуры воздуха в тепливводов блоков теплиц равна l ч, где — дли- 10 цах 7, подсоединенные к узлам 5 регулирона магистральных трубопроводов; v — скоро- вания теплиц 7, входы которых подключены сть движения теплоносителя в них.,3то квыходамдатчиков21температуры воздуха время и равно z — времени, на которое не- в теплицах 7, при перестраиваемых низко- обходимо предсказать значение того или частотных прогнозирующих фильтра 22, иного метеофактора, чтобы источник тепло- 15 прямые входы которых соединены соответснабжения заранее изменил температуру ственно с входами первых датчиков 10 — 12 теплоносителя перед тепловыми вводами, а соответственно температуры наружного следовательно, чтобы им хватило изменен- воздуха, скорости ветра и уровня солнечной ного уровня температуры теплоносителя радиации, а выходы подключены к первым для компенсации действия метеофакторов. 20 входам соответствующих трех суммируюПри этом, температура теплоносителя, от-. щих элементов 23, выходы которых связаны пускаемого источником теплоснабжения, . с тремя корректирующими входами регуляувеличивается на величину надбавки, по- торэ 8 нагрузки источника 1 теплоснабжескольку предсказанные значения.метеофак- ния. торов соответствуют действительности 25 Устройство включает в себя пороговый только с определенной вероятностью, Над- элемент 24, прямой вход которого соединен бавка позволяет. тепловым вводам компен- к датчику 25 барометрического давления, а сировать возмущения статистически любой . выход — к четвертому корректирующему вхоамплитуды, поскольку она соответствует . ду регулятора 8 нагрузки источника 1 теплосреднеквадратическому значению возмож- 30 снабжения, три вычислительных блока 26, ных амплитуд метеофакторов. выходы которых связаны с параметрическиТаким образом, при работе источника ми входами перестраиваемых низкочастоттеплоснабжения в соответствии.со спосо- ных прогнозирующих фильтров 22, четыре бомтеплоснабжения тепличного комбината переключающих блока 27, выходы трех из создаются благоприятные условия для ком- 35 кото ых подключены к, вторым входам сумпенсации метеофакторов тепловыми ввода- мирующих элементов 23, а четвертого — к ми блоков теплиц без поддержания параметрическому входу порогового weтеплового потенциала теплоносителя на мента 24, Входы четырех переключающих максимальном уровне, что повышает эффек- блоков 27 и первые входы трех вычислительтивность системы теплоснабжения. 40 ных блоков 26 соединены с таймером 28, а

Система теплоснабжения тепличного вторые входы трех вычислительных блоков комбината содержит источник 1 теплоснаб- 26 подключены к выходу датчика 13 расхода жения, соединенный подающим 2 и обрат- теплоносителя. ным 3 магистральным трубопроводами с Система теплоснабжения тепличного тепловыми вводами 4 блоков теплиц, к кото- 45 комбината работает следующим образом. рым подсоединены узлы 5 регулирования При неизменных метеофакторах регулятеплиц, сообщенные с ними системы 6обог- торы 20 температуры воздуха на основании рева теплиц 7, регулятор 8 нагрузки источ- . сигналов от датчиков 21 путем изменения ника 1 теплоснабжения, к входу обратной мощности трубных систем 6 обогрева подсвязи которого подключен датчик 9 регули- 50 держивают на заданном уровне температуруемого параметра источника 1 тепло- .:ру воздуха в теплицах 7, компенсируя снабжения, первые датчики 10-12 действия внутренних возмущений, или песоответственно температуры наружного реводят температуру воздуха в теплицах 7 с воздуха скорости ветра и уровня солнечной . одного заданного уровня на другой. Регуля- радиации, датчик 13 расхода теплоносите- 55 торы 14 поддерживают тепловой потенциал ля, установленный в подающем 2 магист- теплоносителя перед узлами 5 регулироваральном трубопроводе, регуляторы 14 ния на уровне, определяемом датчиками компенсации метеофакторов, соединенные 16 — 19 метеофакторов на основании сигнала с тепловыми вводами блоков теплиц 7, вхо- обратной связи от датчика 15. Регулятор 8 поддерживает тепловой потенциал тепло1687115 симости от времени года (в виде дождя или. 20 лу 1) 55 носителя, отпускаемого источником 1 теплоснабжения на уровне, определяемом прогнозируемыми значениями метеофакторов на основании сигналов датчиков 10-12, скорректированных перестраиваемыми низкочастотными прогнозируемыми фильтрами 22, с надбавкой, определяемой суммой надбавок от каждого метеофактора, которые пропорциональны их среднеквадратическому отклонению для данного времени года и изменяемыми с помощью переключающихся блоков 27, выходной сигнал которых корректируется таймером

28, задающим требуемый интервал времени: чаще месяц года.

На выходах переключающих блоков 27 фОрмируются сигналы

ОС() - Koc.sign (OC(t)). По физическому смыслу они определяют вид Осадков в зависнега).

При изменяющихся метеофакторах на выходе перестрэиваемых низкочастотных прогнозирующих фильтров 22 появляется сигнал, пропорциональный будущему значению каждого иэ метеофакторов, Время, на которое прогнозируется значение того или иного метеофактора, корректируется с помощью вычислительных блоков 26 на основании сигналов о времени года от таймера 28 (точнее, месяце года) и сигнала о скорости движения теплоносителя в магистральных трубопроводах отдатчика 13 расхода теплоносителя. Время года определяет время спада корреляционной функции О(для каждого месяца это время разное; так, например, в январе в средней зоне России стоит малоизменяющаяся погода, в марте — апреле диапазон изменений наружных температур очень большой, от -5...-10 С ночью, до +5...+10 С днем), а расход теплоносителя определяет время предсказания, поскольку в зависимости от него меняется время, эа которое новая температурная волна доходит до теплиц 7, На основании этих сигналов вычислительный блок 26 вычисляет в соответствии с форму-, лой е где r= I/v, коэффициент усиления прогнозирующего фильтра 22 (см. формуРабота регуляторов 8 и 14 описывается соответствующим образом;

* -вкщ\/ Н .У (p)={(-KF. Е е + CKO@(t)—

-в,<ЮЬ/е -K0vyà — К н 9н е + CKQ@(t)+ Кв.v e +

+ CKOQt)+ К OC(t))-y (, р))(К p —, ))

Tg Р

40 у (р) = {(— Ке Š— Кцн 9» + Ky чв+

+ Koc OC — V *(p))(К** „)>, Т„ где Ке, К <, K>, К0 — коэффициенты усиления по каналам: освещенность (Е), наружная температура (О н), скорость ветра (ч ), осадки (ОС) -> температура теплоносителя (O ) или перепад давления (Р) после котельной (+) или после узлов регулирования (+*);

Bc(t); Ое(1), Щт) — время спада корреляционных функций для соответствующих метеофакторов в зависимости от времени года t;

СКОе(т), СКО (t), СКОч(т) — среднеквадратические отклонения соответствующих метеофакторов в зависимости от времени года; чт — скорость движения теплоносителя в магистральном трубопроводе;

I длина магистрального трубопровода;

Е, 64, ч„ОС вЂ” текущие значения освещенности, наружной температуры скорости ветра и осадков;

* Q * Я, y (р) и у (р) — текущие значения температуры или перепада давления (см. 4 пункт ответа); .

Кр, Т,» — коэффициент усиления и время иэодрома пропорционально-интегральных регуляторов 8 и 14;

P — оператор Лапласа, Кроме того, при падении барометрического давления, приводящего к большой вероятности возникновения осадков, на основании сигнала от датчика 25 переключающий элемент добавляет к заданной .таймером 28 величине сигнал по корректирующему входу регулятора 8, что приводит к повышению уровня теплового потенциала теплоносителя. Сигналом обратной связи для регулятора 8 при этом служит сигнал от датчика 9 регулируемого параметра.

В результате, тепловой потенциал теплоносителя перед тепловыми вводами 4 блоков теплиц 7 будет такой; что его с большей степенью вероятности будет достаточно для того, чтобы регуляторы 14 скомпенсировали изменения метеофакторов любой амплитуды, Например, источник 1 теплоснабжения изменяет тепловой потенциал теплоносителя путем изменения ее температуры в подающем магистральном трубопроводе 2. В таком случае в качестве датчика 9 необходимо применить датчик температуры в подающем магистральном трубопроводе 2, При понижении температуры наружного воздуха на входе перестраиваемого низкочастотного прогнозируемого фильтра появляется сигнал, пропорциональный с большей сте1687115

10

ЗО

ДМ или САПФИР) в случае, если алгоритм -35

50

55 пенью вероятности, будущему значению наружной температуры, Этот сигнал заранее увеличивает температуру теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе 2, а следовательно, к тому времени, когда температура наружного воздуха действительно понизится qo рассчитанного прогнозируемым перестраиваемым низкочастотным фильтром 22 уровня, новая температурная волна уже достигнет тепловых вводов 4.

В системе теплоснабжения применены общепромышленные элементы. Прогнозирующие фильтры 22 представляют собой усилители с изменяемым коэффициентом усиления. Вычислительные, суммирующие, переключающие блоки и пороговый элемент могут быть реализованы на программных блоках и элементах серийно выпускаемых Московским заводом тепловой автоматики "Регулятором микропроцессорным программируемым "ПРОТАР". Они также могут быть выполнены на базе аналоговых приборов следующих типов: Р17, А35, АО5, ЛОЗ, НО5. В качестве таймера 28 могут быть использованы годичные электронные часы.

В качестве датчиков 9 и 15 могут использоваться датчики температуры (термометры сопротивления типа ТСМ, ТСП или термометры ХА, ХК, ПП) в случае, если алгоритм работы котельной предусматривается качественный, т,е. изменение температуры. отпуск тепловой энергии, или датчики перепада давления (перепадометры типа работы котельной предусматривается количественный, т.е. изменение расхода, отпуск тепловой энергии.

Таким образом, способ теплоснабжения тепличного комбината и система.для его осуществления позволяют повысить точность поддержания температурного режима в теплицах тепличного комбината и исключить перегрев или переохлаждение растений, что позволяет повысить экономическую эффективность системы теплоснабжения.

Формула изобретения

1. Способ теплоснабжения тепличного комбината включающий измерение теку) щих значений расхода теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе барометрического давления, количества осадков, температуры наружного воздуха, скооости ветра и уровня солнечной радиации, выделение из трех последних сигналов низкочастотных составляющих, определение величины температуры воздуха в теплице с последующим регулированием в зависимости от этой величины мощности регистров обогрева теплиц, измерение текущего значения контролируемого параметра источника теплоты и регулирование величины данного параметра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры воздуха в теплицах тепличного комбината и эффективности системы теплоснабжения, определяют текущую временную координату и с учетом последней и величины расхода теплоносителя в.,подающем магистральном трубопроводе .задают пороговое значение барометрического давления и вычисляют

5 прогноэируемые значения температуры наружного воздуха, уровня солнечной радиации и скорости ветра, которые используют для управления полосой пропускания соот, ветствующих фильтров низкой частоты при выделении низкочастотных составляющих сигналов текущих значений температуры наружного воздуха, уровня солнечной радиации и скорости ветра, после чего суммируют последнее с заданными в зависимости от

5 текущей временной координаты значениями среднеквадратичных отклонений величин наружной температуры воздуха, уровня солнечной радиации и скорости ветра с последующей корректировкой в зависимости от величин последних, а также текущей величины контролируемого параметра источника теплоты и величины разности порогового и текущего значений барометрического давления, величины контролируемого -араметра источника теплоты, при этом измеряют текущие значения контролируемых параметров тепловых вводов блоков теплиц и в зависимости от этих величин и текуы.их значений температуры наружного воздуха, количества осадков, уровня солнечной радиации и скорости ветра дополнительно корректируют величины контролируемых параметров тепловых вводов блоков теплиц, 2. Система для теплоснабжения тепличного комбината, содержащая источник теплоты с регулятором нагрузки, сообщенный посредством подающего и отводя цего магистральных трубопроводов с тепловыми вводами блоков теплиц, которые через узлы регулирования с регуляторами температуры подключены к регистрам обогрева теплиц, датчик контролируемого параметра источника теплоты, выходом связанный с входом обратной связи регулятора нагрузки источника теплоты, основные датчики температуры наружнбго воздуха, скорости ветра и уровня солнечной радиации, выходы которых соединены с прямыми входами перестраиваемых низкочастотных

1687115

Составитель Л. Пантелеева

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Н, Король

Редактор С. Лисина

Заказ 3653 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 прогнозирующих фильтров, датчики барометрического давления и осадков, датчик расхода теплоносителя, установленный в подающем магистральном трубопроводе, датчики температуры воздуха в теплице, подключенные выходами к входам регуляторов температуры, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры воздуха в теплицах тепличного комбината и эффективности системы теплоснабжения, она снабжена таймером, тремя вычислительными и четырьмя переключающими блоками, тремя суммирующими и пороговыми элементами, датчиками контролируемого параметра тепловых вводов блоков теплиц и дополнительными датчиками температуры наружного воздуха, скорости ветра и уровня солнечной радиации, а тепловые вводы блоков теплиц оснащены регуляторами компенсации метеофакторов, к входам обратной связи которых подключены датчики контролируемого параметра тепловых вводов блоков теплиц, а к корректирующим входам — выходы датчика осадков и дополнительных датчиков температуры наружного воздуха, скорости ветра и уровня солнечной радиации, причем параметрические входы перестраиваемых низкочастотных прогнозирующих фильтров соединены с выходами соответственно пер5 вого, второго и -третьего вычислительных блоков, при этом выходы перестраиваемых низкочастотных прогнозирующих фильтров связаны с первыми входами соответствуюЩих суммирующих элементов, вторые вхо10 ды которых подключены к выходам первого, второго и третьего переключающих блоков, а выход четвертого переключающего блока соединен с параметрическим входом порогового элемента, прямой вход которого свя15 эан с выходом датчика параметрического давления, причем выходы порогового элемента и суммирующих блоков подключены к корректирующим входам регулятора нагрузки источника теплоты, при этом пер20 вые входы вычислительных блоков и входы переключающих блоков объединены и соединены с выходом таймера, а объединенные вторые входы вычислительных блоков связаны с выходом датчика расхода тепло25 носителя в подающем магистральном трубопроводе.