СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЯ С УЧЕТОМ ЕГО ФАСАДОВ (ЕЕ ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК G05D23/19 

Предлагаемое изобретение относится к области, связанной с системами управления или регулирования температуры с помощью электрических средств, и может быть использовано для автоматизации и управления системами отопления здания с учетом его фасадов с центральным водяным отоплением на основе применения теплообменников.

Известна система автоматического регулирования (CAP) отопления здания с применением теплообменника (Ливчак В.И. Энергосбережение в системах централизованного теплоснабжения на новом этапе развития// Энергосбережение, 2000. №2. - С.4-9 (рис.3)), содержащая на вводе в индивидуальный тепловой пункт (ИТП) теплосчетчик (на рис. 3 обозначен как ТС - теплосчетчик, состоящий из 2-х датчиков температуры, расходомера теплоносителя и тепловычислителя, причем его элементы на схеме не обозначены), регулятор перепада давления прямого действия (на схеме не обозначен), регулирующий клапан с исполнительным механизмом (на схеме не обозначены), связанный с регулятором (на рис.3 поз.11 - это погодный термостат с часами), вход которого связан с датчиком температуры (на схеме не обозначен), теплообменник (на рис.3 поз.12 - это отопительный теплообменник), циркуляционный насос (на схеме не обозначен), отопительные приборы в системе отопления здания (на рис.3 поз.9 и 10) с термостатами (на схеме не обозначены), расширительный бак с предохранительным клапаном (на схеме не обозначены).

К основным недостаткам данного технического решения следует отнести относительно невысокую надежность использования теплообменника в системе отопления здания, например, без резервирования его в системе отопления в отличие от циркуляционных насосов, а также низкую эффективность CAP отопления здания, так как не учитываются температурный график подачи теплоносителя от тепловых сетей, температура наружного воздуха и температура внутри помещения здания.

Прототипом предлагаемого изобретения является CAP отопления по фасадам здания с применением двух теплообменников, состоящая из двух независимых контуров, один из которых отапливает северную сторону здания, другой - южную (Кулев М.В. Применение комплекса автоматизации регулирования тепла в административных зданиях Екатеринбурга // Энергосбережение, 2000. №2. - С.24-25 (рисунок с принципиальной схемой автоматизации ИТП)). Первая подсистема CAP для авторегулирования температуры системы отопления северного фасада, содержащая циркуляционный насос (P1 - циркуляционный насос отопления, показанный на принципиальной схеме автоматизации ИТП) с электроприводом (на схеме не показан), подключенный к 1 выходу контроллера (показано на схеме в виде функциональной линии связи 4 справа от центральной части контроллера), регулирующий клапан с исполнительным механизмом (M1 - исполнительный механизм клапана), подключенный к 2 выходу контроллера (показано на схеме в виде функциональной линии связи 3 слева от центральной части контроллера), погружной датчик температуры теплоносителя системы отопления северного фасада в подающем трубопроводе (буквенное обозначение S3), расположенный после первого теплообменника (на схеме верхний), подключенный к 1 входу контроллера (показано на схеме в виде функциональной линии связи 6 справа от центральной части контроллера), погружной датчик температуры теплоносителя из теплосетей в обратном трубопроводе (буквенное обозначение S4), подключенный к 2 входу контроллера (показано на схеме в виде функциональной линии связи 4 слева от центральной части контроллера), датчик температуры внутреннего воздуха северного фасада (буквенное обозначение 82), расположенный в одной из комнат северного фасада и подключенный к 3 входу контроллера (показано на схеме в виде функциональной линии связи 1 справа от центральной части контроллера) и датчик температуры наружного воздуха (буквенное обозначение S1), расположенный на северном фасаде здания и подключенный к 4 входу контроллера (показано на схеме в виде функциональной линии связи 1 слева от центральной части контроллера). Вторая подсистема CAP для авторегулирования температуры системы отопления южного фасада, содержащая циркуляционный насос (Р2 - циркуляционный насос отопления, показанный на принципиальной схеме автоматизации ИТП) с электроприводом (на схеме не показан), подключенный к 3 выходу контроллера (показано на схеме в виде функциональной линии связи 3 справа от центральной части контроллера), регулирующий клапан с исполнительным механизмом (М2 - исполнительный механизм клапана), подключенный к 4 выходу контроллера (показано на схеме в виде функциональной линии связи 2 слева от центральной части контроллера), погружной датчик температуры теплоносителя системы отопления южного фасада в подающем трубопроводе (буквенное обозначение S5), расположенный после второго теплообменника (на схеме нижний) и подключенный к 5 входу контроллера (показано на схеме в виде функциональной линии связи 5 справа от центральной части контроллера), датчик температуры внутреннего воздуха южного фасада (буквенное обозначение S6), расположенный в одной из комнат южного фасада и подключенный к 6 входу контроллера (показано на схеме в виде функциональной линии связи 2 справа от центральной части контроллера). Основная особенность технического решения при пофасадном регулировании связана с тем, что помещения южной стороны здания получают дополнительное тепло за счет их обогрева солнечным излучением. В связи с этим в осенне-весенний отопительный период с южной стороны в помещениях здания намного теплее по сравнению с другими помещениями со стороны противоположного фасада здания. Для устранения перепада температур, создания нормальных температурных условий для работы в помещениях и экономии тепловой энергии вводится пофасадное регулирование в протяженных в плане зданиях и соответственно расположенных относительно северного и южного направлений. В соответствии с этим для каждой из 2-х сторон здания применяются раздельные элементы для систем авторегулирования расхода теплоносителя и энергоэффективное оборудование, включая циркуляционные насосы и теплообменники. В каждой из двух независимых CAP температур системы отопления применяется программное управление графиком изменения температуры теплоносителя в системе отопления каждого из фасадов в зависимости от наружной температуры и с коррекцией этого графика при отклонении внутренней температуры помещений от заданной.

Недостатком этого технического решения является относительно невысокая надежность использования 2-х теплообменников для 2-х фасадов здания с учетом автоматического регулировании теплового режима системы отопления по фасадам. Например, при потерях работоспособности одного из теплообменников необходимо подключение резервного, что связано с относительно высокой стоимостью такого технического решения, так как теплообменник сравним по стоимости с элементами автоматизации в целом для ИТП. В другом случае возможно напрямую подключать систему отопления здания к тепловым сетям. Это приведет к затратному режиму функционирования системы отопления. Кроме того, в системе отопления зданий отсутствует возможность проведения регламентных работ на теплообменниках в отопительный период, например, при очистке трубок теплообменника от различных отложений солей на его внутренних поверхностях.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение надежности функционирования CAP отопления здания с учетом его фасадов и на обеспечение возможности проведения регламентных работ в отопительный период на теплообменниках за счет применения малозатратного, неметаллоемкого и энергоэффективного технического решения, предназначенного для подключения систем отопления здания к тепловым сетям по зависимой схеме и за счет применения системы автоматизированного мониторинга для анализа работоспособности теплообменников.

Это достигается тем, что по первому варианту CAP отопления здания с учетом его фасадов, содержащая контроллер, i-ю систему отопления здания (i=1...N, i - номер индекса системы отопления, N - количество раздельных систем отопления здания по его фасадам), причем каждая из них с погружным датчиком температуры теплоносителя и датчиком температуры внутреннего воздуха, расположенного в помещении каждого фасада, подключенные ко входам контроллера с К_i1 по К_i2, датчик температуры наружного воздуха, расположенный на северном фасаде здания и подключенный ко входу контроллера К₀, а также теплообменник, циркуляционный насос с электроприводом и исполнительный механизм с регулирующим клапаном для каждой системы отопления здания, при этом исполнительные механизмы и электроприводы подключены соответственно к выходам контроллера H_i1 по Н_i2, кроме того, в CAP имеется обратный клапан и теплосчетчик, согласно предлагаемому решению в каждой системе отопления на подающем и обратном трубопроводах установлен теплообменник, с одной стороны, связанный с подающим и обратным трубопроводами наружных тепловых сетей через 1-е запорные краны и регулирующий клапан, а с другой стороны, связанный с ветвями этой же системы отопления здания через 2-е запорные краны и циркуляционный насос, при этом между регулирующим клапаном и 1-ми запорными кранами расположена перемычка с обратным клапаном и дополнительным запорным краном, соединяющая подающий и обратный трубопроводы перед теплообменником, а также связанная с каждой системой отопления через 3-и запорные краны между циркуляционным насосом и 2-ми запорными кранами, причем контроллер и/или дополнительные контроллеры и теплосчетчик связаны через адаптер связи и/или промежуточный контроллер с управляющей вычислительной машиной диспетчерского пульта управления. Согласно второму варианту CAP отопления здания с учетом его фасадов, содержащая контроллер, i-ю систему отопления здания (i=1...N, i - номер индекса системы отопления, N - количество раздельных систем отопления здания по его фасадам), причем каждая из них с погружным датчиком температуры теплоносителя и датчиком температуры внутреннего воздуха, расположенного в помещении каждого фасада, подключенные ко входам контроллера с К_i1 по К_i2, датчик температуры наружного воздуха, расположенный на северном фасаде здания и подключенный ко входу контроллера К₀, а также теплообменник, циркуляционный насос с электроприводом и исполнительный механизм с регулирующим клапаном для каждой системы отопления здания, при этом исполнительные механизмы и электроприводы подключены соответственно к выходам контроллера Н_i1 по H_i2, кроме того, в CAP имеется обратный клапан и теплосчетчик, согласно предлагаемому решению в каждой системе отопления на подающем и обратном трубопроводах установлен теплообменник, с одной стороны, связанный с подающим и обратным трубопроводами наружных тепловых сетей через 1-е запорные краны и регулирующий клапан, а с другой стороны, связанный с ветвями этой же системы отопления здания через 2-е запорные краны и циркуляционный насос, при этом между циркуляционным насосом и 2-ми запорными кранами расположена перемычка с обратным клапаном и дополнительным запорным краном, соединяющая подающий и обратный трубопроводы каждой системы отопления, а также связанная со стороны теплообменника с наружными тепловыми сетями через 3-й запорные краны между регулирующим клапаном и 1-ми запорными кранами, причем контроллер и/или дополнительные контроллеры и теплосчетчик связаны через адаптер связи и/или промежуточный контроллер с управляющей вычислительной машиной диспетчерского пульта управления.

Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что оба предложенных варианта направлены на решение одной и той же задачи, связанной с повышением надежности функционирования CAP отопления здания и обеспечением возможности проведения регламентных работ в отопительный период на теплообменниках за счет применения малозатратного, неметаллоемкого и энергоэффективного технического решения, предназначенного для подключения систем отопления здания к тепловым сетям по зависимой схеме и за счет применения системы автоматизированного мониторинга для анализа работоспособности теплообменников.

Сопоставительный анализ с известными техническими решениями показывает, что предлагаемая CAP отопления здания с учетом его фасадов отличается тем, что по первому варианту в каждой системе отопления на подающем и обратном трубопроводах установлен теплообменник, с одной стороны, связанный с подающим и обратным трубопроводами наружных тепловых сетей через 1-е запорные краны и регулирующий клапан, а с другой стороны, связанный с ветвями этой же системы отопления здания через 2-е запорные краны и циркуляционный насос, при этом между регулирующим клапаном и 1-ми запорными кранами расположена перемычка с обратным клапаном и дополнительным запорным краном, соединяющая подающий и обратный трубопроводы перед теплообменником, а также связанная с каждой системой отопления через 3-и запорные краны между циркуляционным насосом и 2-ми запорными кранами, причем контроллер и/или дополнительные контроллеры и теплосчетчик связаны через адаптер связи и/или промежуточный контроллер с управляющей вычислительной машиной диспетчерского пульта управления. Вместе с тем по второму варианту отличается тем, что в каждой системе отопления на подающем и обратном трубопроводах установлен теплообменник, с одной стороны, связанный с подающим и обратным трубопроводами наружных тепловых сетей через 1-е запорные краны и регулирующий клапан, а с другой стороны, связанный с ветвями этой же системы отопления здания через 2-е запорные краны и циркуляционный насос, при этом между циркуляционным насосом и 2-ми запорными кранами расположена перемычка с обратным клапаном и дополнительным запорным краном, соединяющая подающий и обратный трубопроводы каждой системы отопления, а также связанная со стороны теплообменника с наружными тепловыми сетями через 3-и запорные краны между регулирующим клапаном и 1-ми запорными кранами, причем контроллер и/или дополнительные контроллеры и теплосчетчик связаны через адаптер связи и/или промежуточный контроллер с управляющей вычислительной машиной диспетчерского пульта управления.

Таким образом, заявляемое техническое решение по указанным пунктам соответствует критерию "новизна".

Особенность предлагаемого технического решения заключается в том, что оно направлено на повышение надежности функционирования CAP отопления здания с теплообменниками и на обеспечение возможности проведения регламентных работ в отопительный период на теплообменниках за счет применения энергоэффективной зависимой схемы подключения систем отопления здания к наружным тепловым сетям на основе применения перемычки с обратным клапаном, подключаемой соответствующим образом к подающему и обратному трубопроводам между регулирующим клапаном и циркуляционным насосом. По первому варианту при потерях работоспособности теплообменника j-й системы отопления он с помощью 1-х и 2-х запорных кранов отсоединяется от наружных тепловых сетей и от j-й системы отопления. Учитывая, что между регулирующим клапаном и 1-ми запорными кранами расположена перемычка с обратным клапаном и дополнительным запорным краном, то после открытия этого крана перемычка, во-первых, соединяет подающий и обратный трубопроводы перед теплообменником, а во-вторых, после открытия 3-х запорных кранов связывается c j-й системой отопления через 3-и запорные краны, причем только в местах соединения между циркуляционным насосом и 2-ми запорными кранами. Далее CAP j-й системы отопления продолжает функционировать по так называемой зависимой схеме присоединения системы отопления к наружным тепловым сетям. По второму варианту при потерях работоспособности теплообменника j-й системы отопления в период отопления, он с помощью 1-х и 2-х запорных кранов отсоединяется от наружных тепловых сетей и от j-й системы отопления. Учитывая, что между циркуляционным насосом и 2-ми запорными кранами расположена перемычка с обратным клапаном и дополнительным запорным краном, то после открытия этого крана перемычка, во-первых, соединяет подающий и обратный трубопроводы j-й системы отопления, а во-вторых, после открытия 3-х запорных кранов связывается со стороны теплообменника с наружными тепловыми сетями через 3-и запорные краны, причем только в местах соединения между регулирующим клапаном и 1-ми запорными кранами. Далее CAP j-й системы отопления продолжает функционировать по зависимой схеме присоединения системы отопления к наружным тепловым сетям. Следовательно, CAP j-й системы отопления остается полностью работоспособной и энергоэффективной при выходе теплообменника из строя в период отопления или при проведении регламентных работ на нем. Важно отметить, что для анализа работоспособности теплообменников по первому и второму вариантам CAP отопления здания с учетом его фасадов применяется система автоматизированного мониторинга о режимах работы исследуемых теплообменников на основе данных, поступающих от датчиков температуры, связанных с теплосчетчиком и контроллером и/или дополнительными контроллерами, которые связаны через адаптер связи и/или промежуточный контроллер с управляющей вычислительной машиной диспетчерского пульта управления с системой автоматизированного мониторинга.

Таким образом, проведенный анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемой CAP отопления здания с учетом его фасадов, и дает право признать заявляемое техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлена схема CAP отопления здания по первому варианту, на фиг.2 представлена схема CAP отопления здания по второму варианту (цифровое обозначение соответствует элементам системы, буквенно-цифровое - соответствующие входы и выходы контроллеров и управляющей вычислительной машины).

Система автоматического регулирования отопления здания с учетом его фасадов по первому варианту, представленная на фиг.1, содержит контроллер 1, раздельные системы отопления здания по его фасадам, например, одну систему отопления 2 здания. К контроллеру 1 соответственно подключены погружной датчик температуры теплоносителя 3 системы отопления здания ко входу К₁₁, датчик температуры внутреннего воздуха 4, расположенный в помещении здания, ко входу К₁₂, датчик температуры наружного воздуха 5, расположенный на северной стороне здания, ко входу К₀. CAP системы отопления здания содержит теплообменник 6, циркуляционный насос 7 с электроприводом 8, подключенный к выходу Н₁₁ контроллера 1, регулирующий клапан 9 с исполнительным механизмом 10, подключенным к выходу Н₁₂ контроллера 1. При этом регулирующий клапан 9 с исполнительным механизмом 10 расположен перед теплообменником 6. Кроме того, теплообменник 6 в системе отопления здания установлен на подающем и обратном трубопроводах таким образом, что, с одной стороны, он связан с подающим 11 и обратным 12 трубопроводами наружных тепловых сетей через 1-е запорные краны соответственно 13 и 14 и регулирующий клапан 9, а с другой стороны, связанный с ветвями системы отопления здания через 2-е запорные краны соответственно 15 и 16 и циркуляционный насос 7. При этом между регулирующим клапаном 9 и 1-ми запорными кранами соответственно 13 и 14 расположена перемычка 17 с обратным клапаном 18 и дополнительным запорным краном 19, соединяющая подающий и обратный трубопроводы перед теплообменником 6, а также связанная с системой отопления здания через 3-и запорные краны соответственно 20 и 21 в местах соединения между циркуляционным насосом 7 и 2-ми запорными кранами соответственно 15 и 16. На вводе в тепловой пункт расположен теплосчетчик 22, включающий датчики температуры теплоносителя 23 и 24 и расходомер 25, подключенные к тепловычислителю 26. Выходы U₀ контроллера 1 и теплосчетчика 22 соответственно подключены ко входам U₁ и U₂ промежуточного контроллера 27. Так как нет необходимости согласования интерфейсов, то адаптер связи на фиг.1 не показан. Адаптер связи может появиться в схеме, если необходимо согласовать интерфейсы между промежуточным контроллером и теплосчетчиком или теплосчетчиками. Промежуточный контроллер может отсутствовать в схеме, если его функции выполняет управляющая вычислительная машина 28, а адаптер связи применяется для согласования интерфейсов. В рассматриваемом варианте применяется промежуточный контроллер 27, который через цифровой коммуникационный порт U₃ связан с цифровым коммуникационным портом управляющей вычислительной машины 28 диспетчерского пульта управления. Дополнительные контроллеры на фиг.1 не показаны, так как они могут появляться в CAP для зданий с большим количеством раздельных систем отопления, например, для здания O-образной формы, имеющего 8 фасадов с раздельными системами отоплении. Кроме того, ветви системы отопления здания содержат стояки с отопительными приборами 29.

Система автоматического регулирования отопления здания с учетом его фасадов по второму варианту, представленная на фиг.2, содержит контроллер 1, раздельные системы отопления здания по его фасадам, например, одну систему отопления 2 здания. К контроллеру 1 соответственно подключены погружной датчик температуры теплоносителя 3 системы отопления здания ко входу К₁₁, датчик температуры внутреннего воздуха 4, расположенный в помещении здания, ко входу К 12, датчик температуры наружного воздуха 5, расположенный на северной стороне здания, ко входу К₀. CAP системы отопления здания содержит теплообменник 6, циркуляционный насос 7 с электроприводом 8, подключенный к выходу Н₁₁ контроллера 1, регулирующий клапан 9 с исполнительным механизмом 10, подключенным к выходу H₁₂ контроллера 1. При этом регулирующий клапан 9 с исполнительным механизмом 10 расположен перед теплообменником 6. Кроме того, теплообменник 6 в системе отопления здания установлен на подающем и обратном трубопроводах таким образом, что, с одной стороны, он связан с подающим 11 и обратным 12 трубопроводами наружных тепловых сетей через 1-е запорные краны соответственно 13 и 14 и регулирующий клапан 9, а с другой стороны, связанный с ветвями системы отопления здания через 2-е запорные краны соответственно 15 и 16 и циркуляционный насос 7. При этом между циркуляционным насосом 7 и 2-ми запорными кранами соответственно 15 и 16 расположена перемычка 17 с обратным клапаном 18 и дополнительным запорным краном 19, соединяющая подающий и обратный трубопроводы системы отопления, а также связанная со стороны теплообменника 6 с наружными тепловыми сетями через 3-и запорные краны соответственно 20 и 21 в местах соединения между регулирующим клапаном 9 и 1-ми запорными кранами соответственно 13 и 14. На вводе в тепловой пункт расположен теплосчетчик 22, включающий датчики температуры теплоносителя 23 и 24 и расходомер 25, подключенные к тепловычислителю 26. Выходы U₀ контроллера 1 и теплосчетчика 22 соответственно подключены ко входам U₁ и U₂ промежуточного контроллера 27. Так как нет необходимости согласования интерфейсов, то адаптер связи на фиг.2 не показан. Адаптер связи может появиться в схеме, если необходимо согласовать интерфейсы между промежуточным контроллером и теплосчетчиком или теплосчетчиками. Промежуточный контроллер может отсутствовать в схеме, если его функции выполняет управляющая вычислительная машина 28, а адаптер связи применяется для согласования интерфейсов. В рассматриваемом варианте применяется промежуточный контроллер 27, который через цифровой коммуникационный порт U₃ связан с цифровым коммуникационным портом управляющей вычислительной машины 28 диспетчерского пульта управления. Дополнительные контроллеры на фиг.2 не показаны, так как они могут появляться в CAP для зданий с большим количеством раздельных систем отопления, например, для здания O-образной формы, имеющего 8 фасадов с раздельными системами отопления. Кроме того, ветви системы отопления здания содержат стояки с отопительными приборами 29.

Важно отметить, что для различных типов зданий с учетом их планировок суть предлагаемого изобретения не меняется, а изменяется только количество раздельных систем отопления зданий.

CAP отопления здания по первому варианту (см. фиг.1) работает следующим образом. Автоматическое регулирование температуры теплоносителя в системе отопления обеспечивается контроллером 1 с учетом того, что система регулирования является двухконтурной. Это повышает динамическую устойчивость и точность регулирования. Первый контур, регулирующий расход теплоносителя из тепловых сетей в зависимости от температуры наружного воздуха, является малоинерционным, что позволяет осуществлять управление без статической ошибки, используя для этого пропорционально-интегральной закон регулирования. Второй контур, включающий инерционные элементы (помещения здания), работает по пропорциональному закону регулирования с учетом большой инерционности объекта управления, и корректирует работу первого контура. В первом контуре системы автоматизации на базе контроллера 1 формируется управляющая команда с учетом закона регулирования при возникновении отклонения Δ_t1 как результата сравнения значения от его программного задатчика (ПЗ₁) и данных от погружного датчика температуры теплоносителя 3, расположенного после теплообменника 6. При этом следует отметить, что сигналы от датчиков температуры 3, 4, 5, поступающие на аналоговые входы (К₁₁, К₁₂, К₀) контроллера 1, преобразуются в цифровые. Затем управляющая команда от контроллера 1 преобразуется в электрический сигнал и подается на исполнительный механизм 10, перемещающий шток регулирующего клапана 9. При этом соответственно изменяется расход теплоносителя из подающего трубопровода 11 через теплообменник 6. Функционирование задатчика ПЗ₁ контроллера 1 определяется температурным графиком подачи теплоносителя при централизованном теплоснабжении здания с учетом температуры наружного воздуха, измеряемого датчиком температуры наружного воздуха 5, расположенного на северной стороне здания. Циркуляционный насос 7 создает необходимый и постоянный расход в системе отопления здания с помощью электропривода 8, подключенного к выходу Н₁₁ контроллера 1. При этом следует отметить, что при увеличении температуры в системе отопления здания контроллер 1 формирует управляющую команду, при которой исполнительный механизм 10 перемещает шток регулирующего клапана 9 таким образом, что уменьшается расход теплоносителя из подающего трубопровода 11 через теплообменник 6 и это соответственно приводит к стабилизации заданной температуры в системе отопления здания. В случае уменьшения температуры в системе отопления здания по командам контроллера 1 исполнительный механизм 10 с помощью регулирующего клапана 9, наоборот, увеличивает расход теплоносителя из подающего трубопровода 11 через теплообменник 6 и т.д. Во втором контуре на базе этого же контроллера 1 формируется управляющая команда с учетом закона регулирования при возникновении отклонения Δ_t2 как результата сравнения значения от его второго задатчика (ПЗ₂) и данных от датчика температуры внутреннего воздуха 4, установленного в помещении здания. Затем команда от контроллера 1 преобразуется в электрический сигнал, поступающий на исполнительный механизм 10, перемещающий шток регулирующего клапана 9, т.е. при этом корректируется расход теплоносителя из подающего трубопровода 11 через теплообменник 6 с учетом температуры в помещении здания. При потерях работоспособности теплообменника 6 системы отопления он с помощью 1-х и 2-х запорных кранов соответственно 13, 14 и 15, 16 отсоединяется от наружных тепловых сетей 11 и 12, а также и от системы отопления 2. Учитывая, что между регулирующим клапаном 9 и 1-ми запорными кранами соответственно 13, 14 расположена перемычка 17 с обратным клапаном 18 и дополнительным запорным краном 19, то после открытия крана 19 перемычка 17, во-первых, соединяет подающий и обратный трубопроводы перед теплообменником 6, а во-вторых, после открытия 3-х запорных кранов соответственно 20 и 21 связывается с системой отопления 2 через 3-и запорные краны соответственно 20 и 21, причем только в местах соединения между циркуляционным насосом 7 и 2-ми запорными кранами соответственно 15, 16. Далее CAP системы отопления продолжает функционировать по так называемой зависимой схеме присоединения системы отопления к наружным тепловым сетям 11 и 12. Без теплообменника 6, но с перемычкой 17 CAP работает аналогично, как описано. Основное отличие заключается в том, что по командам контроллера 1 преобразованные выходные электрические сигналы поступают на исполнительный механизм 10, перемещающий шток регулирующего клапана 9, для изменения расхода теплоносителя из подающего трубопровода 11 и соответственно для его увеличения или уменьшения при подмешивании к теплоносителю в системе отопления 2, т.е. в целом для изменения температуры теплоносителя в системе отопления в соответствии с заданной. После проведения регламентных работ или замены теплообменника его можно обратно вернуть в систему отопления и, совершив обратные действия после его отключения, включить его в работу. Для анализа работоспособности теплообменника CAP отопления здания применяется система автоматизированного мониторинга о режимах работы исследуемого теплообменника 6 на основе данных, поступающих от датчиков температуры теплоносителя 23 и 24, связанных с тепловычислителем 26 теплосчетчика 22, и от погружного датчика температуры теплоносителя 3 системы отопления, связанного с контроллером 1. Теплосчетчик 22 и контроллер 1 связаны через адаптер связи и/или промежуточный контроллер 27 с управляющей вычислительной машиной 28 диспетчерского пульта управления с системой автоматизированного мониторинга.

CAP отопления здания по второму варианту (см. фиг.2) работает следующим образом. Автоматическое регулирование температуры теплоносителя в системе отопления обеспечивается контроллером 1 с учетом того, что система регулирования является двухконтурной. Это повышает динамическую устойчивость и точность регулирования. Первый контур, регулирующий расход теплоносителя из тепловых сетей в зависимости от температуры наружного воздуха, является малоинерционным, что позволяет осуществлять управление без статической ошибки, используя для этого пропорционально-интегральной закон регулирования. Второй контур, включающий инерционные элементы (помещения здания), работает по пропорциональному закону регулирования с учетом большой инерционности объекта управления и корректирует работу первого контура. В первом контуре системы автоматизации на базе контроллера 1 формируется управляющая команда с учетом закона регулирования при возникновении отклонения Δ_t1 как результата сравнения значения от его программного задатчика (ПЗ₁) и данных от погружного датчика температуры теплоносителя 3, расположенного после теплообменника 6. При этом следует отметить, что сигналы от датчиков температуры 3, 4, 5, поступающие на аналоговые входы (К₁₁, K₁₂, К₀) контроллера 1, преобразуются в цифровые. Затем управляющая команда от контроллера 1 преобразуется в электрический сигнал и подается на исполнительный механизм 10, перемещающий шток регулирующего клапана 9. При этом соответственно изменяется расход теплоносителя из подающего трубопровода 11 через теплообменник 6.

Функционирование задатчика ПЗ₁ контроллера 1 определяется температурным графиком подачи теплоносителя при централизованном теплоснабжении здания с учетом температуры наружного воздуха, измеряемого датчиком температуры наружного воздуха 5, расположенного на северной стороне здания. Циркуляционный насос 7 создает необходимый и постоянный расход в системе отопления здания с помощью электропривода 8, подключенного к выходу Н₁₁ контроллера 1. При этом следует отметить, что при увеличении температуры в системе отопления здания контроллер 1 формирует управляющую команду, при которой исполнительный механизм 10 перемещает шток регулирующего клапана 9 таким образом, что уменьшается расход теплоносителя из подающего трубопровода 11 через теплообменник 6 и это соответственно приводит к стабилизации заданной температуры в системе отопления здания. В случае уменьшения температуры в системе отопления здания по командам контроллера 1 исполнительный механизм 10 с помощью регулирующего клапана 9, наоборот, увеличивает расход теплоносителя из подающего трубопровода 11 через теплообменник 6 и т.д. Во втором контуре на базе этого же контроллера 1 формируется управляющая команда с учетом закона регулирования при возникновении отклонения Δ_t2 как результата сравнения значения от его второго задатчика (ПЗ₂) и данных от датчика температуры внутреннего воздуха 4, установленного в помещении здания. Затем команда от контроллера 1 преобразуется в электрический сигнал, поступающий на исполнительный механизм 10, перемещающий шток регулирующего клапана 9, т.е. при этом корректируется расход теплоносителя из подающего трубопровода 11 через теплообменник 6 с учетом температуры в помещении здания. При потерях работоспособности теплообменника 6 системы отопления он с помощью 1- и 2-х запорных кранов соответственно 13, 14 и 15, 16 отсоединяется от наружных тепловых сетей 11 и 12, а также и от системы отопления 2. Учитывая, что между циркуляционным насосом 7 и 2-ми запорными кранами соответственно 15 и 16 расположена перемычка 17 с обратным клапаном 18 и дополнительным запорным краном 19, то после открытия этого крана 19 перемычка 17, во-первых, соединяет подающий и обратный трубопроводы системы отопления 2, а во-вторых, после открытия 3-х запорных кранов соответственно 20, 21 связывается с наружными тепловыми сетями 11 и 12 через 3-и запорные краны соответственно 20 и 21, причем только в местах соединения между регулирующим клапаном 9 и 1-ми запорными кранами соответственно 13 и 14. Далее CAP системы отопления продолжает функционировать по зависимой схеме присоединения системы отопления к наружным тепловым сетям 11 и 12. Без теплообменника 6, но с перемычкой 17 CAP работает аналогично, как описано. Основное отличие заключается в том, что по командам контроллера 1 преобразованные выходные электрические сигналы поступают на исполнительный механизм 10, перемещающий шток регулирующего клапана 9, для изменения расхода теплоносителя из подающего трубопровода 11 и соответственно для его увеличения или уменьшения при подмешивании к теплоносителю в системе отопления 2, т.е. в целом для изменения температуры теплоносителя в системе отопления в соответствии с заданной. После проведения регламентных работ или замены теплообменника его можно обратно вернуть в систему отопления и, совершив обратные действия после его отключения, включить его в работу. Для анализа работоспособности теплообменника CAP отопления здания применяется система автоматизированного мониторинга о режимах работы исследуемого теплообменника 6 на основе данных, поступающих от датчиков температуры теплоносителя 23 и 24, связанных с тепловычислителем 26 теплосчетчика 22, и от погружного датчика температуры теплоносителя 3 системы отопления, связанного с контроллером 1. Теплосчетчик 22 и контроллер 1 связаны через адаптер связи и/или промежуточный контроллер 27 с управляющей вычислительной машиной 28 диспетчерского пульта управления с системой автоматизированного мониторинга.

Таким образом, предлагаемое техническое решение направлено на повышение надежности функционирования CAP отопления здания с учетом его фасадов и на обеспечение возможности проведения регламентных работ в отопительный период на теплообменниках за счет применения малозатратного, неметаллоемкого и энергоэффективного технического решения, предназначенного для подключения систем отопления здания к тепловым сетям по зависимой схеме и за счет применения системы автоматизированного мониторинга для анализа работоспособности теплообменников.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах автоматического регулирования отопления зданий с центральным водяным отоплением на основе применения теплообменников. Технический результат - повышение надежности. Для достижения данного результата CAP содержит контроллер, i-ю систему отопления здания (i=1...N, i - номер индекса системы отопления, N - количество раздельных систем отопления здания по его фасадам). Причем каждая из них содержит погружные датчики температуры теплоносителя и датчики температуры внутреннего воздуха в помещении каждого фасада здания. При этом исполнительные механизмы и электроприводы подключены к соответствующим выходам контроллера. Кроме того, в контуре регулирования установлен обратный клапан и теплосчетчик. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система автоматического регулирования (CAP) отопления здания с учетом его фасадов, содержащая контроллер, i-ю систему отопления здания (i=1...N, i - номер индекса системы отопления, N - количество раздельных систем отопления здания по его фасадам), причем каждая из них с погружным датчиком температуры теплоносителя и датчиком температуры внутреннего воздуха, расположенного в помещении каждого фасада, подключенные ко входам контроллера с К_i1 по К_i2, датчик температуры наружного воздуха, расположенный на северном фасаде здания и подключенный ко входу контроллера К₀, а также теплообменник, циркуляционный насос с электроприводом и исполнительный механизм с регулирующим клапаном для каждой системы отопления здания, при этом исполнительные механизмы и электроприводы подключены соответственно к выходам контроллера H_i1 по Н_i2, кроме того, в CAP имеются обратный клапан и теплосчетчик, отличающаяся тем, что в каждой системе отопления на подающем и обратном трубопроводах установлен теплообменник, с одной стороны связанный с подающим и обратным трубопроводами наружных тепловых сетей через 1-е запорные краны и регулирующий клапан, а с другой стороны связанный с ветвями этой же системы отопления здания через 2-е запорные краны и циркуляционный насос, при этом между регулирующим клапаном и 1-ми запорными кранами расположена перемычка с обратным клапаном и дополнительным запорным краном, соединяющая подающий и обратный трубопроводы перед теплообменником, а также связанная с каждой системой отопления через 3-и запорные краны между циркуляционным насосом и 2-ми запорными кранами, причем контроллер и/или дополнительные контроллеры и теплосчетчик связаны через адаптер связи и/или промежуточный контроллер с управляющей вычислительной машиной диспетчерского пульта управления.2. Система автоматического регулирования (CAP) отопления здания с учетом его фасадов, содержащая контроллер, i-ю систему отопления здания (i=1...N, i - номер индекса системы отопления, N - количество раздельных систем отопления здания по его фасадам), причем каждая из них с погружным датчиком температуры теплоносителя и датчиком температуры внутреннего воздуха, расположенного в помещении каждого фасада, подключенные ко входам контроллера с К_i1 по К_i2, датчик температуры наружного воздуха, расположенный на северном фасаде здания и подключенный ко входу контроллера К₀, а также теплообменник, циркуляционный насос с электроприводом и исполнительный механизм с регулирующим клапаном для каждой системы отопления здания, при этом исполнительные механизмы и электроприводы подключены соответственно к выходам контроллера Н_i1 по Н_i2, кроме того, в CAP имеются обратный клапан и теплосчетчик, отличающаяся тем, что в каждой системе отопления на подающем и обратном трубопроводах установлен теплообменник, с одной стороны связанный с подающим и обратным трубопроводами наружных тепловых сетей через 1-е запорные краны и регулирующий клапан, а с другой стороны связанный с ветвями этой же системы отопления здания через 2-е запорные краны и циркуляционный насос, при этом между циркуляционным насосом и 2-ми запорными кранами расположена перемычка с обратным клапаном и дополнительным запорным краном, соединяющая подающий и обратный трубопроводы каждой системы отопления, а также связанная со стороны теплообменника с наружными тепловыми сетями через 3-и запорные краны между регулирующим клапаном и 1-ми запорными кранами, причем контроллер и/или дополнительные контроллеры и теплосчетчик связаны через адаптер связи и/или промежуточный контроллер с управляющей вычислительной машиной диспетчерского пульта управления.