СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЕМ ЗДАНИЯ В СИСТЕМЕ ЦЕНТРАЛЬНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
METHOD OF AUTOMATIC HEAT CONSUMPTION CONTROL OF BUILDING IN A CENTRAL HEAT SUPPLY SYSTEM

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
i
оз
о
о
k=INT[(Т-Т)/ΔТ],
где i - порядковый номер периода регулирования расхода теплоносителя;
i
k - коэффициент кратности коррекции шага изменения длительности импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования расхода теплоносителя;
оз
Т - заданное значение температуры теплоносителя в обратной магистрали, °С;
о
Т - температура теплоносителя в обратной магистрали, °С;
о
ΔТ - 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
иi
и(i-1)
i
и
t=t+k·t,
иi
где t - длительность импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования расхода теплоносителя, с;
и
Δt - шаг изменения длительности импульса теплоносителя в периоде регулирования расхода теплоносителя, с;
i
при этом устанавливают значение коэффициента кратности коррекции k=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.
н
о
Блок управления 5 управляет работой теплорегулятора 2 и циркуляционного насоса 7 на основе информации о температуре наружного воздуха Т и температуры теплоносителя Т в обратной магистрали 4.
p
оз
н
оз
н
Предварительно в блоке управления 5 устанавливается период регулирования τ 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 в обратной магистрали системы отопления здания 3 от температуры наружного воздуха Т Τ=φ(Τ).
о
о
p
иmin
иmin
и
p
Кроме того, в блок управления 5 вводится динамический параметр, определяющий быстродействие устройства: шаг ΔΤ изменения температуры Т теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3 за период регулирования τ расхода теплоносителя при минимальном значении длительности импульса t теплоносителя, равной минимальному шагу Δt изменения длительности импульса t теплоносителя в периоде регулирования τ расхода теплоносителя.
p
о
оз
оз
н
оз
о
иi
p
и
i
и
иi
p
В начале каждого (i-го) периода регулирования τ расхода теплоносителя осуществляется измерение температуры Т теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3 и ее сравнение с заданным значением температуры теплоносителя Т в обратной магистрали системы отопления здания 3, полученной из зависимости Т=φ(Т), с целью вычисления разности (Т-Т) для задания знака изменения длительности импульса t теплоносителя в i-м периоде регулирования τ расхода теплоносителя, а также для ввода величины шага Δt с учетом расчета округленного значения коэффициента кратности коррекции k шага Δt изменения длительности t импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования τ расхода теплоносителя в соответствии с зависимостью:
i
иi
p
По коэффициенту кратности коррекции k выполняется уточнение длительности t импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования τ расхода теплоносителя в соответствии с выражением:
о
оз
о
о
i
что обеспечивает ускоренную компенсацию больших ошибки регулирования температуры Т теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3, поскольку при (Т-Т)/ΔТ≥2 коэффициент кратности коррекции k≥2.
иi
p
p
пi
p
иi
По окончании импульса теплоносителя длительностью t в i-м периоде регулирования τ 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 расхода теплоносителя, т.е. в течение отрезка времени паузы t=τ-t, по окончании которого блок управления 5 открывает нормально-открытый электромагнитный клапан теплорегулятора 2 и выключает циркуляционный насос 7.
пi
p
p
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 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 расхода теплоносителя, что в свою очередь может привести к погрешности в определении блоком управления 5 начальных условий для (i+1)-го периода регулирования τ расхода теплоносителя.
Действие циркуляционного насоса 7 напрямую ведет к повышению точности управления теплопотреблением здания.
о
Необходимая точность регулирования температуры Т теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3 достигается при
где δ - зона нечувствительности.
i
и
В этом случае устанавливается значение коэффициента кратности коррекции k=0 и регулирование длительности импульса t теплоносителя приостанавливается до момента выхода величины  за пределы зоны нечувствительности δ.
оз
о
и
о
оз
о
о
При Т>Т блок управления 5 обеспечивает увеличение длительности импульса t теплоносителя, что ведет к росту температуры Т теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3, а при Т<Т по аналогии производится снижение температуры Т теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3.
о
В результате осуществляется стабилизация температуры Т 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.