УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЕМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE OF AUTOMATIC CONTROL OF THERMAL ENERGY CONSUMPTION (VERSIONS)

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для регулирования расхода тепла в системах отопления зданий и сооружений.
Известно, что при отоплении зданий возникает необходимость перехода с температурного графика тепловой сети (150/70°, 130/70°) на температурный график внутренней системы отопления здания (95/70°, 105/70°), а также поддержания циркуляции теплоносителя. Передача тепловой энергии от тепловой сети в систему отопления определяется температурой теплоносителя, которая регулируется на теплоисточнике (ТЭЦ, котельная) в зависимости от температуры наружного воздуха по температурному графику, и расходом теплоносителя у потребителя. По различным причинам теплоисточники могут подавать в тепловую сеть теплоноситель с повышенной температурой, особенно при плюсовых температурах наружного воздуха, что приводит к повышенному потреблению тепловой энергии потребителями и перерасходу денежных средств на оплату тепла.
Известно техническое решение, описанное в патенте РФ №2400796, МПК G05D 7/00, приоритет от 15 июня 2009 года, дата публикации 27 сентября 2010 года на изобретение: "Устройство для автоматического регулирования теплопотребления", содержащее водоструйный элеватор, потребитель тепла, блок измерения расхода и температуры теплоносителя в подающем трубопроводе, подающий трубопровод, тепловычислитель, датчик давления теплоносителя, блок управления, ключ, ограничитель давления, причем ко второму входу ключа подсоединен первый выход блока управления, датчик средневзвешенной температуры внутренней среды, датчик температуры окружающей среды, блок измерения расхода и температуры теплоносителя в обратном трубопроводе.
Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает надежной и длительной эксплуатации в основном и резервном режимах работы, поскольку имеет достаточно сложную систему локального поэтажного регулирования распределения тепла, что характерно для стояковых систем отопления.
Наиболее близким аналогом заявляемого в качестве изобретения устройства является техническое решение, описанное в патенте Российской Федерации №2509335 на изобретение:"Устройство для автоматического управления теплопотреблением", МПК G05D 7/00, G05D 23/01, F24D 3/02, приоритет от 6 апреля 2012 года, дата публикации 20 октября 2013 года.
Известное устройство содержит подающий трубопровод, соединенные последовательно ключ, водоструйный элеватор, потребитель тепла, обратный трубопровод, а также блок управления, выход которого подключен ко второму входу ключа, циркуляционный насос, первый вход которого связан с обратным трубопроводом, второй вход циркуляционного насоса соединен с 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, где m - количество стояков, входы которых подсоединены к соответствующим "m" выходам с второго 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 первого по m-й блока управления.
Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает надежной и длительной эксплуатации в основном и резервном режимах работы, поскольку имеет достаточно сложную систему локального поэтажного регулирования распределения тепла, что характерно для стояковых систем отопления.
Кроме того, в известном устройстве при отключении циркуляционного насоса не обеспечивается устойчивый гидравлический режим и постоянство расхода циркуляции теплоносителя в системе отопления.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии, обеспечивающего надежную и длительную эксплуатацию в основном и резервном режимах работы за счет обеспечения устойчивого гидравлического режима и постоянного расхода циркуляции теплоносителя в системе отопления.
Первый вариант устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии, содержащий подающий трубопровод, соединенные последовательно водоструйный элеватор, систему отопления и обратный трубопровод, а также циркуляционный насос, блок управления и блоки измерения температуры теплоносителя, согласно изобретению дополнительно содержит блок измерения температуры наружного воздуха, выход которого связан с первым входом блока управления, первый из блоков измерения температуры теплоносителя установлен на подающем трубопроводе на входе системы отопления и выходом связан со вторым входом блока управления, второй блок измерения температуры теплоносителя установлен на обратном трубопроводе на выходе системы отопления и выходом связан с третьим входом блока управления, устройство также дополнительно содержит регулирующий клапан, установленный в подающем трубопроводе, вход регулирующего клапана связан с выходом электропривода, вход которого связан с выходом блока управления, выход регулирующего клапана связан с первым входом водоструйного элеватора, второй вход которого через обратный клапан и запорную арматуру связан с обратным трубопроводом, а циркуляционный насос входом подключен через запорную арматуру к обратному трубопроводу, а выходом через обратный клапан и запорную арматуру подключен к выходу водоструйного элеватора.
Второй вариант устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии, содержащий подающий трубопровод, соединенные последовательно водоструйный элеватор, систему отопления и обратный трубопровод, а также циркуляционный насос, блок управления и блоки измерения температуры теплоносителя, согласно изобретению дополнительно содержит блок измерения температуры наружного воздуха, выход которого связан с первым входом блока управления, первый из блоков измерения температуры теплоносителя установлен на подающем трубопроводе на входе системы отопления и выходом связан со вторым входом блока управления, второй блок измерения температуры теплоносителя установлен на выходе системы отопления, и выходом связан с третьим входом блока управления, устройство также дополнительно содержит регулирующий клапан, установленный в подающем трубопроводе, вход регулирующего клапана связан с выходом электропривода, вход которого связан с выходом блока управления, выход регулирующего клапана связан с первым входом водоструйного элеватора, второй вход которого связан с обратным трубопроводом, а параллельно обратному трубопроводу, содержащему дополнительно запорную арматуру, между вторым входом водоструйного элеватора и вторым блоком измерения температуры теплоносителя установлен циркуляционный насос, подключенный входом и выходом к обратному трубопроводу, причем входом циркуляционный насос подключен через запорную арматуру, а выходом - через обратный клапан и запорную арматуру.
Третий вариант устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии, содержащий подающий трубопровод, соединенные последовательно водоструйный элеватор, систему отопления и обратный трубопровод, а также циркуляционный насос, блок управления, блоки измерения температуры теплоносителя, согласно изобретению дополнительно содержит блок измерения температуры наружного воздуха, выход которого связан с первым входом блока управления, первый из блоков измерения температуры теплоносителя установлен на подающем трубопроводе на входе системы отопления и выходом связан со вторым входом блока управления, второй блок измерения температуры теплоносителя установлен на обратном трубопроводе на выходе системы отопления и выходом связан с третьим входом блока управления, устройство также дополнительно содержит регулирующий клапан, установленный в подающем трубопроводе, вход регулирующего клапана связан с выходом электропривода, вход которого связан с выходом блока управления, выход регулирующего клапана связан с первым входом водоструйного элеватора, второй вход которого связан с обратным трубопроводом, а параллельно подающему трубопроводу, содержащему дополнительно запорную арматуру, между выходом водоструйного элеватора и первым блоком измерения температуры теплоносителя установлен циркуляционный насос, подключенный входом и выходом к подающему трубопроводу, причем входом циркуляционный насос подключен через запорную арматуру, а выходом - через обратный клапан и запорную арматуру.
Заявляемое изобретение представлено на чертежах, где:
на фиг. 1 - первый вариант выполнения устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии,
на фиг. 2 - второй вариант выполнения устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии,
на фиг. 3 - третий вариант выполнения устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии.
В первом варианте заявляемое в качестве изобретения устройство автоматического управления потреблением тепловой энергии (фиг. 1) содержит подающий трубопровод 1, соединенные последовательно водоструйный элеватор 2, систему отопления 3 и обратный трубопровод 4, а также циркуляционный насос 5, блок управления 6 и блоки измерения температуры теплоносителя. Устройство содержит блок 7 измерения температуры наружного воздуха, выход которого связан с первым входом блока управления 6. Первый блок 8 измерения температуры теплоносителя установлен на подающем трубопроводе 1 на входе системы отопления 3 и выходом связан со вторым входом блока управления 6. Второй блок 9 измерения температуры теплоносителя установлен на обратном трубопроводе 4 на выходе системы отопления 3 и выходом связан с третьим входом блока управления 6. Устройство также содержит регулирующий клапан 12, установленный в подающем трубопроводе 1, вход регулирующего клапана 12 связан с выходом электропривода 13, вход которого связан с выходом блока управления 6, а выход регулирующего клапана 12 связан с первым входом водоструйного элеватора 2, второй вход которого через обратный клапан 11 и запорную арматуру 10 связан с обратным трубопроводом 4. Циркуляционный насос 5 входом подключен через запорную арматуру 14 к обратному трубопроводу 4, а выходом через обратный клапан 15 и запорную арматуру 16 подключен к выходу водоструйного элеватора 2.
Второй вариант устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии (фиг. 2) отличается от первого варианта (фиг. 1) тем, что центробежный насос 5 с запорной арматурой 14, 16 и обратным клапаном подключен параллельно обратному трубопроводу 4, запорная арматура 17 установлена в обратном трубопроводе 4 и включена между входом и выходом цепочки, состоящей из последовательно соединенных запорной арматуры 14, центробежного насоса 5, обратного клапана 15 и запорной арматуры 16, а второй вход водоструйного элеватора 2 соединен с обратным трубопроводом 4.
Третий вариант устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии (фиг. 3) отличается от первого варианта (фиг. 1) тем, что центробежный насос 5 с запорной арматурой 14,16 и обратным клапаном 15 подключен параллельно подающему трубопроводу 1, запорная арматура 17 установлена в подающем трубопроводе 1 между выходом водоструйного элеватора 2 и первым блоком 8 измерения температуры теплоносителя, а второй вход водоструйного элеватора 2 соединен с обратным трубопроводом 4.
Рассмотрим работу устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии на примере первого варианта. В соответствии с чертежом (фиг. 1) устройство автоматического управления потреблением тепловой энергии работает следующим образом.
Перед началом работы перекрывают линию трубопровода, соединяющую второй вход водоструйного элеватора 2 и обратный трубопровод 4. Перекрытие может быть выполнено автоматически с помощью обратного клапана 11 или вручную с помощью запорной арматуры 10. При отклонении температуры Т1 теплоносителя на выходе подающего трубопровода 1 от температурного графика тепловой сети в сторону увеличения происходит отклонение в сторону увеличения температуры Т3 теплоносителя от температурного графика системы отопления 3. При этом блок управления 6, выполненный на основе программируемого логического контроллера, на основании информации о параметрах теплоносителя и наружного воздуха, получаемой от блоков 7, 8, 9, осуществляет управление регулирующим клапаном 12 посредством электропривода 13. Блок управления 6 дает команду электроприводу 13 на прикрытие регулирующего клапана 12, что приводит к снижению температуры Т3 теплоносителя на входе в систему отопления 3. Электропривод 13 осуществляет воздействие на регулирующий клапан 12 до тех пор, пока температура теплоносителя Т3 не придет в соответствие с температурой наружного воздуха по температурному графику системы отопления. Прикрытие регулирующего клапана 12 приводит к снижению расхода теплоносителя на выходе подающего трубопровода 1 и, соответственно, к снижению потребления тепловой энергии. При этом циркуляционный насос 5 обеспечивает стабильную циркуляцию теплоносителя в системе отопления 3 независимо от изменения расхода теплоносителя тепловой сети. При полном открытии регулирующего клапана 12 сопло водоструйного элеватора 2 является ограничителем расхода теплоносителя, поступающего из подающего трубопровода 1 через регулирующий клапан 12. Ограничение расхода теплоносителя обеспечивает устойчивость гидравлического режима наружной тепловой сети и системы отопления здания, а также обеспечивает экономию тепловой энергии.
При останове циркуляционного насоса 5, возникающем в результате выхода его из строя или в случае отключения электроэнергии, осуществляют переход в резервный режим. Для этого полностью открывают регулирующий клапан 12, автоматически закрывают обратный клапан 15, а обратный клапан 11 автоматически открывается. При отсутствии обратного клапана 11 необходимо вручную открыть запорную арматуру 10. При этом начинает работать водоструйный элеватор 2, который обеспечивает смешение и циркуляцию теплоносителя, поступающего из подающего трубопровода 1 на первый вход водоструйного элеватора 2 и теплоносителя, поступающего из обратного трубопровода 4 на второй вход водоструйного элеватора 2. В этом режиме возможен повышенный расход тепловой энергии и перегрев воздуха в помещениях здания.
Второй вариант устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии (фиг. 2) используют при повышенном гидравлическом сопротивлении системы отопления, возникающем при длительной эксплуатации. При этом циркуляционный насос 5 с запорной арматурой 14, 16 и обратным клапаном 15 устанавливают параллельно линии обратного трубопровода 4, а на линии обратного трубопровода 4 устанавливают запорную арматуру 17. При работе в основном режиме запорную арматуру 17 закрывают вручную, а циркуляционный насос 5 работает последовательно с водоструйным элеватором 2, создавая дополнительный напор для преодоления повышенного гидравлического сопротивления системы отопления 3.
При останове циркуляционного насоса 5, возникающем в результате выхода его из строя или в случае отключения электроэнергии, необходимо перейти в резервный режим. Для этого полностью открывают регулирующий клапан 12 и запорную арматуру 17, обратный клапан 15 на линии центробежного насоса 5 автоматически закрывается. При этом смешение и циркуляция теплоносителя осуществляются только водоструйным элеватором 2 без участия центробежного насоса 5.
Третий вариант устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии (фиг. 3) используют также при повышенном гидравлическом сопротивлении системы отопления, возникающем при длительной эксплуатации.
При этом циркуляционный насос 5 с запорной арматурой 14, 16 и обратным клапаном 15 устанавливают параллельно линии подающего трубопровода 1, а на линии подающего трубопровода 4 устанавливают запорную арматуру 17. При работе в основном режиме запорную арматуру 17 закрывают вручную, а циркуляционный насос 5 работает последовательно с водоструйным элеватором 2, создавая дополнительный напор для преодоления повышенного гидравлического сопротивления системы отопления 3.
При останове циркуляционного насоса 5, возникающем в результате выхода его из строя или в случае отключения электроэнергии, необходимо перейти в резервный режим. Для этого полностью открывают регулирующий клапан 12 и запорную арматуру 17, обратный клапан 15 на линии центробежного насоса 5 автоматически закрывается. При этом смешение и циркуляция теплоносителя осуществляются только водоструйным элеватором 2 без участия центробежного насоса 5.
Техническое преимущество заявляемого в качестве изобретения устройства заключается в том, что оно обеспечивает надежную и длительную эксплуатацию не только в основном, но и в резервном режиме, так как обеспечивает устойчивый гидравлический режим наружной тепловой сети и системы отопления здания, осуществляет постоянный расход циркуляции теплоносителя в системе отопления при проведении ремонтных работ на подающем трубопроводе теплосети и предотвращает замерзание системы отопления.
Кроме того, при отключениях центробежного насоса 5, возникающих как при выходе его из строя, так и при отключениях электроэнергии, отсутствует необходимость резервирования центробежного насоса 5, так как роль узла смешения выполняет водоструйный элеватор 2, что также обеспечивает надежность заявляемого устройства.
Кроме того, заявляемое в качестве изобретения устройство существенно снижает перерасход тепловой энергии потребителем и перерасход топлива на теплоисточнике, обеспечивает комфортные условия в помещениях отапливаемого здания за счет устранения перетопов.