СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЯ

Полезная модель относится к автоматизации процессов и предназначена для программного регулирования температуры в помещении с учетом температуры наружного воздуха. Преимущественная область применения регулирование температуры в отапливаемых помещениях частных домов.
Известна система регулирования отпуска тепла на отопление и горячее водоснабжение (SU, авт. св. №1326844, приоритет от 24.07.84. Бюл. №28 от 30.07.87.). Эта система содержит: устройство, регулирующее температуру горячей воды с датчиком температуры горячей последней, и устройство, регулирующее отпуска тепла на отопление с датчиками соответственно температуры наружного воздуха и температуры теплоносителя на отопление, а также задатчиком изменения режима регулирования в зависимости отпуска тепла на горячее водоснабжение. Причем задатчик выполнен в виде устройства определения расхода прямого теплоносителя на горячее водоснабжение.
Эта система не может обеспечить и поддерживать заданную комфортную температуру в отапливаемых помещениях, например 20°С.
Признаки изобретения, совпадающие с признаками аналога.
Устройство, регулирующее температуру теплоносителя, датчик температуры теплоносителя, датчик температуры наружного воздуха.
Известен способ автоматического регулирования расхода тепла в системе центрального отопления задания и устройство для его осуществления, которые приняты за прототип полезной модели (RU, патент №2196274, приоритет от 28.05.01., Бюл. №1 от 10.01.03.). Устройство регулирования расхода тепла содержит: насос, регулирующий клапан, микропроцессор контроллера, включающий в себя два ПИ-регулятора, таймер, датчик температуры воздуха в помещении, наружный датчик температуры, датчики температуры в подающем и обратном трубопроводах и датчик расхода воды.
01
Способ автоматического регулирования расхода теплоты в системе центрального отопления здания, включающий измерение температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, температуры наружного воздуха и воздуха внутри здания и последующую корректировку расхода теплоносителя, поступающего из тепловой сети регулирующим клапаном, управляемым регулятором. Кроме того, измеряют текущий расход теплоносителя через систему отопления G(t) и температуру теплоносителя в подающем трубопроводе T(t) поддерживают согласно зависимости:
01
02
TP
H
TP
02
T(t)=T(t)+(Q(T(t))±ΔQ)/G(t)·C, где T(t) - текущая температура теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления;
t - текущее время;
C - удельная теплоемкость теплоносителя;
TP
Q[TH(t)] - определяемая экспериментально требуемая тепловая мощность отопления для данной температуры наружного воздуха TH(t);
TP
Q величина коррекции требуемой тепловой мощности по отклонению температуры воздуха внутри здания от заданной, которую, при отрицательной разности температуры, увеличивают, а при положительной - уменьшают.
Недостатком прототипа - способа и устройства автоматического регулирования расхода теплоты в системе центрального отопления здания является сложность процесса регулирования и сложность устройства регулирования.
Признаки изобретения, совпадающие с признаками прототипа.
Циркуляционный насос, регулирующий клапан, контроллер, датчик наружный температуры и датчик температуры теплоносителя, установленный на трубопроводе с телоносителя, выходы датчиков подключены к соответствующим входам контроллера.
Техническим результатом полезной модели является - обеспечение заданной комфортной температуры в отапливаемом помещении, упрощение конструкции устройства регулирования расхода тепла, за счет уменьшения применяемых комплектующих изделий, и экономия тепловой энергии, путем постоянного отслеживания температуры наружного воздуха, что не допускает перерасход тепла при потеплении наружного воздуха.
Конструкция и работа полезной модели поясняется чертежами.
Ни фиг.1 представлена функциональная схема системы отопления помещения.
На фиг.2 функциональная электрическая схема контроллера.
На фиг.3 представлен продольный разрез датчика температуры.
На фиг.4 представлены графики отопительных кривых.
На фиг.5 представлен график регулирования температуры теплоносителя (воды).
На фиг.1, 2 и 3 введены обозначения: 1 - датчик температуры воздуха на улице; 2 - датчик температуры теплоносителя; 3 - контроллер; 4 - импульсный источник питания; 5 - реле включения прямого вращения реверсивного двигателя трехходового клапана, которое открывает клапан; 6 - реле включения обратного вращения реверсивного двигателя трехходового клапана, которое закрывает клапан; 7 - реверсивный двигатель трехходового клапана; 8 - модуль управления трехходовым клапаном, состоящий из двух реле; 9 - отопительный котел; 10 - трехходовой клапан; 11 - циркуляционный насос; 12 - батарея отопления.
Технический результат достигается благодаря тому, что полезная модель содержит: датчик температуры воздуха на улице 1, датчик температуры теплоносителя 2, контроллер 3, импульсный источник питания 4, реле включения прямого вращения реверсивного двигателя трехходового клапана 5, реле включения обратного вращения реверсивного двигателя трехходового клапана 6, реверсивный двигатель трехходового клапана 7, модуль 8 управления трехходовым клапаном 10, состоящий из двух реле 5 и 6, отопительный котел 9, трехходовой клапан 10, циркуляционный насос 11, батарею отопления 12.
Датчики температуры 1 и 2 (фиг.3) выполнены в виде медной трубки 15 и термочувствительного элемента. В качестве термочувствительного элемента 16 может быть применена микросхема DS18B20, которая помещена в трубку 15 у запаянного конца. Датчик 1 температуры наружного воздуха установлен на улице, в тени, а датчик 2 температуры теплоносителя установлен на выходе трехходового клапана 10 или на входе батареи 12 (на трубопроводе, подающем теплоноситель в батарею 12).
Подключение выходов датчиков температуры к соответствующим входам контроллера происходит по проводам, например, типа ШВП2×0.5 13. По этим проводам, подводится напряжение 5 В и происходит обмен данными с контроллером, например, по интерфейсу 1 Wire фирмы Dallas Maxim.
Выходы датчиков температуры соединены с соответствующими входами контроллера 3. Выход контроллера 3 соединен с входом модуля управления трехходовым клапаном 7.
В качестве контроллера 3 может быть использован контроллер типа DSPIC30F5013 производства фирмы Microchip.В контроллере используются два входа для подключения выходов температурных датчиков и два выхода для включения двух реле 5 и 6, которые управляют включением реверсивного двигателя клапана 10 для его вращения в одном или другом направлении. Реле имеют нормально открытые контакты. Контроллер 3 получает электропитание от импульсного источника питания 4 со стабилизированным напряжением 5 В, например, типа PS 15-05 производства компании Mean Well (фиг.2).
В контроллере реализуется специально разработанная программа (см. Приложение), которая устанавливает зависимости между температурой на улице и температурой теплоносителя для обеспечения требуемой комфортной температуры в помещении. Рассчитанные зависимости представлены в виде отопительных кривых графиков на фиг.4.
На этапе программирования, выбрав одну из восьми кривых, пользователь может добиться существенной экономии энергоресурсов в отопительный период за счет непрерывной автоматической подстройки температуры теплоносителя к колебаниям температуры воздуха на улице.
Исходными данными программы являются:
T_street - текущая температура воздуха на улице;
Set_T_k - желаемая температура воздуха внутри помещения (устанавливается пользователем через интерфейс);
Num - номер температурной кривой графика фиг.4 (устанавливается пользователем через интерфейс);
После обработки исходных данных контроллер вычисляет требуемую текущую температуру подачи теплоносителя.
Result - температура теплоносителя, подаваемого в батарею отопления.
Алгоритм, который реализован в контроллере, написан на языке программирования Си и представлен в Приложении.
Электродвигатель трехходового клапана 7 приводится в движение контроллером 3 через пару реле 5 и 6 с нормально открытыми контактами, первое реле 5 открывает клапан и увеличивает температуру подачи в системе отопления, второе реле 6 закрывает клапан и уменьшает температуру теплоносителя. С выбранной периодичностью, например, один раз в минуту контроллер регулирует положение трехходового клапана в системе отопления. Если температура теплоносителя больше требуемой температуры, контроллер закрывает клапан, если температура меньше, подачу теплоносителя следует увеличить и контроллер открывает клапан. Графически данный способ регулирования показан на фиг.5.
Модуль управления трехходовым клапаном 8 состоит из двух реле 5 и 6 с нормально открытыми контактами и имеет два входа и два выхода. Входы модуля 8 соединены с соответствующими выходами контроллера 3, а его выходы с соответствующими входами реверсивного двигателя 7.
Отопительный котел 9 может быть газовым, дровяным, электрическим или жидко топливным.
В качестве трехходового клапана 10 может быть применен любой промышленно выпускаемый трехходовой клапан с реверсивным двигателем, который имеет два входа для теплоносителя один выход. Вход клапана 10 соединен с выходом котла 9. Выход трехходового клапана и его второй вход соответственно соединены с входом батареи 12 и ее обратной трубой, что обеспечивает смешение горячей воды котла отопления с охлажденной водой из обратной трубы батареи и тем самым регулируется температура теплоносителя (воды), циркулирующего в батарее 12 отопления.
В качестве циркуляционного насоса 6 может быть применен водяной насос, выпускаемый промышленностью, например, Grundfoss 25-60.
В качестве батареи отопления 12 используется батарея промышленного изготовления.
Выход котла 9 с теплоносителем через вход трехходового клапана 10 и его выход соединен с входом батареи 12. Выход обратной трубы батареи 12 через второй вход трехходового клапана соединен с выходом трехходового клапана 10 (фиг.1 и 2). Циркуляционный насос может быть включен между выходом трехходового клапана 10 и входом батареи или между вторым входом трехходового клапана и обратной трубой батареи 12.
Описание работы устройства
Электрическая часть система отопления питается напряжением переменного тока 220 В, 50 Гц от городской электросети. В электрическую сеть включается импульсный источник питания 4, к которому подключается контроллер 3.
После включения питания контроллера 3 он получает данные с датчика температуры 1 с периодом, например, в одну минуту, и постоянно - с датчика 2 температуры теплоносителя. После этого, исходя из выбранной пользователем температурной кривой и желаемой температуры воздуха в помещении (фиг.4) по описанному в приложении 1 алгоритму контроллер вычисляет оптимальную температуру подачи теплоносителя. Заданные пользователем данные сохраняются в энергонезависимой памяти контроллера, после выключения питания не утрачиваются.
Вычислив значение требуемой температуры теплоносителя, для поддержания заданной температуры в отапливаемом помещении, контроллер считывает значение реальной температуры теплоносителя с датчика 2 и сравнивает их. После этого контроллер открывает или закрывает трехходовой клапан через модуль 8 и приближает реальную температуру теплоносителя к ее вычисленному значению (фиг.5).
Трехходовой клапан 7 имеет два входа и один выход. Клапан обеспечивает смешение горячей воды из котла (температура в районе 70-80°C) с охлажденной водой в обратной трубе батареи отопления. В зависимости от степени открытия клапана устанавливается определенная температура на выходе клапана, в подающем трубопроводе.
Таким образом, непрерывно происходит регулирование температуры теплоносителя в зависимости от изменения температуры воздуха на улице в соответствии с выбранной температурной кривой из графиков фиг.4, и сохраняется в отапливаемом помещении заданная комфортная температура. Своевременное отслеживание системой отопления изменения наружного воздуха экономит тепловую энергию.
Реализация полезной модели
Полезная модель реализована в соответствии с функциональными схемами фиг.1 и 2. Датчики 1 и 2 температуры выполнены в виде медной трубки 15 с термочувствительным элементом. Длина трубки равна 80 мм, внешний диаметр равен 7 мм, а внутренний 5 мм. В качестве термочувствительного элемента 16 применена микросхема DS18B20, которая помещена в трубку 15 у ее запаянного конца.
Для лучшего термоконтакта микросхемы с трубкой 15, трубка внутри залита термоклеем 14 марки АЛСИЛ-5. Кроме того, термоклей обеспечивает герметичность датчика, что позволяет использовать его в условиях уличной среды в любую погоду. Выходы датчиков 1 и 2 подключены к соответствующим входам контроллера 3 через провод 13 типа ШВП2×0.5 (фиг.1 и 2).
В качестве контроллера 3 применен контроллер типа DSPIC30F5013 производства фирмы Microchip.
Контроллер 3 получает электропитание от импульсного источника питания 4.
Применен импульсный источник питания 4 типа PS 15-05 производства компании Mean Well (фиг.2), который имеет и стабилизированное напряжение питания 5 В для электропитания контроллера.
Реле 5 и 6 включения прямого и обратного вращения реверсивного двигателя трехходового клапана имеют нормально открытые контакты.
В качестве реверсивного двигателя 7 применен электродвигатель переменного тока 220 В, 50 Гц.
Модуль управления трехходовым клапаном 8 состоит из двух реле 5 и 6.
Применен газовый отопительный котел 9 промышленного изготовления.
В качестве трехходового клапана 10 применен клапан промышленного изготовления, который управляется реверсивным двигателем, и имеет два входа теплоносителя и один выход.
В качестве циркуляционного насоса 6 применен водяной насос марки Grundfoss 25-60.
В качестве батареи отопления 12 применена батарея промышленного изготовления, а в качестве теплоносителя применена вода.
В реализованной системе отопления достигнут технический результат полезной модели - упрощена конструкция системы отопления за счет уменьшения количества комплектующих изделий, обеспечена в отапливаемом помещении заданная комфортная температура и экономия тепла, за счет отслеживания температуры наружного воздуха.
Отличительные признаки полезной модели
Котел, батарея отопления. Регулирующий клапан выполнен трехходовым с двумя входами и одним выходом. Два выхода контроллера соединены с соответствующими входами двух реле включения прямого и обратного вращения реверсивного двигателя трехходового клапана. Выход котла с теплоносителем соединен с первым входом трехходового клапана, а его выход соединен с входом батареи отепления, обратная труба которой соединена со вторым входом трехходового клапана. Циркуляционный насос включен между выходом трехходового клапана и входом батареи отопления или между вторым входом трехходового клана и обратной трубой батарей отопления.