Способ ограничения питающего потока в системе теплопередачи Российский патент 2019 года по МПК F24D19/10 F04D15/00 G05D23/19 

Изобретение относится к способу ограничения питающего потока в системе теплопередачи и к отопительной установке или к установке кондиционирования воздуха, а также к такой системе теплопередачи.

В отопительных установках с несколькими нагревательными контурами, например, в отоплении нагретым полом с несколькими нагревательными контурами, проблема заключается в создании гидравлического равновесия между несколькими нагревательными контурами. Известно, что для этого каждый нагревательный контур выполняют с уравнительным клапаном, с помощью которого поток через соответствующий нагревательный контур, т. е., в частности, питающий поток через нагревательный контур, может ограничиваться. Это устройство имеет тот недостаток, что в результате постоянной предварительной установки степени открытия уравнительных клапанов регулирование является оптимальным лишь для расчетной точки установки. При рабочих режимах, отклоняющихся от расчетной точки, регулирование, как правило, ведет к повышенному потреблению энергии нагнетательными насосами. Кроме того, регулирование таких уравнительных клапанов является довольно сложным. Вместо уравнительных клапанов, регулируемых вручную, могут найти применение и дифференциальные клапаны. Однако последние являются механически трудоемкими и потому дорогостоящими.

С точки зрения этого уровня техники задачей изобретения является создание способа ограничения питающего потока в системе теплопередачи, а также соответствующей системы теплопередачи, обеспечивающей упрощенное и улучшенное гидравлическое равновесие между несколькими нагревательными контурами.

Эта задача решается с помощью способа с признаками, приведенными в пункте 1 формулы изобретения, а также системы теплопередачи с признаками, приведенными в пункте 10 формулы изобретения. Предпочтительные варианты изобретения вытекают из соответствующих зависимых пунктов формулы изобретения, нижеследующего описания, а также из приложенных фигур. При этом следует понимать, что нижеописанные предпочтительные варианты осуществления могут реализовываться как по отдельности, так и в комбинациях из нескольких описанных предпочтительных признаков.

Способ согласно изобретению служит для ограничения питающего потока в системе теплопередачи, как, например, в системе отопления или системе охлаждения или, соответственно, в установке кондиционирования воздуха. При этом эта система теплопередачи содержит по меньшей мере один питающий трубопровод с питающим потоком. Этот питающий трубопровод направляет в питающем потоке теплоноситель, например, воду, в нагрузочный контур. В отопительной установке питающий трубопровод может распространиться, начинаясь с источника тепла, такого как отопительный котел, теплосборник или, например, солнечная энергетическая установка. В случае установки кондиционирования воздуха питающий трубопровод может распространиться, начинаясь, например, с холодильной машины. При этом питающий трубопровод предпочтительно образует часть контура, т. е. теплоноситель путем рециркуляции снова подается в источник тепла или холода.

В питающем трубопроводе питающий поток имеет входную нагрузочную температуру. Это температура, при которой питающий поток подается от источника тепла или холода. Кроме того, система теплопередачи имеет по меньшей мере один нагрузочный контур, в частности, несколько параллельно включенных нагрузочных контуров. По меньшей мере один нагрузочный контур содержит нагрузочный насос, транспортирующий теплоноситель, например, текучую среду, такую как вода, подаваемая по питающему трубопроводу, дальше по нагрузочному контуру. В случае нагрузочного насоса речь идет предпочтительно о рециркуляционном насосном агрегате с электроприводом. Кроме того, речь идет предпочтительно о рециркуляционном насосном агрегате с электроприводом, частота вращения которого регулируется с помощью электроники. При наличии нескольких нагрузочных контуров каждый нагрузочный контур предпочтительно содержит по меньшей мере один нагрузочный насос, который, предпочтительно, выполнен указанным образом. Нагрузочный насос обеспечивает нагрузочный поток в нагрузочном контуре, причем нагрузочный поток имеет входную и выходную нагрузочные температуры. Входная нагрузочная температура действует со стороны входа нагрузочного контура, выходная нагрузочная температура - со стороны выхода нагрузочного контура. Входная нагрузочная температура устанавливается согласно изобретению путем изменения питающего потока. Т. е. питающий поток регулируется, например, с помощью насоса или клапана, для подачи в нагрузочный контур такого количества теплоносителя, чтобы можно было обеспечить желательную входную нагрузочную температуру. Таким образом, в случае отопительной установки для получения желательной входной нагрузочной температуры в нагрузочный контур по времени подается определенное количество теплоносителя, т. е. определенный питающий поток.

Теперь согласно изобретению предусмотрена не только возможность устанавливать или регулировать питающий поток в зависимости от желательной входной нагрузочной температуры, но и дополнительно ограничивать питающий поток максимальным потоком в зависимости по меньшей мере от одной температуры, зарегистрированной в нагрузочном контуре. Эта функция обеспечивает гидравлическое равновесие, поскольку, с одной стороны, питающий поток может устанавливаться в зависимости от температуры, а с другой, питающий поток не прикрывается наглухо надолго, как это бывает в случае уравнительного клапана. Таким образом, возможна оптимальная адаптация к разным рабочим режимам. Кроме того, одновременно можно отказаться от дорогостоящих клапанов, таких как дифференциальные напорные клапаны, поскольку ограничение максимальным потоком согласно изобретению в зависимости от зарегистрированной температуры предпочтительно может достигаться с помощью и без того имеющихся в системе теплопередачи установочных или регулировочных элементов. Таким образом, предпочтительно нет никакой необходимости в механических конструктивных элементах, таких как клапаны и т. п. В этом отношении согласно изобретению предпочтение отдается именно не прямой регистрации самого питающего потока, а его косвенному определению на основе дополнительных параметров и, в частности, температуры, зарегистрированной в нагрузочном контуре. Затем определенный или оцененный таким образом питающий поток может сравниваться с желательным максимальным значением и при необходимости ограничиваться этим максимальным значением путем изменения регулировок системы теплопередачи. Тем самым добиваются того, чтобы для каждого нагрузочного контура определенный максимальный питающий поток не превышался, благодаря чему может достигаться тепловое и гидравлическое равновесие между несколькими нагрузочными контурами. При этом ограничение питающего потока может осуществляться прямо или косвенно путем изменения параметров, влияющих на питающий поток.

Предпочтительно, регулировка питающего потока происходит для каждого нагрузочного контура индивидуально, причем для каждого нагрузочного контура для регулировки питающего потока предпочтительно предусмотрено индивидуальное устройство управления, которое описанным образом осуществляет также ограничение питающего потока.

Предпочтительно система теплопередачи содержит между питающим трубопроводом и нагрузочным контуром по меньшей мере один теплообменник. Такой теплообменник содержит две траектории течения, причем первая траектория течения соединена с питающим трубопроводом и может тем самым составлять часть питающего контура, в то время как вторая траектория является частью нагрузочного контура. В этом случае в теплообменнике теплопередача возможна с первой траектории потока на вторую траекторию потока или в случае холодильной установки в обратном направлении. Благодаря теплообменнику питающий поток и нагрузочный поток полностью отделены друг от друга, а изменение температуры в нагрузочном контуре возможно путем изменения расхода в питающем контуре.

Для регулирования количества тепла, подаваемого в теплообменник, питающий поток, подаваемый в теплообменник, может устанавливаться или регулироваться с помощью клапана и/или насоса.

Альтернативно или дополнительно система теплопередачи может содержать смесительное устройство, по меньшей мере частично перемешивающее выходной нагрузочный поток с питающим потоком. Через такое смесительное устройство может происходить также передача тепла питающего потока нагрузочному потоку, причем для этого часть питающего потока переходит в нагрузочный поток. Для регулировки температуры в нагрузочном контуре часть обратного потока, т. е. выходной нагрузочный поток, по меньшей мере, частично может подмешиваться к питающему потоку со стороны входа нагрузочного контура. Таким образом, в системе отопления с помощью более холодного теплоносителя входная нагрузочная температура питающего потока может понижаться. В установке кондиционирования воздуха температура на входе нагрузочного контура может, наоборот, повышаться. При этом посредством прямого или косвенного регулирования питающего потока может устанавливаться также соотношение компонентов смеси. Таким образом, питающий поток может регулироваться, например, с помощью насоса и/или клапана. Если установленный таким образом питающий поток меньше нагрузочного потока, через смесительное устройство из выходного нагрузочного потока подмешивается теплоноситель.

Если нагрузочный насос, как описано выше, является рециркуляционным насосным агрегатом с электроприводом, а смесительное устройство для установки соотношения компонентов смеси дополнительно содержит клапан или дополнительный насос, то этот вариант осуществления обеспечивает регулирование нагрузочного потока независимо от установленного соотношения компонентов смеси.

Питающий поток предпочтительно устанавливается на основе нагрузочного потока и одного или нескольких температурных сигналов, определяемых в системе теплопередачи, в частности на основе входной питающей, входной нагрузочной и выходной нагрузочной температуры. При этом входной питающей температурой является температура питающего потока перед входом в нагрузочный контур, т. е. до теплообменника и/или смесительного устройства. Входной нагрузочной температурой является входная температура со стороны входа, т. е. предпочтительно со стороны выхода из теплообменника и/или смесительного устройства. Выходной нагрузочной температурой является температура со стороны выхода из нагрузочного контура. Эта температура может соответствовать выходной питающей температуре, т. е. температуре в обратном потоке питающего контура. Этот нагрузочный поток регистрируется в системе теплопередачи или в нагрузочном контуре. Для этого может быть предусмотрен датчик потока. Однако предпочтительно нагрузочный поток определяется или регистрируется нагрузочным насосом. В нагрузочном насосе нагрузочный поток может определяться косвенно, в частности на основе электрических параметров, определяемых в приводном электродвигателе нагрузочного насоса. Для косвенного определения нагрузочного потока может дополнительно использоваться параметр давления, в частности разность давлений в нагрузочном насосе. На основе этого нагрузочного потока при одновременном учете указанных температур нагрузочный поток может определяться косвенно без необходимости его прямого измерения. Питающий поток может определяться, например, по следующей формуле:

q_S=((T_L-T_R)/(T_S-T_R))×q_L, где

q_S - питающий поток, q_L - нагрузочный поток, T_L - входная нагрузочная температура, T_R - выходная нагрузочная температура, а T_S - входная питающая температура. Таким образом, питающий поток можно определять на основе измеряемых величин, и без того, как правило, зарегистрированных в известных системах, так что от дополнительных датчиков можно отказаться.

Ограничение питающего потока предпочтительно может осуществляться косвенно по меньшей мере с помощью одной из нижеследующих мер:

- ограничение теплового потока мощности в нагрузочном контуре,

- ограничение выходной нагрузочной температуры,

- ограничение разности между выходной и входной нагрузочными температурами.

При этом может осуществляться комбинация из нескольких мер. Отдельные меры означают, что устанавливается не прямо максимум для питающего потока, а скорее максимум для одного из других указанных параметров, а именно, например, для теплового потока мощности в нагрузочном контуре, для выходной нагрузочной температуры и/или для разности между выходной и входной нагрузочными температурами. Если одно из этих максимальных значений превышается, то питающий поток может быть соответствующим образом уменьшен косвенно в результате ограничения этих параметров. Такое косвенное ограничение питающего потока путем ограничения параметров, зависящих от питающего потока, рассматривается как ограничение питающего потока максимальным потоком в смысле вышеуказанного определения.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления по меньшей мере для двух входных переменных на основе одной из входных переменных определяется, соответственно, максимальный питающий поток или переменная, ведущая себя монотонно относительно максимального питающего потока, а затем для ограничения питающего потока выбирается один из определенных таким образом максимальных питающих потоков. Это означает, что, например, после принятия некоторых мер из числа вышеупомянутых сначала определяется максимальный питающий поток или монотонно ведущая себя относительно последнего переменная, например, частота вращения питающего насоса или степень открытия клапана в питающем трубопроводе. Таким образом, сначала разными способами или на основе разных входных параметров определяются несколько максимальных питающих потоков или переменных, ведущих себя монотонно относительно последних. Затем на следующем этапе один из этих максимальных питающих потоков может быть выбран для фактического ограничения питающего потока этим потоком. При этом для ограничения питающего потока могут выбираться, например, наибольший определенный или наименьший максимальный питающий поток или переменная, ведущая себя монотонно относительно последних. Это может происходить в избирательном устройстве или на этапе выбора, когда по заданным принципам выбирается один из нескольких максимальных питающих потоков, например, постоянно максимальный или постоянно минимальный.

Затем питающий поток предпочтительно ограничивается путем ограничения частоты вращения нагрузочного насоса, частоты вращения питающего насоса и/или ограничения степени открытия клапана. В случае указанных насосов речь целесообразным образом идет о рециркуляционных насосных агрегатах с электроприводом, в которых предпочтительно регулируется частота вращения. Так, например, нагрузочный насос может служить для получения нагрузочного потока, причем изменение частоты вращения нагрузочного насоса может повлиять и на питающий поток. Это, в частности, относится к использованию смесительного устройства, в котором управление и регулирование обеспечивают заранее определенную входную нагрузочную температуру, а питающий поток перемешивается с частью обратного потока из нагрузочного контура. Для этого может иметься коллектор, соединяющий в питающем трубопроводе выход нагрузочного контура с точкой смешивания. В питающем трубопроводе выше по течению от этой точки смешивания или в обратном трубопроводе ниже по течению от ответвления коллектора для уменьшения питающего потока может быть установлен клапан. Если в питающем трубопроводе установлен питающий насос, например, при использовании теплообменника, то частота вращения этого питающего насоса может регулироваться непосредственно, а путем ограничения частоты вращения может ограничиваться питающий поток. Если вместо питающего насоса в питающем трубопроводе используется клапан, ограничение может осуществляться путем ограничения степени открытия этого клапана.

В питающем трубопроводе такой клапан или ранее описанный питающий насос может быть установлен или в питающем трубопроводе со стороны входа, или в обратном трубопроводе.

Согласно очередному варианту осуществления питающий поток ограничивается не прямо, а косвенно путем ограничения управляющего воздействия регулятора давления или терморегулятора. Такие регулятор давления или терморегулятор могут быть предусмотрены для регулирования нагрузочного потока и/или питающего потока в зависимости от давления и разности давлений или, соответственно, от температуры и разности температур. Т. е. нагрузочный поток и/или питающий поток варьируется для удержания параметра давления или температуры на заданном значении.

При этом выходным сигналом такого регулятора, а именно управляющим воздействием, могут быть, например, частота вращения насоса, например, питающего или нагрузочного насоса, или степень открытия клапана. Это управляющее воздействие может ограничиваться, чтобы таким образом ограничивать питающий поток.

Предпочтительно питающий поток ограничивается путем ограничения управляющего воздействия контура регулирования, регулирующего нагрузочную температуру и/или нагрузочное давление в нагрузочном контуре, в частности разность давлений в нагрузочном насосе. Так, например, частота вращения нагрузочного насоса указанных контуров регулирования может регулироваться для ограничения питающего потока требуемым образом. При регулировании нагрузочной температуры соответствующим образом могла бы ограничиваться также частота вращения питающего насоса и/или степень открытия питательного клапана в питающем трубопроводе, или в обратном потоке питающего трубопровода, или питающего контура.

Предметом изобретения наряду с вышеописанным способом является также система теплопередачи, в которой, в частности, вышеописанный способ при известных условиях может найти применение в одном или в нескольких своих предпочтительных вариантах осуществления. Системой теплопередачи может быть, например, отопительная установка, в которой тепло источника тепла, например, отопительного котла, передается потребителю, у которого установлен нагрузочный контур. Альтернативно речь может идти об установке кондиционирования воздуха или о холодильной установке, в которой тепло передается, наоборот, от потребителя через подсоединенный к нему нагрузочный контур к источнику холода. Возможна также комбинированная установка.

Система теплопередачи согласно изобретению содержит питающий трубопровод для привязки к источнику текучей среды и обратный трубопровод для связи с обратным потоком текучей среды. Обратный трубопровод и питающий трубопровод вместе могут образовывать питающий контур. При этом снабжение текучей средой происходит, как описано, от источника тепла или источника холода в зависимости от того, идет ли речь о системе отопления или о системе охлаждения. В качестве текучей среды предусмотрен соответствующий теплоноситель, например, вода или же, при известных условиях, также масло или другой теплоноситель или, соответственно, хладагент. Кроме того, предусмотрен нагрузочный контур с установленным в нем нагрузочным насосом. Нагрузочный насос обеспечивает нагрузочный поток в нагрузочном контуре. В случае нагрузочного насоса речь предпочтительно идет о рециркуляционном насосном агрегате с электроприводом. Особенно предпочтительно предусмотрены несколько нагрузочных контуров с соответствующими нагрузочными насосами, установленных параллельно друг другу, причем нагрузочные насосы предпочтительно выполнены, соответственно, в виде рециркуляционных насосных агрегатов с электроприводом и, кроме того, предпочтительно с управлением и регулированием независимо друг от друга. Этими нагрузочными контурами могут быть, например, некоторые контуры установки для отопления нагретым полом или некоторые нагревательные контуры темперируемого здания. Кроме того, для регулирования питающего потока в питающем трубопроводе предусмотрено устройство для регулирования расхода. При этом следует понимать, что устройство для регулирования расхода может быть предусмотрено в питающем и/или в обратном трубопроводах. При этом устройство для регулирования расхода выполнено таким образом и может быть, например, питающим насосом или смесительным или, соответственно, питательным клапаном, который регулирует расход в питающем и/или в обратном трубопроводах. Устройство для регулирования расхода выполнено таким образом, чтобы оно регулировало входную нагрузочную температуру на входе нагрузочного контура посредством регулирования питающего потока. Путем изменения питающего потока может изменяться количество тепла, подводимое к нагрузочному контуру, или регулироваться количество тепла, отводимое от нагрузочного контура в холодильной установке или, соответственно, при использовании охлаждения. Так, например, в системе охлаждения для повышения входной нагрузочной температуры питающий поток может увеличиваться, а для понижения входной нагрузочной температуры - уменьшаться. В системе охлаждения для понижения входной нагрузочной температуры питающий поток, наоборот, может увеличиваться.

В том случае, если имеются несколько параллельных нагрузочных контуров, каждый нагрузочный контур предпочтительно содержит соответствующее собственное устройство для регулирования расхода. При этом устройства для регулирования расхода предпочтительно регулируют отдельные нагрузочные контуры независимо друг от друга.

Кроме того, согласно изобретению предусмотрено, чтобы по меньшей мере в одном нагрузочном контуре был установлен по меньшей мере один температурный датчик, регистрирующий температуру нагрузочного потока. Кроме того, согласно изобретению предусмотрен ограничительный регулятор или ограничительное устройство, выполненные таким образом, чтобы они прямо или косвенно ограничивали питающий поток предварительно определенным максимумом в зависимости по меньшей мере от одного температурного сигнала по меньшей мере одного температурного датчика. При этом предпочтительно каждый нагрузочный контур имеет собственный ограничительный регулятор или собственное регулирующее устройство. Ограничение питающего потока заранее определенным максимумом в зависимости по меньшей мере от одного температурного сигнала означает, что в описанной системе теплопередачи питающий поток не регистрируется напрямую, а регулируется или устанавливается лишь косвенно, а именно, в зависимости от сигнала по меньшей мере с одного температурного датчика или на его основе. Таким образом, предпочтительно происходит косвенное определение питающего потока, который затем при необходимости ограничивается, так чтобы он не превышал предварительно установленного максимального значения. Таким образом, при нескольких нагрузочных контурах может достигаться гидравлическое равновесие, поскольку добиваются того, чтобы питающие потоки в отдельных нагрузочных контурах в каждом случае не превышали заранее определенных максимумов. Все же система теплопередачи по существу не испытывает необходимости ни в каких дополнительных механических компонентах, в частности, ни в каких специальных ограничительных или уравнительных клапанах и не отдает также предпочтения никакому устройству для непосредственного определения питающего потока. Кроме того, для достижения гидравлического равновесия предпочтительно нет необходимости ни в каком общем вышестоящем центральном управлении или регулировании, устанавливающем или регулирующем питающие потоки нескольких нагрузочных контуров в зависимости друг от друга. Однако альтернативно в дополнение к центральному управлению согласно изобретению может быть предусмотрено центральное управление, задающее, например, предельные значения для отдельных нагрузочных контуров, т. е., в частности, питающие потоки отдельных нагрузочных контуров.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления система теплопередачи содержит между питающим трубопроводом и нагрузочным контуром теплообменник. Этот теплообменник может иметь две траектории потока, причем первая траектория потока, по которой протекает питающий поток, проходит от питающего трубопровода до обратного трубопровода. По второй траектории потока проходит нагрузочный контур или нагрузочный поток нагрузочного контура, так что теплопередача возможна от питающего потока к нагрузочному потоку или в случае системы охлаждения в обратном направлении. Альтернативно или дополнительно система теплопередачи может содержать перемешивающее устройство канализации или смесительное устройство. В частности, это может быть коллектор, соединяющий в точке смешивания выход нагрузочного контура с питающим трубопроводом. Таким образом, через коллектор в точке смешивания в питающем трубопроводе в питающий поток, протекающий ко входу нагрузочного контура, для установки температуры на входе в нагрузочный контур, т. е. входной нагрузочной температуры, может подмешиваться по меньшей мере часть нагрузочного потока со стороны выхода. Таким образом, в случае системы отопления для понижения температуры прямого потока в питающий поток может подмешиваться часть более холодного обратного потока. В случае системы охлаждения температура прямого потока при подмешивании части более теплого обратного потока, наоборот, может повышаться.

Кроме того, система теплопередачи согласно изобретению, предпочтительно содержит по меньшей мере один регулятор давления и/или терморегулятор для нагрузочного контура, причем этот регулятор соединен с ограничительным регулятором таким образом, что управляющее воздействие в регуляторе давления и/или в терморегуляторе с помощью ограничительного регулятора может ограничиваться максимальным значением. Регулятор давления и/или терморегулятор, как описано выше на основе предпочтительного варианта осуществления способа, для удержания требуемого значения давления или разности давлений и/или температуры путем изменения частоты вращения или степени открытия клапана предпочтительно регулирует, например, частоту вращения питающего насоса, степень открытия клапана в питающем или обратном трубопроводе и/или частоту вращения нагрузочного насоса. Управляющее воздействие регулятора, например, устанавливаемые частота вращения насоса или степень открытия клапана, для косвенного ограничения питающего потока максимальным значением может ограничиваться максимальным значением с помощью ограничительного регулятора.

Кроме того, ограничительный регулятор предпочтительно выполнен таким образом, чтобы он для регулировки питающего потока сравнивал тепловой поток мощности в нагрузочном контуре и/или выходную нагрузочную температуру и/или разность между выходной и входной нагрузочными температурами с соответствующим предельным значением и определял максимум для переменной. В случае системы отопления предельным значением является максимальное значение, а в случае системы охлаждения - минимальное значение. Таким образом, питающий поток может ограничиваться на основе разных или нескольких входных переменных. Этими входными переменными могут быть тепловой поток мощности или тепловой поток в нагрузочном контуре, выходная нагрузочная температура и/или разность между выходной и входной нагрузочными температурами. Температуры могут определяться непосредственно. Тепловой поток или тепловой поток мощности предпочтительно определяется по нагрузочному потоку и входной нагрузочной температуре, а также по выходной нагрузочной температуре. Ограничительный регулятор может быть выполнен таким образом, чтобы он на основе нескольких из упомянутых входных переменных независимо определял максимум для питающего потока или переменную для установки питающего потока, т. е. максимум этой переменной. Таким образом, для регулировки питающего потока определяются несколько максимумов для питающего потока или для переменной. Из этих нескольких максимумов может выбираться значение для фактического определения питающего потока, а именно, например, наибольший или наименьший определенные максимумы. Это может производиться с помощью избирательного устройства или избирательного регулятора. Переменной для регулировки питающего потока может быть, например, частота вращения насоса, например, питающего или нагрузочного насоса, или степень открытия клапана.

Согласно очередному предпочтительному варианту осуществления по меньшей мере одним температурным датчиком является температурный датчик, установленный на входе нагрузочного контура и регистрирующий входную нагрузочную температуру, или температурный датчик, установленный на выходе нагрузочного контура и регистрирующий выходную нагрузочную температуру. В случае входной и выходной нагрузочных температур речь идет о температурах текучей среды в нагрузочном потоке на входе или выходе нагрузочного контура. Чтобы регистрировать как входную, так и выходную нагрузочные температуры, могут быть предусмотрены также два температурных датчика.

Устройство для регулирования расхода предпочтительно содержит, как уже сказано выше, по меньшей мере один питающий насос, регулирующий питающий поток, и/или один питательный клапан, регулирующий питающий поток, которые могут быть установлены или в питающем, или в обратном трубопроводе. В случае питающего насоса речь предпочтительно идет о рециркуляционном насосном агрегате с электроприводом.

Согласно одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления нагрузочный насос выполнен для регистрации расхода в нагрузочном контуре, т. е. для регистрации нагрузочного потока, а для передачи сигнала, корреспондирующего с зарегистрированным расходом, он предпочтительно соединен с устройством для регулирования расхода. Таким образом, от отдельного устройства для измерения расхода или датчика потока для непосредственной регистрации нагрузочного потока можно отказаться. Более того, нагрузочный поток можно вывести из других параметров, например, из частоты вращения, разности давлений и потребления электрической мощности приводным двигателем нагрузочного насоса.

В том случае, когда предусмотрены несколько параллельных нагрузочных контуров, предпочтительно каждый нагрузочный контур ранее описанным образом содержит устройство для регулирования расхода и/или ограничительный регулятор, причем регуляторы отдельных нагрузочных контуров предпочтительно выполнены таким образом, что они работают независимо друг от друга без вышестоящего центрального управления и регулирования.

Особенно предпочтительно, чтобы устройство для регулирования расхода и/или ограничительный регулятор были встроены в нагрузочный насосный агрегат, образующий нагрузочный насос. Таким образом, от отдельного устройства управления можно отказаться, а все компоненты, необходимые для регулирования и в частности для ограничения питающего потока, в частности, компоненты управления и регулирования, могут быть встроены в нагрузочный насосный агрегат. Это предпочтительно в том случае, когда и нагрузочный поток определяется или регистрируется в самом нагрузочном насосном агрегате, так что здесь нет необходимости ни в каких мощностных соединениях с наружными датчиками.

Ниже изобретение описывается на примерах со ссылкой на приложенные чертежи, на которых

фиг. 1 изображает систему передачи тепла, известную из уровня техники,

фиг. 2 - пример объединенных регуляторов для ограничения питающего потока путем изменения частоты вращения насоса,

фиг. 3 - пример объединенных регуляторов для ограничения теплового потока и частоты вращения насоса,

фиг. 4 - кривые теплоизлучения нагревательного элемента,

фиг. 5а, 5b - характеристики насоса для определения расхода в насосе,

фиг. 6 - пример регуляторов, объединенных для ограничения температуры обратного потока путем ограничения частоты вращения насоса,

фиг. 7 - объединенные регуляторы для ограничения разности температур в смесительном контуре путем ограничения частоты вращения насоса,

фиг. 8 - объединение нескольких разных регуляторов для ограничения питающего потока путем ограничения частоты вращения насоса,

фиг. 9а-9с - три примера систем теплопередачи со смесительными контурами согласно изобретению,

фиг. 10 - пример регуляторов, объединенных для ограничения питающего потока путем ограничения управляющего воздействия терморегулятора,

фиг. 11 - пример регуляторов, объединенных для ограничения теплового потока путем ограничения управляющего воздействия терморегулятора,

фиг. 12 - пример регуляторов, объединенных для ограничения температуры обратного потока путем ограничения управляющего воздействия в терморегуляторе,

фиг. 13 - регуляторы, объединенные для ограничения разности температур в смесительном контуре путем ограничения управляющего воздействия в терморегуляторе и

фиг. 14а-14с - три примера систем теплопередачи в смесительных контурах согласно изобретению.

На фиг. 1 изображена обычная система теплопередачи с четырьмя нагревательными контурами, например, нагревательными контурами для отопления нагретым полом. Четыре нагревательных контура содержат соответствующие теплообменники для темперируемых объектов в виде нагрузочных контуров 2. Последние обслуживаются источником 4 тепла с помощью коммуникаций 3 или питающего контура, включающего прямой 6 и обратный трубопровод 8. От прямого трубопровода 6 питающие трубопроводы 10 ведут к отдельным нагрузочным контурам 2, а обратные трубопроводы 12 соответственно - назад к обратному трубопроводу 8 питающего контура. Для регулирования температуры прямого потока в нагрузочных контурах 2 на входе, т. е. входной нагрузочной температуры Т_L, в данном случае в коммуникациях нагрузочных контуров 2, предусмотрены смесительные устройства. Эти смесительные устройства состоят из смесительной соединительной линии, или из коллектора 14, соединяющего выходы 16 нагрузочных контуров 2 с точкой 18 смешивания в питающем трубопроводе 10. Нагрузочные контуры содержат соответствующие нагрузочные насосы 20, создающие в нагрузочном контуре 2 нагрузочный поток, т. е. подающие в нагрузочный контур 2 теплоноситель. При этом нагрузочный насос 20 является рециркуляционным насосным агрегатом с электроприводом. При этом нагрузочный насос 20 расположен ниже по течению от точки 18 смешивания, так что поток через нагрузочный насос 20 содержит теплоноситель, или текучую среду как из коллектора 14, так и из питающего трубопровода 10. Таким образом, для понижения температуры прямого потока со стороны входа, т. е. входной нагрузочной температуры Т_L, относительно температуры в прямом трубопроводе 6 питающего контура, в питающий поток в питающем трубопроводе 10, также создаваемый нагрузочным насосом 20, через коллектор 14 может подмешиваться смесительный поток с выхода или из обратного трубопровода нагрузочного контура 2.

Регулировка соотношения компонентов в смеси происходит через смесительный клапан 22, управляемый терморегулятором 24. Для этого смесительный клапан 22, например, с помощью электродвигателя может переустанавливать свою степень открытия. Терморегулятор 24 регистрирует температурный сигнал, корреспондирующий с входной нагрузочной температурой Т_L температурного датчика 25. В показанном здесь примере смесительный клапан 2 установлен в питающем трубопроводе 10 выше по течению от точки 18 смешивания. Однако смесительный клапан альтернативно мог бы быть установлен также в обратном трубопроводе 12 ниже по течению от ответвления коллектора 14. Если нагрузочный насос 20 при закрытии смесительного клапана 22 подает заранее определенный поток транспортируемого материала, т. е. нагрузочный поток, то питающий поток в питающем трубопроводе 10 уменьшается, а разница через коллектор 14 подсасывается в нагрузочный поток, так что смесительный поток в коллекторе 14 увеличивается. Если входная нагрузочная температура Т_L должна повыситься, смесительный клапан 22 с помощью терморегулятора 24 открывается, так что питающий поток в питающем трубопроводе 10 увеличивается, а составляющая нагрузочного потока, подаваемая по коллектору 14 из обратного потока соответственно уменьшается.

Следует понимать, что та же система функционировала бы и в системе охлаждения, в которой вместо источника 4 тепла был бы предусмотрен источник холода. В такой системе смесительное устройство с коллектором 14 служило бы не только для понижения температуры прямого потока, а, наоборот, служило бы для повышения температуры прямого потока путем подмешивания теплоносителя из обратного потока.

В известном устройстве, как показано на фиг. 1 в обратных трубопроводах 12 ниже по течению от ответвления коллектора 14, кроме того, установлены уравнительные клапаны 26. Уравнительные клапаны 26 служат для гидравлического равновесия между несколькими нагрузочными контурами, для чего они ограничивают максимальный питающий поток через питающий трубопровод 10 и обратный трубопровод 12 для отдельного нагрузочного контура. Эти клапаны регулируются вручную. Это, с одной стороны, накладно, с другой, существует проблема с тем, что оптимальная регулировка может достигаться только для расчетной точки, а в других рабочих режимах таким образом никакой оптимальной регулировки не дано, и уравнительные клапаны 26 действуют как излишние дроссели, что требует повышенной мощности насосов в системе.

Этот недостаток согласно изобретению устраняется, поскольку в системе согласно изобретению уравнительные клапаны 26 отпадают. Более того, ограничение питающего потока q_S в питающем трубопроводе 10 для гидравлического равновесия между несколькими нагрузочными контурами 2 достигается путем электронного регулирования и без того имеющихся клапанов и насосов, регулирующих питающий поток, т. е., например, путем соответствующего управления и регулирования нагрузочного насоса 20 и/или смесительного клапана 22.

Согласно изобретению для этого предусмотрено не регистрировать питающий поток q_S непосредственно в обязательном порядке, а скорее определять питающий поток q_S с учетом по меньшей мере одного значения температуры, зарегистрированного в нагрузочном контуре 2, а затем при необходимости ограничивать его максимальным значением.

В основу вычисления или определения питающего потока q_S может быть положена функциональная связь между питающим потоком q_S, нагрузочным потоком q_L, входной нагрузочной температурой Т_L со стороны входа нагрузочного контура 2, выходной нагрузочной температурой Т_R со стороны выхода нагрузочного контура 2, а также входной питающей температурой Т_S в питающем трубопроводе 10:

Т. е., зная нагрузочный поток q_L в нагрузочном контуре 2, а также вышеупомянутые температуры со стороны входа и выхода нагрузочного контура 2, а также питающий поток q_S в питающем трубопроводе 10, питающий поток можно рассчитать по этой формуле так, что определять его непосредственно нет необходимости. Нагрузочный поток q_L, как это будет пояснено ниже, может определяться, например, непосредственно в нагрузочном насосе 20 по рабочим параметрам нагрузочного насоса 20.

На фиг. 2 изображен первый пример комбинации регуляторов для ограничения питающего потока q_S с учетом нагрузочного потока q_L, входной нагрузочной температуры Т_L, выходной нагрузочной температуры Т_R, а также входной питающей температуры Т_S. Таким образом, предусмотрен модуль 28 для определения питающего потока, в котором питающий поток q_S согласно вышеприведенной формуле определяется по вышеупомянутым параметрам. Полученный таким образом питающий поток q_S в качестве входного параметра подается на ограничительный регулятор 30, в котором определенный таким образом питающий поток q_S сравнивается с заранее определенным максимальным питающим потоком q_S,max. В этом примере ограничительный регулятор 30 при достижении заранее определенного максимального потока q_S,max транспортируемого материала выдает максимальную частоту n_max вращения, подаваемую на регулятор 32 давления в качестве управляющего воздействия. Регулятор 32 давления регулирует разность давлений в нагрузочном насосе 20, т. е. между входом и выходом нагрузочного насоса 2. При этом речь идет о разности Dp_L давлений в нагрузочном насосе 2. С помощью регулятора 32 давления эта разность давлений путем регулирования доводится до задаваемой разности Dp_set давлений. Регулятор 32 давления в качестве выходного параметра выдает частоту n вращения, с которой эксплуатируется нагрузочный насос 20, содержащий приводной электродвигатель с регулируемой частотой вращения. При этом максимальная частота n_max вращения, задаваемая ограничительным регулятором, учитывается таким образом, чтобы частота n вращения ограничивалась этим максимальным значением. Т. е. нагрузочный насос 20 эксплуатируется с максимальной частотой n_max вращения, максимально задаваемой ограничительным регулятором 32 в такой степени, что нагрузочный поток q_L, а тем самым косвенно питающий поток q_S, ограничивается. Это вытекает из тепловой связи между нагрузочным потоком и питающим потоком, если температура в нагрузочном контуре, например, входная нагрузочная температура, регулируется путем установки питающего потока. Таким образом, питающий поток вытекает из потребности нагрузочного контура в тепле.

При установке нескольких нагрузочных контуров каждый нагрузочный контур содержит регулятор, каким он описан ранее со ссылкой на фиг. 2.

На фиг. 3 изображен другой пример объединения нескольких регуляторов, причем здесь за основу берется не непосредственно питающий поток q_S, а вместо него тепловой поток dQ_calc в модуле 34 для определения теплового потока. Для определения теплового потока dQ_calc учитываются также нагрузочный поток q_L, входная нагрузочная температура Т_L, а также выходная нагрузочная температура Т_R. Таким образом, может рассчитываться абсолютный или весь тепловой поток dQ_calc, подаваемый в нагрузочный контур по питающему трубопроводу 10. В ограничительном регуляторе 30′ этот тепловой поток dQ_calc сравнивается с заданным максимальным тепловым потоком dQ_max. Ограничительный регулятор 30′, как ограничительный регулятор 30 выдает для нагрузочного насоса 20, максимальную частоту n_max вращения, которая затем подается в регулятор 32 давления, как это было описано выше.

Таким образом, в варианте, изображенном на фиг. 3, также достигается ограничение питающего потока q_S, поскольку в результате ограничения частоты вращения нагрузочного насоса 20 косвенно ограничивается и питающий поток q_S. Учтенный тепловой поток dQ_calc рассчитывается в зависимости от нагрузочного потока q_L, а также входной нагрузочной температуры Т_L и выходной нагрузочной температуры Т_R по следующей формуле:

В вышеупомянутой формуле c_P является удельной теплоемкостью теплоносителя, т. е. текучей среды, протекающей в системе в качестве теплоносителя. В отношении rho речь идет о плотности или об удельной плотности этой текучей среды. В изображении на фиг. 4 можно обнаружить, что нагрузочный поток q_L может уменьшаться или ограничиваться путем ограничения теплового потока dQ_calc. На фиг. 4 линиями Т_R1, Т_R2 и Т_R3 изображены постоянные кривые температур обратных потоков нагревательного элемента или теплообменника, который может быть, например, также контуром отопления нагретым полом. Если такой нагревательный элемент эксплуатируется со специфичной кривой входной нагрузочной температуры, нагрузочный поток q_L путем уменьшения теплового потока dQ на величину DdQ может быть уменьшен на относительно большую величину dQ_L. Одновременно температура обратного потока или выходная нагрузочная температура опускается до значения Т_R2, так что в вышеупомянутой формуле величина члена Т_L-Т_R возрастает. Это показывает, что таким образом неизбежно уменьшается и нагрузочный поток q_L. Это означает, что для достижения гидравлического равновесия нагрузочный поток q_L можно ограничить максимальным значением путем ограничения теплового потока dQ максимальным значением dQ_max.

Как указано выше, нагрузочный поток может определяться непосредственно в нагрузочном насосе 20. Это происходит путем расчета или оценки на основе рабочих параметров нагрузочного насоса 20, а именно актуальной частоты n вращения и разности Dp давлений в нагрузочном насосе, или на основе частоты n вращения и потребленной электрической мощности Р приводного двигателя нагрузочного насоса 20.

На фиг. 5а изображена диаграмма, в которой разность Dp давлений противопоставлена расходу q для разных частот n₁ и n₂ вращения. Можно обнаружить, что при известных частоте вращения и разности Dp давлений нагрузочный поток q_L можно рассчитать, если известны изображенные характеристики насоса. На фиг. 5b соответственно изображена электрическая мощность Р, нанесенная относительно расхода q. На эту диаграмму нанесены также известные характеристики частот n₁ и n₂ вращения. Здесь можно также обнаружить, что при известных характеристиках насоса нагрузочный поток q_L можно определить по частоте n вращения и электрической мощности Р. Таким образом, от специального датчика потока для регистрации нагрузочного потока q_L можно отказаться.

Третий вариант ограничения питающего потока q_S косвенным путем возможен по сравнению с регулирующими устройствами, изображенными на фиг. 2 и 3, с помощью регулирующего устройства, изображенного в качестве примера на фиг. 6. Таким образом, ограничительный регулятор 30′′ может ограничивать выходную нагрузочную температуру Т_R на выходе 16 нагрузочного контура 2 предельным значением Т_R0. При достижении предельного значения Т_R0 ограничительный регулятор 30′′ выдает максимальную частоту n_max вращения на регулятор 32, выполненный точно так же, как это было описано со ссылкой на фиг. 2 и 3.

Таким образом, чрезмерно высокие температуры обратного потока, т. е. выходные нагрузочные температуры Т_R на выходе 16 нагрузочного контура, которые могли бы ухудшить тепловой коэффициент полезного действия системы, могут предотвращаться.

Другая возможность достижения гидравлического равновесия между несколькими нагрузочными контурами может быть реализована с помощью регулирующего устройства, изображенного на фиг. 7. С помощью этого регулятора разность DT температур в нагрузочном контуре, т. е. разность между входной нагрузочной температурой Т_L и выходной нагрузочной температурой Т_R, удерживается выше или ниже заданного предельного значения DT_max. При увеличении значения разности (DT) температур нагрузочный поток q_L, а тем самым, как описано выше, и питающий поток q_S, уменьшится, так что, помимо этого, для гидравлического равновесия возможно косвенное ограничение питающего потока q_S. В ограничительном регуляторе 30′′, изображенном на фиг. 7, значения максимальной разности DT_max температур, а также зарегистрированной разности DT температур учитываются как величины без знака, так что этот регулятор в одном и том же исполнении может найти применение как в системе отопления, так и в системе охлаждения. При достижении разностью температур указанного предельного значения DT_max ограничительный регулятор 30′′ выдает максимальную частоту n_max вращения на регулятор 32 давления, как это было описано выше со ссылкой на фиг. 2, 3 и 6. Таким образом, и здесь ограничивается частота вращения насоса и тем самым нагрузочный поток q_L, а одновременно частота питающего потока q_S.

Теперь на фиг. 8 изображена комбинация из нескольких вышеописанных регуляторов. Таким образом, выше на фиг. 8 вначале изображен модуль 34 для определения теплового потока с ограничительным регулятором 30′. В центре изображен ограничительный регулятор 30′′ на фиг. 6. На фиг. 8 снизу изображено устройство модуля 28 для определения питающего потока с ограничительным регулятором 30 на фиг. 2. В этом примере ограничительный регулятор 30′ выдает для нагрузочного насоса максимальную частоту n_max1 вращения, ограничительный регулятор 30′′ - максимальную частоту n_max2 вращения, а ограничительный регулятор 30 - максимальную частоту n_max3 вращения. Эти три максимальные частоты n_max1, n_max2, n_max3 вращения подаются на избирательный регулятор 36 или на избирательное устройство 36, в котором выбирается одна из этих нескольких максимальных частот. В изображенном примере - это наименьшая из трех максимальных частот n_max1, n_max2, n_max3 вращения. Затем она, как описано со ссылкой на фиг. 2, 6 и 3, передается на регулятор 30 давления в качестве управляющего воздействия или максимальной частоты вращения, так что частота n вращения, выдаваемая регулятором 32 давления, ограничивается наименьшим значением из полученных таким образом трех максимальных частот n_max1, n_max2, n_max3 вращения. Вместо выбора в избирательном регуляторе 36 наименьшей из этих частот вращения можно было бы также сделать так, чтобы из этих трех частот вращения была выбрана наибольшая.

Теперь на фиг. 9а-9с изображены три примера нагрузочных контуров 2 с соответствующими смесительными контурами системы теплопередачи, причем следует понимать, что в системе теплопередачи могут присутствовать, соответственно, несколько таких устройств нагрузочных контуров. Устройство на фиг. 9а по существу соответствует устройству, изображенному на фиг. 1. При этом коммуникация 3 включает прямой 6 и обратный трубопровод 8 и показана здесь лишь упрощенно. Согласно изобретению по сравнению с примером выполнения на фиг. 1 в обратном трубопроводе 12 отпадает уравнительный клапан 26. В подводе к нагрузочному контуру 2 наряду с нагрузочным насосом 20 здесь установлен еще датчик 38 потока, регистрирующий нагрузочный поток q_L. Однако альтернативно нагрузочный поток q_L, как описано выше, может определяться также непосредственно в нагрузочном насосе 20. Здесь предусмотрен также терморегулятор 24, регулирующий входную нагрузочную температуру Т_L путем регулировки смесительного клапана 22 способом, описанным со ссылкой на фиг. 1. Кроме того, устройство содержит уравнительный регулятор в виде регулирующего модуля 40 для ограничения питающего потока q_S описанным образом. Регулировочный модуль 40, как изображено на фиг. 9а, содержит в качестве входных параметров нагрузочный поток q_L, входную нагрузочную температуру Т_L, входную питающую температуру Т_S, а также выходную нагрузочную температуру Т_R, регистрируемую здесь не непосредственно на выходе 16, а температурным датчиком в коллекторе 14. Однако температурный датчик 42 для регистрации выходной нагрузочной температуры Т_R мог бы быть установлен также на выходе 16. Температура на выходе 16 по существу соответствует температуре в коллекторе 14. Входная питающая температура Т_S регистрируется температурным датчиком 44 в питающем трубопроводе 10. Регулятор 40 содержит регулирующее устройство, каким оно было описано со ссылкой на фиг. 2, 3, 6, 7 и/или на фиг. 8, и выдает через регулятор 32 давления, также содержащийся в регулирующем модуле 40, частоту вращения, с которой эксплуатируется нагрузочный насос 20. Поскольку частота n вращения описанным образом ограничивается с помощью указанных регулирующих модулей максимальным значением, то с помощью регулирующего модуля 40 вышеописанным образом ограничивается по максимуму и питающий поток q_S.

На фиг. 9b изображено альтернативное устройство, отличающееся от формы исполнения на фиг. 9а тем, что смесительный клапан 22′ установлен в качестве трехходового двухпозиционного клапана непосредственно в точке 18 смешивания. Терморегулятор 24 управляет этим смесительным клапаном 22′ для регулирования входной нагрузочной температуры Т_L. Дополнительный регулирующий модуль 40 соответствует регулирующему модулю, описанному со ссылкой на фиг. 9а. Только здесь нагрузочный поток q_L определяется не отдельным датчиком, а, как описано выше, с помощью нагрузочного насоса 20 или его рабочих параметров. Здесь регулирующий модуль 40 также предпринимает ограничение питающего потока q_S, как описано выше, путем ограничения частоты n вращения нагрузочного насоса 20.

Третий вариант нагрузочного контура 2 со смесительным контуром системы теплопередачи согласно изобретению изображен на фиг. 9с. Изображенный там вариант осуществления соответствует варианту осуществления, изображенному на фиг. 9b, с той лишь разницей, что смесительный контур 22′ отпадает, а вместо него в питающем трубопроводе 10 установлен питающий насос 46. Для установки заданного или требуемого значения входной нагрузочной температуры Т_L с помощью терморегулятора 24 регулируется частота вращения питающего насоса 46. Т. е. с помощью питающего насоса 46 регулируется питающий поток q_S, подаваемый в точку 18 смешивания. Если нагрузочный поток q_L, создаваемый нагрузочным насосом 20, больше питающего потока q_S, нагрузочный насос 20 дополнительно создает в коллекторе 14 смесительный поток. Дополнительно регулирующий модуль 40 вышеописанным образом осуществляет ограничение питающего потока q_S, для чего он, как это пояснено со ссылкой на фиг. 2, 3, 6, 7 и/или 8, ограничивает частоту n вращения нагрузочного насоса 20. Если частота n вращения нагрузочного насоса 20 ограничивается или уменьшается таким образом, нагрузочный поток q_L уменьшается. Если теперь питающий насос 46 вначале подает неизменный питающий поток q_S, это приводит к тому, что подмешивание или смесительный поток в коллекторе уменьшается, а входная нагрузочная температура Т_L тем самым поднимается. Тогда для понижения температуры это вынудит терморегулятор 24 снова уменьшить питающий поток q_S. Таким образом, тем самым в результате ограничения частоты n вращения нагрузочного насоса 20 произойдет также косвенное уменьшение питающего потока q_S.

Вместо того чтобы, как описано выше со ссылкой на фиг. 2, 3, 6, 7 и 8, задавать с помощью ограничительного регулятора 30 управляющее воздействие регулятора 32 давления, можно было бы также аналогичным образом повлиять и на управляющее воздействие терморегулятора 24, как это поясняется со ссылкой на фиг. 10-13.

На фиг. 10 изображен модуль 28 для определения питающего потока, как это было пояснено со ссылкой на фиг. 2. Кроме того, со стороны выхода установлен ограничительный регулятор 30, каким он был описан со ссылкой на фиг. 2, ограничивающий питающий поток q_S максимальным питающим потоком q_Smax. В отличие от примера выполнения на фиг. 2, здесь ограничительный регулятор 30 не выдает в качестве управляющего воздействия никакой максимальной частоты вращения, а выдает максимальное управляющее воздействие u_max, передаваемое на терморегулятор 24. Терморегулятор 24 служит для установки входной нагрузочной температуры на заданную температуру Т_ref. Для этого он выдает управляющее воздействие u, которое представляет собой степень открытия клапана 22, 22′ или частоту вращения питающего насоса 20. Это означает, что терморегулятор 24 ограничивает управляющее воздействие u максимальным управляющим воздействием u_max, задаваемым ограничительным регулятором 30, так что при соответствующей установке смесительного клапана 22, 22′ или питающего насоса 46 тем самым косвенно ограничивается питающий поток q_S.

На фиг. 11 изображено регулирующее устройство, соответствующее регулирующему устройству на фиг. 3, разве что здесь регулятор 32 давления также заменен на терморегулятор 24. Ограничительный регулятор 30′, описанный выше со ссылкой на фиг. 3, как ранее описано со ссылкой на фиг. 10, не выдает никакой максимальной частоты вращения, а выдает максимальное управляющее воздействие u_max, по которому управляющее воздействие u в терморегуляторе 24 описанным образом ограничивается этим максимальным значением u_max.

На фиг. 12 изображено регулирующее устройство, соответствующее регулирующему устройству, описанному со ссылкой на фиг. 6, с той лишь разницей, что и здесь регулятор 32 давления заменен на терморегулятор 24, на который с ограничительного регулятора 30′′ в качестве ограничивающего управляющего воздействия подается максимальное управляющее воздействие u_max. Тем самым терморегулятор 24 ограничивает выдаваемое управляющее воздействие u этим значением.

На фиг. 13 изображено регулирующее устройство, соответствующее регулирующему устройству, описанному со ссылкой на фиг. 7, с той лишь разницей, что и здесь регулятор 32 давления заменен терморегулятором 23, на который с ограничительного регулятора 30′′ подается максимальное управляющее воздействие u_max, как это было описано выше со ссылкой на фиг. 10-12.

Относительно регулирующих устройств, изображенных на фиг. 10, 11, 12 и 13 и описанных ранее, следует понимать, что и они могли бы комбинироваться друг с другом таким образом, как это было описано со ссылкой на фиг. 8. Затем предусмотрен также избирательный регулятор, выбирающий из трех максимальных управляющих воздействий u_max1, u_max2 и u_max3 способом, описанным со ссылкой на фиг. 8, наибольшее или наименьшее управляющее воздействие и передающий его на терморегулятор 24.

Теперь на фиг. 14а-14с по аналогии с фиг. 9а-9с изображены три примера части системы теплопередачи для осуществления принципов регулирования, описанных со ссылкой на фиг. 10-13. При этом вариант осуществления на фиг. 14а в принципе соответствует устройству на фиг. 9а, вариант осуществления на фиг. 14b - варианту осуществления на фиг. 9b, а вариант осуществления на фиг. 14с - варианту осуществления на фиг. 9с. Это, в частности, относится к устройству смесительных клапанов 22 и 22′, равно как и питающего насоса 46, а также температурных датчиков и датчика 38 потока. В этом отношении следует указать на описание фиг. 9а-9с. В отношении устройств, изображенных на фиг. 14а-14с, следует также понимать, что в системе теплопередачи несколько таких устройств нагрузочных контуров 2 предпочтительно установлены с соответствующими смесительными устройствами.

В отличие от вариантов осуществления на фиг. 9а-9с устройства на фиг. 14а-14с выполнены для осуществления способа регулирования или ограничения, поясняемого со ссылкой на фиг. 10-13. Т. е. здесь не предусмотрено никакого регулирующего модуля 40, а ограничение производится терморегулятором 24 способом, описанным со ссылкой на фиг. 10-13. При этом принципы регулирования согласно фиг. 10-13 могут осуществляться, соответственно, по отдельности или в комбинации, например, в виде комбинированного регулятора в соответствии с устройством на фиг. 8.

Впрочем, следует понимать, что принцип регулирования согласно изобретению мог бы применяться также в системах теплопередачи, использующих вместо смесительного устройства теплообменник. В таких системах вместо коллектора 14 был бы предусмотрен теплообменник, причем по первой траектории потока теплообменника в питающем трубопроводе 10 и в обратном трубопроводе 12 протекал бы питающий поток q_S, а по второй траектории потока в нагрузочном контуре 2 - нагрузочный поток q_L. При таком устройстве предпочтительно были бы предусмотрены как нагрузочный насос 20 в нагрузочном контуре, так и питающий насос 46 в питающем контуре.

Особенно предпочтительно, чтобы необходимые регулирующие компоненты, в частности, регулирующий модуль 40 и/или терморегулятор 24, предпочтительно были встроены в насосный агрегат, образующий нагрузочный насос 20, в частности, в клеммовую коробку или в электронный узел этого насосного агрегата.

Перечень позиций

2 нагрузочные контуры

3 коммуникация

4 источник тепла

6 прямой трубопровод (поток)

8 обратный трубопровод (поток)

10 питающие трубопроводы

12 обратные трубопроводы

14 перемешивающее устройство

16 выход

18 точка смешивания

20 нагрузочный насос

22, 22′ смесительный клапан

24 терморегулятор

26 уравнительные клапаны

28 модуль для определения питающего потока

30, 30′, 30′′, 30′′′ ограничительный регулятор

32 регулятор давления

34 модуль для определения теплового потока

36 избирательный регулятор

38 датчик потока

40 регулирующий модуль

42, 44 температурный датчик

46 питающий насос

с_Р удельная теплоемкость теплоносителя

q_S питающий поток

q_L нагрузочный поток

q_S.max максимальный питающий поток

n частота вращения

n_max максимальная частота вращения

T_R выходная нагрузочная температура

T_S питающая температура

T_R заданное значение выходной нагрузочной температуры

T_L входная нагрузочная температура

dQ тепловой поток

dQ_calc расчетный тепловой поток

dQ_max максимальный тепловой поток

rho плотность теплоносителя

T_ref заданная входная нагрузочная температура

u управляющее воздействие

u_max максимальное управляющее воздействие

Dp_L разность давлений в нагрузочном насосе

Dp_set заданное значение разности давлений в нагрузочном насосе

DT разность давлений в нагрузочном контуре

DT_max максимальная разность температур

Изобретение относится к способу ограничения питающего потока в системе теплопередачи и к отопительной установке или к установке кондиционирования воздуха, а также к такой системе теплопередачи. Система теплопередачи содержит питающий трубопровод, и обратный трубопровод, и нагрузочный контур с нагрузочным насосом, устройство регулирования расхода для регулирования питающего потока в питающем трубопроводе, причем устройство регулирования расхода выполнено таким образом, что оно путем регулирования питающего потока регулирует входную нагрузочную температуру на входе нагрузочного контура, при этом она снабжена температурным датчиком в нагрузочном контуре и ограничительным регулятором, выполненным таким образом, что он ограничивает питающий поток предварительно определенным максимумом в зависимости от температурного сигнала температурного датчика. Способ ограничения питающего потока в системе теплопередачи предусматривает, что входную нагрузочную температуру регулируют путем изменения питающего потока, и питающий поток ограничивают максимальным потоком с учетом температуры, зарегистрированной в нагрузочном контуре. Это позволяет обеспечивать гидравлическое равновесие, поскольку, с одной стороны, питающий поток может устанавливаться в зависимости от температуры, а с другой, питающий поток не прикрывается наглухо надолго, как это бывает в случае уравнительного клапана. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Способ ограничения питающего потока (q_S) в системе теплопередачи, содержащей питающий трубопровод (10) с питающим потоком (q_S) и с питающей входной температурой (T_S) и по меньшей мере один нагрузочный контур (2) с нагрузочным насосом (20), создающим нагрузочный поток (q_L) с входной нагрузочной температурой (T_L) и выходной нагрузочной температурой (T_R), причем входную нагрузочную температуру (T_L) регулируют путем изменения питающего потока (q_S),

отличающийся тем, что

питающий поток (q_S) ограничивают максимальным потоком (q_S.max) с учетом по меньшей мере температуры, зарегистрированной в нагрузочном контуре (2).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что система теплопередачи между питающим трубопроводом (10) и нагрузочным контуром (2) содержит по меньшей мере один теплообменник.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что система теплопередачи содержит по меньшей мере одно перемешивающее устройство (14, 18), смешивающее выходной нагрузочный поток (q_L) по меньшей мере частично с питающим потоком (q_S).

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что питающий поток (q_S) регулируют на основе нагрузочного потока (q_L) и одного или нескольких температурных сигналов, определяемых в системе теплопередачи, в частности на основе питающей входной температуры (T_S), входной нагрузочной температуры (T_L) и выходной нагрузочной температуры (T_R).

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что питающий поток (q_S) косвенно ограничивают по меньшей мере одной из следующих мер:

- ограничение теплового потока (dQ) мощности в нагрузочном контуре (2),

- ограничение выходной нагрузочной температуры (T_R),

- ограничение разности (DT) между выходной нагрузочной температурой (T_R) и входной нагрузочной температурой (T_L).

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере для двух входных переменных на основе одной из входных переменных определяют максимальный питающий поток (q_S.max) или находящуюся в монотонной связи с ним переменную (n; u), а затем для ограничения питающего потока (q_S) выбирают один из определенных таким образом максимальных питающих потоков (q_S.max).

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что питающий поток (q_S) ограничивают путем частоты (n) вращения нагрузочного насоса (20), и/или частоты вращения (n) питающего насоса (46), и/или путем ограничения степени (u) открытия клапана (22; 22′).

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что питающий поток (q_S) ограничивают путем ограничения управляющего воздействия (n; u) регулятора давления или температуры (32, 24).

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что питающий поток (q_S) ограничивают путем ограничения управляющего воздействия (n; u) контура регулирования, регулирующего нагрузочную температуру и/или нагрузочное давление в нагрузочном контуре (2), в частности разность (Dp) давлений в нагрузочном насосе (20).

10. Система теплопередачи, содержащая

питающий трубопровод (10) для подсоединения к источнику (6) текучей среды, и обратный трубопровод (12) для подсоединения к обратному течению текучей среды, и по меньшей мере один нагрузочный контур (2) с установленным в нем нагрузочным насосом (2),

устройство (24) регулирования расхода для регулирования питающего потока (q_S) в питающем трубопроводе (10), причем устройство (24) регулирования расхода выполнено таким образом, что оно путем регулирования питающего потока (q_S) регулирует входную нагрузочную температуру (T_L) на входе нагрузочного контура (2),

отличающаяся тем, что она снабжена

по меньшей мере одним температурным датчиком в нагрузочном контуре (2) и по меньшей мере одним ограничительным регулятором (30), выполненным таким образом, что он прямо или косвенно ограничивает питающий поток (q_S) предварительно определенным максимумом в зависимости по меньшей мере от одного температурного сигнала по меньшей мере одного температурного датчика.

11. Система теплопередачи по п. 10, отличающаяся тем, что

она снабжена теплообменником между питающим трубопроводом (10) и нагрузочным контуром (2) или коллектором (14), соединяющим в точке (18) смешивания выход (16) нагрузочного контура (2) с питающим трубопроводом (10).

12. Система теплопередачи по п. 10 или 11, отличающаяся тем, что она снабжена регулятором (32) давления и/или терморегулятором (24) для нагрузочного контура (2), причем этот регулятор (32, 24) соединен с ограничительным регулятором (30) таким образом, что управляющее воздействие (n; u) в регуляторе (32) давления и/или в терморегуляторе (24) с помощью ограничительного регулятора (30) может ограничиваться максимальным значением (n_max, u_max).

13. Система теплопередачи по п. 10, отличающаяся тем, что ограничительный регулятор (30) выполнен таким образом, что он сравнивает тепловой поток (dQ) мощности в нагрузочном контуре (2), и/или выходную нагрузочную температуру (T_R), и/или разность (DT) между выходной нагрузочной температурой (T_R) и входной нагрузочной температурой (T_L) с соответствующим предельным значением и определяет максимум для переменной (n; u) для установки питающего потока (q_S).

14. Система теплопередачи по п. 10, отличающаяся тем, что по меньшей мере одним температурным датчиком является температурный датчик, установленный на входе нагрузочного контура (2) и регистрирующий входную нагрузочную температуру (T_L), или температурный датчик, установленный на выходе (16) нагрузочного контура (2) и регистрирующий выходную нагрузочную температуру (T_R).

15. Система теплопередачи по п. 10, отличающаяся тем, что устройство для регулирования расхода содержит по меньшей мере один питающий насос (46), регулирующий питающий поток (q_S), и/или один питающий клапан (22, 22′), регулирующий питающий поток (q_S).

16. Система теплопередачи по п. 10, отличающаяся тем, что нагрузочный насос (20) выполнен для регистрации расхода (q_L) в нагрузочном контуре (2) и для передачи сигнала, корреспондирующего с зарегистрированным расходом (q_L), предпочтительно соединен с устройством для регулирования расхода.

17. Система теплопередачи по п. 10, отличающаяся тем, что устройство (24, 32) для регулирования расхода и/или ограничительный регулятор (30) встроены в нагрузочный насосный агрегат, образующий нагрузочный насос (20).