ПОГОДОЗАВИСИМАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и жилищно-коммунального хозяйства, а именно в частности к системам теплоснабжения (отопления) общественных, жилых многоквартирных и коттеджных домов, спортивных баз, сельских школ, детских садов, фермерских хозяйств, агропромышленного комплекса, для отопления технологического помещения пункта редуцирования газа и т.д.
Известен автоматизированный тепловой пункт (АТП) системы отопления и горячего водоснабжения, включающий в себя подающий и обратный трубопроводы, на которых установлены регулятор расхода, соединенный с электронным регулятором отопления, насос смешения, фильтры, грязевики, датчики температуры, а также обратный клапан на перемычке между упомянутыми трубопроводами [Полезная модель РФ 19140, МПК F24D 19/10 от 20.02.2001].
Недостатком данного АТП является плохая работоспособность при малом располагаемом напоре на вводе тепловой сети, пониженная надежность, связанная с повышенными тепловыми перегрузками насоса, а также невозможность стабилизации расхода теплоносителя в системе отопления.
Данные недостатки частично устранены в системе отопления по патенту, который содержит подающий трубопровод тепловой сети с установленным в нем регулятором расхода, подающий трубопровод системы отопления, соединенный с обратным трубопроводом системы отопления перемычкой, включающей последовательно соединенные насос смешения и регулятор смешения, управляющим входом соединенный с выходом регулятора отопления, входы которого соединены с датчиками температур в системе отопления и окружающей среде, водонагреватель системы горячего водоснабжения, включенный между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети, а также смесительное устройство (элеватор), включенное в подающий трубопровод системы отопления и соединенное перемычкой с обратным трубопроводом [Патент РФ 2031316б МПК 7: F24B 19/10 от 25.11.1991].
Недостатком такого АТП является плохая работоспособность при малом располагаемом напоре на вводе тепловой сети, низкая надежность из-за аварийных режимов работы насоса смешения в предельных температурных режимах работы АТП. Кроме того, недостатком является низкая эксплуатационная способность, обусловленная необходимостью периодической остановки АТП для промывки фильтра насоса смешения.
Известен также блочный индивидуальный автоматизированный тепловой пункт, содержащий раму, на которой смонтированы элементы основного и вспомогательного оборудования для обеспечения горячего водоснабжения и/или отопления, и блок учета и управления теплообменом. [Пат RU №2181862, МПК F24D 3/08 от 27.04.2002]. Часть основного и вспомогательного оборудования для обеспечения горячего водоснабжения и/или отопления смонтирована в технологической последовательности параллельными рядами по длине рамы с обеспечением возможности доступа к нему из образованных между рядами проходов.
Недостатком такого блочного теплового пункта является отсутствие возможности погодозависимого регулирования отпуска теплоты потребителю.
Наиболее близким к заявленному решению является погодозависимая система отопления, описанная в [Пат RU №2300709, МПК F24D 3/08 от 27.10.20006], содержащая подающий трубопровод системы отопления с включенным в него водоструйным насосом, подмешивающий вход которого соединен с обратным трубопроводом системы отопления, циркуляционный насос, датчики температуры в системе отопления и окружающей среде. В систему отопления введен регулятор расхода (регулирующий клапан), соединенный с входом частотного преобразователя, выход которого подключен к электрическим выводам циркуляционного насоса. Циркуляционный насос включен в направлении вход-выход между обратным и прямым трубопроводами системы отопления и подмешивающим входом элеватора. Частотный преобразователь, получая информацию от датчика температуры наружного воздуха и датчиков температуры теплоносителя в прямом и обратном трубопроводе системы отопления, осуществляет регулирование расхода и температуры теплоносителя для системы отопления, управляя регулятором расхода и насосом системы отопления. Возможна корректировка процесса регулирования по дополнительно устанавливаемому в помещении датчику температуры внутреннего воздуха.
Недостатками данного прототипа является значительный расход электроэнергии, т.к. насос включен постоянно на максимальную мощность, невысокий срок службы из-за регулировки смешения (подмеса) механическим способом через регулирующий клапан, и большие габариты теплового пункта.
Регулирование отпуска теплоты количеством теплоносителя его качеством вытекает из-за необходимости поддержания наружной температуры обогревающей воды внутри отопительных приборов путем смешения. При постоянном расходе подающей сетевой воды необходимое количество обратной, повторно вовлекаемой в циркуляцию, колеблется в значениях расхода от 1,7 до 3,7 раз. Такое изменение расхода невозможно получить при применении в тепловых пунктах простых элеваторов без автоматики, которыми ранее оснащались все системы теплоснабжения, а имеющиеся возможности оставались нереализованными. Другой важной задачей являлось устранить давно известный недостаток неоправданно большой и излишний перепада давления ΔР=Рп-Ро, между подающей Рп и обратной Ро магистралями в головной части пьезометрического графика. Для первых и ближайших к генерирующему источнику потребителей значение ΔР превышает необходимое элеватору в 3 и более раз, и бесполезно теряется.
Задачей заявляемой полезной модели является создание автономной погодозависимой системы отопления, которая позволяет регулировать температуру в системе отопления в зависимости от наружных погодных условий и по отклонению температуры внутри помещения от заданной, а также снизить расход электроэнергии.
Техническим результатом является создание комфортных условий внутри отапливаемых помещений, путем изменения соотношения потоков теплоносителя, поступающего из подающего и обратного трубопроводов в водоструйный насос с регулируемым сечением сопла, управляемый электронным регулятором по данным от температурных датчиков. Экономия электроэнергии достигается установкой на циркуляционном насосе частотно-регулируемого привода.
Поставленная задача достигается тем, что в ПСО содержится источник теплоты, подающий трубопровод системы отопления, с включенным в него водоструйным насосом, подмешивающий вход которого соединен с обратным трубопроводом системы отопления, циркуляционный насос, датчики температуры системы отопления в подающем и обратном трубопроводах, внутреннего и наружного воздуха. Новым является то, что водоструйный насос выполнен с регулируемым сечением сопла и снабжен электронно-исполнительным механизмом, который дистанционно соединен с дополнительно введенным электронным погодозависимым регулятором температуры и датчиками температуры, которые объединены в узел отопительной системы. Циркуляционный насос, снабженный частотно-регулируемым приводом, включен в подающий трубопровод после источника теплоты. Введен теплосчетчик в комплекте с измерительно-вычислительным блоком, расходомерами и преобразователями температуры, расположенными на подающем и обратном трубопроводе, объединенные в узел теплоучета.
Кроме того в погодозависимой системе отопления в качестве Источника теплоты использован автономный модульный источник тепловой и электрической энергии, который вместе с циркуляционным насосом объединены в узел ввода.
В обратный трубопровод введен расширительный бак для стабилизации гидравлического режима, который с водоструйным насосами погодозависимым регулятором объединены в узел отопительной системы.
Узлы ввода, теплоучета и узел отопительной системы расположены на отдельных опорных рамах по размеру сопоставимых с размерами автомобильного габарита.
Полезная модель поясняется чертежом, где показаны: 1 - узел ввода; 2 - модульный источник теплоты; 3 - циркуляционный насос с частотно-регулируемым приводом; 4 - узел теплоучета; 5 - измерительно-вычислительный блок узла теплоучета; 6 - расходомер; 7 - преобразователи температуры; 8 - узел отопительной системы; 9 - электронный погодозависимый регулятор температуры; 10 - водоструйный насос с регулируемым сечением сопла; 11 - электронно-исполнительный механизм водоструйного насоса; 12 - приемная камера водоструйного насоса; 13 - камера смешения; 14 - диффузор; 15 - датчики температуры системы отопления теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах; 16 - датчик температуры наружного воздуха; 17 - датчики температуры внутреннего воздуха; 18 - расширительный бак; 19 - нагревательный прибор системы отопления; 20 - грязевик; 21 - сетчатый латунный фильтр; 22 - запорно-регулирующая арматура (шаровой кран); 23 - манометр; 24 - термометр.
Узел ввода (1) содержит источник теплоты, выполненный в виде автономного модульного источника теплоты (2). Для компенсации потерь давления в гидравлической системе и обеспечения расчетного расхода воды в ПСО применяется циркуляционный насос с частотно-регулируемым приводом (3). Циркуляционный насос закреплен непосредственно на подающем трубопроводе системы отопления.
Узел теплоучета (4) состоит из измерительно-вычислительного блока (5), двух расходомеров (6) и двух преобразователей температуры (7). Измерительно-вычислительный блок является мультисистемным, многоканальным, составным, многофункциональным микропроцессорным устройством со встроенным цифробуквенным индикатором. В качестве расходомеров (6) применяются электромагнитные расходомеры устанавливающиеся на подающем и обратном трубопроводах ПСО. Преобразователи температуры (7) в узле учета теплопотребления располагаются на подающем и обратном трубопроводах.
Узел отопительной системы (8) состоит из электронного погодозависимого регулятора температуры (9), выполненного на базе микроЭВМ, водоструйного насоса с регулируемым сечением сопла (10), состоящий из приемной камеры (12) камеры смешения (13) и диффузора (14), совмещенный с электронно-исполнительным механизмом (11) и датчиков температуры системы отопления в подающем и обратном трубопроводах (15), наружного воздуха (16), воздуха внутри помещений в двух точках (17). Данный узел позволяет производить поддержание заданной температуры воздуха внутри помещений в зависимости от температуры наружного воздуха по заданному графику отопления и по усредненной температуре воздуха в двух контрольных точках помещений. Для обеспечения возможности непосредственного присоединения системы теплопотребления к источнику теплоты в этом узле устанавливается расширительный бак в комплекте с запорной арматурой и предохранительными клапанами (18).
Для обеспечения надежной работы оборудования, ПСО оснащается грязевиками (20), сетчатыми фильтрами (21) и запорной арматурой (22), расположенными и на подающем и на обратном трубопроводах.
Все узлы монтируются на рамах автомобильного габарита. Рамы выполнены из стальных прямоугольных профилей с регулируемыми опорами. Компоновка рам выполнена с учетом необходимости доступа ко всем элементам для простой настройки, обслуживания и ремонта.
Погодозависимая установка системы отопления (ПСО) работает следующим образом. В зависимости от наружной температуры по информации датчика температуры (16) по данным сертифицированной программы (Свидетельство Российской Федерации об официальной регистрации программ для ЭВМ №2007614062 «Регулирование отпуска теплоты») теплоноситель отпускается от модульного источника теплоты (2), установленного в узле ввода (1) в систему отопления (19).
В качестве источника теплоты (2) могут быть применены газовые отопительные котлы модульного типа или автономные термоэлектрического генераторы типа TELGEN GTE. Встроенный в автоматический блок управления модульных котлов (2) регулятор поддерживает на горелках постоянное давление, независимое от давления газа в подающей сети, обеспечивая оптимальный режим горения и экономии газа до 20% по сравнению с существующими аналогами и экологическую чистоту.
Поддержание заданной температуры воздуха внутри помещений в зависимости от температуры наружного воздуха и по усредненной температуре воздуха в двух контрольных точках помещений осуществляется путем изменения температуры теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления. Регулятор выполнен на базе водоструйного насоса (10), управление которым осуществляется электронным погодозависимым регулятором температуры на базе микро-ЭВМ (9).
В основе работы водоструйного насоса (10) лежит принцип инжекции. Вода из подающего трубопровода, имеющая более высокое давление и температуру, поступает в приемную камеру струйного насоса (12) и через сопло нагнетается в камеру смещения (13), где смешивается с водой, засасываемой из обратного трубопровода. Через диффузор (14) смешанная вода (теплоноситель) поступает в систему отопления (19). Регулирование температуры теплоносителя на выходе насоса (10) осуществляется изменением соотношения между количеством воды, поступающей из подающего трубопровода, и воды, поступающей из обратного трубопровода, путем регулирования проходного сечения сопла водоструйного насоса (13).
Работа электронного погодозависимого регулятора температуры (9) основана непрерывной обработке поступающих данных с температурных датчиков (15-17). Они снимают показания температуры воздуха внутри помещения (17) и температуры наружного воздуха (16), температуру теплоносителя в подающем и в обратном трубопроводе системы отопления (15). В соответствии с полученными данными программа регулятора делает необходимые расчеты и посылает сигнал на электронно-исполнительный механизм водоструйного насоса (11). При отклонении текущей температуры теплоносителя в подающем трубопроводе от расчетной, погодозависимый регулятор (9) подает в электронно-исполнительный механизм водоструйного насоса (11) управляющие импульсы, в результате чего происходит перемещение регулирующего органа в необходимом направлении до получения требуемого параметра теплоносителя на выходе регулятора. Например, при понижении температуры внутреннего воздуха ниже расчетного значения регулятор (9) посылает управляющий импульс электронно-исполнительному механизму (11) водоструйного насоса (10) о перемещении регулирующего органа в положение, увеличивающее расход сетевой воды при одновременном уменьшении поступления обратной воды в камеру смешения водоструйного насоса (13). Таким образом, происходит увеличение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления. Непрерывная циркуляция теплоносителя в системе отопления обеспечивается циркуляционным насосом с частотно-регулируемым приводом (3). Расширительный бак (18) компенсирует тепловое расширение теплоносителя в системе отопления.
Для учета потребленного потребителем тепла в составе ПСО имеется узел теплоучета (4). Для регистрации расхода теплоносителя в составе узла теплоучета применяется два расходомера (6). Разница в показаниях прошедшего теплоносителя на подающем и обратном трубопроводе будет количество теплоносителя оставленного на объекте (слитый теплоноситель, утечка и т.д.). Принцип действия расходомеров основан на явлении электромагнитной индукции. При движении электропроводной жидкости в магнитном поле между электродами расходомеров возникает ЭДС электромагнитной индукции, пропорциональная скорости течения жидкости. ЭДС индукции поступает в измерительно-вычислительный блок (5), где она усиливается и преобразуется в цифровую форму.
Для вычисления температуры теплоносителя, в составе узла теплоучета используются преобразователи температуры (7), которые устанавливаются по одному в подающий и обратный трубопровод. Измерение температуры теплоносителя осуществляется путем измерения падения напряжения на преобразователе температуры при протекании через него тока.
На основе измеренных сигналов и установочных параметров в измерительно-вычислительном блоке (5) осуществляется вычисление тепловой энергии, тепловой мощности, объемного, массового расходов и температуры теплоносителя, протекшего объема и массы теплоносителя. Вычисленные значения выводятся на устройство индикации измерительно-вычислительного блока (5).
Преимуществами данной полезной модели являются:
- поддержание заданного температурного графика в системе отопления, в зависимости от температуры наружного воздуха;
- коррекция температуры теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления по отклонению температуры внутри помещения от заданной;
- ограничение температуры теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления;
- снижение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе в то время, когда расчетные помещения не используются.
Благодаря наличию датчика температуры наружного воздуха (16), электронный погодозависимый регулятор (9) чутко реагирует на изменение климата. Это особенно важно весной, когда наблюдаются резкие перепады дневной и ночной температуры. Происходит отслеживание динамики и, и поэтому внутри здания всегда поддерживается заданная температура.
Использование циркуляционного насоса с частотно-регулируемым приводом (3) приводит к значительной экономии электроэнергии. Основная цель использования частотного регулирования - возможность точной подстройки характеристики насоса под требования ПСО в зависимости от погодных условий и температуры внутри помещений. Экономия электроэнергии достигается благодаря изменению скорости вращения рабочего колеса насоса.
Благодаря компактности конструкции ПСО достигается значительная экономия пространства с возможностью более рационального использования высвобождаемых помещений. Площадь, отводимая под ПСО по сравнению с аналогичным АТП, сокращается в 2-6 раз. Транспортировка ПСО достаточно проста, а на месте установки осуществляется только подключение внешних трубопроводов и электропитания