Устройство для автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения



Устройство для автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения
Устройство для автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения

 


Владельцы патента RU 2601499:

Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический центр "Промышленная Энергетика" (ООО НТЦ "Промышленная энергетика") (RU)
Открытое акционерное общество "Ивэлектроналадка" (ОАО "Ивэлектроналадка") (RU)

Устройство для автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения включает последовательно соединенные и образующие замкнутый контур источник тепловой энергии, импульсный регулятор расхода теплоносителя в подающей магистрали, систему отопления здания и блок измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали, а также блок измерения температуры наружного воздуха, блок управления, блок задания периода регулирования, блок задания минимального шага регулирования, блок задания шага изменения длительности импульса теплоносителя в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя, блок коррекции знака шага изменения длительности импульса теплоносителя, блок задания температуры теплоносителя в обратной магистрали, блок задания шага изменения температуры теплоносителя в обратной магистрали за период регулирования расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса теплоносителя, блок вычисления коэффициента кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя и блок сравнения. Обеспечиваются повышение надежности, экономичности и точности управления теплопотреблением здания, входящего в систему центрального теплоснабжения. 1 ил.

 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для осуществления погодозависимого и программно-временного регулирования расхода тепла в системах централизованного отопления зданий и сооружений.

Известно устройство для регулирования теплопотребления здания, содержащее водоструйный элеватор, выход которого подключен к входу системы отопления здания, а выход системы отопления здания соединен с обратной магистралью и с первым входом водоструйного элеватора, ко второму входу которого подключена подающая магистраль (Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление: Учебник для вузов. - М.: Издательство АСВ, 2002, с. 75).

Недостаток указанного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает необходимые быстродействие и точность регулирования, поскольку процесс регулирования производится вручную посредством ступенчатого изменения площади поперечного сечения сопла водоструйного элеватора.

Наиболее близким к заявляемому устройству является «Устройство для автоматического регулирования теплопотребления» (Патент РФ на изобретение №2400796, G05D 7/00, 2010 г.), принятое за прототип, включающее последовательно соединенные и образующие замкнутый контур источник тепловой энергии, импульсный регулятор расхода теплоносителя в подающей магистрали, систему отопления здания и блок измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали, а также блок измерения температуры наружного воздуха и блок управления, связанный выходом со вторым входом импульсного регулятора расхода теплоносителя в подающей магистрали.

Недостаток указанного устройства заключается в сложности его реализации, что снижает надежность и повышает стоимость всей системы управления теплопотреблением здания, а также в его низком быстродействии, обусловленном отсутствием учета в процессе регулирования значительной тепловой инерции в контуре управления температурой воздуха внутри здания.

Технический результат предлагаемого устройства заключается в повышении надежности, экономичности и точности управления теплопотреблением здания, входящего в систему центрального теплоснабжения.

Технический результат достигается тем, что устройство для автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения, включающее последовательно соединенные и образующие замкнутый контур источник тепловой энергии, импульсный регулятор расхода теплоносителя в подающей магистрали, систему отопления здания и блок измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали, а также блок измерения температуры наружного воздуха и блок управления, связанный выходом со вторым входом импульсного регулятора расхода теплоносителя в подающей магистрали, дополнительно содержит блок задания периода регулирования, блок задания минимального шага регулирования, блок задания шага изменения длительности импульса теплоносителя в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя, блок коррекции знака шага изменения длительности импульса теплоносителя, блок задания температуры теплоносителя в обратной магистрали, блок задания шага изменения температуры теплоносителя в обратной магистрали за период регулирования расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса теплоносителя, блок вычисления коэффициента кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя и блок сравнения, образующие с блоком управления программируемый логический модуль, причем к первому входу блока управления подключен выход блока задания периода регулирования, ко второму входу блока управления подсоединен выход блока задания минимального шага регулирования, к третьему входу блока управления подключен выход блока задания шага изменения длительности импульса теплоносителя в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя, подключенного первым входом к выходу блока задания минимального шага регулирования, а вторым входом связанного с выходом блока коррекции знака шага изменения длительности импульса теплоносителя, соединенного входом с выходом блока сравнения, к четвертому входу блока управления подсоединен выход блока задания температуры теплоносителя в обратной магистрали, связанного входом с выходом блока измерения температуры наружного воздуха, к пятому входу блока управления подключен выход блока вычисления коэффициента кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя, соединенного первым входом с выходом блока задания шага изменения температуры теплоносителя в обратной магистрали за период регулирования расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса теплоносителя, и подключенного вторым входом к выходу блока сравнения, связанного суммирующим входом с выходом блока задания температуры теплоносителя в обратной магистрали, и подсоединенного вычитающим входом к выходу блока измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали, при этом первым входом программируемого логического модуля служит вычитающий вход блока сравнения, вторым входом программируемого логического модуля служит вход блока задания температуры теплоносителя в обратной магистрали, а выходом программируемого логического модуля является выход блока управления.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения.

Устройство содержит последовательно соединенные и образующие замкнутый контур источник тепловой энергии 1, импульсный регулятор расхода теплоносителя в подающей магистрали 2, систему отопления здания 3 и блок измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали 4, а также блок измерения температуры наружного воздуха 5, блок управления 6, блок задания периода регулирования 7, блок задания минимального шага регулирования 8, блок задания шага изменения длительности импульса теплоносителя в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя 9, блок коррекции знака шага изменения длительности импульса теплоносителя 10, блок задания температуры теплоносителя в обратной магистрали 11, блок задания шага изменения температуры теплоносителя в обратной магистрали за период регулирования расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса теплоносителя 12, блок вычисления коэффициента кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя 13 и блок сравнения 14.

Блоки 6-14 образуют программируемый логический модуль 15.

Выход блока управления 6, подключен ко второму входу импульсного регулятора расхода теплоносителя в подающей магистрали 2.

К первому входу блока управления 6 подключен выход блока задания периода регулирования 7.

Ко второму входу блока управления 6 подсоединен выход блока задания минимального шага регулирования 8.

К третьему входу блока управления 6 подключен выход блока задания шага изменения длительности импульса теплоносителя в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя 9, подключенного первым входом к выходу блока задания минимального шага регулирования 8, а вторым входом связанного с выходом блока коррекции знака шага изменения длительности импульса теплоносителя 10, соединенного входом с выходом блока сравнения 14.

К четвертому входу блока управления 6 подсоединен выход блока задания температуры теплоносителя в обратной магистрали 11, связанный входом с выходом блока измерения температуры наружного воздуха 5.

К пятому входу блока управления 6 подключен выход блока вычисления коэффициента кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя 13, соединенного первым входом с выходом блока задания шага изменения температуры теплоносителя в обратной магистрали за период регулирования расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса теплоносителя 12 и подключенного вторым входом к выходу блока сравнения 14.

Блок сравнения 14, связан суммирующим входом с выходом блока задания температуры теплоносителя в обратной магистрали 11 и подсоединен вычитающим входом к выходу блока измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали 4.

Первым входом программируемого логического модуля 15 служит вычитающий вход блока сравнения 14, вторым входом программируемого логического модуля 15 служит вход блока задания температуры теплоносителя в обратной магистрали 11, а выходом программируемого логического модуля 15 является выход блока управления 6.

Импульсный регулятор расхода теплоносителя в подающей магистрали 2 конструктивно должен быть выполнен на базе нормально-открытого электромагнитного клапана, например в соответствии с патентом РФ на полезную модель №150892.

Ввод и коррекция параметров блоков в составе логического модуля 15 осуществляется с помощью переносного и/или удаленного компьютера (не показаны на чертеже).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии теплоноситель от источника тепловой энергии 1 через последовательно соединенные импульсный регулятор расхода теплоносителя в подающей магистрали 2 поступает в систему отопления здания 3 и через блок измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали 4 возвращается в источник тепловой энергии 1.

Предварительно в программируемом логическом модуле 15 с помощью блока задания периода регулирования 7 формируется и подается на первый вход блока управления 6 информационный сигнал, определяющий значение периода регулирования τр расхода теплоносителя в системе отопления здания 3 в зависимости от допустимой частоты включения нормально-открытого электромагнитного клапана импульсного регулятора расхода теплоносителя в подающей магистрали 2 и тепловой инерции системы отопления здания 3, а также вводится в блок задания температуры теплоносителя в обратной магистрали 11 функциональная зависимость (например, аналитическая, табличная и т.д.) заданного значения температуры теплоносителя Тоз в обратной магистрали системы отопления здания 3 от температуры наружного воздуха Тн, измеряемой блоком измерения температуры наружного воздуха 5: Тоз=φ(Тн).

Информационный сигнал о текущем значении температуры наружного воздуха Тн поступает с выхода блока измерения температуры наружного воздуха 5 на второй вход программируемого логического модуля 15, т.е. на вход блока задания температуры теплоносителя в обратной магистрали 11, а информационный сигнал о величине заданного значения температуры теплоносителя Тоз с выхода блока задания температуры теплоносителя в обратной магистрали 11 подается на четвертый вход блока управления 6 и на суммирующий вход блока сравнения 14.

Далее с помощью блока задания минимального шага регулирования 8 на второй вход блока управления 6 и на первый вход блока задания шага изменения длительности импульса теплоносителя в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя 9 подается информационный сигнал о значении минимального шага регулирования Δtиmin, и блок задания шага изменения длительности импульса теплоносителя в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя 9 формирует и вводит на третий вход блока управления 6 информационный сигнал о начальной величине шага Δtи изменения длительности импульса теплоносителя:

где α - целое число.

Кроме того, с помощью блока задания шага изменения температуры теплоносителя в обратной магистрали за период регулирования расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса теплоносителя 12 на первый вход блока вычисления коэффициента кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя 13 вводится информационный сигнал о динамическом параметре, определяющем быстродействие устройства, т.е. о шаге ΔТо изменения температуры То теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3 за период регулирования τр расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса tиmin теплоносителя, равной минимальному шагу Δtиmin изменения длительности импульса tи теплоносителя в периоде τр регулирования расхода теплоносителя:

В начале работы устройства и далее в начале каждого (i-го) периода регулирования τр расхода теплоносителя блок измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали 4 осуществляет измерение температуры То теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3 и передает информационный сигнал о ее текущем значении на первый вход программируемого логического модуля 15, т.е на вычитающий вход блока сравнения 14, вычисляющего разность (Тозо).

Информационный сигнал о величине (Тозо) поступает на вход блока коррекции знака шага изменения длительности импульса теплоносителя 10, формирующего и передающего на второй вход блока задания шага изменения длительности импульса теплоносителя в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя 9 информационный сигнал о знаке (Тозо), определяющем знак шага Δtи изменения длительности импульса теплоносителя. Так при (Тозо)≥0 шаг изменения длительности импульса теплоносителя Δtи≥0 и длительность импульса теплоносителя Δtи увеличивается, а при (Тозо)<0 шаг изменения длительности импульса теплоносителя Δtи<0 и длительность импульса теплоносителя tи уменьшается.

Информационный сигнал о величине (Тозо) поступает также на второй вход блока вычисления коэффициента кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя 13, осуществляющего расчет округленного значения коэффициента кратности коррекции ki шага Δtи изменения длительности tиi импульса теплоносителя в i-м периоде τр регулирования расхода теплоносителя в соответствии с зависимостью:

Информационный сигнал о текущем значении коэффициента кратности коррекции ki подается с выхода блока вычисления коэффициента кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя 13 на пятый вход блока управления 6, где выполняется уточнение длительности tиi импульса теплоносителя в i-м периоде τр регулирования расхода теплоносителя, после чего информационный сигнал с выхода программируемого логического модуля 15 (блока управления 6) подается на второй вход импульсного регулятора расхода теплоносителя в подающей магистрали 2 для формирования импульса теплоносителя tиi в соответствии с выражением:

что обеспечивает ускоренную компенсацию больших ошибки регулирования температуры То теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3, поскольку при (Тозо)/ΔТо≥2 коэффициент кратности коррекции ki≥2, причем величина коэффициента кратности коррекции ki увеличивается с ростом тепловой инерции системы отопления здания 3. Таким образом, обеспечивается настройка регулятора на конкретный объект регулирования.

Блок управления 6 осуществляет контроль длительности tиi импульса теплоносителя в i-м периоде τр регулирования расхода теплоносителя, по окончании которого закрывает нормально-открытый электромагнитный клапан импульсного регулятора расхода теплоносителя в подающей магистрали 2.

Необходимая точность регулирования температуры То теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3 достигается при

где δ - зона нечувствительности.

В этом случае программируемый логический модуль 15 устанавливает в блоке управления 6 значение коэффициента кратности коррекции ki=0 и регулирование длительности импульса tи теплоносителя приостанавливается до момента выхода величины за пределы зоны нечувствительности δ.

При Тозо программируемый логический модуль 15 обеспечивает увеличение длительности импульса tи теплоносителя, что ведет к росту температуры То теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3, а при Тозо по аналогии производится снижение температуры То теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3.

В результате в соответствии с функциональной зависимостью Тоз=φ(Тн) осуществляется стабилизация температуры То 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 и/или отключении электроэнергии, в предлагаемом устройстве для автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения подача теплоносителя в систему отопления здания 3 сохранится через нормально-открытый электромагнитный клапан импульсного регулятора расхода теплоносителя в подающей магистрали 2 с максимальным расходом теплоносителя, но при отсутствии его регулирования.

Таким образом, учитывая низкую энергоемкость нормально-открытого электромагнитного клапана импульсного регулятора расхода теплоносителя в подающей магистрали и программируемого логического модуля, а также простоту осуществления и точность функционирования технического решения, реализация предложенного устройства позволяет обеспечить высокие точность, надежность и экономичность автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения.

Устройство для автоматического управления теплопотреблением здания в системе центрального теплоснабжения, включающее последовательно соединенные и образующие замкнутый контур источник тепловой энергии, импульсный регулятор расхода теплоносителя в подающей магистрали, систему отопления здания и блок измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали, а также блок измерения температуры наружного воздуха и блок управления, связанный выходом со вторым входом импульсного регулятора расхода теплоносителя в подающей магистрали, отличающееся тем, что содержит блок задания периода регулирования, блок задания минимального шага регулирования, блок задания шага изменения длительности импульса теплоносителя в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя, блок коррекции знака шага изменения длительности импульса теплоносителя, блок задания температуры теплоносителя в обратной магистрали, блок задания шага изменения температуры теплоносителя в обратной магистрали за период регулирования расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса теплоносителя, блок вычисления коэффициента кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя и блок сравнения, образующие с блоком управления программируемый логический модуль, причем к первому входу блока управления подключен выход блока задания периода регулирования, ко второму входу блока управления подсоединен выход блока задания минимального шага регулирования, к третьему входу блока управления подключен выход блока задания шага изменения длительности импульса теплоносителя в каждом периоде регулирования расхода теплоносителя, подключенного первым входом к выходу блока задания минимального шага регулирования, а вторым входом связанного с выходом блока коррекции знака шага изменения длительности импульса теплоносителя, соединенного входом с выходом блока сравнения, к четвертому входу блока управления подсоединен выход блока задания температуры теплоносителя в обратной магистрали, связанного входом с выходом блока измерения температуры наружного воздуха, к пятому входу блока управления подключен выход блока вычисления коэффициента кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя, соединенного первым входом с выходом блока задания шага изменения температуры теплоносителя в обратной магистрали за период регулирования расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса теплоносителя и подключенного вторым входом к выходу блока сравнения, связанного суммирующим входом с выходом блока задания температуры теплоносителя в обратной магистрали и подсоединенного вычитающим входом к выходу блока измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали, при этом первым входом программируемого логического модуля служит вычитающий вход блока сравнения, вторым входом программируемого логического модуля служит вход блока задания температуры теплоносителя в обратной магистрали, а выходом программируемого логического модуля является выход блока управления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области автоматического цифрового регулирования и предназначено для управления системами наполнения емкостей жидкостью. Согласно заявленному решению уровень в емкости-сборнике регулируется путем изменения расхода жидкости частотой вращения асинхронного электродвигателя насосного агрегата при помощи частотного преобразователя.

Изобретение относится к полевому устройству обслуживания и способу для облегчения замены системы обработки в вибрационном расходомере. Техническим результатом является повышение надежности работы полевого устройства обслуживания вибрационного расходометра.

Изобретение относится к клапанному устройству для управления потоком греющей или охлаждающей текучей среды. Заявленная группа изобретений включает клапанное устройство и мембрану для клапанов регулировки давления.

Изобретение относится к газодобывающей отрасли. Устройство содержит корпус, входной и выходной патрубки подачи ингибитора, фильтр, установленный в линии подачи ингибитора, предпочтительно, после входного патрубка, расходомер ингибитора, устройство регулирования расхода ингибитора.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для регулирования расхода воды на трубчатых и диафрагмовых водовыпусках. Регулятор расхода воды для диафрагмовых водовыпусков содержит водовыпускную трубу прямоугольного сечения с седлом, перекрываемым запорным органом, выполненным в виде гибкой ленты, образующей с корпусом водовыпускной трубы управляющую полость, сообщенную с верхним бьефом и снабженную устройством для слива, на котором установлен клапан, соединенный штоком с мембраной мембранного корпуса, полость которого сообщена с верхним бьефом.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды включает регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и температуры.

Изобретение относится к машиностроению. В корпусе регулятора расхода с одной стороны в осевом направлении установлена пара клапан-седло, с одной стороны клапан поджат пружиной к седлу, с другой стороны клапан от седла отжимается штоком, выполненным за одно целое с узлом сильфона, внутри сильфона расположена нагрузочная пружина, в корпусе регулятора расхода с другой стороны в перпендикулярном направлении в полости низкого давления установлен регулирующий орган регулятора расхода, выполненный в виде подвижного конусного клапана и неподвижного седла в виде отверстия с острой кромкой по торцу в корпусе регулятора расхода, в регуляторе расхода применен сильфон, который одной стороной приварен к клапану, а другой стороной - к корпусу регулятора расхода, к которому через основание закреплен шаговый электродвигатель, вал которого через механический редуктор, состоящий из двух цилиндрических передач и винтовой передачи, соединен с клапаном регулятора расхода.

Устройство для автоматической регулировки жидкости по максимальному ее расходу относится к контрольно-измерительной технике. Устройство может иметь широкое применение, например может быть использовано для регулировки подачи бензина в двигатель внутреннего сгорания, для регулировки расхода сброса воды из водохранилищ для орошения полей, на очистительных сооружениях нефтебаз и т.п.

Изобретение относится к автоматическому регулированию расхода газообразной среды и может быть использовано в процессе одорирования природного газа, в том числе и при малых расходах газа.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для регулирования расхода тепла в системах отопления зданий и сооружений. Технический результат заключается в повышении надежности управления теплопотреблением.

Изобретение относится к системам теплообмена. Технический результат - повышение эффективности термоэлектрического теплового насоса за счет уменьшения выделения паразитного тепла Джоуля в полупроводниковых ветвях и создание условий для возникновения дополнительного термоэффекта между горячими и холодными спаями, изготовленными из разных металлов.

Изобретение относится к области автоматического цифрового регулирования и предназначено для управления системами наполнения емкостей жидкостью. Согласно заявленному решению уровень в емкости-сборнике регулируется путем изменения расхода жидкости частотой вращения асинхронного электродвигателя насосного агрегата при помощи частотного преобразователя.

Изобретение относится к области автоматического регулирования расходов жидкого теплоносителя, а точнее, к жидкостным терморегуляторам (ЖТР) для разделения или смешения потоков рабочей жидкости, применяемых, например, в системах терморегулирования (СТР) космических аппаратов (КА).

Изобретение относится к системам регулирования температуры и может быть использовано в инерциальных микромеханических навигационных системах на основе датчиков ускорения и угловой скорости.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в регуляторах электрической энергии прецизионного технологического оборудования, например в установках выращивания сапфира.

Изобретение относится к системе регулирования температуры. Система регулирования температуры содержит входной коллектор, возвратный коллектор, контроллер, по меньшей мере один поддерживающий температуру контур, соединяющий входной коллектор и возвратный коллектор, трубу подачи горячей текучей среды и трубу подачи холодной текучей среды, соединенные с входным коллектором, по меньшей мере один выход, соединенный с возвратным коллектором, и вход, соединенный с входным коллектором.

Изобретение относится к электротехническим средствам обеспечения рабочих характеристик интегральных схем (ИС) в защищенной бортовой аппаратуре, в частности, микропроцессоров и микроконтроллеров, путем термостабилизации поверхности корпуса ИС.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к системам управления отоплением. Техническим результатом является поддержание допустимой температуры внутри помещений, в которых находятся люди в часы работы дежурного отопления.
Изобретение относится к наземной отработке систем терморегулирования аппаратуры изделий авиационной и ракетно-космической техники. Испытания проводят в термокамере в два этапа.

Изобретение относится к области электротехники, электроники, автоматического регулирования и может быть использовано для подключения и регулирования работы промышленных и бытовых нагревательных устройств.

Изобретение относится к централизованному теплоснабжению жилых, общественных и промышленных зданий. Технический результат по снижению энергозатрат достигается тем, что устройство для автоматизированного регулирования расхода тепла на отопление в системах теплоснабжения содержит подающий и обратный трубопроводы, перемычку, причем внутренняя поверхность перемычки, соединяющей подающий и обратный трубопроводы, покрыта наноматериалом в виде стеклоподобной пленки.
Наверх