СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ТЕПЛА В СИСТЕМЕ ЦЕНТРАЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F24D19/10 

Изобретение относится к технике централизованного теплоснабжения и может быть использовано в отоплении зданий.

Известен способ автоматического регулирования расхода тепла в системе центрального отопления здания, заключающийся в том, что измеряют температуру наружного воздуха и воздуха внутри здания и воды в подающем и обратном трубопроводах [1] . При изменении температуры наружного воздуха изменяют температуру теплоносителя в подающем трубопроводе с помощью регулирующего клапана, управляемого регулятором до заданных параметров. В регулятор дополнительно вводят сигналы о достижениях регулирующим клапаном своих крайних положений. В качестве заданных температурных параметров используют температуры воздуха внутри здания и теплоносителя в обратном трубопроводе, первую из которых устанавливают путем удержания регулирующего клапана в закрытом положении, а вторую - в открытом.

Недостатком данного способа регулирования является то, что температура воздуха внутри здания учитывается только в промежутки времени с момента полного закрытия регулирующего клапана до момента установления заданной температуры в здании. В результате возможно появление избытков теплоты в отапливаемых помещениях либо ее дефицита. Другим недостатком является необходимость дополнительной стабилизации перепада давления перед системой отопления. В противном случае из-за большой инерционности процесса отопления относительно быстрые возмущения по расходу теплоносителя не отрабатываются системой регулирования и вызывают изменения расхода тепловой энергии на отопление, что также снижает точность отпуска тепла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ автоматического регулирования расхода тепла в системе центрального отопления здания, заключающийся в измерении температуры теплоносителя в подающем трубопроводе и ее изменении с помощью регулятора при изменении температуры наружного воздуха [2]. Дополнительно измеряют температуру воздуха внутри здания и сравнивают с заданной, измеряют температуру теплоносителя в обратном трубопроводе, определяют разность температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, задают регулятору задание изменения разности указанных температур в зависимости от температуры наружного воздуха, сравнивают измеренную разность температур подающего и обратного трубопроводов с заданной регулятору и обратно знаку полученной разности изменяют температуру теплоносителя в подающем трубопроводе. Задание регулятору корректируют по отклонению температуры воздуха внутри здания от заданной и при отрицательной разности указанных температур коэффициент коррекции уменьшают, а при положительной - увеличивают.

Недостаток данного способа заключается в необходимости дополнительной стабилизации перепада давления перед системой отопления с целью устранения возмущений, вносимых изменениями расхода теплоносителя.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности регулирования отпуска тепла, устранение устанавливаемых перед системой отопления устройств стабилизации давления.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе автоматического регулирования расхода теплоты в системе центрального отопления здания, включающем измерение температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, температуры наружного воздуха и воздуха внутри здания и последующую корректировку температуры теплоносителя в подающем трубопроводе регулирующим клапаном, управляемым регулятором, согласно изобретению дополнительно измеряют текущий расход теплоносителя через систему отопления G(t) и температуру теплоносителя в подающем трубопроводе T₀₁(t) поддерживают согласно зависимости

где T₀₂(t) - текущая температура теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления;
t - текущее время;
с - удельная теплоемкость теплоносителя;
T₀₂(t) - текущая температура теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления;
Q_тр(T_н(t)) - определяемая экспериментально требуемая тепловая мощность отопления для данной температуры наружного воздуха T_н(t);
ΔQ_тр - величина коррекции требуемой тепловой мощности отопления по отклонению температуры воздуха внутри здания от заданной, которую увеличивают при отрицательной разности указанных температур, а при положительной - уменьшают.

В заявляемом решении регулирование температуры в подающем трубопроводе ведется по отклонению фактической тепловой мощности, отпускаемой на отопление, от требуемой тепловой мощности, определяемой для текущей температуры воздуха вне здания с учетом температуры воздуха внутри здания. Это позволяет отрабатывать возмущающие воздействия по расходу теплоносителя и в результате стабилизация перепада давления перед системой отопления не требуется.

Требуемая тепловая мощность отопления здания Q_тр(t) для текущей температуры воздуха вне здания Т_н(t) определяется из графика зависимости требуемой тепловой мощности от температуры воздуха вне здания Q_тр(Т_н(t)), получаемого экспериментально. Для повышения точности при регулировании осуществляется коррекция полученного графика тепловой мощности по отклонению температуры воздуха внутри здания от заданного значения, т.е.

Q_тр(t)=Q_тр(Т_н)(t)±ΔQ_тр, (1)
где ΔQ_тр - величина коррекции.

Фактическая тепловая мощность Q_ф(t), подаваемая на отопление здания в каждый момент времени, определяется выражением
Q_ф(t)=c•G(t)•(T₀₁(t)-T₀₂(t). (2)
Управляющее воздействие формируется исходя из условия равенства нулю разности требуемой Q_тр(t) и фактической Q_ф(t) тепловой мощности, подаваемой на отопление
Q_тр(t)-Q_ф(t)=0 (3)
или
Q_тр(Т_н(t))±ΔQ_тр-с•G(t)•(T₀₁(t)-T₀₂(t))=0. (4)
Отсюда требуемая температура теплоносителя в подающем трубопроводе определяется из формулы

Поддержание температуры теплоносителя в подающем трубопроводе выше значения, рассчитанного по формуле (5), приведет к перерасходу тепловой энергии на отопление и, как следствие, к повышению температуры воздуха в здании выше заданного значения.

Уменьшение этой температуры ниже заявляемого значения приведет к недоотпуску тепла и снижению температуры воздуха в здании ниже заданного значения.

Способ проиллюстрирован на фиг. 1-2. На фиг.1 сплошной линией показан пример полученного экспериментально графика требуемой тепловой мощности отопления в зависимости от температуры воздуха вне здания. Пунктирной линией показан пример графика, полученного в результате коррекции экспериментального графика по отклонению температуры воздуха внутри здания от заданной.

На фиг.2 показана схема системы центрального отопления здания с устройством автоматического регулирования.

Способ осуществляется следующим образом.

Прежде всего экспериментально определяют зависимость требуемой тепловой мощности Q_тр, необходимой для отопления здания, от температуры наружного воздуха Т_н и строят график (фиг.1, сплошная линия).

При поддержании циркуляции теплоносителя в системе отопления, например с помощью насоса 1, регулирование температуры теплоносителя T₀₁ в подающем трубопроводе производят путем изменения расхода теплоносителя через регулирующий клапан 2 по сигналу микропроцессорного контроллера 3, включающего в себя два регулятора А и Б (например, ПИ-регуляторы) и таймер.

Для этого на первом шаге сравнивают текущее значение таймера с заданным временем цикла регулирования t_ц (например, t_ц=24 ч). В случае, если значение таймера больше либо равно времени цикла регулирования t_ц, таймер обнуляется, измеренная при помощи датчика 4 и усредненная за время t_ц температура воздуха в помещении сравнивается с заданной и при помощи регулятора А формируется корректирующий сигнал сдвига графика требуемой тепловой мощности ΔQ_тр (фиг. 1, пунктирная линия). В случае, если текущее значение таймера меньше времени цикла t_ц, то коррекция графика требуемой тепловой мощности не производится. Заданную температуру воздуха в помещении устанавливают в зависимости от типа здания на уровне ее комфортных значений.

Далее измеряют температуру воздуха вне здания датчиком температуры 5, по которой вычисляют текущую требуемую тепловую мощность отопления согласно графику. После чего измеряют температуру теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах датчиками температуры 6 и 7 соответственно, расход воды через систему отопления датчиком расхода 8. Пропуск клапана 2 устанавливают управляющим сигналом, формируемым регулятором Б по отклонению фактической температуры воды в подающем трубопроводе от требуемой температуры, рассчитанной согласно заявляемой зависимости.

Заявляемый способ автоматического регулирования апробирован в трех зданиях профессионального училища 61 г. Челябинска. Проведенные испытания показали, что предлагаемый способ позволяет полностью компенсировать возмущения, вносимые изменениями расхода теплоносителя, и, следовательно, повысить точность отпуска тепла на отопление.

Предлагаемый способ целесообразно использовать при автоматическом регулировании отопления зданий, подключенных к системам централизованного теплоснабжения.

Источники информации
1. Авт. свид. СССР 1343196 "Способ автоматического регулирования расхода тепла в системе центрального отопления здания", М. Кл.⁴ F 24 D 19/10 от 07.10.87.

2. Авт. свид. СССР 524044 "Способ автоматического регулирования расхода тепла в системе центрального отопления здания", М. Кл. F 24 D 3/00 от 05.08.76.

Использование: техника централизованного отопления здания. Способ включает измерение температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, температуры наружного воздуха и воздуха внутри здания, расхода теплоносителя через систему отопления и последующую корректировку расхода теплоносителя, поступающего из тепловой сети, регулирующим клапаном, управляемым регулятором. Температуру теплоносителя в подающем трубопроводе T₀₁(t) поддерживают согласно зависимости

где T₀₂(t) - текущая температура теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления; t - текущее время; G(t) - текущий расход теплоносителя через систему отопления; с - удельная теплоемкость теплоносителя; Q_тр(Т_н(t)) - определяемая экспериментально требуемая тепловая мощность отопления для данной температуры наружного воздуха Т_н(t); ΔQ_тр - величина коррекции требуемой тепловой мощности отопления по отклонению температуры воздуха внутри здания от заданной, которую увеличивают при отрицательной разности указанных температур, а при положительной - уменьшают. Техническим результатом является экономия топлива, упрощение систем регулирования отопления. 2 ил.

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, отличающийся тем, что дополнительно измеряют текущий расход теплоносителя через систему отопления G(t) и температуру теплоносителя в подающем трубопроводе Т₀₁(t) поддерживают согласно зависимости

где T₀₂(t) - текущая температура теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления;
t - текущее время;
с - удельная теплоемкость теплоносителя;
Q_тр(Т_н(t)) - определяемая экспериментально требуемая тепловая мощность отопления для данной температуры наружного воздуха Т_н(t);
ΔQ_тр - величина коррекции требуемой тепловой мощности отопления по отклонению температуры воздуха внутри здания от заданной, которую увеличивают при отрицательной разности указанных температур, а при положительной - уменьшают.