Способ регулирования температурного режима горячего водоснабжения и устройство для его осуществления

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для управления горячим водоснабжением жилых и административных зданий и сооружений. Заявлены способ и устройство регулирования температурного режима горячего водоснабжения. Способ заключается в измерении температуры горячей воды Т_г и поддержании ее на заданном уровне температуры горячей воды Т_гз. Для получения горячей воды смешивают в смесительной камере объемом V_ск воду из обратной магистрали объемом V_o с водой из подающей магистрали объемом V_п в пропорции V_о/V_п=(Т_п-Т_о)/(Т_гз-Т_г)-1, где V_o+V_п=V_ск. Перед подачей воды из подающей магистрали в смесительную камеру фиксируют текущее значение объемного расхода горячей воды V_г, как исходное V_г(исх.). Подают воду из подающей магистрали объемом V_п в смесительную камеру в форме импульса до выполнения условия V_г-V_г(исх.)=V_п, после чего подачу воду из подающей магистрали объемом V_п в смесительную камеру прекращают и подают в смесительную камеру воду из обратной магистрали объемом V_o. Устройство, реализующее способ, содержит подающую магистраль, ключ, смесительную камеру, измеритель температуры воды, обратную магистраль, обратный клапан, расходомер. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для управления горячим водоснабжением жилых и административных зданий и сооружений.

Известен способ автоматического регулирования системы горячего водоснабжения (Патент РФ №2273800, F24D 17/00, 2004 г.), который включает измерение температуры горячей воды Т_г и поддержание ее на заданном уровне температуры горячей воды Т_гз изменением расхода греющей воды в теплообменнике.

Недостатком данного способа являются высокие энергоемкость и стоимость, а также значительная сложность реализации, обусловленные применением теплообменника и специального регулирующего клапана с приводом и необходимостью подогрева холодной воды.

Наиболее близким к заявляемому является «Способ управления системой горячего водоснабжения» (Авторское свидетельство СССР №1495583, F24D 17/00, 1987 г.), принятый за прототип, заключающийся в измерении температуры горячей воды Т_г и поддержании ее на заданном уровне температуры горячей воды Т_гз изменением расхода греющей воды в теплообменнике, а также в измерении температуры воды в обратной магистрали Т_о до и после первой ступени подогревателя воды.

Недостаток указанного способа заключается в значительной сложности реализации, что связано с необходимостью применения двух теплообменников. Кроме того, применение циркуляционного насоса и специального регулирующего клапана с приводом повышает энергоемкость и снижает надежность реализации данного способа регулирования горячего водоснабжения, а тепловая инерционность теплообменников отрицательно влияет на быстродействие процесса регулирования температуры воды.

Технический результат предлагаемого способа заключается в обеспечении быстродействия, надежности и экономичности регулирования температурного режима горячего водоснабжения.

Технический результат достигается тем, что в способе регулирования температурного режима горячего водоснабжения, заключающемся в измерении температуры горячей воды Т_г и поддержании ее на заданном уровне температуры горячей воды Т_гз, а также в измерении температуры воды в обратной магистрали Т_о, измеряют температуру воды в подающей магистрали Т_п и объемный расход горячей воды V_г, причем для получения горячей воды смешивают в смесительной камере объемом V_ск воду из обратной магистрали объемом V_о с водой из подающей магистрали объемом V_п в пропорции

V_о/V_п=(T_п-T_о)/(T_гз-T_г)-1,

V_о+V_п=V_ск.

Перед подачей воды из подающей магистрали в смесительную камеру фиксируют текущее значение объемного расхода горячей воды V_г, как исходное V_г(исх.), подают воду из подающей магистрали объемом V_п в смесительную камеру в форме импульса до выполнения условия

V_г-V_г(исх.)=V_п,

после чего подачу воду из подающей магистрали объемом V_п в смесительную камеру прекращают и подают в смесительную камеру воду из обратной магистрали объемом V_о, а при выполнении условия

V_г-V_г(исх.)=V_ск

завершают текущий цикл регулирования температуры горячей воды Т_г и осуществляют очередной цикл регулирования температуры горячей воды Т_г.

Корректируют пропорцию смешиваемой в смесительной камере воды из обратной магистрали объемом V_о с водой из подающей магистрали объемом V_п в случае, если отклонение температуры горячей воды Т_г от заданного уровня температуры горячей воды Т_гз превысит допустимое значение δ погрешности регулирования температуры горячей воды Т_г

|Т_г-Т_гз|>δ.

Устройство для регулирования температурного режима горячего водоснабжения содержит подающую магистраль, подключенную через измеритель температуры воды в подающей магистрали и ключ к первому входу смесительной камеры, ко второму входу которой через измеритель температуры воды в обратной магистрали и обратный клапан подсоединена обратная магистраль, а выход смесительной камеры через измеритель температуры горячей воды и расходомер связан с входом потребителя горячей воды. Второй выход измерителя температуры воды в подающей магистрали соединен с первым входом блока управления, ко второму входу которого подключен блок задания температуры горячей воды, к третьему входу блока управления подсоединен второй выход расходомера, четвертый вход блока управления связан со вторым выходом измерителя температуры горячей воды, пятый вход блока управления соединен со вторым выходом измерителя температуры воды в обратной магистрали, а выход блока управления подключен ко второму входу ключа.

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ регулирования температурного режима горячего водоснабжения.

Устройство содержит подающую магистраль 1, подключенную через измеритель температуры воды в подающей магистрали 2 и ключ 3 к первому входу смесительной камеры 4, ко второму входу которой через измеритель температуры воды в обратной магистрали 5 и обратный клапан 6 подсоединена обратная магистраль 7, а выход смесительной камеры 4 через измеритель температуры горячей воды 8 и расходомер 9 связан с входом потребителя горячей воды 10. Второй выход измерителя температуры воды в подающей магистрали 2 соединен с первым входом блока управления 11, ко второму входу которого подключен блок задания температуры горячей воды 12, к третьему входу блока управления 11 подсоединен второй выход расходомера 9, четвертый вход блока управления 11 связан со вторым выходом измерителя температуры горячей воды 8, пятый вход блока управления 11 соединен со вторым выходом измерителя температуры воды в обратной магистрали 5, а выход блока управления 11 подключен ко второму входу ключа 3.

Если температура горячей воды Т_г отличается от заданного уровня температуры горячей воды Т_гз, например, Т_г<Т_гз, то для обеспечения выполнения условия Т_г=Т_гз необходимо приращение тепловой энергии ΔQ_г в смесительной камере 4 объемом V_ск

$$\Delta Q_{г}=c\cdot g\cdot V_{ск}\cdot \left(T_{гз}-T_{г}\right),\left(\text{1}\right)$$

где с - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг·°С);

g - плотность воды, кг/м³.

С другой стороны приращение тепловой энергии ΔQ_г обеспечивается смешением воды из обратной магистрали 7 объемом V_о и температурой Т_о с водой из подающей магистрали 1 объемом V_п и температурой Т_п

$$\Delta Q_{г}=c\cdot g\cdot V_{п}\cdot \left(T_{п}-T_{о}\right).\left(\text{2}\right)$$

Учитывая, что

$$V_{о}+V_{п}=V_{ск},\left(\text{3}\right)$$

получаем из формул (1) и (2)

$$V_{о}=V_{ск}\cdot \left(1-\left({Т}_{гз}-{Т}_{г}\right)/\left({Т}_{п}-{Т}_{о}\right)\right),\left(\text{4}\right)$$

$$V_{п}=V_{ск}\cdot \left({Т}_{гз}-{Т}_{г}\right)/\left({Т}_{п}-{Т}_{о}\right),\left(\text{5}\right)$$

$$V_{о}/V_{п}=\left({Т}_{п}-{Т}_{о}\right)/\left({Т}_{гз}-{Т}_{г}\right)-1.\left(\text{6}\right)$$

Смешение воды из обратной магистрали 7 объемом V₀ и температурой Т_о с водой из подающей магистрали 1 объемом V_п и температурой Т_п в смесительной камере 4 в пропорции (6) с учетом соотношения (3) обеспечивает выполнение условия Т_г=Т_гз.

Реализующее способ устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии ключ 3, в качестве которого может, например, использоваться отсечной электромагнитный клапан, закрыт, и вода из обратной магистрали 7 через измеритель температуры воды в обратной магистрали 5, обратный клапан 6, смесительную камеру 4, измеритель температуры горячей воды 8, расходомер 9 подается потребителю горячей воды 10. Блок задания температуры горячей воды 12 задает значение температуры горячей воды Т_гз. Измеритель температуры воды в подающей магистрали 2 обеспечивает непрерывный контроль температуры воды Т_п в подающей магистрали 1, а измеритель температуры воды в обратной магистрали 5 обеспечивает непрерывный контроль температуры воды Т_о в обратной магистрали 7.

Поскольку в исходном состоянии измеряемая измерителем температуры горячей воды 8 температура горячей воды Т_г=Т_о<Т_гз, блок управления 11 вычисляет по формуле (5) необходимый объем V_п подачи из подающей магистрали 1 в смесительную камеру 4, фиксирует текущее значение объемного расхода горячей воды V_г, измеряемого расходомером 9, как исходное V_г(исх.), и открывает ключ 3. При этом из-за перепада давлений воды в подающей магистрали 1 и в обратной магистрали 7 вода из обратной магистрали 7 в смесительную камеру 4 не поступает, а наличие обратного клапана 6 исключает попадание воды из подающей магистрали 1 и в обратную магистраль 7.

Импульс воды температурой Т_п из подающей магистрали 1 подается в смесительную камеру 4, где смешивается с водой температурой Т_о из обратной магистрали 7 до выполнения условия

$$V_{г}-V_{г\left(исх.\right)}=V_{п},\left(\text{7}\right)$$

после чего ключ 3 закрывается и в смесительную камеру 4 поступает вода температурой Т_о из обратной магистрали 7.

При выполнении условия

$$V_{г}-V_{г\left(исх.\right)}=V_{ск}\left(\text{8}\right)$$

завершается текущий цикл регулирования температуры горячей воды Т_г и осуществляется очередной цикл регулирования температуры горячей воды Т_г фиксированием текущего значения объемного расхода горячей воды V_г, как исходное V_г(исх.), и открытием ключа 3.

Коррекция пропорции (6) смешиваемой в смесительной камере воды из обратной магистрали объемом V_о и температурой Т_о с водой из подающей магистрали объемом V_п и температурой Т_п производится блоком управления 11 лишь при отклонении температуры горячей воды Т_г от заданного уровня температуры горячей воды Т_гз за заданное в блоке управления 11 допустимое значение δ погрешности регулирования температуры горячей воды Т_г

$$\left|{Т}_{г}-{Т}_{гз}\right|>\delta .\left(\text{9}\right)$$

При отсутствии потребления горячей воды, т.е. при отсутствии изменения объемного расхода горячей воды V_г, блок управления 11 закрывает ключ 3, и процесс регулирования температуры горячей воды Т_г прекращается.

Таким образом, учитывая высокие рабочие ресурсы и низкие энергоемкости электромагнитного клапана и блока управления, а также отсутствие устройств со значительными тепловыми инерционностями, реализация предложенного способа позволяет обеспечить высокие быстродействие, надежность и экономичность регулирования температурного режима горячего водоснабжения.

1. Способ регулирования температурного режима горячего водоснабжения, заключающийся в измерении температуры горячей воды Т_г и поддержании ее на заданном уровне температуры горячей воды Т_гз, а также в измерении температуры воды в обратной магистрали Т_о, отличающийся тем, что измеряют температуру воды в подающей магистрали Т_п и объемный расход горячей воды V_г, причем для получения горячей воды смешивают в смесительной камере объемом V_ск воду из обратной магистрали объемом V_o с водой из подающей магистрали объемом V_п в пропорции
V_o/V_п=(T_п-T_o)/(T_гз-T_г)-1, V_o+V_п=V_ск, при этом перед подачей воды из подающей магистрали в смесительную камеру фиксируют текущее значение объемного расхода горячей воды V_г, как исходное V_г(исх.), подают воду из подающей магистрали объемом V_п в смесительную камеру в форме импульса до выполнения условия
V_г-V_г(исх.)=V_п,
после чего подачу воду из подающей магистрали объемом V_п в смесительную камеру прекращают и подают в смесительную камеру воду из обратной магистрали объемом V_o, а при выполнении условия
V_г-V_г(исх.)=V_ск завершают текущий цикл регулирования температуры горячей воды Т_г и осуществляют очередной цикл регулирования температуры горячей воды Т_г, причем корректируют пропорцию смешиваемой в смесительной камере воды из обратной магистрали объемом V_o с водой из подающей магистрали объемом V_п в случае, если отклонение температуры горячей воды Т_г от заданного уровня температуры горячей воды Т_гз превысит допустимое значение δ погрешности регулирования температуры горячей воды Т_г |Т_г-Т_гз|>δ.

2. Устройство для регулирования температурного режима горячего водоснабжения, отличающееся тем, что содержит подающую магистраль, подключенную через измеритель температуры воды в подающей магистрали и ключ к первому входу смесительной камеры, ко второму входу которой через измеритель температуры воды в обратной магистрали и обратный клапан подсоединена обратная магистраль, а выход смесительной камеры через измеритель температуры горячей воды и расходомер связан с входом потребителя горячей воды, причем второй выход измерителя температуры воды в подающей магистрали соединен с первым входом блока управления, ко второму входу которого подключен блок задания температуры горячей воды, к третьему входу блока управления подсоединен второй выход расходомера, четвертый вход блока управления связан со вторым выходом измерителя температуры горячей воды, пятый вход блока управления соединен со вторым выходом измерителя температуры воды в обратной магистрали, а выход блока управления подключен ко второму входу ключа.