УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЕМ
DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL OF HEAT CONSUMPTION

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для регулирования расхода тепла в системах отопления зданий и сооружений.
Известно устройство для регулирования теплопотребления, содержащее водоструйный элеватор, выход которого подключен к входу потребителя тепла со стояковой системой отопления, а выход потребителя тепла 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, а также недостатком является ограниченный диапазон регулирования, определяющийся условиями устойчивости работы водоструйного элеватора.
Наиболее близким к заявляемому является «Устройство для автоматического регулирования теплопотребления» (Патент РФ №2400796, G05D 7/00, 2009 г.), принятое за прототип, содержащее подающую магистраль, соединенные последовательно ключ, водоструйный элеватор, потребитель тепла со стояковой системой отопления, обратную магистраль, а также блок управления, выход которого подключен ко второму входу ключа.
Недостатком данного устройства является существенная зависимость его надежности от величины давления теплоносителя в подающей магистрали, определяющего условия устойчивости работы водоструйного элеватора.
Технический результат предлагаемого устройства заключается в повышении надежности управления теплопотреблением.
Технический результат достигается тем, что устройство для автоматического управления теплопотреблением содержит подающую магистраль, соединенные последовательно ключ, водоструйный элеватор, потребитель тепла со стояковой системой отопления, обратную магистраль, а также блок управления, выход которого подключен ко второму входу ключа, циркуляционный насос, первый вход которого связан с обратной магистралью, второй вход циркуляционного насоса соединен со вторым выходом блока управления, а выход циркуляционного насоса подключен ко второму входу водоструйного элеватора. Устройство включает «m» блоков измерения температуры теплоносителя на входах в стояки системы отопления потребителя тепла со стояковой системой отопления, где m - количество стояков, входы которых подсоединены к соответствующим «m» выходам с 2-го по (1+m)-й потребителя тепла со стояковой системой отопления, а выходы «m» блоков измерения температуры теплоносителя на входах в стояки системы отопления потребителя тепла со стояковой системой отопления связаны с соответствующими «m» входами с 1-го по m-й блока управления.
На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства.
i
Устройство содержит подающую магистраль 1, соединенные последовательно ключ 2, водоструйный элеватор 3, потребитель тепла со стояковой системой отопления 4, обратную магистраль 5 и блок управления 6, выход которого подключен ко второму входу ключа 2, а также циркуляционный насос 7, первый вход которого связан с обратной магистралью 5, второй вход циркуляционного насоса 7 соединен со вторым выходом блока управления 6, а выход циркуляционного насоса подключен ко второму входу водоструйного элеватора 3. Устройство содержит «m» блоков измерения температуры теплоносителя на входах в стояки 8, где i=1÷m, системы отопления потребителя тепла со стояковой системой отопления 4, где m - количество стояков, входы которых подсоединены к соответствующим «m» выходам с 2-го по (1+m)-й потребителя тепла со стояковой системой отопления 4, а выходы «m» блоков измерения температуры теплоносителя на входах в стояки системы отопления потребителя тепла со стояковой системой отопления 4 связаны с соответствующими «m» входами с 1-го по m-й блока управления 6.
Устройство работает следующим образом.
Предварительно в блоке управления 6 устанавливают период регулирования подачи теплоносителя потребителю тепла со стояковой системой отопления 4 в зависимости от допустимой частоты включения ключа 2, в качестве которого может, например, использоваться нормально открытый отсечной электромагнитный клапан, и от тепловой инерции потребителя тепла со стояковой системой отопления 4, а также задается на первом периоде регулирования длительность импульса подачи теплоносителя потребителю тепла со стояковой системой отопления 4, меньшая или равная периоду регулирования подачи теплоносителя.
Кроме того, блок управления 6 задает уровень скорости подачи теплоносителя из обратной магистрали 5 в водоструйный элеватор 3 циркуляционным насосом 7.
В исходном состоянии первый ключ 2 открыт. Импульс подачи теплоносителя из подающей магистрали 1 под давлением подается через ключ 2 в водоструйный элеватор 3, где смешивается с теплоносителем из обратной магистрали 5, и поступает в систему отопления потребителя тепла со стояковой системой отопления 4.
Через промежуток времени, равный заданной блоком управления 6 длительности импульса подачи теплоносителя потребителю тепла со стояковой системой отопления 4, ключ 2 закрывается, и теплоноситель не поступает в систему отопления потребителя тепла со стояковой системой отопления 4.
Циркуляционный насос 7 может быть при этом выключен либо продолжать работать, обеспечивая более равномерное распределение тепла у потребителя тепла со стояковой системой отопления 4 за счет циркуляции теплоносителя.
Наличие циркуляционного насоса 7 исключает неустойчивость работы водоструйного элеватора 3 при изменении давления теплоносителя в подающей магистрали 1 и улучшает циркуляцию теплоносителя. Неисправность циркуляционного насоса 7 существенного влияния на работу водоструйного элеватора 3 не оказывает вследствие незначительности гидравлического сопротивления циркуляционного насоса 7.
После окончания периода регулирования подачи теплоносителя потребителю тепла со стояковой системой отопления 4 блок управления 6 открывает ключ 2, и процесс регулирования подачи теплоносителя потребителю тепла со стояковой системой отопления 4 возобновляется.
Температура теплоносителя у потребителя тепла со стояковой системой отопления 4 прямо пропорциональна длительности импульса подачи теплоносителя.
i
Для уменьшения температуры теплоносителя у потребителя тепла со стояковой системой отопления 4 уменьшается длительность импульса подачи теплоносителя или производится его циркуляция при закрытом ключе 2 до обеспечения необходимой температуры теплоносителя, контролируемой блоками измерения температуры теплоносителя на входах в стояки 8 системы отопления потребителя тепла со стояковой системой отопления 4.
Коррекция длительности импульсов подачи теплоносителя в систему отопления может осуществляется блоком управления 6 с учетом соотношения заданной температуры и фактической температуры воздуха в отапливаемых помещениях потребителя тепла со стояковой системой отопления 4, а также в зависимости от температуры наружного воздуха.
Например, температура теплоносителя у потребителя тепла со стояковой системой отопления 4 уменьшается с ростом фактической температуры воздуха в отапливаемых помещениях и с ростом температуры наружного воздуха.
При неравномерном распределении тепла в отапливаемых помещениях потребителя тепла со стояковой системой отопления 4 устройство обеспечивает локальное поэтажное регулирование распределения тепла в отапливаемых помещениях потребителя тепла со стояковой системой отопления 4.
j
В этом случае для корректирования теплопотребления на j-м (j=1÷k) этаже k-этажного потребителя тепла со стояковой системой отопления 4 ключ 2 открывается блоком управления 6 на время t:
<mrow><msub><mi>t</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mn>4</mn><mo>⋅</mo><msub><mi>V</mi><mi>j</mi></msub><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>π</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>v</mi><mi>п</mi></msub><mo>⋅</mo><msubsup><mi>d</mi><mi>п</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
j
3
где V - объем теплоносителя на j-м этаже, м;
п
v - линейная скорость теплоносителя в подающей магистрали, м/с;
п
d - внутренний диаметр подающей магистрали, м.
j
i
По истечении времени t ключ 2 закрывается, блок управления 6 включает циркуляционный насос 7 и контролирует температуру теплоносителя, измеряемую блоками измерения температуры теплоносителя на входах в стояки 8 системы отопления потребителя тепла со стояковой системой отопления 4.
i
j
Как только каждый блок измерения температуры теплоносителя на входах в стояки 8 системы отопления потребителя тепла со стояковой системой отопления 4 зафиксирует снижение температуры теплоносителя до температуры теплоносителя в обратной магистрали 5, блок управления 6 отключает циркуляционный насос 7 через промежуток времени τ:
<mrow><msub><mi>τ</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>L</mi><mi>j</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>v</mi><mi>ц</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
j
где L - длина стояка от входа до j-го этажа, м;
ц
v - линейная скорость циркуляции теплоносителя, м/с.
Доставленный на j-й этаж импульс теплоносителя заданное блоком управления 6 время находится на j-м этаже, после чего блок управления 6 открывает ключ 2, включает циркуляционный насос 7 и процесс подачи теплоносителя в систему отопления потребителя тепла со стояковой системой отопления 4 возобновляется, а при необходимости повторяется локальное поэтажное регулирование распределения тепла в отапливаемых помещениях потребителя тепла со стояковой системой отопления 4.
Таким образом, реализация предложенного способа позволяет обеспечить высокую надежность управления теплопотреблением в отапливаемых помещениях потребителя тепла со стояковой системой отопления 4.