Способ централизованного теплоснабжения двух радиотипных по аккумулирующей способности потребителей теплоты и система для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК A01G9/24 F24D19/10 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и строительству в области теплоснабжения различных народнохозяйственных объектов.

Целью изобретения является повышение точности поддержания требуемого температурного режима потребителей теплоты и КПД источника теплоты.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы; на фиг. 2 - структурная схема системы; на фиг. 3 - зависимость ц (J (о )) от частоты для одного из частных случаев реализации способа.

Осуществляют измерения перепада давления между потребительскими трубопроводами жилого района и расходов в подающем потребительском трубопроводе тепличного комбината и в конце линии перепуска. Затем регулируют величину расхода в подающем потребительском трубопроводе жилого района в зависимости от величины перепада давлений между потребительскими трубопроводами данного потребителя, а расход в линии перепуска, подаваемый в подающий потребительский трубопровод жилого района, корректируют в соответствии с изложенным значением расхода в конце линии перепуска и величиной выделенного в заданном частотном диапазоне сигнала, определяющего расход теплоносителя в подающем потребительском трубопроводе тепличного комбината, Способ централизованного теплоснабжения двух разнотипных потребителей теплоты осуществляется следующим образом.

В процессе реализации спосбба определяют искомые частоты изменений колеба- ний расхода теплофикационной воды, идущей на обогрев тепличного комбината, при которых перераспределяется во времени теплота между ним и жилым районом при постоянной тепловой мощности источника теплоты.

На структурно-алгоритмической схеме

теплоснабжения (фиг. 2) обозначены передаточная функция Hi(p) зданий жилого района по каналу: внешние возмущения, метеофакторы Ј(р) - мощность, выделяемая в соответствии с ними системой обогрева в воздушный объем зданий Q(p); передаточная функция Н2(р) зданий жилого района по каналу; температура теплоносителя $г (р) - мощность, выделяемая системой обогрева в зависимости от изменения

этой температуры в воздушный объем зданий Q(p); передаточная функция Нз(р) теплиц тепличного комбината по каналу: внешние возмущения, метеофакторы Ј(fl- изменение расхода теплоносителя на обогрев теплиц в зависимости от действия метеофакторов G(p); передаточная функция Щ(р) теплосети по каналу: температура на входе

в теплосеть $n,,r температура на выходе из

теплосети $т передаточная функция Нб(р) устройства централизованного теплоносителя, преобразующего изменения расхода теплоносителя на обогрев тепличного комбината в изменение температуры теплоносителя,

идущего на обогрев жилого района; температура теплофикационной воды источника теплоты; р - оператор Лапласа.

Запишем в оперативной форме изменение тепловой мощности Q(p) (величина, пропорциональная температуре воздуха в здании) в зависимости от внешних возмущений в случае отсутствия связей между потребителями

Q (P) Ј(P)HI(P).

40

При наличии этой связи

Q(P) - Ш Hi(p) + Нз(р) Hs(p). H4(p) H2(P).

Отношение Q (p) к Q (p) - показатель управляемости системы управления, показывающий на сколько изменилась ошибка регулирования при введении управляющего элемента Hs(p). При /и СГ(р) /Q1 (р) 1 введение связи целесообразно, при// (р) 1 - нецелесообразно, поскольку наступают резонансные явления, т.е. управление проходит в противофазе

/HfoH, H3fp)-tW ) H2,p;

J Р Н,(р)

Распишем каждую из передаточных функций, используя следующие обозначе- ния:

Ку RB/PO - коэффициент усиления (передачи) наружного ограждения;

ReRo - термические сопротивления теп- ловосприятия и конструкции в целом, м °С/Вт;

р - оператор Лапласа;

То - постоянная времени ограждения (параметр, численно характеризующий аккумулирующую способность ограждения), Т0 0,4155, ч;

т- время чистого запаздывания, г0 0,175, ч;

5 - интегральный коэффициент теплоустойчивости.

При учете динамики теплоемких и нетеплоемких ограждений

Hi(p) Кпьм(1 + V+ V е П Р + 1)2. где Кпом - статический коэффициент теплопередачи отапливаемого помещения по тепловому потоку от изменения метеорологических условий;

р- коэффициент, зависящий от теплотехнических характеристик ограждения и архитектурно-планировочных характери- стик отапливаемых помещений.

н«Гр;--к@ ; УрГ| ,

где т - время прохождения теплоносителя по трубопроводу, т.е. величина транспорт- ного запаздывания, ч,

К (0т/$г ) статический коэффициент передачи трубопровода,

П 0.785J

Id

где I - длина участка трубопровода, м;

G - расход воды, м /ч;

d -диаметр трубопровода, м.

Для наиболее перспективных систем автоматического управления температурным режимом тепличных комбинатов - комбинированных систем - значение Нз(р) равно единице, т.е. изменение метеофакторов сразу приводит к изменению расхода воды на обогрев тепличных комбинатов.

Далее предположим, что никакого фильтра не применяют, тогда Hs(p) К, где К - коэффициент усиления зависящих от соотношения теплопотребления потребителей.

В таком случае-pi,

л К(9т19т) в

w AnoM 4 ;-4vp.i)2j

После перехода р и некоторых Математических преобразований модуль комплексного показателя управляемости равен

е

iMjfiO/ Vx2+y2 ,

м- к(вт/дг)

1 КР2- Т)г -I

- - 1

г, к((;/0; )

V -l-,

пом

В С-Л D С D 2

;

20

25

30

35

0

5

0

5

А - co5cJft-T0 cj2 cos(t)tt 2T(.,-JsincJTi;

В- To sitfJT-i-sitKjti +2T0u}cosu 1tl

С - (1-)-2(1- T02cJ2

D - 2 (1 - ч) 10 J - Sin u) 10

Анализ зависимости (ft (J ш ) от частоты для одного из частых случаев (фиг. 3) показал, что связь между расходом греющего теплоносителя на отопление тепличного комбината и температурой воды, идущей на обогрев потребителя с большой аккумулирующей способностью (например, жилого района), целесообразно выполнять только в диапазоне частот от ш до (ify , т.е. там, где ///(JwV 1 . Провал характеристики Ifi (J ш ) говорит о том. что в этом диапазоне регулятор тепличного комбината является как бы и регулятором температуры воздуха в зданиях жилого района, т.е. перераспределяет тепло между тепличным комбинатом и жилым районом, выступающим в роли аккумулятора тепла. В этом диапазоне частот источник работает с постоянной нагрузкой. Следовательно, резонансная частота фильтра должна быть равна Шрез , поскольку он должен пропускать частоты изменения G только в диапазоне от

ДО 0)1 .

Исходя из этого целесообразно использовать в качестве передаточной функции Hs(p) - передаточную функцию полосового фильтра.

Подставляя в приведенную формулу для определения J/ (j (D)I значения S-napa- мегра, характеризующего аккумулирующую способность зданий жилого района и конструктивные параметры систем обогрева и трубопровода, однозначно можно получить полосу пропускания полосового фильтра.

Особенностью полосового фильтра является то, что он пропускает только определенные частоты, близкие к щез

Изменения расхода, связанные с какими-либо технологическими процессами в теплицах тепличного комбината, не вызовут изменений температуры идущего на обогрев жилого района теплоносителя, поскольку частота этих изменений отличается .Так, например, наиболее мощный потребитель теплоты, входящий в тепличный комбинат, это бойлер поливочной воды. Но его установленная мощность составляет всего 3 - 5% от установочной мощности системы обогрева этого комбината. Кроме того, все известные системы автоматического управления поливом - это системы диск- ретного действия, имеющие два состояния: полив включен, полив выключен, а следовательно, есть потребление или нет потребления теплофикационной воды бойлером поливочной воды. Во всех без исключениятепличных.комбинатах устанавливаются так называемые скоростные бойлеры поливочной воды, постоянная времени нагрева которых исчисляется единицами, максимум десятками секунд, т.е. инерционность бойлера поливочной воды, а следовательно, и системы его регулирования не идет ни в какое сравнение с инерционностью систем трубного обогрева и их систем регулирования, поскольку они имеют постоянные времени, исчисляемые как минимум тысячами секунд.

Следовательно, выходной сигнал полосового фильтра не зависит от внутренних возмущений тепличного комбината, т.е. изменения расхода греющего теплоносителя на бойлер поливочной воды не преобразуются системой в изменение температуры греющего теплоносителя, идущего на обогрев жилого района, в связи с большими рабочими частотами.

Изменения расхода теплоносителя из- за технологических переходов (охлаждение, нагрев) у теплиц тепличного комбината на порядок меньше, чем изменения расхода, связанные с компенсацией действия метеофакторов.

Режим потребления горячего теплоносителя жилым районом не отражается на работе тепличного комбината, поскольку единственным информационным параметром является расход греющегр теплоносителя последнего.

Итак, в упомянутой области частот увеличение (уменьшение) расхода теплофикационной воды на обогрев тепличного комбината сопровождается уменьшением

(увеличением) температуры теплоносителя, идущего на обогрев жилого района (новая температурная волна доходит до последнего через время, определяемое скоростью

теплоносителя и длинной трубопровода). Источник теплоснабжения в этой области работает с постоянной нагрузкой. Работа источника теплоснабжения с постоянной нагрузкой, хот.я и не во всем диапазоне ча0 стот колебаний расхода теплоносителя, а только в определенной ее части, увеличивает его КПД и уменьшает непредсказуемые изменения температуры в подающем магистральном трубопроводе. Кроме того,

5 уменьшаются провалы потребления теплоносителя, приводящие к парообразованию, т.е. к созданию аварийной ситуации в источнике теплоснабжения.

Система централизованного тепло0 снабжения двух разнотипных по аккумулирующей способности потребителей теплоты содержит источник 1 теплоснабжения,тепличный комбинат имеющий меньшую аккумулирующую способность по сравнению с

5 жилым районом 3, подающий 4 и отводящий 5 магистральные трубопроводы, подающие 6, 7 и отводящие 8, 9 потребительские трубопроводы обоих потребителей тепла, регулирующие клапаны 10 и 11, обратный

0 клапан 12, насос 13. регуляторы 14 и 15, датчик 16 перепада давления, датчики 17 и 18 расхода теплоносителя и полосовой фильтр 19.

Последовательно установленные насос

5 13, обратный клапан 12, регулирующий клапан 11 с регулятором 15 и датчик 17 расхода теплоносителя образуют линию перепуска. Система работает следующим образом. В стационарном режиме работы потре0 бителей теплоты - теплиц тепличного комбината 2 и зданий регулятор 15 на основании сигнала ог датчика 17 расхода теплоносителя, воздействуя на плунжер регулирующего клапана 11, поддерживает

5 расчетный расход теплоносителя, подаваемый насосом 13 в подающий потребительский трубопровод 7. При этом регулятор 14 на основании сигнала от датчика 16 перепада давления, воздействуя на плунжер регу0 лирующего клапана 10, поддерживает расчетный перепад давления воды между подающим 7 и отводящим 9 потребительскими трубопроводами первого потребителя теплоты - жилого района 3.

5 При нестандартных погодных условиях расход теплоносителя на обогрев тепличного комбината 2 становится резко переменным, что вызывает соответствующее изменение сигнала от датчика 18 теплоносителя расхода. Но по ОСОБОЙ фильтр 19

пропускает только гармоники этого сигнала, частота которых лежит в области частот, при которых наблюдается эффект аккумуляции. В соответствии с амплитудой этих сигналов регулятор 15 изменяет расход теплоносителя, подаваемый в подающий потребительский трубопровод 7 из линии перепуска. Регулятор 14 стабилизируя перепад давления между подающим 7 и отводящим 9 трубопроводами, изменяет расход теплоносителя, идущего через регулирующий клапан 10 в трубопровод 7, изменяя таким образом коэффициент смещения, а следовательно, и температуру теплоносителя, идущего на обогрев второго потребителя - теплиц тепличного комбината 3.

Система может быть реализована на базе общепромышленных элементов автоматики. В качестве регуляторов 14 и 15 могут быть использованы регуляторы типа Р25.2, Р25.1, в качестве датчика 16 перепада давления - дифманометра ДМ, в качестве датчиков 17 и 18 расхода теплоносителя - комплект камерных диафрагм с дифмано- метрами типа ДМ, в качестве полосового фильтра 19 -любые электрические, электромеханические фильтры или фильтры на базе микропроцессорной техники. Например, при использовании приборов серии Контур (приборы Р25) в качестве полосового фильтра 19 может быть использован корректирующий прибор К16.1

Таким образом, система позволяет стабилизировать гидравлический и тепловой режим жилого района и перераспределяет во времени теплоту между теплицами тепличного комбината и зданиями жилого района, увеличивает КПД источника теплоснабжения и повышает точность поддержания температурного режима потребителей теплоты.

Формула изобретения 1.Способ централизованного теплоснабжения двух разнотипных по аккумулирующей способности потребителей теплоты, включающий измерение перепада давления между подающим и отводящим потребительскими трубопроводами первого потребителя т еллоты перед линией перепуска с последующей корректировкой значений расхода теплоносителя в подающем потребительском трубопроводе первого и второго потребителей и линии

перепуска, отличающийся тем, что, с целью повышения точности поддержания требуемого температурного режима потребителей теплоты и КПД источника теплоты,

измеряют расход теплоносителя в конце линии перепуска и в подающем потребительском трубопроводе второго потребителя теплоты, из последнего выделяют сигнал в заданном частотном диапазоне и в соответствии с величиной этого сигнала и измеренным значением расхода теплоносителя в конце линии перепуска корректируют величину расхода теплоносителя в линии перепуска.

2.Система централизованного теплоснабжения двух разнотипных по аккумулирующей способности потребителей теплоты, содержащая источник теплоты, сообщенный посредством подающих и отводящих магистральных и потребительских трубопроводов с отопительными агрегатами потребителей теплоты , первый регулирующий клапан с регулятором, установленным на подающем потребительском трубопроводе, при этом вход первого регулятора связан с выходом датчика перепада давления между подающим и отводящим потребительским трубопроводами первого потребителя теплоты за линией перепуска, расположенной между подающим и отводящим потребительскими трубопроводами первого потребителя теплоты за первым регулирующим клапаном и включающей последовательно соединенные насос,

обратный клапан и второй регулирующий клапан с вторым регулятором, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности поддержания требуемого температурного режима потребителей теплоты и

КПД источника теплоты, она снабжена двумя датчиками расхода теплоносителя и полосовым фильтром, а второй потребитель теплоты подключен к источнику теплоты до первого регулирующего клапана, при этом

первый датчик расхода теплоносителя установлен в линии перепуска последовательно с вторым регулирующим клапаном , первый и второй входы регулятора которого связаны соответственно с выходами первого и

через полосовой фильтр второго датчика расхода теплоносителя, причем второй датчик расхода теплоносителя установлен на подающем потребительском трубопроводе второго потребителя теплоты,

Тепличный комбинат

№

Изобретение относится к сельскому хозяйству и строительству, к области теплоснабжения различных народнохозяйственных объектов. Цель изобретения - повышение точности поддержания требуемого температурного режима потребителей теплоты и КПД источника теплоты. Определяются частоты изменений колебаний расхода теплоносителя, идущего на обогрев тепличного комбината 2, при которых с учетом параметров, характеризующих аккумулирующую способность ограждающих конструкций и систем обогрева потребителей, длины и скорости движения теплоносителя в тепловой сети между ними возможно использовать жилой район 3, как аккумулятор теплоты для тепличного комбината 2, за счет перераспределения во времени теплоты, идущей на обогрев, при постоянной тепловой мощности источника 1 теплоты, и только при этих частотах производится преобразование колебаний расхода теплоносителя, идущего на обогрев тепличного комбината 2, в колебания температуры теплоносителя, идущего на обогрев жилого района 3. В стационарных режимах работы потребителей теплоты регулятор 15 на основании сигнала от датчика 17, расхода воздействия на плунжер регулирующего клапана 11 поддерживает расчетный расход теплоносителя, подаваемого насосом 13 в подающий трубопровод 7. При этом регулятор 14 на основании сигнала от датчика 16, перепада давления, воздействуя на плунжер регулирующего клапана 10, поддерживает расчетный перепад давлений теплоносителя между подающим 7 и отводящим 9 трубопроводами. При нестационарных погодных условиях расход теплоносителя на обогрев тепличного комбината 2 становится резкопеременным, что вызывает соответствующее изменение сигнала от датчика 18 расхода. Но полосовой фильтр 19 пропускает только те гармоники этого сигнала, частоты которых лежат в области частот, при которых наблюдается эффект аккумуляции. В соответствии с амплитудой этих сигналов регулятор 15 изменяет расход теплоносителя, подаваемого в подающий трубопровод 7. Регулятор 14, стабилизируя перепад давления между подающим 7 и отводящим 9 трубопроводами, изменяет расход теплоносителя в подающем трубопроводе 7, изменяя коэффициент смещения, а следовательно температуру теплоносителя, поступающего на обогрев зданий жилого района 3. 3 ил.

6М

Н3М

Щр)

Тепло се/ль Жилойрайон 1ЯО«)фиг. 2

1-10

7-70- 1-Ю 37-70 2 w,cФиг.З

Составитель Л. Пантелеева Редактор И. ШмаковаТехред М.МоргенталКорректор М. Пожо

Заказ 2593ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5