Способ автоматического регулирования тепловой нагрузки здания и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2415348:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" (RU)
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано в закрытых системах теплоснабжения преимущественно жилых зданий при зависимой схеме присоединения к тепловой сети. Способ автоматического регулирования тепловой нагрузки здания закрытой системы теплоснабжения с зависимым присоединением абонентских вводов контура системы отопления через водо-водяной элеватор включает поддержание заданной тепловой нагрузки здания с учетом действительной температуры наружного воздуха. При этом тепловую нагрузку регулируют соответствующим изменением расхода воды через систему отопления в зависимости от мгновенного изменения метеоусловий ниже точки излома температурного графика изменением инжекции элеватора и дополнительно корректирующим насосом при работе системы теплоснабжения выше точки излома температурного графика. Также описано устройство автоматического регулирования тепловой нагрузки здания. Технический результат: повышение точности поддержания заданного температурного режима здания. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано в закрытых системах теплоснабжения преимущественно жилых зданий при зависимой схеме присоединения к тепловой сети.
Известен способ автоматического регулирования совмещенной тепловой нагрузки теплового пункта открытой системы теплоснабжения с зависимым присоединением стояков циркуляционного контура системы горячего водоснабжения, отопительной вентиляции и водо-водяным элеватором системы отопления, оборудованного преимущественно коммерческим узлом учета тепловой энергии, включающий поддержание в пределах значений, обусловленных фактическим режимом работы системы централизованного теплоснабжения, нормативной температуры воды на горячее водоснабжение и требуемой температуры воздуха в отапливаемых помещениях, характеризующийся тем, что изменяют по абсолютной текущей температуре наружного воздуха количество теплоты, поступающей в систему отопления и в водоразборные стояки горячего водоснабжения, и максимально приближают выполнение отопительного графика на выходе из системы теплоснабжения при неконтролируемом увеличении расхода горячей воды на хозяйственно-бытовые нужды и изменяющейся нагрузке отопительной вентиляции (RU 2320928, МПК F24D 3/02, опубл. 2008.03.27).
Известно устройство для автоматического регулирования совмещенной тепловой нагрузки, содержащее размещенный между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды смесительный трубопровод, на котором установлены оборудованный регулируемым приводом подмешивающий центробежный насос и пружинный обратный клапан, причем вентиль подачи сетевой воды в систему отопительной вентиляции установлен на расстоянии не менее 6-ти диаметров подающего трубопровода до места врезки по ходу теплоносителя смесительного трубопровода (RU 2320928, МПК F24D 3/02, опубл. 2008.03.27).
Недостатком известных решений является следующее: при присоединении отопительных установок к тепловой сети по зависимой схеме с элеватором в случае уменьшения расхода воды в отопительной установке увеличивается перепад температур воды в отопительных приборах и возрастает гравитационный перепад, что приводит к вертикальной разрегулировке отопительных систем. Это обстоятельство ограничивает использование количественного регулирования в подобных системах. Кроме того, данное регулирование не учитывает одновременно мгновенное влияние всех действительных метеоусловий (температура наружного воздуха, скорость ветра, его направление, солнечная радиация), а также параметров сетевой воды. Все это приводит к перерегулированию, а следовательно, и к снижению точности поддержания заданного теплового режима здания.
Технический результат заключается в повышении точности поддержания заданного температурного режима здания.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе автоматического регулирования тепловой нагрузки здания закрытой системы теплоснабжения с зависимым присоединением абонентских вводов контура системы отопления через водо-водяной элеватор, включающем поддержание заданной тепловой нагрузки здания с учетом действительной температуры наружного воздуха, тепловую нагрузку регулируют соответствующим изменением расхода воды через систему отопления в зависимости от мгновенного изменения метеоусловий ниже точки излома температурного графика изменением инжекции элеватора и дополнительно корректирующим насосом при работе системы теплоснабжения выше точки излома температурного графика. Поддержание заданной тепловой нагрузки здания осуществляют изменением пропускной способности терморасширительного вентиля, используя тепловую энергию обратной сетевой воды на выходе из системы отопления. Поддержание заданной тепловой нагрузки здания осуществляет в соответствии с мгновенным значением изменений метеоусловий, например абсолютной температурой наружного воздуха, солнечной радиации и скорости ветра.
В устройстве автоматического регулирования тепловой нагрузки здания, включающем подающий и обратный трубопроводы сетевой воды системы отопления с водо-водяным элеватором, а также смесительный трубопровод, расположенный между подающим и обратным трубопроводом, на смесительном трубопроводе водо-водяного элеватора установлен терморасширительный вентиль с термочувствительным элементом на выходе теплообменника, включенного в смесительный трубопровод через регулятор расхода «после себя» параллельно терморасширительному вентилю и имеющего прямой контакт с окружающей средой, при этом между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды на участке до водо-водяного элеватора расположен корректирующий насос с электроприводом, связанный с терморасширительным элементом, а также обратный клапан, установленный на выходе корректирующего насоса.
Принципиальная схема системы отопления, реализующая предложенный способ, представлена на чертеже.
Устройство включает подающий 1 и обратный 2 трубопроводы сетевой воды системы теплоснабжения 3 с водо-водяным элеватором 4, а также смесительный трубопровод 5, расположенный между подающим 1 и обратным 2 трубопроводом. На смесительном трубопроводе 5 водо-водяного элеватора 4 установлен терморасширительный вентиль 6 с термочувствительным элементом 7 на выходе теплообменника 8, включенного в смесительный трубопровод 5 через регулятор расхода «после себя» 9 параллельно терморасширительному вентилю 6 и имеющего прямой контакт с окружающей средой. Между подающим 1 и обратным 2 трубопроводами сетевой воды на участке до водо-водяного элеватора 4 расположен корректирующий насос 10, оборудованный электроприводом 11, связанный с терморасширительным элементом, а также обратный клапан 12, установленный на выходе корректирующего насоса.
Способ регулирования осуществляют следующим образом.
Система теплоснабжения 3 настраивается на пропуск требуемого расхода теплоносителя. Водо-водяной элеватор 4 системы теплоснабжения 3 подбирается на создание необходимого напора для преодоления гидравлического сопротивления системы теплоснабжения 3 таким образом, что его расчетный коэффициент смешения обеспечивается при запасе инжекции, обусловленной соответствующим положением терморасширительного вентиля 6 в смесительном трубопроводе 5 водо-водяного элеватора 4. Корректирующий насос 10 находится в выключенном состоянии, при этом обратный клапан 12, установленный на его выходе, препятствует току высокотемпературного теплоносителя из подающего трубопровода 1 в обратный 2, минуя систему теплоснабжения 3. В качестве информативного параметра принята температура сетевой воды на выходе теплообменника 8, частично отобранная в постоянном количестве, определяемом регулятором расхода «после себя» 9 из смесительного трубопровода 5 водо-водяного элеватора 4, которая, благодаря наличию прямого контакта теплообменника 8 с окружающей средой, отражает реальную зависимость тепловых потерь от действительных изменений метеоусловий (температура наружного воздуха, скорость ветра, его направление, солнечная радиация) при их значительной скорости изменения относительно тепловых потерь здания, охлаждаясь в теплообменнике 8 на Δt°C и фиксируемая термочувствительным элементом 7 терморасширительного клапана 6. По условию обеспечения оптимального теплового режима на выходе теплообменника 8, который имитирует систему теплоснабжения 3 с его собственными теплопотерями, но с существенно меньшим запаздыванием при любых изменениях метеорологических условий (температура наружного воздуха, скорость ветра, его направление, солнечная радиация) температура теплоносителя должна оставаться постоянной. Если данная температура обратной сетевой воды при действительных метеоусловиях будет соответствовать заданной тепловой нагрузке здания при тех же метеоусловиях, то терморасширительный вентиль 6 будет открыт на 85-90%, что соответствует его нормальному положению, при этом система теплоснабжения здания 3 работает в обычном режиме. Коэффициент смешения водо-водяного элеватора 4 оптимально покрывает тепловую нагрузку здания без каких-либо корректирующих воздействий, система автоматического регулирования находится в следящем режиме. Как только возникает внешнее возмущение, например, занижение температуры сетевой воды относительно графика качественного регулирования, завышенная, относительно расчетного значения, скорость ветра, приведшее к снижению температуры сетевой воды в обратном трубопроводе, а следовательно, и нарушению теплового режима здания, то в результате завышенных тепловых потерь теплообменника 8 в окружающую среду Δt сетевой воды на нем мгновенно возрастает, что фиксируется терморасширительным элементом 7. Последний, воздействуя на терморасширительный клапан 6 системы автоматического регулирования, прикрывает проходное сечение смесительного трубопровода 5 водо-водяного элеватора 4, тем самым уменьшая его инжекцию, а следовательно, и коэффициент смешения, в результате чего температура сетевой воды в обратном трубопроводе 2 возрастает и температурный режим здания стабилизируется до нормы.
Если результат внешних воздействий, например, завышенная, относительно графика качественного регулирования, температура сетевой воды, повышенная солнечная радиация, привел к завышению температуры сетевой воды в обратном трубопроводе 2, а следовательно, и температурного режима здания, то в результате заниженных тепловых потерь теплообменника 8 в окружающую среду, Δt сетевой воды на нем мгновенно начинает стремиться к нулю, что фиксируется терморасширительным элементом 7. Последний, воздействуя на терморасширительный клапан 6 системы автоматического регулирования, открывает проходное сечение смесительного трубопровода 5 водо-водяного элеватора 4, тем самым увеличивая его инжекцию, а следовательно, и коэффициент смешения, в результате чего температура сетевой воды в обратном трубопроводе 2 снижается и температурный режим здания стабилизируется до нормы. В условиях, когда температура сетевой воды в обратном трубопроводе 2 все еще выше нормативного значения для данной температуры наружного воздуха, что также фиксируется термочувствительным элементом 7 на выходе теплообменника 8, а терморасширительный клапан 6 полностью выбрал возможность увеличения коэффициента смешения водо-водяного элеватора 4, в работу включается корректирующий насос 10, электропривод которого 11 имеет обратную связь с термочувствительным элементом 7 терморасширительного вентиля 6. Корректирующий насос 10, дополнительно подмешивая теплоноситель из обратного трубопровода 2 в прямой 1, снижает температуру теплоносителя в обратном трубопроводе 2 до нормативных значений, а температуру теплоносителя на входе в систему теплоснабжения 3 приближает к санитарным нормам, после чего автоматически выключается за счет устранения дополнительного температурного воздействия сетевой воды на термочувствительный элемент 7 терморасширительного вентиля 6, связанного с электроприводом 11 насоса 10.
Предложенный способ и устройство регулирования тепловой нагрузки учитывает следующие условия работы закрытой системы централизованного теплоснабжения:
- несоответствие параметров сетевой воды текущей температуре наружного воздуха, вызванное транспортным запаздыванием теплоносителя;
- изменение гидравлических сопротивлений отдельных абонентов тепловой сети приводит к дестабилизации гидравлического режима всей сети;
- корректирование тепловой нагрузки здания в зависимости от действительных метеоусловий (температура наружного воздуха, скорость ветра, его направление, солнечная радиация);
- возникновение эффекта «перетопа» при работе системы теплоснабжения ниже точки излома температурного графика в осенне-весенний периоды;
- изначальное несоответствие коэффициента смешения элеваторного узла реальной тепловой нагрузке, поскольку на основании существующих методик расчета он принимается с запасом до 15% от номинального.
По сравнению с известными решениями предлагаемое обеспечивает повышение эффективности регулирования тепловой нагрузки за счет рационального использования теплоносителя для обеспечения заданной тепловой нагрузки и полного исключения возможности перегрева сетевой воды в обратном трубопроводе, причем выполнение заданной тепловой нагрузки осуществляется в зависимости от действительных изменений метеоусловий (температура воздуха, скорость ветра, солнечная радиация). Надежность работы настоящего способа подтверждается и тем, что для его осуществления нет необходимости использования электронных управляющих устройств, а поскольку корректирующий насос включается в работу только при критических параметрах теплоносителя, то его периодический режим работы сказывается на уменьшении энергозатрат.
1. Способ автоматического регулирования тепловой нагрузки здания закрытой системы теплоснабжения с зависимым присоединением абонентских вводов контура системы отопления через водо-водяной элеватор, включающий поддержание заданной тепловой нагрузки здания с учетом действительной температуры наружного воздуха, отличающийся тем, что тепловую нагрузку регулируют соответствующим изменением расхода воды через систему отопления в зависимости от мгновенного изменения метеоусловий ниже точки излома температурного графика изменением инжекции элеватора и дополнительно корректирующим насосом при работе системы теплоснабжения выше точки излома температурного графика.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поддержание заданной тепловой нагрузки здания осуществляют изменением пропускной способности терморасширительного вентиля, используя тепловую энергию обратной сетевой воды на выходе из системы отопления.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поддержание заданной тепловой нагрузки здания осуществляют в соответствии с мгновенным значением изменений метеоусловий, например абсолютной температурой наружного воздуха, солнечной радиации и скорости ветра.
4. Устройство автоматического регулирования тепловой нагрузки здания, включающее подающий и обратный трубопроводы сетевой воды системы теплоснабжения с водо-водяным элеватором, а также смесительный трубопровод, расположенный между подающим и обратным трубопроводом, отличающееся тем, что на смесительном трубопроводе водо-водяного элеватора установлен терморасширительный вентиль с термочувствительным элементом на выходе теплообменника, включенного в смесительный трубопровод через регулятор расхода «после себя» параллельно терморасширительному вентилю и имеющего прямой контакт с окружающей средой, при этом между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды на участке до водо-водяного элеватора расположен корректирующий насос с электроприводом, связанный с терморасширительным элементом, а также обратный клапан, установленный на выходе корректирующего насоса.
