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, создают байпасный канал подачи теплоносителя в систему отопления здания, производят настройку байпасного канала на заданную постоянную составляющую расхода теплоносителя в системе отопления здания, не превышающую величину максимального расхода теплоносителя в системе отопления здания при открытом основном канале и закрытом байпасном канале, и осуществляют непрерывную циркуляцию теплоносителя в системе отопления здания, 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
,
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
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.
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 связан с входом источника тепла 1. Второй выход блока измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали 4 через блок управления 5 соединен со вторым входом теплорегулятора 2. Выход блока измерения температуры наружного воздуха 6 подключен ко второму входу блока управления 5.
Теплорегулятор 2 содержит нормально-открытый электромагнитный клапан 7 и предохранительный клапан 8. Вход предохранительного клапана 8 соединен с первым входом нормально-открытого электромагнитного клапана 7, а выход предохранительного клапана 8 связан с выходом нормально-открытого электромагнитного клапана 7.
Выходом теплорегулятора 2 служат объединенные выходы нормально-открытого электромагнитного клапана 7 и предохранительного клапана 8, первым входом теплорегулятора 2 являются объединенные первый вход нормально-открытого электромагнитного клапана 7 и вход предохранительного клапана 8, а вторым входом теплорегулятора 2 служит второй вход нормально-открытого электромагнитного клапана 7.
Способ осуществляется следующим образом.
В исходном состоянии теплоноситель от источника тепла 1 через последовательно соединенные теплорегулятор 2, систему отопления здания 3 и блок измерения температуры теплоносителя в обратной магистрали 4 возвращается в источник тепла 1.
Предохранительный клапан 8 теплорегулятора 2 помимо своей основной функцией устранения гидравлических ударов при закрытии нормально-открытого электромагнитного клапана 7 используется также для обеспечения байпасного канала подачи теплоносителя в систему отопления здания 3. При этом заранее производится настройка предохранительного клапана 8 (например, изменением степени сжатия пружины, прижимающей золотник предохранительного клапана 8 к его седлу) на заданную постоянную составляющую расхода теплоносителя в системе отопления здания 3, не превышающую величину максимального расхода теплоносителя в системе отопления здания 3 при закрытом предохранительном клапане 8 и открытом нормально-открытом электромагнитном клапане 7 теплорегулятора 2.
В результате в системе отопления здания 3 циркуляция теплоносителя не прерывается никогда, а расход теплоносителя изменяется от минимального значения при закрытом нормально-открытом электромагнитном клапане 7 до максимального значения при открытом нормально-открытом электромагнитном клапане 7.
н
о
Блок управления 5 управляет работой теплорегулятора 2 на основе информации о температуре наружного воздуха Т и температуры теплоносителя Т в обратной магистрали 4.
р
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 7 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 Т=φ(Т).
о
о
р
иmin
иmin
и
р
Кроме того, в блок управления 5 вводится динамический параметр, определяющий быстродействие устройства: шаг ΔТ 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.
р
о
оз
оз
н
оз
о
иi
p
и
i
и
иi
р
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
р
По коэффициенту кратности коррекции k выполняется уточнение длительности t импульса теплоносителя в i-м периоде регулирования τрасхода теплоносителя в соответствии с выражением:
о
оз
о
о
i
что обеспечивает ускоренную компенсацию больших ошибок регулирования температуры Т теплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3, поскольку при (Т-Т)/ΔТ≥2 коэффициент кратности коррекции k≥2.
иi
р
По окончании импульса теплоносителя длительностью t в i-м периоде регулирования τ расхода теплоносителя блок управления 5 закрывает нормально-открытый электромагнитный клапан 7 теплорегулятора 2.
пi
p
иi
р
р
Сохранение принудительной циркуляции теплоносителя в системе отопления здания 3 в течение отрезка времени паузы t=τ-t способствует выравниванию температуры теплоносителя в обратных трубопроводах системы отопления здания, поскольку при отсутствии циркуляции теплоносителя остывание теплоносителя в обратных трубопроводах системы отопления здания происходит неравномерно и реальная температура теплоносителя в обратной магистрали после открытия нормально-открытого электромагнитного клапана 7 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. В итоге повышается точность управления теплопотреблением здания.
о
Необходимая точность регулирования температуры Ттеплоносителя 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 Ттеплоносителя в обратной магистрали системы отопления здания 3.
о
В результате осуществляется стабилизация температуры Ттеплоносителя 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 7 теплорегулятора 2 с максимальным расходом теплоносителя.
Таким образом, учитывая низкую энергоемкость электромагнитного клапана и блока управления, 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.