СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
TEMPERATURE CONTROL SYSTEM

Настоящее изобретение относится к системе регулирования температуры для воздействия на температуру в по меньшей мере одном помещении здания, причем система регулирования температуры содержит по меньшей мере два теплообменника, причем каждый теплообменник имеет регулирующий клапан, отверстие подачи и отверстие возврата, причем упомянутые отверстия соединены с системой подачи текучей среды, выполненной с возможностью подачи текучего теплоносителя, и блок датчиков, выполненный с возможностью выявления по меньшей мере одной физической характеристики текучего теплоносителя в каждом теплообменнике и по меньшей мере дополнительной физической характеристики системы, причем система дополнительно содержит средства обработки, выполненные с возможностью приема данных от блока датчиков.
Такая система известна, например, из документа US 2013/0081799 А1.
Упомянутая система может использоваться для обогрева или охлаждения помещений здания. Для упрощения последующего описания система раскрывается применительно к обогреву помещений. В этом случае текучий теплоноситель имеет повышенную температуру, например, это может быть горячая вода с температурой от 50°C до 70°C. Тем не менее, подобная или идентичная система может быть использована и для охлаждения помещений. В этом случае, текучий теплоноситель имеет температуру ниже 20°C.
После строительства здания и установки системы обогрева предполагается, что система будет работать удовлетворительно. Однако, так происходит далеко не всегда. Дополнительная проблема возникает в случае внесения изменений в здание, что часто бывает в случае офисного здания. После такого изменения может случиться, что система не сможет функционировать приемлемым для пользователей образом. В этом случае приходится вызывать монтажника для ремонта или технического обслуживания системы. При этом поиск причины неисправности может занять много времени и, соответственно, потребовать существенных затрат. Это справедливо и для неисправностей, возникающих в процессе нормального функционирования системы.
Таким образом, проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в облегчении поиска дефекта в системе регулирования температуры.
Данная проблема решается за счет того, что средства обработки содержат средства диагностики, выполненные с возможностью выявления типа неисправности в системе регулирования температуры.
Средства обработки выполнены с возможностью приема данных от множества датчиков в блоке датчиков. Эти данные отражают состояние системы или представление системы. Если упомянутое состояние не совпадает с предварительно заданным состоянием, то в том числе указывает на наличие ошибки. Упомянутые средства также позволяют выявить тип ошибки или тип неисправности. Например, при закупорке теплообменника будет получена комбинация физических характеристик, отличных от тех, что будут иметься в случае отказа источника текучего теплоносителя. Для этого, средства обработки используют средства диагностики, которые могут быть осуществлены посредством аппаратных средств или функций программного обеспечения или посредством комбинации аппаратных средств и функций программного обеспечения.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутая физическая характеристика текучего теплоносителя представляет собой температуру на выходе теплообменника. Температура на выходе теплообменника показывает, совершил ли теплообменник обмен тепловой энергией с помещением.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутая физическая характеристика представляет собой разницу между температурой на входе и температурой на выходе. Например, если обе температуры по существу равны друг другу, то это явно свидетельствует о том, что теплообменник не работает должным образом.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутая дополнительная физическая характеристика системы представляет собой степень открытия по меньшей мере одного из регулирующих клапанов. Степень открытия, например, может соответствовать другим характеристикам, например, температуре в помещении или температуре на выходе. В противном случае это может указывать на то, что в работе регулирующего клапана произошел сбой. Например, можно измерить степень открытия регулирующего клапана. Также возможно применение информации о степени открытия регулирующего клапана, заданной некоторой командой.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения средства обработки выполнены с возможностью обработки физических характеристик в течение предварительно заданного периода времени. Другими словами, средства обработки выполнены с возможностью реагирования не сразу после изменения физических характеристик. Например, средства обработки могут ожидать наступления устойчиво режима. Если физические характеристики в таком устойчивом режиме не соответствуют требуемым значениям, то это может служить указанием на тип ошибки.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения средства обработки выполнены с возможностью сравнения по меньшей мере одной из упомянутых физических характеристик с ожидаемым значением.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения ожидаемое значение основано на по меньшей мере одной другой физической характеристике. Если, например, регулирующий клапан открыт, или в регулирующий клапан поступает команда на открытие, однако температура на выходе не меняется соответствующим образом, то это свидетельствует о том, что теплообменник закупорен или о том, что клапан не работает надлежащим образом.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения средства обработки выполнены с возможностью выявления закупорки теплообменника или заклинивания регулирующего клапана при выполнении по меньшей мере одного из следующих условий:
a) дана команда на открытие регулирующего клапана теплообменника, однако температура на входе теплообменника меняется только в предварительно заданном диапазоне;
b) разница между температурой на входе и температурой на выходе теплообменника меньше предварительно заданного значения в течение времени, превышающего предварительно заданный период времени, требуемая температура в помещении не достигнута по истечении предварительно заданного периода времени, дана команда на полное открытие клапана, и условия не выполняются в предварительно заданном количестве других помещений,
с) разница между температурой на входе и средней температурой в помещении меньше предварительно заданного значения.
Каждое из этих трех условий учитывает, что теплообменник не осуществил передачу тепла, а это явно свидетельствует о том, что через теплообменник не проходит достаточный поток текучего теплоносителя.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения средства обработки выполнены с возможностью выявления неверного размера теплообменника при выполнении по меньшей мере одного из следующих условий:
a) разница между температурой на входе и температурой на выходе теплообменника меньше предварительно заданного значения, и средняя температура в помещении не совпадает с требуемой температурой в помещении,
b) температура на выходе отличается от средней температуры в помещении на величину, превышающую предварительно заданное значение,
c) разница между температурой на входе и температурой на выходе теплообменника меньше предварительно заданного значения в течение периода времени, превышающего предварительно заданный период времени, требуемая температура не достигнута по истечении предварительно заданного периода времени, дана команда на полное открытие клапана, и условия выполняются в предварительно заданном количестве других помещений.
Ситуация, в которой теплообменник имеет неверный размер, может возникнуть не только после первоначального строительства здания, но также после внесения изменений в здание. В офисных зданиях предусмотрена возможность смещения стен между помещениями, и предусмотрена возможность изменения размера помещений. В этом случае может произойти так, что помещение становится слишком большим для теплообменника.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения средства обработки выполнены с возможностью выявления неисправности в подаче текучего теплоносителя при выполнении по меньшей мере одного из следующих условий:
а) разница между температурой на входе и температурой на выходе меньше предварительно заданного значения, и разница между температурой в помещении и требуемой температурой в помещении больше предварительно заданного значения,
b) регулирующие клапаны открыты, и температура на входе меньше ожидаемой температуры,
c) разница между температурой на входе и средней температурой в помещении меньше предварительно заданного значения.
Требуемая температура в помещении может, например, представлять собой установленную температуру в помещении.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения средства обработки выполнены с возможностью выявления некачественной изоляции труб, если при предварительно заданной разнице между температурой на входе и температурой на выходе температура на входе в теплообменники в системах меняется больше чем в пределах предварительно заданного диапазона. Если в таком случае теплообменник рядом с источником текучего теплоносителя принимает текучий теплоноситель с более высокой температурой, чем теплообменник, удаленный от источника текучего теплоносителя, то это явно указывает на то, что по пути произошла некоторая потеря тепла.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, средства обработки распределены в системе. Таким образом, необязательно использовать единственный центральный блок для приема всех данных, хотя это, конечно, возможно. Средства обработки могут быть образованы множеством блоков, объединенных сетью.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, предусмотрена возможность регулирования регулирующих клапанов посредством приводов, причем по меньшей мере два привода образуют часть средств обработки. Каждый привод имеет свои собственные средства регулирования для регулирования положения регулирующего клапана. Эти средства регулирования обычно принимают данные, например, от датчика температуры в помещении для обеспечения возможности настройки регулирующего клапана так, чтобы теплообменник отводил достаточно тепла для обеспечения установленной температуры в помещении. Поскольку такие данные уже являются доступными, различные блоки регулирования в системе (например, в каждом приводе) выполнены с возможностью принятия решения о том, чем они могут помочь в достижении общей задачи, необходимой для осуществления диагностики. Одна из функций котроллера может при этом заключаться в выполнении общей оценки и приеме уже частично оцененных данных от других контроллеров и далее, например, отправке сообщения о существовании в системе проблемы и о том, какого типа эта проблема.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения средства обработки выполнены с возможностью выявления неисправности при возникновении комбинации из следующих условий: низкая установленная температура и низкая дельта Т в одном помещении и более высокая установленная температура и более высокая дельта Т в соседнем помещении. Дельта Т представляет собой разницу температур между температурой на входе и температурой на выходе обогревателя. При появлении такой ситуации может быть дан сигнал тревоги или какое-либо другое сообщение о том, что в одном помещении необходимо изменить установленную температуру для того, чтобы не нагреть ближайшее помещение или соседнюю квартиру.
Далее приведено подробное описание одного из вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемый чертеж, где схематично показана система регулирования температуры для воздействия на температуру в по меньшей мере одном помещении здания.
Нижеследующее описание настоящего изобретения приведено в отношении системы обогрева. Тем не менее, оно также может быть использовано применительно к системе охлаждения.
Система содержит два помещения 2, 3, являющиеся частью здания. В первом помещении 2 предусмотрено два теплообменника 4, 5, а во втором помещении 3 установлен только один теплообменник 6. Вместо помещений 2, 3 могут также рассматриваться квартиры. Теплообменники 4, 5, 6 могут быть, например, выполнены в виде обогревателей.
Теплообменники 4, 5, 6 соединены с линией 7 подачи и возвратной линией 8. Линия 7 подачи соединена с источником 9 текучего теплоносителя, например, горячей воды. Для этого, источник 9 содержит котел 10 и насос 11. В котле 10 происходит нагревание текучего теплоносителя. Насос 11 используется для перемещения нагретой текучей среды через линию 7 подачи к обогревателям 4, 5, 6.
Линия 8 возврата соединяет выход теплообменника 4, 5, 6 обратно с источником 9 и котлом 10.
Первое помещение 2 содержит датчик 12 температуры в помещении. Второе помещение 3 содержит датчик 13 температуры в помещении.
Кроме того, теплообменник содержит первый датчик 14 температуры на входе и первый датчик 15 температуры на выходе. Второй теплообменник 5 содержит второй датчик 16 температуры на входе и второй датчик 17 температуры на выходе. Третий теплообменник 6 содержит третий датчик 18 температуры на входе и третий датчик 19 температуры на выходе.
Первый теплообменник 4 соединен последовательно с первым регулирующим клапаном 20. Первый датчик 14 температуры на входе установлен между первым регулирующим клапаном 20 и первым теплообменником 4 или в приводе 24 первого регулирующего клапана 20. Второй теплообменник 5 соединен со вторым регулирующим клапаном последовательно. Также второй датчик 16 температуры на входе установлен между вторым регулирующим клапаном 21 и вторым теплообменником 5 или в приводе 25 второго регулирующего клапана 21.
Третий теплообменник 6 соединен последовательно с третьим регулирующим клапаном 22, а третий датчик 18 температуры на входе установлен между третьим регулирующим клапаном 22 и третьим теплообменником 6 или в приводе 26 третьего регулирующего клапана 22.
Первый регулирующий клапан 20 приводится в действие посредством первого привода 23. Второй регулирующий клапан 21 приводится в действие посредством второго привода 25. Третий регулирующий клапан 22 приводится в действие посредством третьего привода 25. Все приводы 23-25 представляют собой «интеллектуальные» приводы, содержащие свой собственный блок обработки. Приводы 23, 24, 25 установлены на регулирующих клапанах 20, 21, 22. Другими словами, каждый из регулирующих клапанов 20, 21, 22 содержат привод 23, 24, 25.
Первый датчик 12 температуры в помещении соединен с первым приводом 23 и вторым приводом 24 так, что приводы 23, 24 выполнены с возможностью регулировки первого регулирующего клапана 20 и второго регулирующего клапана 21, которые, в свою очередь, выполнены с возможностью регулировки потока текучего теплоносителя через теплообменники 4, 5 для того, чтобы температура в первом помещении 2 достигла установленной температуры в помещении или требуемой температуры в помещении.
По аналогии, второй датчик 13 температуры в помещении соединен с третьим приводом 25, который, в свою очередь, выполнен с возможностью регулирования третьего клапана 22 для достижения во втором помещении 3 температуры, которая будет соответствовать установленной температуре в помещении или требуемой температуре в помещении.
На чертеже датчики 12, 13 температуры показаны в виде отдельно расположенных датчиков. Тем не менее, они также могут быть расположены совместно с приводами 23, 24, 25 или они могут быть встроены в приводы 23, 24, 25.
Приводы 23, 24, 25 выполнены с возможностью выявления степени открытия соответствующих регулирующих клапанов 20, 21, 22. Кроме того, они «знают», какую степень открытия следует обеспечить. Степень открытия может, например, быть задана посредством блока регулирования, принимающего сигналы от датчиков 12, 13 температуры в помещении.
Соответственно, приводы 23, 24, 25 можно рассматривать в качестве клапанного датчика или датчика степени открытия.
Все датчики 12-19, 23-25 вместе образуют блок датчиков. При этом блок датчиков может иметь больше или меньше датчиков, чем показано на чертеже, в зависимости, помимо прочего, от количества обогревателей и от количества обогреваемых помещений.
Приводы 23, 24, 25 выполнены с возможностью реагирования на разницу между температурой в помещении, выявленной датчиками 12, 13 температуры в помещении, и установленной температурой в помещении. Они также выполнены с возможностью сбора или приема данных от соответствующих датчиков. Кроме того, они выполнены с возможностью приема данных от датчиков 14, 16, 18 температуры на входе и от датчиков 15, 17, 19 температуры на выходе. Таким образом, приводы образуют средства обработки, выполненные с возможностью приема данных от блока датчиков. Средства обработки распределены по системе. Более того, может быть предусмотрено больше блоков регулирования или блоков обработки, например, в источнике 9. Также могут использоваться блоки обработки, расположенные за пределами системы 1, например, в кластере облачных вычислений или в компьютере за пределами системы 1.
Соединение между блоком датчиков и средствами 23, 24, 25 обработки может быть проводным или беспроводным. Такое соединение не показано на чертежах. Однако, специалисту в данной области техники будет понятно, как осуществить соединение датчиков и приводов и соответствующих средств обработки.
Средства обработки содержат средства диагностики, выполненные с возможностью выявления неисправности в работе системы регулирования температуры.
По существу, может быть несколько возможных ситуаций, в которых может возникнуть такая неисправность.
Неисправность может заключаться в закупорке теплообменника или заклинивании клапана. В обоих случаях поток текучего теплоносителя через теплообменники 4, 5, 6 блокируется или по меньшей мере прерывается. В результате, температуры, измеренные посредством блока датчиков, в частности, посредством датчиков 14, 16, 18 температуры на входе и датчиков 15, 17, 19 температуры на выходе, отклоняются от нормальных значений.
Если привод 23, 24, 25 открывает соответствующий регулирующий клапан 20, 21, 22, однако температура на входе, измеренная датчиком 14, 16, 18 температуры на входе, не меняется, то это свидетельствует о заклинивании клапана или закупорке теплообменника.
Если разница между температурой на входе и температурой на выходе, также известная как «дельта С», в помещении является слишком маленькой в течение слишком длительного времени, и требуемая температура в помещении не может быть достигнута при полностью открытом регулирующем клапане и такая ситуация не происходит во множестве других помещений, это означает, что теплообменник закупорен.
Другая возможная ситуация состоит в том, что теплообменник является слишком маленьким, что будет подробно раскрыто ниже. Если температура на входе не существенно превышает среднюю температуру в помещении, то теплообменник также считается закупоренным. Для разницы между температурой на входе и средней температурой в помещении может быть установлено первое предварительно заданное значение, которое является допустимым. Если упомянутая разница больше первого предварительно заданного значения, то система определяет ошибку. Такая ошибка может отражаться на экране или может быть отправлена в блок технического обслуживания или ремонта. То же справедливо для всех остальных ошибок.
Если, например, регулирующий клапан полностью открыт, но дельта Т теплообменника является слишком большой, то это указывает на слишком низкой поток через теплообменник, что может быть вызвано наличием грязи в трубах, заклиниванием клапана, закупоркой обогревателя и т.д. Соответственно, если дельта Т еще в одном теплообменнике в помещении является высокой в течение слишком длительного периода времени, в требуемая температура в помещении не может быть обеспечена, при этом клапан полностью открыт и такая ситуация не характерна для множества других помещений, то это означает, что теплообменник закупорен.
Другая неисправность может возникнуть, если выявлено, что температура на входе и температура на выходе совпадают, а температура в помещениях не достигает требуемого значения. Это указывает на то, что неисправен источник 9. Например, насос 11 может быть сломан, в результате чего расход оказывается слишком низким, или не работает котел 10 и поэтому температура текучего теплоносителя становится слишком низкой.
Если дельта Т в одном или нескольких теплообменниках 4, 5, 6 в помещении 2, 3 является слишком низкой в течение слишком долгого времени, и требуемая температура в помещении не может быть достигнута, причем клапан полностью открыт и описанная ситуация происходит во множестве других помещениях, при этом температура в трубопроводе подачи является слишком низкой, это означает, что не работает котел 10 или неисправен насос 11.
Аналогичную неисправность определяют, если температура на входе существенно не превышает среднюю температуру в помещении, и в этом случае неисправным считается источник 9.
С другой стороны, если температура на входе существенно превышает среднюю температуру в помещении, то температура в трубопроводе подачи также может оказаться слишком низкой.
Во всех случаях допустимая разница между температурой в помещении и температурой в трубопроводе подачи может быть установлена в виде предварительно заданного значения.
Другая неисправность может заключаться в том, что температура на входе при выявленной дельте Т в теплообменниках 4, 5, 6 в системе 1 может меняться (больше чем в пределах предварительно заданного диапазона). Это явно указывает на то, что потери на линии являются слишком высокими и необходимо обеспечить более качественную изоляцию.
Еще одна неисправность может состоять в том, что на входе и выходе теплообменника 4, 5, 6 может быть выявлена одинаковая температура и, в то же время, температура в помещении 2, 3 является слишком низкой. В этом случае, теплообменник слишком мал.
С учетом физических характеристик, выявленных посредством блока датчиков, возможно применение средств обработки, уже имеющихся в приводах 23, 24, 25 (или в других местах), для сравнения физических характеристик, выявленных посредством блока датчиков, с ожидаемыми значениями, причем ожидаемые значения также могут быть получены из других физических характеристик.
Еще одна неисправность может заключаться в том, что имеется комбинация следующих условий: низкая установленная температура и низкая дельта Т в одном помещении 2 (или квартире) и более высокая установленная температура и более высокая дельта Т в соседнем помещении 3 (или квартире). В этой ситуации должен быть дан сигнал тревоги о том, что в помещении 2 необходимо поменять установленную температуру для того, чтобы не нагреть ближайшее помещение или соседнюю квартиру. Дельта Т представляет собой разницу температур между температурой на входе и температурой на выходе. Низкая дельта Т означает, что лишь небольшое количество тепла излучается теплообменником 4, 5, 6.