Система отопления многоэтажного здания

Система отопления многоэтажного здания
Полезная модель относится к системам отопления с принудительной циркуляцией горячей воды от источника горячего водоснабжения по прямому трубопроводу к стоякам отопления и возвратом горячей воды по обратному трубопроводу.
Известны системы аналогичного назначения, содержащие один или несколько водогрейных котлов, прямой и обратный трубопроводы сетевой воды, стояки отопления, соединенные параллельно, каждый из которых включает последовательно соединенные нагревательные приборы (радиаторы), установленные на этажах здания, горячая вода из которых возвращается в водогрейный котел по обратному трубопроводу 1-3.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является система отопления многоэтажного здания 3, принятая в качестве прототипа.
Система по прототипу содержит входную и выходную задвижки, через которые прямой и обратный трубопроводы связаны с источником горячего водоснабжения, параллельно подключенные к прямому и обратному трубопроводам стояки отопления, контроллер, блок аварийной сигнализации, два расходомера, один из которых установлен в калиброванном отрезке прямого трубопровода с фланцевыми соединениями, который размещен между выходом входной задвижки и входом стояков отопления,
F24D 3/02
а другой установлен в калиброванном отрезке обратного трубопровода с фланцевыми соединениями, размещенном между выходом стояков отопления и входом выходной задвижки, выходы расходомеров соединены с соответствующими входами контроллера, а выход контроллера соединен со входом блока аварийной сигнализации.
В системе осуществляется контроль за разностью показаний расходомеров, благодаря чему обеспечивается обнаружение нарушения целостности системы отопления, выработка аварийного сигнала, по которому принимаются меры по уменьшению ущерба при протечке горячей воды внутри многоэтажного здания.
Недостатком прототипа является тот факт, что система обнаруживает протечку только внутри здания. Однако, одним из уязвимых элементов системы теплоснабжения является теплотрасса, по которой горячая вода подается от источника теплоснабжения, к отапливаемому зданию. Средний срок службы теплопроводов 15 лет. Замена ветхих трубопроводов требует существенных средств. Проводка одного километра теплотрассы в 2-х трубном исполнении оценивается в 300-600 тысяч долларов. Ограниченность средств приводит к износу сетей, а количество аварий и отключений тепла увеличивается до кризисного состояния. Положение усугубляется тем, что при наиболее распространенной в России радиальной системе теплоснабжения даже незначительный прорыв теплосети отражается на сотнях домов.
При прекращении теплоснабжения через несколько часов вода в системе отопления замерзнет, что приведет к полному разрушению системы отопления здания.
Другим недостатком системы прототипа является возможность ложного срабатывания аварийной сигнализации при обнаружении протечки из-за выработки контроллером сигнала неисправности при единичном превышении разности показаний расходомеров заданного допустимого значения.
Задачей полезной модели является обнаружение нарушения целостности подводящего трубопровода и обеспечение автоматического слива воды из системы отопления в случае прекращения теплоснабжения, а также исключение ложного срабатывания блока аварийной сигнализации при контроле протечки внутри отапливаемого здания.
Сущность полезной модели заключается в том, что в систему отопления многоэтажного здания, содержащую параллельно подключенные к прямому и обратному трубопроводам стояки отопления, входную и выходную задвижки, через которые прямой и обратный трубопроводы связаны с источником горячего водоснабжения, контроллер, два расходомера, один из которых установлен в прямом трубопроводе между входной задвижкой и входом стояков отопления, а другой - в обратном трубопроводе между выходом стояков отопления и выходной задвижкой, дополнительно введены два счетчика-частотомера, через которые выходы расходомеров подключены к соответствующим входам контроллера, последовательно соединенные задатчик времени запаздывания и таймер, а также два сливных трубопровода, подключенных к прямому и обратному трубопроводам перед стояками отопления и оборудованных электромагнитными клапанами, управляющие входы которых соединены с выходом таймера, вход запуска которого подключен ко второму выходу контроллера, при этом на первом выходе контроллера формируется короткий предупреждающий сигнал при одноразовом- выполнении условия AQ  АОдОП , где AQ - разность показаний первого и второго расходомеров, AQa0n - предельно допустимое значение утечки, и длительный аварийный сигнал при выполнения вышеуказанного условия N раз или выполнении условия AQ  3AQaon Р раз в течение одного и того же заданного интервала времени, где N  Р, а управляющий сигнал на выходе таймера для включения электромагнитных клапанов формируется при нарушении целостности подводящего трубопровода, характеризующемся резким снижением показаний обоих расходомеров до минимальных заданных значений, и по истечении промежутка времени, заданного задатчиком времени запаздывания.
Благодаря введению в систему таймера, задатчика времени запаздывания и двух сливных трубопроводов с электромагнитными клапанами система автоматически обеспечивает аварийный слив воды, который осуществляется по истечении заданного промежутка времени после обнаружения неисправности подводящего трубопровода, приводящей к прекращению циркуляции воды системе.
Кроме того, путем постоянного контроля за числом превышений предельно допустимого значения утечки исключается возможность ложного срабатывания блока аварийной сигнализации.
Сущность полезной модели поясняется схемой системы отопления здания, представленной на чертеже, где обозначены:
1- прямой трубопровод,
2- обратный трубопровод,
3- входная задвижка,
4- выходная задвижка,
5- стояки отопления,
6,7 - первый и второй расходомеры,
8, 9 - первый и второй электромагнитные клапаны,
10- контроллер,
11- задатчик времени запаздывания, 12-таймер,
13 - блок аварийной сигнализации,
14, 15 - первый и второй сливные трубопроводы.
Предлагаемая система отопления здания содержит прямой и обратный трубопроводы 1, 2, связанные с источником горячего водоснабжения через входную и выходную задвижки 3, 4 соответственно, параллельно, установленные между прямым и обратным трубопроводами стояки 5 отопления, к которым подключены нагревательные устройства (радиаторы отопления), а также первый и второй расходомеры 6, 7, установленные в калиброванных участках трубопроводов с фланцевыми соединениями. Первый расходомер 6 установлен в прямом трубопроводе 1 за входной задвижкой, а второй расходомер 7 - в обратном трубопроводе 2 перед выходной задвижкой 4.
В качестве расходомера 6 (7) может быть использован, например, магнитно-индукционный расходомер «SITRANS FM фирмы «Siemens или получивший широкое распространение отечественный электромагнитный расходомер «ВЗЛЕТ ЭР.
Принцип действия расходомера «ВЗЛЕТ ЭР основан на измерении электродвижущей силы (ЭДС) индукции в электропроводящей жидкости, движущейся в магнитном поле, создаваемым электромагнитом. ЭДС пропорциональна средней скорости потока жидкости, расстоянию между электродами и электромагнитной индукции
Измеренное значение ЭДС подается в вычислитель, где вычисляется расход Q - объем жидкости, прошедшей через сечение трубопровода за единицу времени. Расходомер имеет импульсный выход, на котором вырабатывается импульсная последовательность типа меандр с нормированным весом импульса, частота следования которой пропорциональна текущему значению расхода жидкости.
К выходам расходомеров 6, 7 подключены первый и второй счетчики-частотомеры 16, 17, определяющие значения частоты следования импульсов, а выходы счетчиков-частотомеров 16, 17 соединены с первым и вторым входами контроллера 10.
В качестве контроллера используется PC-совместимый промышленный контроллер АМД 188 ES, 40 МГц.
Первый выход контроллера 10 соединен телефонной линией связи с блоком 13 аварийной сигнализации, а второй выход - с входом запуска (первым входом) таймера 12, второй вход которого соединен с выходом задатчика 11 времени запаздывания. Выход таймера 12 соединен с управляющими входами электромагнитных клапанов 8, 9, установленных в сливных трубопроводах 14, 15.
Сливной трубопровод 14 подключен к прямому трубопроводу 1 на участке между расходомером 6 и входом стояков 5 отопления, а сливной трубопровод 15 подключен к обратному трубопроводу 2 на участке между выходом стояков 5 и расходомером 7.
Предлагаемая система работает следующим образом.
Горячая вода с выхода источника горячего водоснабжения (например, водогрейного котла) по прямому трубопроводу 1 через входную задвижку 3, предназначенную для проведения ремонтных и наладочных работ, поступает в стояки 5 отопления, к которым подключены радиаторы отопления или другие нагревательные устройства. Далее горячая вода из
стояков 5 по обратному трубопроводу 2 через выходную задвижку 4 возвращается в водогрейный котел.
Расходомеры 6 и 7, установленные в прямом и обратном трубопроводах 1, 2, измеряют средний расход воды за единицу времени. На импульсных выходах расходомеров 6, 7 вырабатывается импульсная последовательность, частота следования которой пропорциональна текущему значению расхода. Указанная последовательность импульсов поступает на входы счетчиков-частотомеров 16, 17, где определяется значение частоты, поступающее затем на первый и второй входы контроллера 10. Контроллер 10 вычисляет по значению частоты расход жидкости Qi и Q2 в прямом и обратном трубопроводах 1, 2.
В контроллере 10 реализован следующий алгоритм обработки показаний расходомеров 6, 7. Сначала в контроллере 10 анализируются значения расходов каждого расходомера и в случае, если эти значения снижаются до минимальных заданных значений, отличающихся от нуля только на величину допустимой погрешности, это означает, что нарушена целостность подводящего трубопровода или водогрейного котла и в систему отопления не поступает горячая вода. При этом на втором выходе контроллера 10 формируется сигнал, запускающий таймер 12, который начинает отсчитывать время отсутствия горячей воды.
В зависимости от типа здания и средних значений температур окружающего воздуха в данном регионе, задатчик 11 времени запаздывания подает на второй вход таймера сигнал, определяющий допустимое время, исключающее возможность замерзания воды в системе отопления. Это время составляет 4-6 часов. Если за этот промежуток времени не будут приняты меры по восстановлению трубопровода или водогрейного котла, на выходе таймера 12 появится сигнал, поступающий на управляющие входы электромагнитных клапанов 8, 9, которые срабатывают и открывают сливные трубопроводы 14, 15. Вода из системы отопления будет слита в канализацию, а система отопления сохранит свою целостность. После ремонта котла или подводящего трубопровода система отопления будет готова к заполнению горячей водой.
Если же показания Qb Q2 расходомеров 6, 7 существенно превышают нулевое значение, то контроллер 10 определяет разность этих показаний: AQ  Q - Q2 и сравнивает значения AQ с предельно допустимым значением протечки AQaonЕсли в процессе контроля расхода произойдет выполнение условия
Л 2 ЛОдоп(1),
то на первом выходе контроллера 10 вырабатывается кратковременный предупреждающий сигнал, который по телефонной линии поступает на вход блока 12 аварийной сигнализации. Этот блок установлен на пульте дежурного оператора, круглосуточно наблюдающего за состоянием системы отопления.
Затем контроллер 10 начинает подсчитывать, сколько раз в течение заданного периода наблюдения Т произошло выполнение условия (1), т.е. сколько раз был превышен допустимый уровень протечки. Если количество превышений станет больше N , где N априорно заданное значение, выбранное из опыта эксплуатации системы отопления, то контроллер 10 на своем первом выходе формирует длительный аварийный сигнал, который может быть выключен только оператором после обнаружения факта протечки. Оператор после обнаружения факта протечки принимает оперативные меры по ее устранению.
Такой же длительный сигнал контроллер 10 вырабатывает и в том случае, если в течение периода наблюдения Т неоднократно (Р раз) произойдет выполнение условия
AQ  3AQaon(2).
Число Р выбирается также из опыта эксплуатации системы отопления.
При реализации описанной системы эмпирически были выбраны следующие значения величин: N  100, Р  10, Т  30 мин.
Благодаря использованию приведенного алгоритма работы контроллера удается избежать ложных срабатываний и в то же время оперативно принимать меры по устранению протечки внутри здания.
разрыва стояков отопления и радиаторов из-за замерзания воды, не слитой вовремя из системы отопления.
Кроме того, благодаря реализации программы работы контроллера удается избежать ложного срабатывания аварийной сигнализации и одновременно обеспечить своевременное обнаружение протечек в системе отопления.
Промышленная применимость полезной модели определяется тем, что предлагаемая система отопления может быть изготовлена в соответствии с приведенным описанием и чертежом из известных комплектующих изделий и использована для отопления жилых и производственных зданий с обеспечением защиты оборудования при прекращении подачи воды и появлении протечки в системе отопления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Способ отопления помещений многоэтажных зданий и устройство, его реализующее. - Патент РФ № 2154239, МПК F24D 3/02, 19/10, публикация 10.08.2000г.
2.Система отопления и горячего водоснабжения. - Свидетельство на полезную модель РФ № 16619 МПК F24D 3/08, публикация 20.01.2001г.
3.Система отопления многоэтажного здания. Свидетельство на полезную модель РФ № 27189 МПК F24D 3/02, приоритет от 17.07.2002, публикация 10.01.2003г. бюл. 1.