СХЕМА ЭЛЕВАТОРНОГО УЗЛА С СИСТЕМОЙ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
SCHEME OF THE HEAT DISTRIBUTION STATIONS WITH THE SYSTEM OF AUTOMATIC CONTROL AND REGULATION OF THERMAL ENERGY CONSUMPTION

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для обеспечения автоматического погодного регулирования на объектах теплопотребления оснащенных элеваторными узлами.
Из уровня техники известны следующие технические решения.
Известно устройство для автоматического регулирования теплопотребления (патент РФ №2400796, опубликован 27.09.2010), содержащее водоструйный элеватор, потребитель тепла, блок измерения расхода и температуры теплоносителя в подающем трубопроводе, подающий трубопровод, тепловычислитель, датчик давления теплоносителя, блок управления, ключ, ограничитель давления, причем ко второму входу ключа подсоединен первый выход блока управления, датчик средневзвешенной температуры внутренней среды, датчик температуры окружающей среды, блок измерения расхода и температуры теплоносителя в обратном трубопроводе.
Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает надежной и длительной эксплуатации в основном и резервном режимах работы, поскольку имеет достаточно сложную систему локального поэтажного регулирования распределения тепла, что характерно для стояковых систем отопления.
Также известно устройство для автоматического управления теплопотреблением (патент РФ №2509335, опубликованный 20.10.2013), содержащее подающий трубопровод, соединенные последовательно ключ, водоструйный элеватор, потребитель тепла, обратный трубопровод, а также блок управления, выход которого подключен ко второму входу ключа, циркуляционный насос, первый вход которого связан с обратным трубопроводом, второй вход циркуляционного насоса соединен с вторым выходом блока управления, а выход циркуляционного насоса подключен ко второму входу водоструйного элеватора. Устройство включает "m" блоков измерения температуры теплоносителя на входах в стояки системы отопления, где m - количество стояков, входы которых подсоединены к соответствующим "m" выходам с второго по (1+m)-й потребителя тепла со стояковой системой отопления, а выходы "m" блоков измерения температуры теплоносителя на входах в стояки системы отопления потребителя тепла со стояковой системой отопления связаны с соответствующими "m" входами с первого по m-й блока управления.
Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает надежной и длительной эксплуатации в основном и резервном режимах работы, поскольку имеет достаточно сложную систему локального поэтажного регулирования распределения тепла, что характерно для стояковых систем отопления. Кроме того, в известном устройстве при отключении циркуляционного насоса не обеспечивается устойчивый гидравлический режим и постоянство расхода циркуляции теплоносителя в системе отопления.
Наиболее близким аналогом патентуемого решения является устройство автоматического управления потреблением тепловой энергии (патент РФ №2566943, опубликованный 27.10.2015), содержащее подающий и обратный трубопроводы, элеватор и систему отопления, а также насос, блок управления, блок измерения температуры наружного воздуха, блоки измерения температуры теплоносителя, установленные на подающем и обратном трубопроводах. Регулирующий клапан установлен в подающем трубопроводе, его выход связан с первым входом элеватора, а вход через обратный клапан связан с обратным трубопроводом. Циркуляционный насос входом подключен к обратному трубопроводу, а выходом через обратный клапан подключен к выходу водоструйного элеватора. Или параллельно обратному трубопроводу между вторым входом водоструйного элеватора и вторым блоком измерения температуры теплоносителя установлен циркуляционный насос. Или параллельно подающему трубопроводу между выходом водоструйного элеватора и первым блоком измерения температуры теплоносителя установлен циркуляционный насос.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности автоматического отслеживания аварийных ситуаций.
Техническая проблема, решаемая заявленной системой, состоит в необходимости предотвращения аварийных ситуаций на подающем и обратном трубопроводах, вызванных утечкой теплоносителя, изменения его температуры или температуры окружающей среды.
Поставленная задача решается введением в схему управления расходом теплоносителя и его параметрами блока управления, управляющего регулирующим клапаном в зависимости от поступающих на него сигналов от датчиков давления и температуры, расположенных на подающем и обратном трубопроводах, а также насоса, управляемого на включение и выключение от блока управления.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание системы автоматического управления потреблением тепловой энергии и регулирования параметров теплоносителя в тепловых пунктах зданий и сооружений, обеспечивающей надежную и длительную эксплуатацию за счет обеспечения стабильного режима регулирования давления и температуры теплоносителя на подающем и обратном трубопроводах и автоматического погодного регулирования на объектах теплопотребления.
Заявленный технический результат обеспечивается за счет конструкции элеваторного узла с системой автоматического управления и регулирования потребления тепловой энергии, включающей подающий трубопровод отопления, соединенные последовательно с подающим трубопроводом отопления водоструйный элеватор, систему отопления и обратный трубопровод, а также циркуляционный насос и блок управления, первый выход которого соединен с входом циркуляторного насоса, к первому входу блока управления подключен выход датчика измерения температуры наружного воздуха, при этом на подающем и обратном трубопроводах отопления установлено по одному измерительному преобразователю температуры теплоносителя и по одному измерительному преобразователю давлений теплоносителя, выход измерительного преобразователя температуры, установленного на подающем трубопроводе, подключен ко второму входу блока управления, выход измерительного преобразователя температуры, установленного на обратном трубопроводе, подключен к третьему входу блока управления, выход измерительного преобразователя давления, установленного на подающем трубопроводе, подключен к четвертому входу блока управления, выход измерительного преобразователя давления, установленного на обратном трубопроводе, подключен к пятому входу блока управления, на подающем трубопроводе отопления установлен клапан, вход которого соединен с выходом электропривода, вход которого соединен со вторым выходом блока управления, выполненного с возможностью генерации управляющих сигналов исходя из показаний измерительных преобразователей давлений и температур теплоносителя.
В первом варианте осуществления изобретения циркуляторный насос с задвижками или балансировочными клапанами устанавливается на линии, параллельной линии обратного трубопровода отопления, при этом параллельная линия включает обратный клапан с ручной задвижкой.
Во втором варианте осуществления изобретения циркуляторный насос с задвижками или балансировочными клапанами устанавливается на линии обратного трубопровода отопления.
В третьем варианте осуществления изобретения циркуляторный насос с задвижками или балансировочными клапанами устанавливается на линии, параллельной линии подающего трубопровода отопления, при этом параллельная линия включает обратный клапан с ручной задвижкой.
В четвертом варианте осуществления изобретения циркуляторный насос с задвижками или балансировочными клапанами устанавливается на линии подающего трубопровода отопления.
В пятом варианте осуществления изобретения циркуляторный насос с задвижками или балансировочными клапанами устанавливается на линии, параллельной линии трубопровода на вводе в водоструйный элеватор, при этом параллельная линия включает обратный клапан с ручной задвижкой.
В шестом варианте осуществления изобретения циркуляторный насос с задвижками или балансировочными клапанами устанавливается на линии трубопровода на вводе в водоструйный элеватор.
В частном случае осуществления изобретения на обратном трубопроводе отопления параллельно ему установлен регулятор прямого действия «до себя» вместе с обратным клапаном.
В частном случае осуществления изобретения на подающем трубопроводе между клапаном с электроприводом и элеватором установлен первый сбросной клапан.
В частном случае осуществления изобретения на подающем трубопроводе перед линией элеваторной установлен второй сбросной клапан.
Блоки измерения давления, размещенные на подающем и обратном трубопроводе необходимы для реализации алгоритмов предотвращения аварийных ситуаций, реализуемых в блоке управления. Блоки измерения давления определяют аварийную ситуацию на подающем трубопроводе за пределом отопительного пункта, при возникновении которой запускается противоаварийный алгоритм, предотвращающий утечку теплоносителя из системы отопления и предотвращающий его замораживание при низкотемпературных погодных условиях, осуществляя постоянную циркуляцию теплоносителя внутри тепловой системы здания. В вариантах осуществления, предусматривающих размещение обратного клапана на линии, параллельный насосу обеспечивается исключение манипуляций по ручному открытию и закрытию линий задвижками при отключении и включении насоса и автоматизированного управления в целом. Циркуляторный насос является управляемым на включение и выключение от блока управления, что необходимо для отработки различных режимов функционирования системы.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 - узел регулирования расхода теплоносителя, поступающего из тепловой сети в систему отопления и расхода внутри системы отопления (вариант 1).
Фиг. 2 - узел регулирования расхода теплоносителя, поступающего из тепловой сети в систему отопления и расхода внутри системы отопления (вариант 2).
Фиг. 3 - узел регулирования расхода теплоносителя, поступающего из тепловой сети в систему отопления и расхода внутри системы отопления (вариант 3).
Фиг. 4 - узел регулирования расхода теплоносителя, поступающего из тепловой сети в систему отопления и расхода внутри системы отопления (вариант 4).
Фиг. 5 - узел регулирования расхода теплоносителя, поступающего из тепловой сети в систему отопления и расхода внутри системы отопления (вариант 5).
Фиг. 6 - узел регулирования расхода теплоносителя, поступающего из тепловой сети в систему отопления и расхода внутри системы отопления (вариант 6).
от
Система автоматического управления потреблением тепловой энергии включает подающий трубопровод отопления 1, подающий теплоноситель (G) из тепловой сети в индивидуальный тепловой пункт здания или сооружения, соединенные последовательно с подающим трубопроводом отопления водоструйный элеватор 2, систему отопления 3 и обратный трубопровод 4, а также циркуляционный насос 5 и блок управления 6, первый выход которого соединен с входом циркуляторного насоса 5.
На подающем и обратном трубопроводах отопления установлено по одному измерительному преобразователю температур теплоносителя 8 (подающий трубопровод) и 9 (обратный трубопровод) и по одному измерительному преобразователю давлений теплоносителя 2а (подающий трубопровод) и 2б (обратный трубопровод). Также на подающем трубопроводе установлен измерительный преобразователь температур 8а, необходимый для отслеживания температуры теплоносителя, поступающего в систему от источника, установленного на подающем трубопроводе. На подающем трубопроводе отопления установлен клапан 12, представляющий собой клапан, вход которого соединен с выходом электропривода 13, вход которого соединен со вторым выходом блока управления 6. Блок управления 6 выполнен с возможностью генерации управляющих сигналов исходя из показаний измерительных преобразователей давлений и температур теплоносителя.
Измерительный преобразователь температуры 8 установлен на подающем трубопроводе после элеватора 2 и подключен ко второму входу блока управления, выход измерительного преобразователя температуры, 9 установленного на обратном трубопроводе, подключен к третьему входу блока управления. Измерительные преобразователи температур теплоносителя 8 и 9 необходимы для обеспечения регулирования температуры в зависимости от температуры наружного воздуха 7.
Выход измерительного преобразователя давления 2а, установленного на подающем трубопроводе после источника, подключен к четвертому входу блока управления 6, выход измерительного преобразователя температуры 2б перед выходом, установленного на обратном трубопроводе, подключен к пятому входу блока управления 6. Блоки измерения давления определяют аварийную ситуацию на подающем трубопроводе за пределом отопительного пункта (на трубопроводе 1), при возникновении которой запускается противоаварийный алгоритм, предотвращающий утечку теплоносителя из системы отопления и предотвращающий его замораживание при низкотемпературных погодных условиях, осуществляя постоянную циркуляцию теплоносителя внутри тепловой системы здания. Показания измерительного преобразователя 2а ниже, чем 2б указывают на наличие аварии на тепловой сети вне здания. Снижение показаний измерительного преобразователя 2а при повышении расхода указывает на засорение фильтра на входе в систему от города.
В первом варианте осуществления изобретения циркуляторный насос с задвижками или балансировочными клапанами устанавливается на линии, параллельной линии обратного трубопровода отопления, при этом параллельная линия включает обратный клапан с ручной задвижкой.
Для минимизации необходимого вмешательства, при обслуживании системы, обратный клапан 15 перемещен на параллельную линию (Фиг. 1) обратного трубопровода. Это позволяет не перекрывать ручную задвижку 17 при работающем насосе 5. Последовательно с насосом, вместо задвижки 16 или задвижки 14 ставится балансировочный клапан, который необходим для подстройки расхода теплоносителя (первый вариант осуществления).
Опционально система может быть дополнена сбросным клапанами (1а и 1б на Фиг. 1). Клапан 1а необходим в аварийном режиме работы. Если на трубопроводе 1 произошла авария и система перекрыла подачу клапаном 12, то для автоматического сброса теплоносителя из системы отработанного теплоносителя, для подпитки из обратного трубопровода 4 клапан 1а открывается на некоторое время. Клапан 1б необходим после аварийного режима работы, для перехода в штатный режим. После устранения аварии на трубопроводе 1, регулирующий клапан 12 начинает работу с задержкой по времени, клапан 1б открывается сразу для сброса воздуха, для предотвращения его попадания в систему отопления дома.
Во втором варианте осуществления изобретения циркуляторный насос 5 с задвижками 16 или 14 или балансировочными клапанами устанавливается на линии обратного трубопровода отопления (второй вариант осуществления, Фиг. 2).
В третьем варианте осуществления изобретения циркуляторный насос 5 с задвижками 16 и 14 или балансировочными клапанами устанавливается на линии, параллельной линии подающего трубопровода отопления, при этом параллельная линия включает обратный клапан 15 с ручной задвижкой 17 (третий вариант осуществления, Фиг. 3).
В четвертом варианте осуществления изобретения циркуляторный насос 5 с задвижками 16 и 14 или балансировочными клапанами устанавливается на линии подающего трубопровода отопления 1.
В пятом варианте осуществления изобретения циркуляторный насос 5 с задвижками 16 и 14 или балансировочными клапанами устанавливается на линии, параллельной линии трубопровода на вводе в водоструйный элеватор 2, при этом параллельная линия включает обратный клапан 15 с ручной задвижкой 17.
В шестом варианте осуществления изобретения циркуляторный насос с задвижками или балансировочными клапанами устанавливается на линии трубопровода на вводе в водоструйный элеватор.
На схемах с параллельной установкой насоса (Фиг. 1, фиг. 3, фиг. 5.) обратный клапан расположен не на насосной линии как у аналога, что снижает уровень необходимого вмешательства обслуживающего персонала при смене режимов работы. Установлен блок измерения температуры на приходящий трубопровод для анализа работы системы и качества приходящего теплоносителя. Предусмотрена возможность автоматизации линии ГВС.
Узел регулирования расхода теплоносителя во всех шести вариантах имеет три режима работы: отопительный сезон, межотопительный сезон, ручной. Режим работы «Отопительный сезон» является основным, автоматика поддерживает заданный температурный режим теплоносителя, постоянный или изменяемый во времени, насос 5 работает для поддержания постоянного расхода теплоносителя через потребителя, производится поддержание температуры 8 и 9 в зависимости от температуры наружного воздуха при помощи регулирующего клапана 12. Режим работы «Межотопительный сезон» является дополнительным, может включаться в межотопительный сезон вручную или автоматически в данном режиме регулирование температуры теплоносителя не производится, насос не работает и поддержание температуры 8 и 9 не производится. Ручной режим работы является дополнительным режимом, он необходим для отладки системы или ручного вмешательства в работу. В ручном режиме возможно самостоятельно включать и выключать насос 5, самостоятельно подавать сигналы на открытие и закрытие клапана 12.