СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
CONTROL METHOD OF HOT WATER SUPPLY TEMPERATURE MODE, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для управления горячим водоснабжением жилых и административных зданий и сооружений.
г
гз
Известен способ автоматического регулирования системы горячего водоснабжения (Патент РФ №2273800, F24D 17/00, 2004 г.), который включает измерение температуры горячей воды Т и поддержание ее на заданном уровне температуры горячей воды Т изменением расхода греющей воды в теплообменнике.
Недостатком данного способа являются высокие энергоемкость и стоимость, а также значительная сложность реализации, обусловленные применением теплообменника и специального регулирующего клапана с приводом и необходимостью подогрева холодной воды.
г
гз
о
Наиболее близким к заявляемому является «Способ управления системой горячего водоснабжения» (Авторское свидетельство СССР №1495583, F24D 17/00, 1987 г.), принятый за прототип, заключающийся в измерении температуры горячей воды Т и поддержании ее на заданном уровне температуры горячей воды Т изменением расхода греющей воды в теплообменнике, а также в измерении температуры воды в обратной магистрали Т до и после первой ступени подогревателя воды.
Недостаток указанного способа заключается в значительной сложности реализации, что связано с необходимостью применения двух теплообменников. Кроме того, применение циркуляционного насоса и специального регулирующего клапана с приводом повышает энергоемкость и снижает надежность реализации данного способа регулирования горячего водоснабжения, а тепловая инерционность теплообменников отрицательно влияет на быстродействие процесса регулирования температуры воды.
Технический результат предлагаемого способа заключается в обеспечении быстродействия, надежности и экономичности регулирования температурного режима горячего водоснабжения.
г
гз
о
п
г
ск
о
п
Технический результат достигается тем, что в способе регулирования температурного режима горячего водоснабжения, заключающемся в измерении температуры горячей воды Т и поддержании ее на заданном уровне температуры горячей воды Т, а также в измерении температуры воды в обратной магистрали Т, измеряют температуру воды в подающей магистрали Т и объемный расход горячей воды V, причем для получения горячей воды смешивают в смесительной камере объемом V воду из обратной магистрали объемом V с водой из подающей магистрали объемом V в пропорции
о
п
п
о
гз
г
V/V=(T-T)/(T-T)-1,
о
п
ск
V+V=V.
г
г(исх.
п
Перед подачей воды из подающей магистрали в смесительную камеру фиксируют текущее значение объемного расхода горячей воды V, как исходное V), подают воду из подающей магистрали объемом V в смесительную камеру в форме импульса до выполнения условия
г
г(исх.
п
V-V)=V,
п
о
после чего подачу воду из подающей магистрали объемом V в смесительную камеру прекращают и подают в смесительную камеру воду из обратной магистрали объемом V, а при выполнении условия
г
г(исх.
ск
V-V)=V
г
г
завершают текущий цикл регулирования температуры горячей воды Т и осуществляют очередной цикл регулирования температуры горячей воды Т.
о
п
г
гз
г
Корректируют пропорцию смешиваемой в смесительной камере воды из обратной магистрали объемом V с водой из подающей магистрали объемом V в случае, если отклонение температуры горячей воды Т от заданного уровня температуры горячей воды Т превысит допустимое значение δ погрешности регулирования температуры горячей воды Т
г
гз
|Т-Т|>δ.
Устройство для регулирования температурного режима горячего водоснабжения содержит подающую магистраль, подключенную через измеритель температуры воды в подающей магистрали и ключ к первому входу смесительной камеры, ко второму входу которой через измеритель температуры воды в обратной магистрали и обратный клапан подсоединена обратная магистраль, а выход смесительной камеры через измеритель температуры горячей воды и расходомер связан с входом потребителя горячей воды. Второй выход измерителя температуры воды в подающей магистрали соединен с первым входом блока управления, ко второму входу которого подключен блок задания температуры горячей воды, к третьему входу блока управления подсоединен второй выход расходомера, четвертый вход блока управления связан со вторым выходом измерителя температуры горячей воды, пятый вход блока управления соединен со вторым выходом измерителя температуры воды в обратной магистрали, а выход блока управления подключен ко второму входу ключа.
На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ регулирования температурного режима горячего водоснабжения.
Устройство содержит подающую магистраль 1, подключенную через измеритель температуры воды в подающей магистрали 2 и ключ 3 к первому входу смесительной камеры 4, ко второму входу которой через измеритель температуры воды в обратной магистрали 5 и обратный клапан 6 подсоединена обратная магистраль 7, а выход смесительной камеры 4 через измеритель температуры горячей воды 8 и расходомер 9 связан с входом потребителя горячей воды 10. Второй выход измерителя температуры воды в подающей магистрали 2 соединен с первым входом блока управления 11, ко второму входу которого подключен блок задания температуры горячей воды 12, к третьему входу блока управления 11 подсоединен второй выход расходомера 9, четвертый вход блока управления 11 связан со вторым выходом измерителя температуры горячей воды 8, пятый вход блока управления 11 соединен со вторым выходом измерителя температуры воды в обратной магистрали 5, а выход блока управления 11 подключен ко второму входу ключа 3.
г
гз
г
гз
г
гз
г
ск
Если температура горячей воды Т отличается от заданного уровня температуры горячей воды Т, например, Т<Т, то для обеспечения выполнения условия Т=Т необходимо приращение тепловой энергии ΔQ в смесительной камере 4 объемом V
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>Q</mi><mi>г</mi></msub><mo>=</mo><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>g</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>с</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>г</mi><mi>з</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>г</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext>                                              </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
где с - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг·°С);
3
g - плотность воды, кг/м.
г
о
о
п
п
С другой стороны приращение тепловой энергии ΔQ обеспечивается смешением воды из обратной магистрали 7 объемом V и температурой Тс водой из подающей магистрали 1 объемом V и температурой Т
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>Q</mi><mi>г</mi></msub><mo>=</mo><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>g</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>V</mi><mi>п</mi></msub><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>T</mi><mi>п</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>о</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo><mtext>                                              </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>2</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
Учитывая, что
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>о</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>V</mi><mi>п</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>с</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mo>,</mo><mtext>                                                                 </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>3</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
получаем из формул (1) и (2)
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>о</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>с</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>Т</mi><mrow><mi>г</mi><mi>з</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>Т</mi><mi>г</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>Т</mi><mi>п</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>Т</mi><mi>о</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext>                               </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>4</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>п</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>с</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>Т</mi><mrow><mi>г</mi><mi>з</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>Т</mi><mi>г</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>Т</mi><mi>п</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>Т</mi><mi>о</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext>                                        </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>5</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>о</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>V</mi><mi>п</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>Т</mi><mi>п</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>Т</mi><mi>о</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>Т</mi><mrow><mi>г</mi><mi>з</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>Т</mi><mi>г</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mn>1.</mn><mtext>                                     </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>6</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
0
о
п
п
г
гз
Смешение воды из обратной магистрали 7 объемом V и температурой Т с водой из подающей магистрали 1 объемом V и температурой Т в смесительной камере 4 в пропорции (6) с учетом соотношения (3) обеспечивает выполнение условия Т=Т.
Реализующее способ устройство работает следующим образом.
гз
п
о
В исходном состоянии ключ 3, в качестве которого может, например, использоваться отсечной электромагнитный клапан, закрыт, и вода из обратной магистрали 7 через измеритель температуры воды в обратной магистрали 5, обратный клапан 6, смесительную камеру 4, измеритель температуры горячей воды 8, расходомер 9 подается потребителю горячей воды 10. Блок задания температуры горячей воды 12 задает значение температуры горячей воды Т. Измеритель температуры воды в подающей магистрали 2 обеспечивает непрерывный контроль температуры воды Т в подающей магистрали 1, а измеритель температуры воды в обратной магистрали 5 обеспечивает непрерывный контроль температуры воды Т в обратной магистрали 7.
г
о
гз
п
г
г(исх.)
Поскольку в исходном состоянии измеряемая измерителем температуры горячей воды 8 температура горячей воды Т=Т<Т, блок управления 11 вычисляет по формуле (5) необходимый объем V подачи из подающей магистрали 1 в смесительную камеру 4, фиксирует текущее значение объемного расхода горячей воды V, измеряемого расходомером 9, как исходное V, и открывает ключ 3. При этом из-за перепада давлений воды в подающей магистрали 1 и в обратной магистрали 7 вода из обратной магистрали 7 в смесительную камеру 4 не поступает, а наличие обратного клапана 6 исключает попадание воды из подающей магистрали 1 и в обратную магистраль 7.
п
о
Импульс воды температурой Т из подающей магистрали 1 подается в смесительную камеру 4, где смешивается с водой температурой Т из обратной магистрали 7 до выполнения условия
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>г</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>г</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi><mo>.</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mi>п</mi></msub><mo>,</mo><mtext>                                </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>7</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
о
после чего ключ 3 закрывается и в смесительную камеру 4 поступает вода температурой Т из обратной магистрали 7.
При выполнении условия
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>г</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>г</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi><mo>.</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>с</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mtext>                                </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>8</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
г
г
г
г(исх.)
завершается текущий цикл регулирования температуры горячей воды Т и осуществляется очередной цикл регулирования температуры горячей воды Т фиксированием текущего значения объемного расхода горячей воды V, как исходное V, и открытием ключа 3.
о
о
п
п
г
гз
г
Коррекция пропорции (6) смешиваемой в смесительной камере воды из обратной магистрали объемом V и температурой Т с водой из подающей магистрали объемом V и температурой Т производится блоком управления 11 лишь при отклонении температуры горячей воды Т от заданного уровня температуры горячей воды Т за заданное в блоке управления 11 допустимое значение δ погрешности регулирования температуры горячей воды Т
<mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>Т</mi><mi>г</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>Т</mi><mrow><mi>г</mi><mi>з</mi></mrow></msub></mrow><mo>|</mo></mrow><mo>></mo><mi>δ</mi><mo>.</mo><mtext>                                  </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>9</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
г
г
При отсутствии потребления горячей воды, т.е. при отсутствии изменения объемного расхода горячей воды V, блок управления 11 закрывает ключ 3, и процесс регулирования температуры горячей воды Тпрекращается.
Таким образом, учитывая высокие рабочие ресурсы и низкие энергоемкости электромагнитного клапана и блока управления, а также отсутствие устройств со значительными тепловыми инерционностями, реализация предложенного способа позволяет обеспечить высокие быстродействие, надежность и экономичность регулирования температурного режима горячего водоснабжения.