Способ управления мощностью однотрубной системы отопления и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК F24D3/00 G05D23/00 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ОДНОТРУБНОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ И УСТЮЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к автоматическому управлению водяными системами отопления зданий и может быть использовано при автоматизации управления температурным режимом жилых и общественных зданий. Известен способ управления мощностью одиотрубных систем отопления путем изменения скорости движения и температуры воды, подаваемой в систему отопления 1 . Устройство для осуществления данного спо соба представляет собой вертикальную однотрубную систему водяного отопления многоэтажного здания, содержащую стояки с нагревательными приборами, присоединенные к подающему и o6pajHOMy трубопроводам. На обра ном трубопроводе системы установлен клапан, изменяющий расход воды в ней и соединенный с датчиком температуры воздуха помещений, расположенных в последних (при отсчете по на правлению движения воды в стояке) этажах здания. На подающем трубопроводе расположен регулятор температуры воды, соединенный с датчиком температуры воздуха помещений, расположенных в первых (при отсчете по направлению движения воды в стояке) этажах здания. Эффективность управления мощностью нагревательных приборов в данном способе определяется возможностью управления мощностью нагревательных приборов первых и последних этажей здания, однако управление мощностью нагревательных приборов средних этажей без изменения мощности нагревательных приборов первых и последних этажей невозможно, поскольку значение температуры и скорости движения воды в системе уже определено значением мощности нагревательных приборов первых и последних этажей здания. Известен также способ управления мощностью однотрубной системы отопления, с последовательно выполненными нагревательными приборами, включающий подачу воды в систему, изменения скорости движения и температуры подаваемой воды 2. Устройство для осуществления данного способа включает регулятор температуры воды, регулятор скорости движения воды, соединенные с системой своими выходами и блок управ38лсния регуляторами скорости движения и температур 1 воды, При регулировании температуры воздуха в здании управление мощностью однотрубной системы отопления осуществляют путем изменения среднего значения температуры воды в обоих нагревательных элементах нагревательного прибора. Температура воды в каждом нагревательном элементе определяется температурой воды, подаваемой в систему отопления, скоростью движения воды в стояке и расположением нагревательного элемента относительно начала стояка. Однако среднее значение температуры воды в обоих нагревательных элементах каждого нагревательного прибора не зависит от расположения нагревательного прибора на стояке. Эффективность управления мощностью нагре вательных приборов в данном способе определяется возможностью управления мощностью всей системы. отопления, однако при заданной мощности одного из нагревательных приборов управление мощностью других нагревательных приборов невозмояшо, поскольку соотнощение между скоростью движения и температурой воды, подаваемой в систему отопления, полностью определено требуемым значением мощности одного из нагревательных приборов, поэтому любое изменение одной из этих величин приводит к одинаковому изменению относитель ного значения мощности всех нагревательных приборов. Целью изобретения является увеличение эффективности управления мощностью системы . за счет уменьшения -взаимной зависимости мощ ностей нагревательных приборов. Это достигается тем, что в способе управления мощностью однотрубной системы отопления с последовательно соединенными нагревательными приборами, включающем подачу воды в сис тему, изменение скорости движения и температ ры подаваемой воды, дополнительно измеряют расход подаваемой в систему воды, задают время остывания воды в системе и фикс;ируют момент заполнения водой всего объема труб системы, а подачу воды в систему осуществля ют периодически, причем в процессе подачи во ды в систему скорость движения воды увеличивают до значения, допустимого по уровню акустического шума в системе, и температуру подаваемой воды изменяют в зависимости от измеряемого расхода подаваемой в систему во а после заполнения водой всего объема труб скорость движения воды уменьшают до нуля на заданное время остывания воды в системе. Устройство для осуществления способа, включающее регулятор температуры воды, регулятор скорости движения воды, соединенны с системой своими выходами,и блок управлени егуляторами скорости движения и температуры , воды, дополнительно снабжено блоком измерения расхода воды, подключенным к системе входом, задатчиком температуры воды и задатчиком времени остывания воды, а блок управления регуляторами скорости движения и температуры воды выполнен в виде счетчика, двух . дешифраторов и двух коммутаторов, причем один из входов первого коммутатора соединен с выходом блока измерения расхода воды, другой вход - с задатчиком времени остывания воды, а выход первого коммутатора соединен с входом счетчика, выход которого соединен с входом обоих дешифраторов, выход одного из которых соединен с управляющим входом первого коммутатора и входом регулятора скорости движения., воды, а выход другого дешифратора соединен с управляющим входом второго коммутатора, другой вход которого соединен с задатчиком температуры воды, при этом выход второго коммутатора соединен с входом регулятора температуры воды. На чертеже показана схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Схема состоит из системы отопления 1, нагревательных приборов 2 и 3 с нагревательными элементами 4, 5, 6, 7 и 8 регулятора температуры 9, регулятора 10 скорости движения воды, устройства И применения расхода воды, задатчика 12 температуры воды, задатчика 13 времени, остывания воды, блока 14 управления регуляторами скорости движения и температуры воды, содержащего счетчик 15, дешифраторы 16 и 17 и коммутаторы 18 и 19. Сущность способа заключается в следующем. Способ позволяет управлять мощностью однотрубной системы 1 отопления, например, двухэтажного здания, содержащей последовательно соединенные нагревательные приборы 2 и 3, расположенные на первом и втором этажах соответственно. Нагревательные элементы 4 и 8 нагревательного прибора 2 и нагревательные элементы 5, 6, 7 нагревательного прибора 3, объемы воды в которых, предположим, равны соответственно значениям 1,0, 1,2, 0,5, 1,2, 1,0 литра, соединены без замыкающих участков в последовательности 4, 5, 6, 7, 8 и образуют стояк системы отопления. Общий объем воды в стояке определяется суммой объемов воды во всех нагревательных элементах и равен 4,9 литра. Воду в стояк подают через нагревательный элемент 4 и отводят из стояка через нагревательный элемент 8. Пусть для рассматриваемого примера температура воды на входе системы, определяющая мощность нагревательного прибора 2, равна 90, а определяющая мощность нагревательного прибора 3 равна 80°.

Последовательность изменения температуры воды на входе системы определяется последовательностью соединения нагревательных элементов в стояке, рассматриваемой от конца стояка

В соответствии со способом управления мощностью системы 1 отопления подача воды в систему начинается с увеличения скорости движения воды в системе, при этом объем воды, поступающий в систему, начинает увеличиваться. Значение объема воды, поступающей в систему 1 отопления с момента начала подачи воды, измеряют и в зависимости от его значения изменяют температуру воды на входе системы 1 отопления в соответствии с заданными значениями, т. е. при изменении объема от О до 1л устанавливают температуру 90, при изменении объема от 1 до 3,9 л устанавливают температуру 80, при изменении объема от 3,9 л до 4,9 л устанавливают температуру 90. Вода, поступая в стояк, вытесняет остыви1ую воду, находившуюся в нем ранее, и занимает участок трубы стояка, объем которого равен объему воды, поступившей в стояк с момента ее подачи. При достижении объемом воды значения, равного внутреннему объему трубы стояка, вся вода, находившаяся в нем до момента начала подачи, будет вытеснена из стояка и температура воды в стояке примет новое значение.

На различных участках трубы стояка в этот момент значение температзфы воДь с точностью ДО изменения температуры воды во время ее движения по трубе стояка определяется изменением температуры воды на входе стояка, а поэтому и температура воды, заполняющей раз. личные нагревательные приборы, будет определяться заданным значением температуры воды на входе стояка. Для уменьшения изменения температуры стенок трубы стояка, а, следовательно, и мощности нагревательных приборов 2,3 при подаче воды в систему 1 отопления, скорость движения воды в стояке увеличивают до значения, ограниченного допустимым уровнем акустического шума в системе 1 отопления, например до 1 м/сек. Вода, поданная в систему 1 отопления с температурой 90°, последовательно проходит по нагревательным элементам 4-8 и за короткий интервал времени незначительно изменяет температуру стенок нагревательных элементов 4, 5, 6, 7 до того, как поступит в нагревательный элемент 8, а вода, поданная в систему 1 отопления с температурой 80 , быстро проходит через нагревательный элемент 4 и незначительно изменяет температуру его стенок до того, как поступит в нагревательные элементы 5, 6, 7. Аналогично вода, остывшая в нагревательном элементе 4, быстро проходит по нагревательным элементам 5, 6, 7, 8 и вода, остывшая в нагревательных элементах 5, 6, 7,

быстро проходит по нагревательному элементу 8 и практически не изменяет температуру стенок соответствующих нагревательных элементов.

При достижении объемом воды,,поступившей в стояк с момента начала подачи значения, равного внутреннему объему трубы стояка, в примере 4,9 л, уменьшают скорость движения воды до нуля, прекращая, таким образом, подачу воды. Вода, заполняющая к этому моменту нагревательные приборы 2,3, нагревает их стенкн и остывает. Поскольку в начальный момент времени температура воды в нагревательных приборах 2,3 при остывании определяется заданным значением температуры воды на входе сто- , яка при подаче воды, то и стенки нагревательных приборов 2,3 за время остывания воды нагреваются по разному. Это определяет зависимость мощности нагревательных приборов от заданного значения температуры на входе системы 1 отопления при подаче в нее воды. Вместе с тем время остывания воды в нагрева тельных приборах 2,3 определяет миннмальное значение температуры воды в нагревательных приборах 2,3. Поскольку во время остывания воды скорость движения воды равна нулю, это уменьшает перетекание воды из одного нагревательного прибора в др)той, и поэтому уменьшает влияние температ)фы воды, находящейся в одном нагревательном приборе, на температуру воды в других нагревательных приборах, а следовательно, уменьшает взимную зависимость мощностн различных нагревательных приборов.

Спустя некоторое время после прекращения подачи воды в систему 1 отопления вода в на.гревательных приборах 2,3 остывают и в систему 1 отопления вновь подают воду и повторяют иякл управления.

Устройство для реализации данного способа управления мощностью однотрубной системы 1 отопления содержит регулятор 9 температуры воды, регулятор 10 скорости движения воды, соединенные с системой 1 отопления своими выходами, устройство 11 измерения расхода воды, подключенное к системе своим входом, задатчик 12 температуры воды, задатчик 13 времени остывания воды и блок 14 управления регуляторами скорости движения и температуры воды, состоящий из счетчика 15, дешифраторов 16 и

17и комл аторов 18 и 19. Один из входов коммутатора 18 соединен с выходом блока 11 измерения расхода воды, другой вход - с задатчиком 13 времени остывания воды, а выход коммутаторов 18 соединен с входом счетчика 15. Выход счетчика 15 соединен с входами дешифраторов 16 и 17. Выход дешифратора 16 соединен с управляющим входом коммутаторов

18и входом регулятора 10 скорости движения 188 воды. Выход дешифратора 17 соединен с управляющим входом коммутатора 19, другой вход кото)эого соединен с задатчиком 12 температуры воды. Выход коммутатора 19 соединен с входом регулятора 9 температуры воды. Устройство работает следующим образом. Перед началом заполнения системы 1, т. е. в момент окончания остывания воды в преды-дущем цикле, сигнал на выходе счетчика 15 принимает нулевое значение. На выходе дешифратора 16 появляется сигнал, который поступает на вход регулятора 10 скорости движения воды и на управляющий вход коммутатора 18. С этого момента начинается новый щпсл заполнения системы. Регулятор скорости движения воды 10 устанавливает скорость движения воды, равную максимальному значению, допустимому уровнем акустического шума в системе 1. Вода поступает в систему и на выходе устройства 11 измерения расхода -воды появляется сигнал, частота которого пропорщ1ональна скорости движения воды. Одновременно выходной сигнал дешифратора 16 переключает коммутатор 18, который передает сигнал с выхода устройства 11 . измерения расхода воды на вход счетчика 15, в результате чего значение счетчика 15 начинает увелишваться пропорционально значению объема воды, поданной в систему отопления с момента начала заполнения системы. При изменении объема воды от нуля до значения, равного внут реннему объему труб системы отопления, дешиф ратор 16 дешифрирует соответствующее значение счетчика 15 так, что сигнал на выходе дешифра тора 16 остается постояннь1М. В результате этог регулятор 10 скорости движения воды во время заполнения системы водой поддерживает скорость движения воды максимально допустимой а коммутатор 18 удерживается в положении, при котором на вход счетчика 15 поступает сигнал с выхода устройства 11 измерения расхода воды. При этом счетчик 15 регистрирует текущее значение объема воды, поступившего в систему 1 отопления с момента начала ее подачи. Одновременно с подачей воды в систему дешифратор. 17 дешифрует значение счетчика 15, соответствующее интервалам изменения объема. воды, для которых задается температура воды, и формирует сигнал, поступающий на управляющий вход коммутатора 19, который переключает значения сигнала от задатчика 12 температуры воды на вход регулятора 9 температуры воды., который устанавливает заданное значение температуры воды на входе системы отопления 1. После заполнения воДой всего объема труб системы отопления скорость движения уменьшают до нуля на время остывания воды в системе. В этот Момент сигнал на выходе дешифратора 16 становится равным нулю и регулятор 10 скорости движения воды устанавливает нулевое значение скорости движения воды. Коммутатор 18 переключается и на вход счетчика 15 поступает сигнал с задатчика 13 времени остывания воды, частота которого определяет время остывания воды. По мере поступления импульсов на вход счетчика 15 значение счетчика 15 будет увеличиваться до тех пор, пока не возникнет его переполнение, после чего значение станет равным нулю и цикл работы устройства будет завершен. Следующий цикл работы устройства начнется с заполнения систем отопления водой и будет происходить аналогичным образом. Формула изобретения 1. Способ управления мощностью однотрубной системы отопления с последовательно соединенными нагревательными приборами, включающий подачу воды в систему, изменение скорости движения и температуры подаваемой воды, отличающийс я тем, что, с целью увеличения эффективности управления мощностью системы за счет уменьшения взаимной зависимости мощностей нагревательных приборов, дополнительно измеряют расход подаваемой в систему воды, задают время остывания воды в системе и фиксируют момент заполнения водой всего объема труб системы, а подачу воды в систему осуществляют периодически, причем в процессе подачи воды в систему скорость движения воды увеличивают до значения, допустимого по уровню акустического шума в системе, и температуру подаваемой воды изменяют в зависимости от измеряемого расхода подаваемой в систему воды, а после заполнения водой всего объема труб скорость движения воды уменьшают до нуля на заданное время остывания воды в системе. 2.Устройство управления мощностью однотр бной системы отопления, включающее регулятор температуры воды, регулятор скорости движения воды, соединенные с системой выходами, и блок управления регуляторами скорости движения и температуры воды, отличающееся тем, что оно снабжено блоком измерения расхода воды, подключенным к системе входом, задатчиком температуры воды и задатчиком времени остывания воды, а блок управления регуляторами скорости движения и температуры воды выполнен в виде счетчика, двух дешифраторов и двух коммутаторов, причем один из входов первого коммутатора соединен с выходом блока измерения расхода воды. д)уг(й вход - с задатчиком времени остыпания вощ., а выход пер у887886

вого коммутатора соединен с входом счетчика, выход которого соединен с входами обоих дешифраторов, выход одного из которых соеди- , иен с управляющим входом первого коммутатора и входом регулятора скорости движения во- s ды, а выход другого дешифратора соединен с управляющим входом второго коммутатора, другой вход которого соединен с задатчиком температуры воды, при этом выход второго

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Туркин В. П. Водяные системы отопления с автоматическим управлением для жилых и общественных зданий, М., Стройиздат, 1976, с. 80.