УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИИ

Полезная модель относится к области автоматического регулирования и управления, в частности к устройствам для регулирования температуры воздуха в помещениях, отапливаемых от систем открытого теплоснабжения.
2
Известно устройство для регулирования температуры воздуха в помещении (см. авторское свидетельство СССР №1193378, МКл, F24D /00, 1985. Бюл. №43), отапливаемом от системы открытого теплоснабжения, и содержащего контур общей и повторной циркуляции с прямой и обратной магистралями, каждый из которых снабжен циркуляционным насосом с приводом и регулятором скорости вращения, связанными соответственно у насоса контура повторной циркуляции с выходом регулятора давления, а у насоса контура общей циркуляции с выходом регулятора температуры воздуха.
Недостатком являются непроизводительные расходы энергии при снижении температуры воздуха в помещении на перемещение значительного количества энергоемкого горячего теплоносителя в контуре общей циркуляции для восстановления заданной температуры воздуха в отапливаемом помещении.
Известно устройство для регулирования температуры воздуха в помещении (см. патент РФ №2.263.848. МПК F24D 3/02, Опубл. 10.11.2005, Бюл. №31), отапливаемом от системы открытого теплоснабжения, содержащее контуры общей и повторной циркуляции с прямой и обратной магистралями, каждый из которых снабжен циркуляционным насосом с приводом и регулятором скорости вращения, связанными соответственно у насоса контура повторной циркуляции с выходом регулятора давления, а у насоса общей циркуляции с выходом регулятора температуры воздуха, который дополнительно содержит датчик температуры на обратной магистрали на выходе из системы отопления, при этом на выходе циркуляционного насоса прямой магистрали контура общей циркуляции расположен счетчик тепла, а на выходе циркуляционного насоса контура повторной циркуляции размещен счетчик расхода теплоносителя.
Недостатком является перерасход теплоносителя, особенно при резком повышении температуры наружного воздуха, например в суточном периоде отопления, когда снижается надежность автоматизации процесса подачи энергоемкого теплоносителя в контуре общей циркуляции, т.е. наблюдается перегрев отапливаемого помещения, что обусловлено отсутствием контроля за соотношением между температурой наружного воздуха и температурой внутри помещения для последующего регулирования подачи теплоносителя, а так же значительной инерционностью механического регулятора скорости приводов циркуляционных насосов, и электрической аппаратуры регулятора температуры и регулятора давления.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение энергоемкости теплоснабжения при поддержании заданной температуры в отапливаемом помещении в условиях изменяющейся температуры наружного воздуха как в течение суток, так и в более продолжительные промежутки времени путем соединения регулятора температуры воздуха с датчиком температуры выполненного в виде дифференциальной термопары, чувствительные элементы, которой расположены, соответственно, внутри и снаружи помещения отапливаемого от системы центрального теплоснабжения и выполнения регулятора скорости в виде блока порошковых электромагнитных муфт, а также выполнения регулятора температуры и регулятора перепада давления как системы электронных блоков.
Технический результат по снижению энергоемкости теплоснабжения в системе поддержания температуры в помещении при изменяющейся температуре наружного воздуха достигается тем, что устройство для регулирования температуры в помещении, отапливаемом от системы открытого теплоснабжения, содержащее контуры общей и повторной циркуляции с прямой и обратной магистралями, каждый из которых снабжен циркуляционным насосом с приводом и регулятором скорости вращения, связанными соответственно у насоса контура повторной циркуляции с выходом регулятора давления, а у насоса общей циркуляции с выходом регулятора температуры воздуха, который дополнительно содержит датчик температуры на обратной магистрали на выходе из системы отопления, при этом на выходе циркуляционного насоса прямой магистрали контура общей циркуляции расположен счетчик тепла, а на выходе циркуляционного насоса контура повторной циркуляции размещен счетчик расхода теплоносителя, причем регулятор температуры воздуха соединен с датчиком температуры в виде дифференциальной термопары, чувствительные элементы, которой расположены, соответственно, внутри и снаружи помещения отапливаемого от системы открытого теплоснабжения, а регуляторы скорости вращения выполнены каждый в виде блока порошковых электромагнитных муфт, регулятор температуры и регулятор давления содержат, соответственно, блок сравнения и блок задания, при этом блок сравнения соединен с выходом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, причем выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на выходе подключен к регулятору скорости в виде блока порошковых электромагнитных муфт.
На фиг.1 Представлена принципиальная схема предлагаемого устройства для регулирования температуры воздуха в помещении.
Устройство содержит систему 1 отопления помещения 2, соединенную прямой и обратной магистралями 3 и 4 с источником 5 горячего теплоносителя, образуя контур общей циркуляции, снабженный циркуляционным насосом 6. Контур местной циркуляции образован системой 1 отопления помещения 2 и трубопроводом 7 повторной циркуляции, соединяющим магистрали 3 и 4 вблизи места подключения их к системе 1 отопления. Контур повторной циркуляции снабжен циркуляционным насосом 8, установленным на трубопроводе 7 повторной циркуляции. Приводы 9 и 10 циркуляционных насосов 6 и 8 снабжены регуляторами 11 и 12 скорости вращения. Датчик температуры 13 в виде дифференциальной термопары, чувствительные элементы которой расположены, соответственно, внутри и снаружи помещения 2, отапливаемого от системы открытого теплоснабжения соединен с регулятором 14 температуры воздуха, а в системе 1 отопления - датчик 15 температуры обратного теплоносителя, соединенный также с регулятором 14 температуры воздуха и датчик 16 перепада давления, подключенный к регулятору 17 перепада давления.
На выходе циркуляционного насоса 6 прямой магистрали 3 контура общей циркуляции размещен счетчик 18 тепла, а на выходе циркуляционного насоса 8 контура повторной циркуляции размещен счетчик 19 расхода теплоносителя. Регулятор 14 температуры содержит блок сравнения 20 и блок задания 21, при этом блок сравнения 20 соединен со входом электронного усилителя 22, оборудованного блоком 23 нелинейной обратной связи, причем выход электронного усилителя 22 соединен со входом магнитного усилителя 24 с выпрямителем на выходе, подключенным к регулятору скорости вращения 11 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Регулятор 17 перепада давления содержит блок сравнения 25 и блок задания 26, при этом блок сравнения 25 соединен с выходом электронного усилителя 27, оборудованного блоком 28 нелинейной обратной связи, причем выход электронного усилителя 27 соединен со входом магнитного усилителя 29 с выпрямителем на выходе, подключенным к регулятору скорости вращения 12 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.
Устройство для регулирования температуры воздуха в помещении работает следующим образом.
При повышении разности температуры между температурой воздуха снаружи помещения 2 отапливаемого от системы открытого теплоснабжения и внутри его (например, для г.Курска снаружи температура минус 10°С, а внутри в соответствии со СНиП «Строительная климатология» и вида помещения 20°С достигает значения Δt=20-(-10)=30°С) фиксированной соответствующими чувствительными элементами датчика температуры 13 выполненного в виде дифференциальной термопары (например стр. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М. Энергия. 1975. - 704 с.) по сравнению с нормированной (для г.Курска снаружи средняя температура в течении отопительного периода минус 8,6°С см. СНиП «Строительная климатология» для отапливаемого помещения соответствующего вида 20°С, т.е. регламентирующей Δt=20-(-8,6)=28,6°C) сигнал от выполненного в виде дифференциальной термопары датчика температуры 13, поступающий в регулятор 14.
Температура становится меньше, чем сигнал от блока задания 21 и на выходе блока сравнения 20 появляется сигнал положительной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 22 одновременно с сигналом отрицательной нелинейной обратной связи блока 23. За счет этого в электронном усилителе 22 компенсируется нелинейность характеристики привода 9 циркуляционного насоса 6. Сигнал с выхода электронного усилителя 22 поступает на вход магнитного усилителя 24, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 11 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.
Положительная полярность сигнала электронного усилителя 22 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 24. В редукторе увеличивается момент от привода 9 циркуляционного насоса 6, увеличивая подачу горячего теплоносителя.
Увеличение расхода высокостоимостного горячего теплоносителя через счетчик тепла 18 приводит к повышению температуры потока в обратной магистрали 4 контура повторной циркуляции, в силу наличия переходных процессов в устройстве, что регистрируется датчиком температуры 15 обратного теплоносителя. Сигнал от датчика температуры 15 обратного теплоносителя становится большим, чем сигнал блока задания 21 и на выходе блока сравнения 20 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 22 одновременно с сигналом отрицательной нелинейной обратной связи блока 23. За счет этого в электронном усилителе 22 компенсируется нелинейность характеристики привода 9 циркуляционного насоса 6. Сигнал с выхода электронного усилителя 22 поступает на вход магнитного усилителя 24, где усиливается, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 11 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 22 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 24. В результате уменьшается момент от привода 9 циркуляционного насоса 6, тем самым уменьшается подача горячего теплоносителя.
При возвращении в оптимальный режим, путем уменьшения расхода горячего теплоносителя через циркуляционный насос 6, наблюдается колебание давления в прямой магистрали 3 контура общей циркуляции и соответственно уменьшается перепад давления в системе 1 отопления. В результате сигнал от датчика 16 перепада давления, становится меньшим, чем сигнал блока задания 26 регулятора 17 перепада давления и на выходе блока сравнения 25 появляется сигнал положительной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 27 одновременно с сигналом нелинейной обратной связи блока 28. За счет этого в электронном усилителе 27 компенсируется нелинейность характеристики привода 10 циркуляционного насоса 8. Сигнал с выхода электронного усилителя 27 поступает на вход магнитного усилителя 29. где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 12 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Положительная полярность сигнала электронного усилителя 27 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 29. В результате увеличивается момент от привода 10 циркуляционного насоса 8, увеличивая подачу теплоносителя обратной магистрали 4 по трубопроводу 7, тем самым достигается увеличение подачи циркуляционного насоса 8 контура повторной циркуляции до тех пор, пока перепад давления в системе 1 отопления не станет равен заданному.
Увеличение количества обратного теплоносителя, с недоиспользованным энергетическим потенциалом, перемещающегося через счетчик 19 расхода теплоносителя приводит к увеличению давления в прямой магистрали 3, так как для повышения и дальнейшего поддержания заданной температуры воздуха в помещении 2 требуется большее суммарное количество поступающего к нему теплоносителя из-за снижения расхода высокостоимостного горячего теплоносителя от источника 5.
Следовательно, поддержание заданной температуры воздуха в помещении 2 системой 1 отопления посредством регулятора 14 температуры воздуха и регулятора 17 перепада давления, имеющих электронную базовую основу в виде блоков, осуществляется в автоматизированном режиме контроля температуры и давления с работой циркуляционных насосов 6 и 8 при поддержании оптимальной подачи высокостоимостного горячего теплоносителя от источника 5, регистрируемого счетчиком 18 тепла и расхода обратного теплоносителя, с недоиспользованным энергетическим потенциалом, через счетчик 19 расхода теплоносителя. При этом, необходимым условием оптимизации перемещения теплоносителя в контуре общей циркуляции и контуре повторной циркуляции является соотношение расхода тепла, регистрируемого счетчиком 18, и затрат энергии на привод соответствующих насосов.
При уменьшении разности температур между температурой снаружи помещения 2 отапливаемого от системы открытого теплоснабжения и внутри его (например, минус 2°С, тогда разность Δt=20-(-2)=22°С), сигнал от датчика температуры 13 поступающий в регулятор 14 температуры становится большим чем сигнал от блока задания 21 и на выходе блока сравнения 20 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 22 одновременно с сигналом отрицательной не линейной обратной связи блока 23. Сигнал выхода электронного усилителя 22 поступает на вход магнитного усилителя 24, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 11 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 22 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 24. В редукторе уменьшается момент от привода 9 циркуляционного насоса 6, уменьшая подачу горячего теплоносителя.
Уменьшение расхода высокостоимостного горячего теплоносителя через счетчик тепла 18 приводит к понижению температуры потока в обратной магистрали и контура повторной циркуляции, в силу наличия переходных процессов в устройстве, что так же регистрируется датчиком температуры 15 обратного теплоносителя. При уменьшении расхода высокостоимостного горячего теплоносителя через циркуляционный насос 6, наблюдается увеличение перехода давления в систему 1 отопления помещения 2.
В результате сигнал от датчика 16 перепада давления, становится большим, чем сигнал блока задания 26 регулятора 17 перепада давления и на выходе блока сравнения 25 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 27 одновременно с сигналом нелинейной обратной связи блока 28. Сигнал с выхода электронного усилителя 27 поступает на вход магнитного усилителя 29. где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 12 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 27 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 29. В результате уменьшается момент от привода 10 циркуляционного насоса 8, уменьшая подачу теплоносителя обратной магистрали 4 по трубопроводу 7, тем самым достигается уменьшение подачи циркуляционного насоса 8 повторной циркуляции до тех пор, пока перепад давления в системе 1 отопления не станет равным заданному, соответствующему условиям поддержания заданной температуры в отапливаемом помещении 2, благодаря предложенной автоматизированного контроля температуры и давления позволяет снижать затраты на транспортировку, как высокостоимостного горячего теплоносителя, так и теплоносителя в контуре повторной циркуляции.
Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что датчик температуры воздуха внутри помещения, отапливаемого от системы открытого теплоснабжения выполнен в виде дифференциальной термопары, регистрирующей разность значений температуры воздуха как внутри, так и с наружи. Это позволяет автоматизировать процесс контроля высокостоимостного горячего теплоносителя с регулированием теплоносителя в повторной циркуляции. А выполнение регулятора скорости вращения для циркуляционного насоса горячего теплоснабжения и для циркуляционного насоса контура повторной циркуляции в виде блока порошковых электромагнитных муфт и выполнение в виде электронных блоков и магнитных усилителей регулятора температуры и регулятора давления в конечном итоге обеспечивает не только экономичность, но и надежность теплоснабжения отапливаемого помещения даже в течении суточных колебаний температуры наружного воздуха.