Способ теплоснабжения тепличного комбината и система для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК A01G9/24 F24D19/10 

возникновения осадков, на основании сигнала от датчика 25, барометрического давления, переключающего элемент 24, добавляет на заданную таймером 28 величину сигнала на корректирующий вход регулятора 8, что приводит к повышению уровня теплового потенциала теплоносителя. Сигналом обратной связи для регулятора 8 при этом служит сигнал от датчика 9, контролируемого параметра источника. 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и строительству, к области теплоснабжения различных народнохозяйственных объектов. Цель изобретения - повышение точности регулирования температуры воздуха в теплицах тепличного комбината и эффективности системы теплоснабжения, Источник 1 теплоснабжения изменяет тепловой потенциал теплоносителя в зависимости от прогнозируемых значений каждого из метеофакторов с надбавкой, определяемой сред- неквадратическим отклонением каждого из них. При изменяющихся метеофакторах на выходе прогнозирующих фильтров 22 появляется сигнал, пропорциональный будущему значению каждого из метеофакторов. Причем время, на которое прогнозируется значение того или иного метеофактора, корректируется с помощью вычислительных блоков 26 на основании сигналов о времени года от таймера 28 и сигнала о скорости движения теплоносителя в магистральных трубопроводах от датчика 13 расхода. Кроме того, при падении барометрического давления, приводящего к большой вероятности г е С 00 XI ел

Изобретение относится к сельскому хозяйству и строительству, к области теплоснабжения различных народно-хозяйственных объектов, в частности теплиц тепличного комбината.

Целью изобретения чвляется повышение точности регулирования температуры воздуха в теплицах тепличного комбината и эффективности системы теплоснабжения.

На чертеже представлена функцмональ- ная схема системытеплосна жения тепличного комбината.

Способ теплоснабжения тепличного комбината предусматривает, что тепловой потенциал теплоносителя изменяется ис- точником теплоснабжения в зависимости от прогнозируемых значений каждого из метеофакторов или параметров, косвенно их характеризующих, на основе расчета корреляционных функций этих метеофакторов для данной местности, с надбавками, величина которых пропорциональна расчетному среднеквадратическому отклонению каждого из метеофакторов для данной местности. Степень изменения теплового потенциала теплоносителя от прогнозируемых значений метеофакторов и величина надбавки корректируются в зависимости от изменения корреляционных функций и средне- квадратических отклонений каждого из метеофакторов в течение отопительного периода.

Согласно способу теплоснабжения тепличного комбината в функцию источника теплоснабжения входит поддержание верх- него уровня значений теплового потенциала теплоносителя перед тепловыми вводами блоков теплиц на основе прогнозируемых значений метеофакторов с запасом, определяемым величиной надбавок и по- зволяющим компенсировать с помощью тепловых узлов действия на температурный режим теплиц метеофакторов статистически любой амплитуды

В функцию тепловых вводов входит компенсация действия метеофакторов на температурный режим теплиц в зависимости от текущих значений метеофакторов.

Следовательно, источник теплоснабжения как первый каскад управления температурным режимом теплиц поддерживает такой уровень теплового потенциала теплофикационной воды перед тепловым вводом блоков теплиц, которого хватит в статистически любой ситуации тепловым вводом блоков теплиц для компенсации действия метеофакторов, тем самым исключив выход регулирующих органов тепловых блоков теплиц за диапазон рабочего хода.

Таким образом, уровень теплового потенциала теплоносителя складывается из двух составляющих: прогнозируемого значения каждого из метеофакторов и их сред- неквадратного отклонения, которые однозначно определяются на основании расчетных статистических характеристик изменения этих метеофакторов для данной местности. При этом базовой статистической характеристикой может служить спек- тральная плотность, определяемая по формуле:

- (

v

где (а- частота;

/и-коэффициент, определяющий время спада корреляционных функций (/г 1/0);

D - дисперсия, связанная со средне- квадратическим отклонением (СКО). выражением ско Vex

0 - время спада корреляционной функции,

На основании спектральной плотности каждого из метеофакторов может быть определено его прогнозируемое значение на время т вперед. Для этого текущее значение каждого из метеофакторов необходимо умножить на коэффициент I 7 который является передаточной функцией предсказывающего или прогнозирующего фмльт- ров. При этом время предсказания (прогноза) определяется временем передачи теплового потенциала теплоносителя от источника теплоснабжения .о тепловых вводов блоков теплиц. Параметры Э и СКО зависят от времени- года, а следовательно,

3(0)}

-(1)

от времени года зависит передаточная функция предсказывающего фильтра и величина надбавки теплового потенциала теплоносителя.

Например, источник теплоснабжения изменяет тепловой потенциал теплоносителя путем изменения его температуры. Время прохождения температурной волны от источника теплоснабжения до тепловых вводов блоков теплиц равна I -v, где i - дли- на магистральных трубопроводов; v-скорость движения теплоносителя в них. Это время и равно т- времени, на которое необходимо предсказать значение того или иного метеофактора, чтобы источник тепло- снабжения заранее изменил температуру теплоносителя перед тепловыми вводами, а следовательно, чтобы им хватило измененного уровня температуры теплоносителя для компенсации действия метеофакторов. При этом, температура теплоносителя, отпускаемого источником теплоснабжения, увеличивается на величину надбавки, поскольку предсказанные значения метеофакторов соответствуют действительности только с определенной вероятностью. Надбавка позволяет тепловым вводам компенсировать возмущения статистически любой амплитуды, поскольку она соответствует среднеквадратическому значению возмож- ных амплитуд метеофакторов.

Таким образом, при работе источника теплоснабжения в соответствии со способом теплоснабжения тепличного комбината создаются благоприятные условия для ком- пенсации метеофакторов тепловыми вводами блоков теплиц без поддержания теплового потенциала теплоносителя на максимальном уровне, что повышает эффективность системы теплоснабжения.

Система теплоснабжения тепличного комбината содержит источник 1 теплоснабжения, соединенный подающим 2 и обратным 3 магистральным трубопроводами с тепловыми вводами 4 блоков теплиц, к кото- рым подсоединены узлы 5 регулирования теплиц, сообщенные с ними системы б обогрева теплиц 7, регулятор 8 нагрузки источника 1 теплоснабжения, к входу обратной связи которого подключен датчик 9 регули- руемого параметра источника 1 теплоснабжения, первые датчики 10-12 соответственно температуры наружного воздуха скорости ветра и уровня солнечной радиации, датчик 13 расхода теплоносите- ля, установленный в подающем 2 магистральном трубопроводе, регуляторы 14 компенсации метеофакторов, соединенные с тепловыми вводами блоков теплиц 7, входы обратной связи каждого из которых подключены к датчикам 15 регулируемого параметра тепловых вводов 4, а корректирующие входы каждого из которых связаны с выходами вторых датчиков 16-18 соответствен но температуры наружного воздуха, скорости ветра и уровня солнечной радиации. Система содержит также датчик 19 осадков, регуляторы 20 температуры воздуха в теплицах 7, подсоединенные к узлам 5 регулирования теплиц 7, входы которых подключены к выходам датчиков 21 температуры воздуха в теплицах 7, при перестраиваемых низкочастотных прогнозирующих фильтра 22, прямые входы которых соединены соответственно с входами первых датчиков 10-12 соответственно температуры наружного воздуха, скорости ветра и уровня солнечной радиации, а выходы подключены к первым входам соответствующих трех суммирующих элементов 23, выходы которых связаны с тремя корректирующими входами регулятора 8 нагрузки источника 1 теплоснабжения.

Устройство включает в себя пороговый элемент 24, прямой вход которого соединен к датчику 25 барометрического давления, а выход - к четвертому корректирующему входу регулятора 8 нагрузки источника 1 теплоснабжения, три вычислительных блока 26, выходы которых связаны с параметрическими входами перестраиваемых низкочастотных прогнозирующих фильтров 22, четыре переключающих блока 27, выходы трех из которых подключены к вторым входам суммирующих элементов 23, а четвертого - к параметрическому входу порогового элемента 24. Входы четырех переключающих блоков 27 и первые входы трех вычислительных блоков 26 соединены с таймером 28, а вторые входы трех вычислительных блоков 26 подключены к выходу датчика 13 расхода теплоносителя.

Система теплоснабжения тепличного комбината работает следующим образом.

При неизменных метеофакторах регуляторы 20 температуры воздуха на основании сигналов от датчиков 21 путем изменения мощности трубных систем 6 обогрева поддерживают на заданном уровне температуру воздуха в теплицах 7, компенсируя действия внутренних возмущений, или переводят температуру воздуха в теплицах 7 с одного заданного уровня на другой. Регуля- торы 14 поддерживают тепловой потенциал теплоносителя перед узлами 5 регулирования на уровне, определяемом датчиками 16-19 метеофакторов на основании сигнала обратной связи от датчика 15. Регулятор 8 поддерживает тепловой потенциал теплоносителя, отпускаемого источником 1 теплоснабжения на уровне, определяемом прогнозируемыми значениями метеофакторов на основании сигналов датчиков 10-12, скорректированных перестраиваемыми низкочастотными прогнозируемыми фильтрами 22, с надбавкой, определяемой суммой надбавок от каждого метеофактора, которые пропорциональны их среднеквадра- тическому отклонению для данного времени года и изменяемыми с помощью переключающихся блоков 27, выходной сигнал которых корректируется таймером 28, задающим требуемый интервал времени; чаще месяц года.

На выходах переключающих блоков 27 формируются сигналы

OC(t) Kuc slgri OC(t). По физическому смыслу они определяют вид осадкоа в зависимости от времени года (а виде дождя или снега).

При изменяющихся метеофакторах на выходе перестраиваемых низкочастотных прогнозирующих фильтров 22 появляется сигнал, пропорциональный будущему зна- чению каждого из метеофакторов,

Время, на которое прогнозируется значение того или иного метеофактора, корректируется с помощью вычислительных блоков 26 на основании сигналов о времени года от таймера 28 (точнее, месяце года) и сигнала о скорости движения теплоносителя в магистральных трубопроводах от датчика 13 расхода теплоносителя. Время года определяет время спада корреляционной функции 0 (для каждого месяца это время разное, так, например, в январе в средней зоне России стоит малоизменяющаяся погода, в марте - апреле диапазон изменений наружных температур очень большой, от -5...-10°С ночью, до +5.,.+10°С днем), а расход теплоносителя определяет время предсказания, поскольку в зависимости от него меняется время, за которое новая температурная волна доходит до теплиц 7, На основании этих сигналов вычислительный блок 26 вычисляет в соответствии с форму- лой l/v, коэффициент усиления прогнозирующего фильтра 22 (см. формулу 1).

Работа регуляторов 8 и 14 описывается соответствующим образом:

у) «-КЕ-Е-е-ЙЕ( скоЕ(г)- -QaM-Vr/e-Q{t ttie

- Кэн а -ее + CKOd(t)+ KB -vB-e( Wl

+ CKOv(t) + Кос -ООД - y( ) ( - )}

Т u P

{ -KE-E- K -0H + Kv-VB +

1

-OC-y (p)(K pf

Ти

-,

где КЕ, Kg.,, KBl Кос-коэффициенты усиления по каналам: освещенность (Е), наружная температура (0 н), скорость ветра (VB), осадки (ОС) температура теплоносителя (0г) или перепад давления (Р) после котельной () или после узлов регулирования (); 0t(t); 0g(t), 0v(t) - время спада корреляционных функций для соответствующих метеофакторов в зависимости от времени года t;

CKOE(t), CKQ0 (t), CKOv(t) - среднеквад- ратические отклонения соответствующих метеофакторов в зависимости от времени года;

VT - скорость движения теплоносителя в магистральном трубопроводе;

I - длина магистрального трубопровода;

Е, ©н, VB, ОС - текущие значения освещенности, наружной температуры,скорости ветра и осадков;

5

0 5 0 5

0

5

У(ДР

и у (д р) - текущие значения

температуры или перепада давления (см. 4 пункт ответа);

Кр, Ти - коэффициент усиления и время изодрома пропорционально-интегральных регуляторов 8 и 14;

Р - оператор Лапласа,

Кроме того, при падении барометрического давления, приводящего к большой вероятности возникновения осадков, на основании сигнала отдатчика 25 переключающий элемент добавляет к заданной таймером 28 величине сигнал по корректирующему входу регулятора 8, что приводит к повышению уровня теплового потенциала теплоносителя. Сигналом обратной связи для регулятора 8 при этом служит сигнал от датчика 9 регулируемого параметра.

В результате, тепловой потенциал теплоносителя перед тепловыми вводами 4 блоков теплиц 7 будет такой, что его с большей степенью вероятности будет достаточно для того, чтобы регуляторы 14 скомпенсировали изменения метеофакторов любой амплитуды.

Например, источник 1 теплоснабжения изменяет тепловой потенциал теплоносителя путем изменения ее температуры в подающем магистральном трубопроводе 2. В таком случае в качестве датчика 9 необходимо применить датчик температуры в подающем магистральном трубопроводе 2. При понижении температуры наружного воздуха на входе перестраиваемого низкочастотного прогнозируемого фильтра появляется сигнал, пропорциональный с большей степенью вероятности, будущему значению наружной температуры. Этот сигнал заранее увеличивает температуру теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе 2, а следовательно, к тому времени, когда тем- пература наружного воздуха действительно понизится до рассчитанного прогнозируемым перестраиваемым низкочастотным фильтром 22 уровня, новая температурная волна уже достигнет тепловых вводов 4.

В системе теплоснабжения применены общепромышленные элементы. Прогнозирующие фильтры 22 представляют собой усилители с изменяемым коэффициентом усиления. Вычислительные, суммирующие, переключающие блоки и пороговый элемент могут быть реализованы на программ- ных блоках и элементах серийно выпускаемых Московским заводом тепловой автоматики Регулятором микропроцес- сорным программируемым ПРОТАР. Они также могут быть выполнены на базе знало- говых приборов следующих типов: Р17, А35, А05, ЛОЗ, Н05. В качестве таймера 28 могут быть использованы годичные электронные часы.

В качестве датчиков 9 и 15 могут использоваться датчики температуры (термометры сопротивления типа ТСМ, ТСП или термометры ХА, ХК, ПП) в случае, если алгоритм работы котельной предусматривается качественный, т.е. изменение температуры, отпуск тепловой энергии, или датчики перепада давления (перепадометры типа ДМ или САПФИР) в случае, если алгоритм работы котельной предусматривается количественный, т.е. изменение расхода, отпуск тепловой энергии.

Таким образом, способ теплоснабжении тепличного комбината и система для его осуществления позволяют повысить точность поддержания температурного режима в теплицах тепличного комбината и исключить перегрев или переохлаждение растений, что позволяет повысить экономи- ческую эффективность системы теплоснабжения,

Формула изобретения 1. Способ теплоснабжения тепличного комбината включающий измерение текущих значений расхода теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе барометрического давления, количества осадков, температуры наружного воздуха, скооости ветра и уровня солнечной радиации, выделение из трех последних сигналов низкочастотных составляющих, определение величины температуры воздуха в теплице с последующим регулированием в

зависимости от этой величины мощности регистров обогрева теплиц, измерение текущего значения контролируемого параметра источника теплоты и регулирование величины данного параметра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры воздуха в теплицах тепличного комбината и эффективности системы теплоснабжения, определяют текущую временную координату и с учетом последней Y, величины расхода теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе задают пороговое значение барометрического давления и вычисляют прогнозируемые значения температуры наружного воздуха, уровня солнечной радиации и скорости ветра, которые используют для управления полосой пропускания соответствующих фильтров низкой частоты при выделении низкочастотных составляющих сигналов текущих значений температуры наружного воздуха, уровня солнечной радиации и скорости ветра, после чего суммируют последнее с заданными в зависимости от текущей временной координаты значениями среднеквадратичных отклонений величин наружной температуры воздуха, уровня солнечной радиации и скорости ветра с последующей корректировкой в зависимости от величин последних, а также текущей величины контролируемого параметра источника теплоты и величины разности порогового и текущего значений барометрического давления, величины контролируемого параметра источника теплоты, при этом измеряют текущие значения контролируемых параметров тепловых вводов блоков теплиц м в зависимости от этих величин и текущих значений температуры наружного воздуха, количества осадков, уровня солнечной радиации и скорости ветра дополни- тельно корректируют величины контролируемых параметров тепловых вводов блоков теплиц.

прогнозирующих фильтров, датчики барометрического давления и осадков, датчик расхода теплоносителя, установленный в подающем магистральном трубопроводе, датчики температуры воздуха в теплице, подключенные выходами к входам регуляторов температуры, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры воздуха в теплицах тепличного комбината и эффективности системы теплоснабжения, она снабжена таймером, тремя вычислительными и четырьмя переключающими блоками, тремя суммирующими и пороговыми элементами, датчиками контролируемого параметра тепловых вводов блоков теплиц и дополнительными датчиками температуры наружного воздуха, скорости ветра и уровня солнечной радиации, а тепловые вводы блоков теплиц оснащены регуляторами компенсации метеофакторов, к входам обратной связи которых подключены датчики контролируемого параметра тепловых вводов блоков теплиц, а к корректирующим входам - выходы датчика осадков и дополнительных датчиков температуры наружного воздуха, скорости

ветра и уровня солнечной радиации, причем параметрические аходы перестраиваемых низкочастотных прогнозирующих фильтров соединены с выходами соответственно первого, второго и третьего вычислительных блоков, при этом выходы перестраиваемых низкочастотных прогнозирующих фильтров связаны с первыми входами соответствующих суммирующих элементов, вторые входы которых подключены к выходам первого, второго и третьего переключающих блоков, а выход четвертого переключающего блока соединен с параметрическим входом порогового элемента, прямой вход которого связан с выходом датчика параметрического давления, причем выходы порогового элемента и суммирующих блоков подключены к корректирующим входам регулятора нагрузки источника теплоты, при этом первые входы вычислительных блоков и входы переключающих блоков объединены и соединены с выходом таймера, а объединенные вторые входы вычислительных блоков связаны с выходом датчика расхода теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе.