Зрівняльний вентиль

Реферат: Винахід належить до зрівняльного вентиля (1) із заслінкою (2), який має вхід (А) і вихід (В) і встановлений за терморегулюючим елементом (3), включеним в гілку (4) гідравлічної мережі (5) з, по суті, постійним тиском. Вентиль забезпечений пристроями (7) вимірювання характеристичного значення текучого середовища, циркулюючого через зрівняльний вентиль (1), пристроями (8) управління положенням заслінки (2) зрівняльного вентиля (1), пристроями (11) зберігань даних, в яких зберігаються внутрішні і зовнішні параметри зрівняльного вентиля (1), і незалежними пристроями (10) обробок, розрахованими так, щоб забезпечити автоматичне вирівнювання в гілці (4) з використанням величин характеристичного значення текучого середовища, отриманих за допомогою вимірювальних пристроїв (7), пристроїв (8) управлінь і даних, що зберігаються в пристроях (11) зберігань, а також до способів для реалізації вказаних операцій вирівнювання. UA 110319 C2 (12) UA 110319 C2 UA 110319 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується гідравлічних мереж будівель, а саме зрівняльного вентилю з заслінкою, що має вхід і вихід і встановлений за терморегулюючим елементом, включеним в гідравлічну мережу з, по суті, постійним тиском. Зрівняльний вентиль є, за визначенням, пристроєм, призначеним для управління тиском на вході в гілках гідравлічної мережі, що містить теплорегулюючі елементи, наприклад термостатичні клапани для радіаторів в гілках опалювальних мереж або регулюючі вентилі для конвекційних вентиляторів в гілках мереж кондиціонування повітря. Зрівняльний вентиль - це основний елемент, що забезпечує відповідність стандартам раціонального використання енергії в нових будинках згідно з класифікацією: Будівля з низьким споживанням БНП (ВВС), Виключно Високі Енергетичні Показники ВВПЕ (ТНРЕ), Виключно Високі Енергетичні Показники та відновлювальні джерела енергії, ВВПЕ ВДЕ (ТНРЕ EnR) і, згідно з очікуваним найближчим часом класу: Будівля з ультранизьким енергоспоживанням БУЕ (Effinergy), або відповідність іншим нормам, що стосуються екологічних і/або теплових характеристик. У гідравлічних мережах будівель балансування тисків є завершальним етапом монтажу. Його мета полягає у забезпеченні розподілу тепла текучого середовища відповідно до потреб будівлі, що передбачає підтримку необхідної витрати в потрібному місці. Процеси в гідравлічних мережах динамічні, потреби в теплі, а отже, витрати текучого середовища різні і залежать від пори року, орієнтації будівлі та виду діяльності, проте в більшості встановлюваних систем достатньо використання зрівняльних вентилів, що регулюються в ті періоди, коли потрібно найбільшу кількість тепла. Відомі системи регулювання циркуляції текучого середовища в системах будівель за допомогою балансуючих і регулюючих клапанів, наприклад, з використанням центрального блока обробки, що визначає, чи треба внести зміни в параметри регулюючого вентиля. Всі зміни, внесені в роботу регулюючих вентилів, тягнуть за собою необхідність нових регулювань зрівняльних вентилів. Однак, для таких вентилів необхідно використовувати централізовану систему обробки з дистанційними пристроями зв'язку для забезпечення узгодженості регулювань і діагностики мережі. Крім того, у разі використання дистанційних пристроїв зв'язку, зокрема бездротових, з усіма регулюючими вентилями, зрівняльними вентилями блоком централізованої обробки, відбувається зниження надійності зрівняльних вентилів, які не отримують однакових сигналів від зазначеного блока обробки. Регулювання зрівняльних вентилів є досить складною і дорогою операцією, яка вимагає використання програмних пристроїв, розрахованих спеціально на подібні регулювання, і спеціальних знань в області гідравліки. Внаслідок гідравлічних взаємодій між різними гілками мережі такі регулювання ускладнені без використання спеціальних способів і/або інструментів. Дане пояснюється тим, що такі зрівняльні вентилі розташовують на різній відстані від централізованої системи обробки, а сигналами, що надходять від цієї системи, доводиться долати всілякі стіни та перегородки різної товщини, через що істотно зменшується їх амплітуда. Задачею даного винаходу є повне або часткове усунення перерахованих вище недоліків. Для вирішення цієї задачі запропоновано зрівняльний вентиль із заслінкою, який має вхід і вихід і встановлений за терморегулюючим елементом, включеним в гілку гідравлічної мережі з, по суті, постійним тиском (P) , що відрізняється тим, що він забезпечений пристроями вимірювання характеристичного значення текучого середовища, що циркулює через автоматичний зрівняльний вентиль, пристроями управління положенням заслінки автоматичного зрівняльного вентиля, пристроями зберігання даних, в яких зберігаються внутрішні і зовнішні параметри зрівняльного вентиля, і незалежними пристроями обробки, розрахованими таким чином, щоб забезпечити автоматичне балансування в гілці, з використанням величин характеристичного значення текучого середовища, отриманих за допомогою вимірювальних пристроїв, пристроїв управління і даних, що зберігаються в пристроях зберігання. Таким чином, отриманий зрівняльний вентиль, автоматично спрацьовує незалежно від перешкод в мережі, з автоматичним налаштуванням під необхідні гідравлічні режими і працює з повною автономією без необхідності в централізованій системі обробки. Реалізоване автоматичне зрівнювання може бути використано в системах статичного балансування і/або динамічного балансування, та/або балансування зі зв'язком. Згідно з одним з варіантів здійснення, пристрої обробки забезпечують автоматичне, так зване "статичне", балансування, при якому параметри, що зберігаються в пристроях зберігання 1 UA 110319 C2 5 10 15 20 25 30 даних, збирають разом з результатами вимірювань, отриманими за допомогою вимірювальних пристроїв; з метою отримання опорних значень, характерних для гідравлічної мережі. Відповідно до інших варіантів здійснення, пристрої обробки забезпечують автоматичне, так зване "динамічне" балансування, при якому опорні значення, переважно наведені вище, використані для керування роботою пристроїв керування положенням заслінки з метою підтримки перепаду тиску або витрати при, по суті, постійній витраті в гілці гідравлічної мережі (P) , в якій встановлено зрівняльний вентиль. Відповідно до ще одного варіанта здійснення, пристрої обробки забезпечують обмін і зміну даних балансування з метою адаптації та діагностики всієї гідравлічної мережі. Згідно з наступним варіантом здійснення, пристрої обробки забезпечують зв'язок вентилів з центральним блоком з метою регулювання та зміни опорних значень і, тим самим, зниження гідравлічних витрат в мережі і кількісної оцінки енергетичних переваг генерування і розподілу. Завдяки даним способам обробки, що розкривають встановлення у цілому, забезпечена швидкість діагностики та застосування заходів відбудовного, коригуючого або адміністративного характеру. Згідно з одним з варіантів здійснення, виміряне характеристичне значення циркулюючого через зрівняльний вентиль текучого середовища співвідносять з його витратою. В інших випадках можуть бути прийняті до уваги витрата і температура. Витрата циркулююча через вентиль текучого середовища може бути визначена точно і без перешкод. Згідно з одним з варіантів здійснення, внутрішні параметри зрівняльного вентиля містять представлені його виробником гідравлічні характеристики, що відображають перепад тиску ( Pvanne ) між входом і виходом зрівняльного вентиля в залежності від витрати (Q), при даному положенні заслінки зрівняльного вентиля. Завдяки цьому легко і з досить точним наближенням визначають положення заслінки вентиля, дане вимірюється перепадом тиску на вентилі, з метою забезпечення певної витрати, що дорівнює витратам, необхідним для зрівнювання. Згідно з одним з варіантів здійснення, пристрої обробки виконують в процесі автоматичного статичного балансування розрахунок опорного характеристичного коефіцієнта ( Z réf ) задання параметрів гідравлічної мережі, що розглядається в залежності від двох або більше визначених значень витрати, наприклад при 75 % і 50 % повного відкриття (QKv 75% , QKv 50% ) , для двох різних положень (Р75 %, Р50 %) заслінки і від відповідних значень характеристичних коефіцієнтів ( Kv75%, Kv50% ) задання параметрів зрівняльного вентиля, розрахованих на основі перепадів тиску ( Pvanne ) , що задаються власними гідравлічними характеристиками вентиля. 35 40 45 Таким чином, можливе виконання автокалібровки клапана з метою підвищення точності теоретичних власних характеристик вентиля. Стає також можливим підтвердження розрахункового значення опорного характеристичного коефіцієнта задання параметрів гідравлічної мережі теоретичним значенням, заданим в архітектурних кресленнях для випадків з новим і реконструйованим будинком. Згідно з одним з варіантів здійснення, зовнішні параметри зрівняльного вентиля включають в себе задане значення (Qconsigne ) витрати через зрівняльний вентиль, відповідного оцінці потреби терморегулюючого елемента в даній гілці гідравлічної мережі, наприклад радіатора або конвекційного вентилятора. Таким чином, можливо, зокрема, здійснити адаптацію зрівняльного вентиля до гілки гідравлічної мережі, в якій він встановлений. Оцінка витрати отримує кількісне вираження через потребу в енергії, обумбвлену робочими температурами вузлів системи опалення і/або кондиціонування повітря. Відповідно до того ж варіантом здійснення, передбачено внесення заданого значення (Qconsigne ) витрати в програму за допомогою пристроїв зберігання даних автоматичного 50 зрівняльного вентиля. Таким чином, забезпечено автоматична зміна заданого значення в залежності від часу і, отже, від зовнішніх і внутрішніх навколишніх умов. Згідно з одним з варіантів здійснення, пристрої обробки виконують в процесі автоматичного ( K réactualisée ) статичного балансування розрахунок скоригованого значення для 55 характеристичного коефіцієнта (K) задання параметрів вентиля, залежно від певної витрати 2 UA 110319 C2 (Qmesuré ) , при положенні заслінки, відповідно заданого значення (Qconsigne ) , і від відповідного йому характеристичного коефіцієнта ( Kvconsigne ) задання параметрів зрівняльного вентиля, а також від опорного характеристичного коефіцієнта ( Z réf ) задання параметрів гідравлічної 5 мережі. Таким чином, забезпечено компенсацію впливу мережі, яка сприймається як різниця між заданим значенням витрати (Qconsigne ) і фактично певним значенням (Qmesuré ) . Згідно з одним з варіантів здійснення, пристрої обробки виконують в процесі автоматичного статичного балансування розрахунок опорного перепаду тиску ( Préf ) в гілці гідравлічної 10 мережі зі скоригованими характеристичного коефіцієнта вентиля за формулою: (Kréactualisé e ) задання параметрів 2  Qmesuré   . Préf    K  réactualisé   15 20 25 30 Таким чином, забезпечено отримання опорних значень, які можуть бути використані для управління установкою або для будь-яких інших операцій у мережі. Згідно з одним з варіантів здійснення, пристрої обробки впливають в процесі автоматичного динамічного балансування на пристрої управління положенням заслінки за допомогою виконавчого механізму з метою підтримки опорного перепаду тиску ( Préf ), по суті, постійним в гілці мережі, незалежно від потреби гідравлічної мережі. Таким чином, забезпечено підтримку, по суті, постійного перепаду тиску в гілці зі зрівняльним вентилем і терморегулюючим елементом, незалежно від потреби гідравлічної мережі. Винахід розкриває також спосіб автоматичного, так званого "статичного", балансування гідравлічних режимів одного або декількох терморегулювальних елементів, включених в гілку гідравлічної мережі з, по суті, постійним перепадом тиску (P) , яка містить зрівняльний вентиль описаного вище типу, який відрізняється тим, що він включає в себе етапи у вказаному нижче порядку: - отримують із пристроїв зберігання даних задане значення витрати (Qconsigne ) , - калібрують зрівняльний вентиль, визначаючи витрати для двох або більше відомих положень заслінки зрівняльного вентиля, відповідних характеристичним коефіцієнтам автоматичного зрівняльного вентиля, наприклад 75 % і 50 % максимального відкриття вентиля, - обчислюють характеристичний коефіцієнт ( Z réf ) задання параметрів гідравлічної мережі і відповідний характеристичний коефіцієнт (K consigne ) задання параметрів зрівняльного вентиля, - встановлюють заслінку вентиля у відповідне розрахунковим значенням положення, - визначають витрату (Qmesuré ) , 35 якщо - певна витрата (Qmesuré ) знаходиться в діапазоні значень, встановленому, наприклад, в межах плюс-мінус 5 % відносно до заданого значення витрати (Qconsigne ) , то: - задане значення витрати (Qconsigne ) міняють певне значення витрати (Qmesuré ) , характеристичний коефіцієнт (K consigne ) задання параметрів зрівняльного вентиля, відповідний характеристичному коефіцієнту ( Z réf ) задання параметрів гідравлічної мережі, 40 виконують опорним характеристичного коефіцієнта ( K ré f ) задання параметрів, і - опорний перепад тиску ( Préf ) в гілці (4) гідравлічної мережі (5) обчислюють, виходячи з опорного характеристичного коефіцієнта ( K ré f ) задання параметрів і певної витрати (Qmesuré ) , в іншому випадку, 3 UA 110319 C2 - повертаються до етапу обчислення характеристичного коефіцієнта ( Z réf ) задання параметрів гідравлічної 5 10 15 мережі та відповідного характеристичного коефіцієнта (K consigne ) задання параметрів зрівняльного вентиля. Предметом винаходу є також спосіб автоматичного, так званого "динамічного", балансування вхідного тиску одного або декількох терморегулювальних елементів, включених в гілку гідравлічної мережі з, по суті, постійним перепадом тиску (P) , яка містить зрівняльний вентиль описаного вище типу, що відрізняється тим, що включає в себе етапи у вказаному нижче порядку: - в першу чергу виконують етапи визначення характеристик, описані стосовно способу автоматичного, так званого "статичного", балансування, з метою визначення гідравлічних режимів у гілці, - очікують, після закінчення першого встановленого інтервалу часу, стабілізації циркуляції текучого середовища через зрівняльний вентиль (1); цей інтервал часу є заданим параметром, переважно рівним 30 хвилинам, - визначають витрату (Q), на основі якої розраховують перепад тиску (P) , - якщо перепад тиску (P) знаходиться в діапазоні значень, встановленому, наприклад, в межах плюс-мінус 5 % відносно до опорного значення ( Préf ) перепаду тиску, то 20 25 30 35 40 45 50 55 - повертаються до першого етапу очікування після закінчення першого встановленого інтервалу часу, у протилежному випадку: - обчислюють характеристичний коефіцієнт (Z) задання параметрів гідравлічної мережі і відповідний характеристичний коефіцієнт (K) задання параметрів автоматичного зрівняльного вентиля, - встановлюють заслінку зрівняльного вентиля в положення, відповідне характеристичному коефіцієнту (K) задання параметрів автоматичного зрівняльного вентиля, - очікують закінчення другого встановленого інтервалу часу, після чого повертаються до початку першого етапу очікування, причому цей інтервал часу є заданим параметром, переважно рівним п'яти хвилинам. Пояснення до винаходу в наступному описі, наведеному з посиланнями на докладені як приклад ілюстрації, не мають обмежувального характеру і викладають принцип дії пропонованого зрівняльного вентиля. Фіг. 1 є принциповою схемою гідравлічної розподільної мережі, оснащеної зрівняльними вентилями згідно з винаходом; Фіг. 2 - приклад графіку, наданий конструктором зрівняльного вентиля; Фіг. 3 - ілюстрація у векторному вигляді адаптивних можливостей пропонованого зрівняльного вентиля; Фіг. 4 - графік виробника, який ілюструє адаптивні можливості пропонованого зрівняльного вентиля; Фіг. 5 - ілюстрація окремих етапів експлуатації пропонованого зрівняльного вентиля; Фіг. 6 - схема зрівняльного вентиля. Як видно на Фіг. 1, зрівняльний вентиль 1 з заслінкою 2, що має вхід і вихід А В, встановлений за терморегулюючим елементом 3, включеним в гілку 4 гідравлічної мережі 5 з, по суті, постійним перепадом тиску (∆Р), створюваним насосом 6. Якщо виходити з припущення, що гідравлічна мережа 5 працює з, по суті, постійним перепадом тиску, створюваним насосом 6, то можна записати рівняння: ∆Рpump=∆Рélémentsurleréseau+∆Рanne де, як відомо, 2 ∆Рélémentsurleréseau=Q Z, де буквою Z позначений характеристичний коефіцієнт задання параметрів гідравлічної мережі 5, однієї гілки 4 або будь-якого регулюючого органу, наприклад, 2 зрівняльного вентиля 1, а ∆Раnnе=(Q/K) , де символом K позначений характеристичний коефіцієнт задання параметрів вентиля 1. Зазначений коефіцієнт K, характеристичний коефіцієнт задання параметрів вентиля 1, характеризує кут нахилу прямих, що відповідають різним положенням заслінки 2 зрівняльного вентиля 1 на графіках Фіг. 2 і 4. Адаптацію відкриття зрівняльного вентиля 1 здійснюють у два етапи. Перший етап автоматичного, так званого "статичного", балансування служить для ідентифікації різних параметрів, що характеризують гідравлічну мережу 5 і розглянутий зрівняльний вентиль 1. 4 UA 110319 C2 5 10 15 20 25 30 35 Другий етап автоматичного, так званого "динамічного", балансування має на меті відрегулювати тиск на вході терморегулюючого елемента 3 згідно з оціночною величиною потреби цього елемента 3, причому ця оцінка може змінюватися заданим чином в часі. Завдяки першому етапу автоматичного статичного балансування стає можливою, в першу чергу, автокалібровка на основі витрати Q через зрівняльний вентиль 1 для двох або більше відомих положень відкриття заслінки 2 вентиля 1. Ці вимірювання виконують за допомогою спеціальних вимірювальних пристроїв 7, поміщених в балансуючому клапані 1 або в гілці 4, в якій цей вентиль встановлений. Крім того, зрівняльний вентиль 1 забезпечений пристроями 8 управління положенням заслінки 2 вентиля, а також пристроями 11 зберігання даних, що зберігають різні властиві зрівняльному вентилю 1 внутрішні параметри і різні зовнішні параметри, що залежать від експлуатації та функціонування цього клапана. Зрівняльний вентиль 1 схематично зображений на Фіг. 6. Всі елементи зрівняльного вентиля 1 встановлено на його корпусі 9. Заслінка 2 приводиться в рух керуючим засобом 8 типу виконавчого механізму. Вимірювальні пристрої 7 посилають фактичну інформацію про гідравлічні характеристики в пристрої 10 обробки, які обробляють і передають інформацію про положення заслінки 2 в управляючий засіб 8. Пристрої 10 обробки забезпечують зв'язок із пристроями 11 зберігання необхідної інформації і передають інформацію в систему 12 збору даних. Вимірювальні пристрої 7, пристрої 8 управління положенням заслінки 2 зрівняльного вентиля 1, а також пристрої 11 зберігання даних підключені до незалежних пристроїв 10 обробки в зрівнювальному вентилі 1, і виконують у процесі автоматичного статичного балансування збір параметрів з засобів 11 зберігання даних і отриманих вимірювальними пристроями 7 результатів вимірювань з метою такого управління засобами 8 управління положенням заслінки 2 в ході автоматичного динамічного балансування, щоб забезпечити сталість перепаду тиску в гілці 4 гідравлічної мережі 5, в якій встановлено зрівняльний вентиль 1. Два або більше відомих положень відкриття зрівняльного вентиля 1 вибрані довільно і можуть відповідати, наприклад, 75 % і 50 % максимального відкриття зрівняльного вентиля (1). Обчислювальний процес забезпечує можливість оцінки характеристичного коефіцієнта Z задання параметрів гідравлічної мережі 5. Тим самим підтверджено відповідність архітектурних креслень фактично встановленої гідравлічної мережі 5. При роботі з відкритим на 75 % зрівняльним вентилем 1 справедливо рівняння: Ppump  QK 75%  2 2 Q  Z   K 75%  ;  K  75%   При роботі з відкритим на 50 % зрівняльним вентилем 1 справедливо рівняння:  Ppump  QK 50%  2 2 Q  Z   K 50%  ;  K  50%    З припущення, що насос 6 працює з постійним ∆Р і, отже, Ppump  Ppump , далі: 40 QK 75%  2 2 2 Q  Q  2 Z circuit   K 75%   QK 50%  Z circuit   K 50%  ;  K   K  75%  50%    і, відповідно,  Q  Q  1    K 50%    K 75%  2 2 QK 75%  QK 50%  K 50%   K 75%      2 Z ref  Z circuit 45 2  .   Даний розрахунок проводять пристроями 10 обробки, при цьому розраховані значення зазначеного характеристичного коефіцієнта Zréf задання параметрів гідравлічної мережі 5 зберігають у пристрої 11 зберігання даних. Проводять витяг заданого значення витрати Qconsigne , відповідного оцінці потреби в гілці 4, з засобів 11 зберігання даних, де воно зберігається. 5 UA 110319 C2 Задана витрата Qconsigne легко піддається оцінці відносно як нових, так і реконструйованих 5 10 будівель. У нових будівлях він відповідає архітектурним розрахункам. Для реконструйованих будівель архітектурні креслення та документацію виконують рідше. Проте, оцінка витрат отримує кількісне вираження через потребу в енергії, що диктується робочими температурами терморегулювальних елементів 3 в системах опалення або кондиціонування повітря. Виходячи з того ж припущення, що гідравлічна мережа 5 працює в умовах, по суті, постійного тиску, створюваного насосом 6, можна записати рівняння: Ppump  QK 75%  2 2  Q  Q  2 Z   K 75%   Qconsigne  Z '   consigne  ;  K   K  re f 75%  consigne    2 звідки випливає: Qconsigne K consigne   Z ref  Q 2 K 75%  Q 2 consigne 15  Q    KV 75%   K  75%   2 ; Для зрівняльного вентиля 1 враховуються значення опорного характеристичного коефіцієнта K consignе задання параметрів вентиля. Однак, має місце розбіжність між повідомленими заданим витратою Qconsigne і фактично виміряним значенням витрати Qmesuré . Розбіжність підлягає усуненню і обумовлена, в основному, впливом гідравлічної мережі 5. Протягом періоду стабілізації зрівняльні вентилі 1 зберігають настройку відповідно до інтервалу допусків, обмеженим величиною Qconsigne , причому інтервал допусків є заданим 20 параметром, наприклад, ±5 %. Qconsigne-5 %