УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЕМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2023 года по МПК G05D23/01 G05D7/01 F24D3/02 

Назначение и область применения

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для регулирования расхода тепла в системах отопления зданий и сооружений.

Предшествующий уровень техники

Из предшествующего уровня техники известно техническое решение устройства для автоматического регулирования теплопотребления, раскрытое в публикации патента РФ на изобретение RU 2400796 (МПК G05D 7/00), содержащее водоструйный элеватор, потребитель тепла, блок измерения расхода и температуры теплоносителя в подающем трубопроводе, подающий трубопровод, тепловычислитель, датчик давления теплоносителя, блок управления, ключ, ограничитель давления, причем ко второму входу ключа подсоединен первый выход блока управления, датчик средневзвешенной температуры внутренней среды, датчик температуры окружающей среды, блок измерения расхода и температуры теплоносителя в обратном трубопроводе.

К числу недостатков данного решения можно отнести недостаточную надежность эксплуатации в основном и резервном режимах работы, и низкую энергоэффективность системы потребления тепловой энергии вследствие достаточно сложной системы поэтажного регулирования распределения тепла, что является характерным для данной, стояковой системы отопления.

Известно также решение автоматизированного теплового пункта (RU 2031316, F24D 19/10), содержащее подающий трубопровод тепловой сети с установленным в нем регулятором расхода, подающий трубопровод системы отопления, соединенный с обратным трубопроводом системы отопления перемычкой, включающей последовательно соединенные насос смешения и регулятор смешения, управляющим входом соединенный с выходом регулятора отопления, входы которого соединены с датчиками температур в системе отопления и окружающей среде, водонагреватель системы горячего водоснабжения, включенный между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети, а также смесительное устройство (элеватор), включенный в подающий трубопровод системы отопления и соединенный перемычкой с обратным трубопроводом. Недостатком данного решения является низкая энергоэффективность системы потребления тепловой энергии за счет плохой работоспособности при малом располагаемом напоре на вводе тепловой сети и повышенного риска возникновения аварийных режимов работы насоса смешения в предельных температурных режимах работы автоматизированного теплового пункта.

Также известно техническое решение устройства для автоматического управления теплопотреблением, раскрытое в патенте РФ на изобретение RU 2509335 (МПК G05D 7/00, G05D 23/01, F24D 3/02), содержащее подающий трубопровод, соединенные последовательно ключ, водоструйный элеватор, потребитель тепла, обратный трубопровод, а также блок управления, выход которого подключен ко второму входу ключа, циркуляционный насос, первый вход которого связан с обратным трубопроводом, второй вход циркуляционного насоса соединен с вторым выходом блока управления, а выход циркуляционного насоса подключен ко второму входу водоструйного элеватора. Устройство включает "m" блоков измерения температуры теплоносителя на входах в стояки системы отопления, где m - количество стояков, входы которых подсоединены к соответствующим "m" выходам с второго по (1+m)-й потребителя тепла со стояковой системой отопления, а выходы "m" блоков измерения температуры теплоносителя на входах в стояки системы отопления потребителя тепла со стояковой системой отопления связаны с соответствующими "m" входами с первого по m-й блока управления. К числу недостатков известного устройства также можно отнести низкую энергоэффективность системы потребления тепловой энергии, т.к. при отключении циркуляционного насоса не обеспечивается устойчивый гидравлический режим и постоянство расхода циркуляции теплоносителя в системе отопления, а также вследствие достаточно сложной системы локального поэтажного регулирования распределения тепла, присущей стояковым системам отопления, не обеспечивается длительная эксплуатация в основном и резервном режимах работы.

Наиболее близким к заявленному решению по совокупности существенных признаков, можно отнести раскрытое в патенте РФ на изобретение RU 2566943 устройство автоматического управления потреблением тепловой энергии, содержащее подающий трубопровод, соединенные последовательно водоструйный элеватор, систему отопления и обратный трубопровод, а также циркуляционный насос, блок управления и блоки измерения температуры теплоносителя, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок измерения температуры наружного воздуха, выход которого связан с первым входом блока управления, первый из блоков измерения температуры теплоносителя установлен на подающем трубопроводе на входе системы отопления и выходом связан со вторым входом блока управления, второй блок измерения температуры теплоносителя установлен на обратном трубопроводе на выходе системы отопления и выходом связан с третьим входом блока управления, устройство также дополнительно содержит регулирующий клапан, установленный в подающем трубопроводе, вход регулирующего клапана связан с выходом электропривода, вход которого связан с выходом блока управления, выход регулирующего клапана связан с первым входом водоструйного элеватора, второй вход которого через обратный клапан и запорную арматуру связан с обратным трубопроводом, а циркуляционный насос входом подключен через запорную арматуру к обратному трубопроводу, а выходом через обратный клапан и запорную арматуру подключен к выходу водоструйного элеватора. К числу недостатков данного решения, аналогично выше указанным аналогам, можно отнести низкую энергоэффективность системы потребления тепловой энергии из-за нестабильной работы водоструйного элеватора при снижении расхода теплоносителя в подающем трубопроводе при закрытии регулирующего клапана в зависимости от изменения наружной температуры воздуха, возникновении перетопов и необходимости подключения обслуживающего персонала для перевода управления из основного режима работы в аварийный и обратно.

Данное решение может быть принято за прототип.

Сущность изобретения.

Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в устранении недостатков прототипа и предложении простого энергоэффективного устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии системы потребления тепловой энергии в существующих индивидуальных тепловых пунктах элеваторного типа.

Технический результат, достигаемый заявленным решением заключается в повышении энергоэффективности системы отопления, за счет обеспечения устойчивого гидравлического режима и постоянного расхода циркуляции теплоносителя в системе отопления с автоматическим переходом из основного режима работы в аварийный и обратно и постоянной работой водоструйного элеватора.

Заявленный технический результат достигается применением устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии, включающее подающий трубопровод, соединенные последовательно регулирующий капан расхода, второй вход которого снабжен электроприводом, водоструйный элеватор, систему отопления и обратный трубопровод, а также модуль управления клапаном расхода, выход которого соединен со входом электропривода, а три входа соответственно с датчиком измерения температуры наружного воздуха и датчиками измерения температуры теплоносителя установленными на подающем и обратном трубопроводах, и размещенную между подающим и обратным трубопроводом линию циркуляционного насоса, снабженного на выходе обратным клапаном и первой запорной арматурой, а входом подключенного через вторую запорную арматуру к обратному трубопроводу, отличающееся от прототипа тем, что дополнительно содержит модуль управления насосом, первый вход которого связан с выходом датчика измерения давления теплоносителя, установленного на подающем трубопроводе на выходе элеватора, а второй вход связан с установленным на обратном трубопроводе датчиком измерения давления теплоносителя установленным на линии циркуляционного насоса между второй запорной арматурой и первым входом циркуляционного насоса, второй вход которого связан с выходом модуля управления насосом, а выход через обратный клапан и первую запорную арматуру соединен с вторым входом элеватора, при этом линия циркуляционного насоса снабжена линией байпаса насоса с обратным клапаном.

В предпочтительном варианте осуществления заявленного решения устройство автоматического управления потреблением тепловой энергии линия байпаса насоса сопряжена с выходом запорной арматуры перед вторым входом в элеватор и входом запорной арматуры, подключенной к обратному трубопроводу.

Краткое описание чертежей

Заявленное изобретение представлена на чертеже, где:

Фиг. 1 - схема решения устройства автоматического управления потреблением тепловой энергии согласно заявленной полезной модели.

Следует отметить, что прилагаемая иллюстрация раскрывает только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения устройства и не может рассматриваться в качестве ограничений ее содержания, которое может включать другие возможные варианты осуществления.

Осуществимость заявленного изобретения.

Согласно заявленному изобретению и представленному на схеме фиг. 1 варианту ее осуществления, устройство автоматического управления потреблением тепловой энергии содержит подающий 1 трубопровод, систему отопления 4 и обратный 5 трубопровод. При этом выход подающего 1 трубопровода соединен со входом системы отопления 4 последовательным соединением по линии подачи теплоносителя и по ходу его подачи, регулирующего клапана расхода 2 (клапан расхода), первый вход которого соединен с выходом подающего 1 трубопровода, а выход соединен с первым входом водоструйного элеватора 3 (элеватор), на выходе которого последовательно по линии подачи теплоносителя установлены датчик измерения давления теплоносителя в подающем 16 трубопроводе и датчик измерения температуры теплоносителя в подающем 14 трубопроводе, выход последнего соединен со входом системы отопления 4.

Регулирующий клапана расхода 2 снабжен электроприводом 12 с модулем управления регулирующим клапаном расхода 11, где вход электропривода соединен с выходом модуля управления регулирующим клапаном расхода, а выход соединен со вторым входом клапана расхода 2. При этом первый вход модуля управления регулирующим клапаном расхода 11 соединен с выходом датчика измерения наружной температуры воздуха, второй вход соединен с первым выходом датчика измерения температуры теплоносителя в подающем трубопроводе 14, вход которого соединен с линией подачи теплоносителя после датчика измерения давления теплоносителя в подающем трубопроводе 16, перед входом системы отопления 4. Третий вход модуля управления регулирующим клапаном расхода 11 соединен с выходом датчика измерения температуры теплоносителя в обратном трубопроводе 15, вход которого соединен с линией подачи теплоносителя в обратный трубопровод 5, после выхода системы отопления 4.

Устройство автоматического управления потреблением тепловой энергии снабжено циркуляционным насосом 6 (насос) выходом соединенным со вторым входом водоструйного элеватора 3 через последовательно соединенные от выхода насоса 6, обратный клапан 8 и первую запорную арматуру 7, где выход первой запорной арматуры 7 соединен со вторым входом элеватора 3. Вход насоса 6 через вторую запорную арматуру 7 последовательно установленную до входа подключен к обратному трубопроводу 5 на его входе.

Согласно заявленному решению, циркуляционный насос снабжен модулем управления насоса 10, выход которого, сопряженный в одном из вариантов осуществления, с реле подачи электропитания на насос (на схеме фиг. 1 не показан), соединен со вторым входом циркуляционного насоса 6. При этом первый вход модуля управления насосом 10 соединен с выходом датчика измерения давления теплоносителя в подающем трубопроводе 16, вход которого соединен с линией подачи теплоносителя после выхода элеватора 3 и до установки по линии подачи теплоносителя датчика измерения температуры теплоносителя в подающем трубопроводе 14. Второй вход модуля управления насосом 10 соединен с выходом датчика измерения давления теплоносителя в обратом трубопроводе, соединенного с линией соединения входа насоса 6 с выходом второй запорной арматуры 7.

При этом линия подключения насоса к элеватору и обратному трубопроводу снабжена линией байпаса 18 с обратным клапаном байпаса 9 насоса 6, сопряженной с одной стороны с линией сопряжения выхода первой запорной арматуры с вторым входом в элеватор и со второй стороны, с линией подключения второй запорной арматуры к обратному трубопроводу.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Запуск заявленного устройства, в отличии от известных из уровня техники решений, не требует дополнительных подготовительных работ или привлечения обслуживающего персонала.

После подачи электропитания питания на модули управления насосом 10 и регулирующим клапаном расхода 11, модуль управления регулирующего клапана 11, выполненный на основе программируемого контроллера, на основании информации о температурных параметрах теплоносителя и наружного воздуха, получаемой от блоков 13, 14и 15, ив соответствии с предустановленным температурным графиком тепловой сети и установленными программно-аппаратным образом в памяти контроллера модуля 11 алгоритмами, управляющими параметрами системы отопления 4, инициированных при запуске устройства, формирует и направляет на вход регулирующего клапана расхода 2 при помощи электропривода 12 управляющие команды на регулировку положения клапана для обеспечения заданного расход теплоносителя, подаваемого на первый вход водоструйного элеватора 3.

При соответствии текущих параметров теплоносителя температурным графикам и величине расхода циркуляции теплоносителя через водоструйный элеватор 3, циркуляция теплоносителя происходит через линию байпаса, через обратный клапан байпаса 9 циркуляционного насоса 6. Насос 6 при этом находится в выключенном состоянии.

При фиксировании температурными датчиками 14 и 15 выхода из температурного графика температурных параметров теплоносителя в связи с повышением температуры подаваемой сетевой воды, модуль управления регулирующего клапана расхода 11 через электропривод 12 осуществляет воздействие на регулирующий клапан 2 до тех пор, пока температура теплоносителя на входе в систему 4 не будет приведена в соответствие с предустановленным температурным графиком системы отопления параметрам, соответствующим температуре наружного воздуха. Прикрытие регулирующего клапана 2 приводит к снижению расхода теплоносителя на выходе подающего трубопровода 1 и, соответственно, к снижению температуры теплоносителя на входе в систему отопления 4, и как следствие, к автоматическому снижению потребления тепловой энергии. Поскольку прикрытие регулирующего клапана 2 приводит к снижению расхода теплоносителя как на выходе подающего трубопровода 1, так и, соответственно, на входе регулирующего клапана расхода 2 и входе водоструйного элеватора 3, эффективность элеватора 3 (циркуляция подмеса) при этом может резко снизится, что, в свою очередь, может привести к остановке циркуляции в системе отопления 4 и, как следствие, к снижению давления на выходе из системы отопления 4. В случае фиксации датчиком измерения давления 17 теплоносителя, установленном на обратном трубопроводе перед входом в насос 6, снижения предустановленного значения давления заданного режима эксплуатации системы отопления, модуль управления насосом 10, через выход модуля управления насосом 10, выполненный на основе программируемого контроллера, на основании информации о текущих параметрах давления теплоносителя в подающем и обратных трубопроводах соответственно, получаемой от блоков 16 и 17, и в соответствии с предустановленным графиком давления теплоносителя тепловой сети и установленными программно-аппаратным образом в памяти контроллера модуля 10 алгоритмами, управляющими параметрами насоса 6, инициированных при запуске устройства, запускает циркуляционный насос 6. Циркуляционный насос через запорную арматуру 7 на выходе из системы отопления 4 подает на второй вход водоструйного элеватора теплоноситель, обеспечивая возобновление циркуляции системы отопления 4 и необходимую температуру в системе отопления, не превышая температурный график внутренних систем отопления 4 с обеспечением предустановленных параметров работы элеватора 3, обеспечивая тем самым, требуемую эффективность системы отопления.

После уменьшения расхода через регулирующий клапана расхода 11, и снижения температуры на входе в систему отопления 4, модуль управления регулирующего клапана расхода 11, по непрерывно измеряемым параметрам с выхода датчика измерения температуры теплоносителя 14 на трубопроводе на входе в систему отопления 4, через электропривод 12 осуществляет воздействие на регулирующий клапан 2 до тех пор, пока температура теплоносителя на входе в систему 4 не придет в соответствие с температурой наружного воздуха по температурному графику системы отопления. После изменения давления теплоносителя по измеряемым параметрам датчиком измерения давления 17 теплоносителя, установленном на обратном трубопроводе перед входом в насос 6, Модуль управления насосом 10, останавливает циркуляционный насос 6, и теплоноситель начинает циркулировать через обратный клапан байпаса насоса 9 и второй вход элеватора 3.

В случае возникновения аварийной ситуации, например, отключение электроэнергии, модуль управления регулирующим клапаном 11 и электропривод 12 отключены, а регулирующий клапан расхода 2, автоматически приводится в открытое состояние. Насос 6 находится в отключенном состоянии, т.к. отключен модуль управления насосом 10, а циркуляция теплоносителя осуществляется через обратный клапан байпаса насоса 9. Водоструйный элеватор 3 обеспечивает смешение и циркуляцию теплоносителя, поступающего из подающего трубопровода 1 по обычной схеме индивидуального теплового пункта с элеватором. При возобновлении подачи электропитания запускается питание управляющих модулей 10 и 11, а устройство в автоматическом режиме, без участия обслуживающего персонала, возобновляет регулировку параметров теплоносителя до параметров в соответствии с температурным графиком теплосети.

Техническое преимущество заявляемого решения устройства по сравнению с известными аналогами, заключается в обеспечении энергоэффективной, надежной эксплуатации как в основном, так и в аварийном режиме, за счет поддержания устойчивого гидравлического режима наружной тепловой сети и системы отопления здания. Заявленное решение позволяет осуществлять постоянный расход циркуляции теплоносителя в системе отопления с эпизодическим включением насоса, что существенно снижает затраты на электроэнергии и повышает ресурс оборудования, а также при проведении ремонтных работ на подающем трубопроводе теплосети позволяет производить обратную циркуляцию теплоносителя через систему отопления здания, что предотвращает замерзание системы отопления на период ликвидации аварии.

Заявленное решение отличается простотой конструктивного решения и его технологического исполнения, не требует существенных затрат на перевооружение известных устройств тепловых пунктов и использует в своем составе стандартное оборудование, применимое в данной области техники. При этом, за счет сопряжения насосной линии с вторым входом элеватора и снабжения ее байпасной линией, в сочетании с сопряжением циркуляционного насоса модулем управления, снабженного датчиками давления, на подающем и обратном трубопроводах, и программируемым контроллером, управляемым в автоматическом режиме, в соответствии с предустановленными алгоритмами режима работы насоса, устанавливаемыми на основании непрерывного мониторинга данных датчиков измерения давления теплоносителя в трубопроводах, заявленное устройство позволяет существенно повысить энергоэффективность системы отопления, в результате снижения перерасхода тепловой энергии потребителем и перерасход топлива на теплоисточнике, обеспечивая комфортные условия в помещениях отапливаемого здания за счет устранения перетопов в период резкого изменения наружной температуры воздуха, особенно в зимне-весенний период.

Изобретение относится к области отопления зданий. Предложено устройство автоматического управления потреблением тепловой энергии, включающее подающий трубопровод, соединенные последовательно регулирующий капан расхода, второй вход которого снабжен электроприводом, водоструйный элеватор, систему отопления и обратный трубопровод, а также модуль управления клапаном расхода, выход которого соединен с входом электропривода, а три входа соответственно с датчиком измерения температуры наружного воздуха и датчиками измерения температуры теплоносителя, установленными на подающем и обратном трубопроводах, и размещенную между подающим и обратным трубопроводом линию циркуляционного насоса, снабженного первой и второй запорной арматурой на входе и выходе насоса, и обратным кланом на выходе и входом подключенного через вторую запорную арматуру к обратному трубопроводу. Причем устройство дополнительно содержит модуль управления насосом, первый и второй вход которого связаны с датчиком измерения давления теплоносителя, установленным на подающем трубопроводе на выходе элеватора, и на линии циркуляционного насоса между второй запорной арматурой и первым входом циркуляционного насоса, второй вход которого связан с выходом модуля управления насосом, а выход через обратный клапан и первую запорную арматуру соединен со вторым входом элеватора, при этом линия циркуляционного насоса снабжена линией байпаса насоса с обратным клапаном. Технический результат - повышение энергоэффективности системы отопления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство автоматического управления потреблением тепловой энергии, включающее подающий трубопровод, соединенные последовательно регулирующий капан расхода, второй вход которого снабжен электроприводом, водоструйный элеватор, систему отопления и обратный трубопровод, а также модуль управления клапаном расхода, выход которого соединен с входом электропривода, а три входа соответственно с датчиком измерения температуры наружного воздуха и датчиками измерения температуры теплоносителя, установленными на подающем и обратном трубопроводах, и размещенную между подающим и обратным трубопроводом линию циркуляционного насоса, снабженного на выходе обратным клапаном и первой запорной арматурой, а входом подключенного через вторую запорную арматуру к обратному трубопроводу, отличающееся тем, что дополнительно содержит модуль управления насосом, первый вход которого связан с выходом датчика измерения давления теплоносителя, установленного на подающем трубопроводе на выходе элеватора, а второй вход связан с установленным на обратном трубопроводе датчиком измерения давления теплоносителя, установленным на линии циркуляционного насоса между второй запорной арматурой и первым входом циркуляционного насоса, второй вход которого связан с выходом модуля управления насосом, а выход через обратный клапан и первую запорную арматуру соединен со вторым входом элеватора, при этом линия циркуляционного насоса снабжена линией байпаса насоса с обратным клапаном.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что линия байпаса насоса сопряжена с выходом запорной арматуры перед вторым входом в элеватор и входом запорной арматуры, подключенной к обратному трубопроводу.