Автоматизированный индивидуальный тепловой пункт с зависимым присоединением системы отопления и закрытой системой горячего водоснабжения
AUTOMATED INDIVIDUAL HEAT POINT WITH DEPENDENT CONNECTION OF HEATING SYSTEM AND CLOSED SYSTEM OF HOT WATER SUPPLY

Автоматизированный индивидуальный тепловой пункт с зависимым присоединением системы отопления и закрытой системой горячего водоснабжения относится к теплоэнергетике, к области отопления и горячего водоснабжения и предназначено для контроля и автоматического управления отпуска тепловой энергии и воды на горячее водоснабжение многоквартирных жилых домов без вмешательства обслуживающего персонала в заданный алгоритм технологического цикла. Известен автоматизированный тепловой пункт системы отопления (см. патент РФ №2232351, на изобретение з. 16.09.2002 г., оп.10.07.2004 г.), содержащий подающий трубопровод тепловой сети с установленным в нем регулятором расхода, подающий трубопровод системы отопления, соединенный с обратным трубопроводом системы отопления перемычкой, включающей последовательно соединенные насос смешения и регулятор смешения, управляющим входом соединенный с выходом регулятора отопления, входы которого соединены с датчиками температур в системе отопления и окружающей среде, а также водонагреватель системы горячего водоснабжения, включенный между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети, в качестве регулятора смешения введен трехходовой клапан, вход которого соединен с выходом насоса смешения, первый выход соединен с подающим трубопроводом системы отопления, а второй выход подключен к обратному трубопроводу тепловой сети, причем управляющий вход регулятора расхода соединен через датчик перепада давления соответственно с подающим и обратным трубопроводами системы отопления.
Известен автоматизированный тепловой пункт системы отопления (см. пат. РФ на изобретение №2300709, з. 22 апреля 2005, оп.27.10.2006), содержащий подающий трубопровод тепловой сети с установленным в нем регулятором расхода, подающий и обратный трубопроводы системы отопления, насос смешивания, регулятор отопления, входы которого соединены с датчиками температур в системе отопления и окружающей среде, водонагреватель системы горячего водоснабжения, включенный между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети, а управляющий вход регулятора расхода соединен с выходом узла управления, вход которого соединен с выходами датчиков параметров системы отопления, частотный преобразователь, а в качестве насоса смешения использован насос с возможностью изменения рабочей частоты, при этом выход регулятора отопления соединен с входом частотного преобразователя, выход которого подключен к электрическим выводам насоса смешения, при этом насос смешения включен в направлении вход-выход между обратным и прямым трубопроводами системы отопления.
Наиболее близким к заявляемому решению является автоматизированный индивидуальный тепловой пункт системы отопления (см. патент на изобретение №2607775, з.06.08.2015 МПК F24D 19/10), содержащий прямой и обратный трубопроводы тепловой сети, подающий и обратный трубопроводы системы отопления, датчики температур подающей и обратной воды системы отопления, датчики температуры наружного воздуха, датчик температуры воды на горячее водоснабжение, датчики температур прямой и обратной воды тепловой сети, датчик температуры внутреннего воздуха в помещении, датчик температуры циркуляционной воды на горячее водоснабжение, между прямым и обратным трубопроводами тепловой сети двухступенчатый водонагреватель горячего водоснабжения, подключенный по смешанной схеме, между прямым трубопроводом тепловой сети и первой ступенью водонагревателя горячего водоснабжения блок регулирования температуры воды на горячее водоснабжение, на трубопроводе циркуляционной воды горячего водоснабжения блок регулирования температуры циркуляционной воды горячего водоснабжения, на прямом трубопроводе тепловой сети блок регулирования температуры обратной воды системы отопления, между подающим и обратным трубопроводами системы отопления блок регулирования температуры подающей воды системы отопления, электронный регулятор температуры воздуха в помещении и горячего водоснабжения, входы которого соединены с датчиками температур подающей и обратной воды системы отопления, прямой и обратной воды тепловой сети, температуры воды на горячее водоснабжение и температуры циркуляционной воды горячего водоснабжения, температуры внутреннего воздуха в помещении, температуры наружного воздуха, а выходы подключены к блоку регулирования температуры обратной воды системы отопления, блоку регулирования температуры падающей воды системы отопления, блоку регулирования температуры воды на горячее водоснабжение и блоку регулирования температуры циркуляционной воды горячего водоснабжения.
Общими недостатками рассмотренных выше решений является то, что в условиях низких температурах наружного воздуха при автоматическом запуске системы отопления после аварийного ее отключения возможно попадание высокотемпературного теплоносителя в систему отопления, что может вызвать нарушение ее работы.
Условия, при которых возможна данная ситуация:
- тепловая сеть работает с температурным графиком более высоким, чем система отопления;
- низкая температура наружного воздуха, при которой температура теплоносителя выше максимально допустимой температуры подающей воды в системе отопления;
- располагаемый напор (разница давлений между прямым и обратным трубопроводами) перед системой отопления выше напора развиваемого насосом блока управления температурой подающей воды;
- выход из строя насосной группы блока регулирования температуры обратной воды системы отопления
Задача заявляемого изобретения - повышение надежности теплоснабжения потребителей тепловой энергии при автоматическом запуске системы отопления в условиях низких температур.
Поставленная задача решается за счет того, что в автоматизированном индивидуальном тепловом пункте с зависимым присоединением системы отопления и закрытой системой горячего водоснабжения, содержащем прямой и обратный трубопроводы тепловой сети, подающий и обратный трубопроводы системы отопления, датчики температур подающей и обратной воды системы отопления, датчики температуры наружного воздуха, датчик температуры воды на горячее водоснабжение, датчики температур прямой и обратной воды тепловой сети, датчики температуры внутреннего воздуха в помещении, датчик температуры циркуляционной воды на горячее водоснабжение, между прямым и обратным трубопроводами тепловой сети двухступенчатый водонагреватель горячего водоснабжения, подключенный по смешанной схеме, между прямым трубопроводом тепловой сети и первой ступенью водонагревателя горячего водоснабжения блок регулирования температуры воды на горячее водоснабжение, на трубопроводе циркуляционной воды горячего водоснабжения блок регулирования температуры циркуляционной воды горячего водоснабжения, электронный регулятор температуры воздуха в помещении и горячего водоснабжения, входы которого соединены с датчиками температур подающей и обратной воды системы отопления, прямой и обратной воды тепловой сети, температуры воды на горячее водоснабжение и температуры циркуляционной воды горячего водоснабжения, температуры внутреннего воздуха в помещении, температуры наружного воздуха, а выходы подключены к блоку регулирования температуры обратной воды системы отопления, блоку регулирования температуры подающей воды системы отопления, блоку регулирования температуры воды на горячее водоснабжение и блоку регулирования температуры циркуляционной воды горячего водоснабжения, блок регулирования температуры обратной воды системы отопления установлен между подающим и обратным трубопроводами системы отопления, а блок регулирования температуры подающей воды системы отопления на прямом трубопроводе тепловой сети.
Установка блока регулирования температуры подающей воды на прямом трубопроводе тепловой сети, а между подающим и обратным трубопроводами системы отопления - блока регулирования обратной воды системы отопления, дает возможность исключить поступление высокотемпературного теплоносителя в систему отопления здания и предотвратить ее разрушение:
при ее автоматическом запуске в условиях низкой температуры наружного воздуха. Электронный регулятор температуры внутреннего воздуха в помещении и горячего водоснабжения при поступлении сигнала с датчика температуры подающей воды о высокой ее температуре мгновенно подает управляющий сигнал на исполнительный механизм блока регулирования подающей воды. Располагаемый напор (разница давлений между прямым и обратным трубопроводами) перед системой отопления снижается ниже напора развиваемого насосом блока управления температурой обратной воды. Обратная вода смешивается с высокотемпературным теплоносителем, и температура подающей воды снижается до расчетного значения.
При остановке насоса блока регулирования температуры обратной воды системы отопления в условиях низких температур наружного воздуха. Электронный регулятор 5 по сигналу с датчика температуры 9 дает управляющий сигнал на регулирующий клапан блока регулирования температуры подающей воды 7, который полностью перекрывает подачу высокотемпературного теплоносителя в систему отопления.
На рисунке 1 представлен автоматизированный индивидуальный тепловой пункт с зависимым присоединением системы отопления и закрытой системой горячего водоснабжения (АИТП).
На рисунке 2 приведены 2 вида исполнения блока регулирования температуры обратной воды системы отопления 6.
На рисунке 3 приведены 3 вида исполнения блока регулирования температуры подающей воды системы отопления 7.
На рисунке 4 приведены 3 вида исполнения блока регулирования температуры воды на горячее водоснабжение 20.
На рисунке 5 приведены 2 вида исполнения блока регулирования температуры циркуляционной воды горячего водоснабжения 15.
Автоматизированный индивидуальный тепловой пункт с зависимым присоединением системы отопления и закрытой системой горячего водоснабжения включает:
1 - прямой трубопровод тепловой сети, 2 - обратный трубопровод тепловой сети, 3 - подающий трубопровод системы отопления, 4 - обратный трубопровод системы отопления, 5 - электронный регулятор температуры внутреннего воздуха в помещении и горячего водоснабжения, 6 - блок регулирования температуры обратной воды системы отопления, 7 - блок регулирования температуры подающей воды системы отопления, 8 - датчик температуры прямой воды тепловой сети, 9 - датчик температуры подающей воды системы отопления, 10 - датчик температуры обратной воды системы отопления, 11 - датчик температуры наружного воздуха Тнв, 12 - датчик температуры внутреннего воздуха в помещении Твн, 13 - первая ступень водоподогревателя горячего водоснабжения, 14 - вторая ступень водоподогревателя горячего водоснабжения, 15 - блок регулирования температуры циркуляционной воды горячего водоснабжения, 16 - циркуляционный трубопровод горячего водоснабжения, 17 - датчик температуры циркуляционной воды Тцв, 18 - датчик температуры обратной воды тепловой сети, 19 - датчик температуры воды на горячее водоснабжение Тгв, 20 - блок регулирования температуры воды на горячее водоснабжение, 21 - трубопровод горячего водоснабжения.
Блок регулирования температуры обратной воды системы отопления 6 может иметь 2 вида исполнения, представленные на рисунке 2.
В первом исполнении блок 6 представлен на рисунке 2а:
6.1.1. Насос с изменяемой частотой вращения.
6.1.2. Частотный преобразователь
6.1.3. Обратный клапан
6.1.4. Запорная арматура
Во втором исполнении представлено на рисунке 2b:
6.2.1. Насос
6.2.2. Регулирующий клапан
6.2.3. Обратный клапан
6.2.4. Запорная арматура
6.2.5. Электропривод
Блок регулирования температуры подающей воды системы отопления 7 может иметь 3 вида исполнения, представленные на рисунке 3. В первом исполнении блок представлен на рисунке За:
7.1.1. Насос с изменяемой частотой вращения
7.1.2. Частотный преобразователь
7.1.3. Обратный клапан
7.1.4. Запорная арматура
Во втором исполнении блок представлен на рисунке Зb:
7.2.1. Насос
7.2.2. Регулирующий клапан
7.2.3. Обратный клапан
7.2.4. Запорная арматура
7.2.5. Электропривод
Исполнение 3 представлено на рисунке Зс.
7.3.2. Регулирующий клапан
7.3.5. Электропривод
Блок регулирования температуры воды на горячее водоснабжение 20 имеет 3 вида исполнения, представленные на рисунке 4.
В первом исполнении блок представлен на рисунке 4а:
20.1.1. Насос с изменяемой частотой вращения
20.1.2. Частотный преобразователь
20.1.3. Обратный клапан
20.1.4. Запорная арматура
Во втором исполнении блок представлен на рисунке 4b:
20.2.1. Насос
20.2.2. Регулирующий клапан
20.2.3. Обратный клапан
20.2.4. Запорная арматура
В третьем исполнении блок представлен на рисунке 4с:
20.3.2. Регулирующий клапан
20.3.5. Электропривод
Блок регулирования температуры циркуляционной воды горячего водоснабжения 15 имеет 2 вида исполнения, представленные на рисунке 5.
В первом исполнении блок представлен на рисунке 5а:
15.1.1. Насос с изменяемой частотой вращения
15.1.2. Частотный преобразователь
15.1.3. Обратный клапан
15.1.4. Запорная арматура
Во втором исполнении блок представлен на рисунке 5b:
15.2.1. Насос
15.2.2. Регулирующий клапан
15.2.3. Обратный клапан
15.2.4. Запорная арматура
15.2.5. Электропривод
Принятые в описании работы изобретения виды исполнений:
- блок регулирования температуры обратной воды системы отопления - исполнение 1;
- блок регулирования температуры подающей воды системы отопления - исполнение 3;
- блок регулирования температуры воды на горячее водоснабжение - исполнение 3;
- блок регулирования температуры циркуляционной воды - исполнение 1.
Автоматизированный индивидуальный тепловой пункт с зависимым присоединением системы отопления и закрытой системой горячего водоснабжения содержит прямой трубопровод тепловой сети 1 с установленным в нем блоком регулирования температуры подающей воды системы отопления 7, обратный трубопровод тепловой сети 2, подающий 3 и обратный 4 трубопроводы системы отопления, блок регулирования температуры обратной воды 6 системы отопления, выход которого присоединен к подающему трубопроводу 3, а вход - к обратному трубопроводу системы отопления 4, двухступенчатый водоподогреватель горячего водоснабжения 13.14, включенным между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети по смешанной схеме, трубопровод горячего водоснабжения 21, циркуляционный трубопровод горячего водоснабжения 16, с установленным на нем блоком регулирования температуры циркуляционной воды горячего водоснабжения 15, блок регулирования температуры горячей воды 20, установленным между прямым трубопроводом тепловой сети 1 и первой ступенью водоподогревателя горячего водоснабжения 13, электронный регулятор температуры внутреннего воздуха в помещении и температуры горячей воды 5, входы которого соединены с датчиками температур системы отопления 9, 10, датчиками температур тепловой сети 8, 18, датчиками температуры наружного воздуха 11 и датчиками температуры внутреннего воздуха помещений 12, датчиками температур на горячее водоснабжение 19, датчиками температур циркуляционной воды 17, а управляющие выходы электронного регулятора температуры внутреннего воздуха и температуры горячей воды 5 соединены с исполнительными механизмами блоков регулирования температур подающей 7 и обратной воды 6 системы отопления, блоков регулирования температуры воды на горячее водоснабжение 20 и циркуляционной воды ГВС 15. Исполнительные механизмы для блока регулирования температуры обратной воды системы отопления 6 и циркуляционной воды ГВС 15 - частотный преобразователь соответственно 6.1.2 (рис. 2) и 15.1.2 (рис. 5), для блока регулирования температуры подающей воды системы отопления 7 воды на горячее водоснабжение 20 - электропривод регулирующего клапана, соответственно 7.3.5 (рис. 3) и 20.3.5 (рис. 4).
Автоматизированный индивидуальный тепловой пункт с зависимым присоединением системы отопления и закрытой системой горячего водоснабжения работает следующим образом.
Задаются исходные настройки электронного регулятора 5:
- устанавливается температура внутреннего воздуха в помещении;
- устанавливается температурный график, соответствующий расчетным условиям работы системы отопления;
- если расчетный температурный график неизвестен, то устанавливается предполагаемый;
- устанавливается расчетная температура климатической зоны, где расположен объект теплопотребления;
- устанавливается температура воды на горячее водоснабжение;
- устанавливается температура циркуляционной воды;
- устанавливается температура наружного воздуха, при которой отключается система отопления.
Условные обозначения в описании:
Т3граф - температура подающей воды в систему отопления по температурному графику.
Т3факт - фактическая температура подающей воды из системы отопления.
Т4граф - температура обратной воды из системы отопления по температурному графику.
Т4факт - фактическая температура обратной воды из системы отопления.
Поддержание заданной температуры внутреннего воздуха в помещении.
Электронный регулятор температуры внутреннего воздуха помещений 5 включается в работу. Сигнал с датчика температуры подающей воды 9 и температуры наружного воздуха 11 поступает в электронный регулятор 5 и при помощи измерительных элементов регулятора проверяется температура Т3факт ее соответствию температурному графику Т3граф при фактической температуре наружного воздуха. При температуре Т3факт выше Т3граф управляющий сигнал поступает на электропривод регулирующего клапана блока регулирования температуры подающей воды 7. Расход теплоносителя из тепловой сети сокращается, пока температура Т3факт не понизится до Т3граф.
После прогрева нагревательных приборов системы отопления и при температуре Т4факт выше Т4граф, сигнал с датчика температуры обратной воды 10 системы отопления регулятор 5 сравнивает с температурным графиком и управляющий сигнал от регулятора 5 поступает на частотный преобразователь насоса блока регулирования температуры обратной воды 6. Расход подмешивающей воды из обратного трубопровода 4 в подающий трубопровод 3 уменьшается и температура обратной воды Т4факт снижается до Т4граф. После прогрева отапливаемого здания регулятор 5 сравнивает сигнал от датчика 12 фактическую температуру внутреннего воздуха Твн на ее соответствие заданной температуре воздуха в регуляторе 5. При температуре воздуха Твн выше нормы регулятор переходит на пониженный температурный график. Алгоритм будет повторяться, пока фактическая температура Твн не будет соответствовать заданному значению.
При понижении температуры наружного воздуха в эксплуатационном режиме алгоритм работы автоматизированного индивидуального теплового пункта с зависимым присоединением системы отопления и закрытой системой горячего водоснабжения будет следующий:
регулятор 5 сравнивает сигналы с датчиков температуры наружного воздуха 11 и температуры подающей воды системы отопления 9 и посылает управляющий сигнал на исполнительный механизм блока регулирования температуры подающей воды 7. Расход теплоносителя из тепловой сети возрастает до увеличения Т3факт, равной Т3граф. После прохождения тепловой волны в системе отопления регулятор 5 по поступающим сигналам от датчиков температуры обратной воды 10 и температуры наружного воздуха 11 и при температуре обратной воды Т4факт больше Т4граф дает управляющий сигнал на исполнительный механизм блока регулирования температуры обратной воды 6, который уменьшает расход подмешивающей воды с обратного трубопровода в подающий до уменьшения Т4факт равной Т4граф. После установления стационарного теплового режима внутренних помещений по сигналам от датчиков температуры внутреннего воздуха помещений 12 и заданной температуры воздуха в помещении регулятор сравнивает сигналы и при необходимости переходит на другой температурный график.
Таким образом, процесс автоматического поддержания внутренней температуры воздуха в помещении согласно заданному значению происходит следующим образом:
- за счет изменения расхода теплоносителя из тепловой сети доводят температуру подающей воды в систему отопления до ее соответствия температурному графику;
- регулирование температуры обратной воды системы отопления изменением расхода подмешивающей воды из обратного трубопровода в подающий трубопровод;
- соответствие температуры подающей системы отопления и обратной воды системы отопления их значениям по температурному графику является критерием соответствия расхода воды его расчетным значениям;
- при несоответствии температуры воздуха внутри помещений принятым значениям при расчетном расходе воды происходит переход работы системы отопления на другой температурный график.
Исполнение 1, 2 блока регулирования температуры подающей воды системы отопления и блока регулирования температуры воды на горячее водоснабжение применяется при недостаточном располагаемом напоре или его отсутствия в тепловой сети в точке подключения автоматизированного индивидуального теплового пункта с зависимым присоединением системы отопления и закрытой системой горячего водоснабжения.
Повышение надежности заявляемого изобретения.
Для исключения попадания высокотемпературного теплоносителя в систему отопления при отключении электрической энергии регулирующий при низкой температуре наружного воздуха электропривод регулирующего клапан в блоке регулирования температуры обратной воды системы отопления должнен иметь резервное питание или применяться в исполнении «нормально закрыт».
В изобретении применена схема исключающая попадание высокотемпературного теплоносителя в систему отопления при располагаемых напорах в тепловой сети выше напора развиваемого насосом блока регулирования температуры обратной воды, а также его выхода из строя в условиях низких температур наружного воздуха.
Уменьшение оплаты за тепловую энергию согласно «Правил пользования тепловой энергией» пункт 9.3.4.
При температуре обратной воды тепловой сети ниже значений по температурному графику электронный регулятор 6 фиксирует отклонение значений температур и совместно с приборами учета подсчитывается количество тепловой энергии для уменьшения оплаты за тепловую энергию.
Поддержание температуры горячей воды у водоразборного крана.
Сигнал от датчика температуры воды на горячее водоснабжение 19 поступает в электронный регулятор температуры внутреннего воздуха в помещении и горячего водоснабжения 5, где при помощи измерительных устройств сравнивается с заданной температурой горячей воды после подогревателя 13. При несоответствии с фактической температурой горячей воды электронный регулятор 5 посылает управляющий сигнал на исполнительный механизм блока регулирования температуры воды на горячее водоснабжение 20, который изменяя расход теплоносителя из прямого трубопровода тепловой сети 1 в подогреватель 13 приводит температуру горячей воды в соответствии заданной.
Сигнал от датчика температуры циркуляционной воды 17 поступает в электронный регулятор температуры внутреннего воздуха в помещении и горячего водоснабжения 5, где при помощи измерительных устройств сравнивается с заданной температурой циркуляционной воды. При несоответствии с фактической температурой циркуляционной воды электронный регулятор 5 посылает управляющий сигнал на исполнительный механизм блока регулирования температуры циркуляционной воды горячего водоснабжения 15, который, изменяя расход воды в циркуляционном трубопроводе, приводит температуру циркуляционной воды в соответствии заданной. При этом температура горячей воды у водоразборного крана будет соответствовать температуре в интервале от заданных температур циркуляционной воды и воды на горячее водоснабжение.
Определение загрязнения водоподогревателя воды или о его недостаточной мощности.
Поступащий сигнал с датчика температуры обратной воды тепловой сети 18 поступает в элекронный регулятор 6, где сравнивается его соответствие с расчетным температурным графиком. При температуре обратной воды тепловой сети выше значений по температурному графику электронный регулятор 6 аккумулирует информацию и передает диспетчеру о загрязнении водоподогревателя воды на горячее водоснабжение.
Таким образом, автоматизированный индивидуальный тепловой пункт с зависимым присоединением системы отопления и закрытой системой горячего водоснабжения автоматически позволит настроить:
- заданную температуру внутреннего воздуха помещений;
- заданную температуру воды на горячее водоснабжение у водоразборного крана;
- фактический температурный график системы отопления;
- необходимый расход воды в системе отопления;
- требуемый расход теплоносителя из тепловой сети.
Результатом внедрения заявляемого изобретения является:
- снижение расхода электрической и тепловой энергии;
- снижение затрат по эксплуатации теплового пункта;
- снижение затрат по наладке гидравлического режима тепловых сетей;
Заявляемое изобретение направлено:
- на повышение надежности системы отопления,
- на автоматическое поддержание внутренней температуры воздуха в помещении и заданной температуры горячей воды у водоразборного крана согласно заданным значениям при минимальном расходе тепловой энергии в любой момент реального времени.