Система регулирования параметров теплоносителя на источнике теплоснабжения в зависимости от внутренней температуры воздуха у потребителей
HEAT CARRIER PARAMETERS REGULATION SYSTEM ON THE HEAT SUPPLY SOURCE DEPENDING ON THE INTERNAL AIR TEMPERATURE AT CONSUMERS

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для теплоснабжения жилых и производственных зданий.
Из уровня техники известны источники теплоснабжения (котельные, тепловые электростанции), работающие в зависимости от температуры наружного воздуха по температурному графику.
Недостатком таких систем теплоснабжений является отсутствие возможности точно поддерживать требуемую температуру в помещениях у потребителей, полностью исключая «перетопы».
Из уровня техники известна система теплоснабжения и/или горячего водоснабжения комплексного потребителя (RU 2364798 С2, опубл. 20.08.2009) включающая локальных потребителей в виде отдельных зданий или сооружений, распределительную сеть трубопроводов, сообщенных по теплоносителю с источником теплоснабжения, к примеру котельной, тепловой электростанцией, тепловой электроцентралью, бойлерной, запорно-регулирующую арматуру, насосное оборудование, датчики температуры и шкаф автоматического управления пуском электродвигателя.
Недостатком данной системы теплоснабжения является отсутствие возможности регулирования частоты вращения электродвигателя насоса вследствие изменения давления на потребителях при поддержании заданной температуры внутри здания.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение возможности поддерживать заданную температуру воздуха внутри здания у потребителя тепловой энергии за счет оптимального использования котельного оборудования.
Техническим результатом заявленного изобретения является снижение потребления топливно-энергетических ресурсов, как электроэнергии, так и котельно-печного топлива, повышение КПД котельного оборудования и надежности системы теплоснабжения.
Поставленная задача достигается тем, что предлагаемая система регулирования параметров теплоносителя на источнике теплоснабжения в зависимости от температуры воздуха у потребителя включает в себя: потребителя тепловой энергии, источник тепловой энергии и тепловую сеть трубопроводов, сообщенных по теплоносителю с потребителем тепловой энергии и источником тепловой энергии, при этом тепловая сеть трубопроводов включает в себя котловой контур и контур тепловой сети, содержащий прямой и обратный трубопроводы, потребитель тепловой энергии содержит шкаф управления тепловым пунктом, датчики температуры, насос, трехходовой смесительный клапан с электроприводом и по меньшей мере один теплоприемник, а источник тепловой энергии содержит шкаф управления котельной, датчики давления, насосы контура тепловой сети с частотно-регулируемыми приводами, трехходовые смесительные клапаны с электроприводами, гидравлический разделитель, насос котлового контура, горелку и водогрейный котел.
Развитием и уточнением предлагаемого изобретения являются следующие признаки:
- датчики давления установлены на прямом и обратном трубопроводах.
- потребителем тепловой энергии является здание, или сооружение, или промышленное предприятие.
Заявленное изобретение поясняется чертежом, где на фиг. представлена принципиальная схема системы регулирования параметров теплоносителя на источнике теплоснабжения в зависимости от внутренней температуры воздуха.
На чертеже приняты следующие обозначения:
1 - потребитель тепловой энергии;
2 - датчик температуры;
3 - теплоприемник;
4 - шкаф управления тепловым пунктом;
5 - трехходовой смесительный клапан;
6 - насос;
7 - источник тепловой энергии;
8 - датчики давления;
9 - частотно-регулируемый привод;
10 - гидравлический разделитель;
11 - шкаф управления котельной;
12 - горелка;
13 - водогрейный котел;
14 - прямой трубопровод;
15 - обратный трубопровод.
Система регулирования параметров теплоносителя на источнике теплоснабжения включает в себя:
- потребителя тепловой энергии 1, содержащий датчики температуры 2, насос 6, обеспечивающий постоянный расход теплоносителя в системе отопления, шкаф управления тепловым пунктом 4, трехходовой смесительный клапан 5 с электроприводом ля обеспечения подмеса теплоносителя из обратной линии 15 и теплоприемники 3;
- источник тепловой энергии 7, содержащий датчики давления 8 на прямой 14 и обратной линии 15 тепловой сети, насосы 6 контура тепловой сети с частотно-регулируемыми приводами 9, трехходовой смесительный клапан 5 с электроприводом для поддержания заданного температурного режима тепловой сети, гидравлический разделитель 10 для организации двух контуров теплоносителя - котлового контура и контура тепловой сети, насос 6 котлового контура для поддержания постоянного расхода теплоносителя, трехходовой смесительный клапан 5 с электроприводом для поддержания заданного температурного графика котла, шкаф управления котельной 11, горелка 12, водогрейный котел 13;
- тепловая сеть трубопроводов, сообщенных по теплоносителю с потребителем тепловой энергии 1 и источником тепловой энергии 7, включающая котловой контур и контур тепловой сети, который, в свою очередь, включает прямой 14 и обратный 15 трубопроводы.
Потребителями тепловой энергии 1 могут быть здания, сооружения и промышленные предприятия. При этом датчики температуры 2 установлены в различных местах внутри здания (сооружения, промышленного предприятия).
Источником тепловой энергии 7 может быть сооружение, в котором осуществляется нагрев теплоносителя (рабочей жидкости, как правило воды) для системы отопления, например, котельная или блочно-модульная котельная.
Теплоприемником 3 может быть устройство, предназначенное для приема, поглощения тепла, к примеру, радиатор отопления.
Регулирование параметров теплоносителя в зависимости от температуры воздуха потребителей тепловой энергии в случае увеличения температуры осуществляется следующим образом.
Контроль температуры у потребителя тепловой энергии 1 ведется по трем точкам посредством датчиков температуры 2, совмещенных с датчиками влажности (на фиг. не показаны), установленных в различных местах зданий, определяемых инструментальными замерами при предпроектном обследовании.
Возможен режим дежурного отопления для снижения температуры в зданиях в выходные и праздничные дни, ночное время суток при отсутствии необходимости нахождения персонала в это время.
При увеличении температуры у потребителя тепловой энергии 1 выше заданного значения, срабатывает датчик температуры 2, который подает сигнал на шкаф управления тепловым пунктом 4, при этом обеспечивается подмес теплоносителя из обратного трубопровода 15 посредством трехходового смесительного клапана 5 с электроприводом, который связан со шкафом управления тепловым пунктом 4, за счет уменьшения расхода теплоносителя по прямому трубопроводу 14.
Одновременно с этим, за счет насоса 6 производится пропорциональный отбор теплоносителя из обратного трубопровода 15 и подмешивание его в прямой трубопровод 14, что при сохранении гидравлики системы отопления (неизменный расход теплоносителя в системе отопления) приводит к требуемому уменьшению температуры теплоносителя, поступающего к теплоприемникам 3 (в радиаторы отопления).
Соответственно, увеличивается давление на прямом трубопроводе 14 при входе к потребителю тепловой энергии 1 и, как следствие, увеличивается перепад давления в контуре тепловой сети на выходе из источника тепловой энергии 7.
Система контроля перепада давления источника тепловой энергии представляет собой блок сравнения (на чертеже не показан) взаимосвязанных датчиков давления 8, соединенный со шкафом управления котельной 11 и позволяющий контролировать заданный перепад давления между прямым 14 и обратным 15 трубопроводом в тепловой сети на выходе из источника тепловой энергии 7.
Сигнал от блока сравнения взаимосвязанных датчиков давления 8 подается на шкаф управления котельной 11, который, в свою очередь, управляет частотно-регулируемыми приводами 9 насосов 6 контура тепловой сети источника тепловой энергии 7, при этом происходит снижение частоты вращения электродвигателя насосов 6 контура тепловой и, как следствие, уменьшается расход теплоносителя.
Для поддержания температурного графика тепловой сети предусмотрен трехходовой смесительный клапан 5 с электроприводом, который связан со шкафом управления котельной 11.
Таким образом, в сетевом контуре реализовано не просто качественное, а качественно-количественное регулирование.
Для исключения влияния напора, создаваемого насосом 6 котлового контура, на устройства контура тепловой сети был предусмотрен гидравлический разделитель 10, который в свою очередь разделяет котельную на два контура: котловой контур и контур тепловой сети. Насосы 6 каждого контура в данной схеме работают независимо и не влияют друг на друга.
В котловом контуре для обеспечения бесперебойной работы водогрейного котла 13 и поддержания постоянного расхода теплоносителя установлен насос 6, т.е. расход теплоносителя в котловом контуре точно соответствует мощности работающих в данный момент котлов. Для обеспечения необходимой минимальной температуры воды в обратных линиях котлов и исключения образования конденсата, а также для поддержания заданного температурного графика котла в схеме установлен трехходовой смесительный клапан 5 с электроприводом, который связан со шкафом управления котельной 11 перед насосом 6 в котловом контуре.
Таким образом достигается наивысший КПД котла.
При увеличении температуры воздуха у потребителя тепловой энергии 1, уменьшается расход теплоносителя и, как следствие, теплосъем с котлового контура, что влечет за собой понижение мощности горелки 12 водогрейного котла 13 и соответственно уменьшение расхода топлива.
Обратная ситуация происходит при уменьшении температуры в помещении ниже заданного значения, при этом срабатывает датчик температуры 2, который подает сигнал на шкаф управления тепловым пунктом 4, после чего посредством электропривода трехходовой смесительный клапан 5 с электроприводом открывается, при этом подмес теплоносителя из обратного трубопровода 15 уменьшается, соответственно температура на прямом трубопроводе 14 увеличивается и соответственно температура в помещении начинает расти. Уменьшается давление на прямом трубопроводе 14 при вводе потребителю тепловой энергии 1 и, как следствие, уменьшается перепад давления в тепловой сети на выходе из источника тепловой энергии 7.
Сигнал от блока сравнения взаимосвязанных датчиков давления 8 подается на шкаф управления котельной 11, который в свою очередь управляет частотно-регулируемым приводом 9 насосов 6 контура тепловой сети, увеличивает частоту вращения электродвигателя насоса 6 котлового контура и, как следствие, увеличивает расход теплоносителя. Теплосъем с котлового контура увеличивается, вследствие этого увеличивается мощность горелки 12 водогрейного котла 13 для поддержания параметров котлового контура.
Преимущества данной системы регулирования параметров теплоносителя на источнике теплоснабжения заключаются в отсутствии «перетопов» и «недотопов» у потребителей тепловой энергии при работе котельной с максимальным КПД за счет:
- поддержания точной температуры воздуха у потребителей тепловой энергии;
- возможности автоматического снижения температуры воздуха в ночное время суток, выходные и праздничные дни;
- постоянного расхода теплоносителя в системе отопления;
- отсутствия влияния насосов на котлы;
- работы тепловой сети в зависимости от температурного графика;
- работы котла при постоянном расходе теплоносителя;
- поддержания температурного графика котлов и исключение низкотемпературной коррозии поверхностей нагрева котлов;
- контроля и управления всей системой теплоснабжения с рабочего места оператора котельной.