Пристрій з автоматизованою системою керування для індивідуальної системи опалення за допомогою перетворення електричної енергії в теплову енергію теплоносія зі зменшенням електричної потужності нагрівача теплон

Пристрій з автоматизованою системою керування для індивідуального опалення приміщень за допомогою перетворення електричної енергії в теплову енергію теплоносія зі зменшенням електричної потужності нагрівача теплоносія, який відрізняється тим, що для реалізації можливості примусової, рівномірної циркуляції теплоносія; контролю та підтримки тиску теплоносія; реалізації функції використання накопиченої енергії теплоносія для відновлення температури внутрішнього повітря, можливості використання як накопичувального нагрівача теплоносія побутови х накопичувальних нагрівачів, регулювання температури теплоносія в залежності від температури зовнішнього повітря; реалізації функції обліку та контролю спожитої електроенергії; збереження в енергонезалежній пам'яті на необмежений час базових та технологічних параметрів системи керування; реалізації функції аналізу роботи системи опалення та діагностики складових пристрою для безпечної, надійної та енергозберігаючої роботи системи керування опаленням з видачею інформації для сервісної служби; реалізації функції мобільного виклику сервісної служби в разі виникнення небезпечної аварійної ситуації; можливості керування декількома системами індивідуального 2 (19) 1 3 39255 Корисна модель відноситься до теплотехніки та електротехніки і може бути застосована для індивідуального опалення квартир, офісів, дачних будинків, котеджів за допомогою перетворення електричної енергії в теплову енергію рідкого теплоносія (вода, її суміші з антифризом, гликолем, калгоном і.т.п.). Відомі пристрої, застосовуються для індивідуального опалення з використанням електричної енергії [Див. http://www.mirtepla.ru]. Це системи індивідуального опалення фірми ГАЛАН. Найближчим аналогом до пристрою, що заявляється є система індивідуального опалення, що побудована на базі тенового котла ГАЛАН ЭВПУ1, та системи керування ГАЛАН-Н АВІГАТОР. Разом ця система складається з тенового проточного котла та триканальної системи керування, що посідає три датчики температури та дозволяє підтримувати задану температуру в трьох пунктах та програмувати її в гнучкий спосіб. Окрім того до системи керування може бути під'єднаний цифровий регулятор температури повітря ИСТОПНИК 103, та сотова система контролю ГАЛАН GSM, яка працює разом з мобільним телефоном, та дозволяє установити та підтримувати з допомогою сотового телефону задану температур у, включативиключати різне обладнання за командами, що передаються з мобільного телефону, за допомогою SMS може оповістити про спрацювання різних датчиків, або проникнення на об'єкт. Недоліками відомого пристрою є відсутність джерела примусової циркуляції теплоносія, велика, для застосування в окремих квартирах, електрична потужність тенів проточного нагрівача теплоносія (4кВт в порівнянні до 2,3кВт дозволеної), відсутність контролю тиску теплоносія, недостатні можливості системи керування індивідуальним опаленням. В основу корисної моделі покладено завдання створити пристрій для індивідуального опалення з використанням електричної енергії, котрий посідав би всі необхідні параметри для керування системою опалення, присутні прототипу-аналогу, мав би джерело примусової циркуляції теплоносія з необхідними засобами безпечної праці системи, контролював та підтримував тиск теплоносія, проводив би контроль та облік електричної енергії, яка була б використана для опалення, забезпечував аналіз роботи системи та діагностику складових пристрою з видачею інформації для сервісної служби, давав змогу мобільного виклику сервісної служби в разі виникнення аварійної ситуації з повідомленням причини аварії, забезпечував можливість одночасного керування декількома системами опалення, та мав можливість зменшити електричну потужність тенів. Поставлене завдання вирішується у розробленому пристрої для індивідуальної системи опалення з автоматизованою системою керування, який має електронасос з фільтром для перекачування теплоносія, датчик струму теплоносія, безконтактний електронний датчик наявності струму теплоносія, накопичувальний нагрівач теплоносія, датчик температури теплоносія, датчик тиску теп 4 лоносія та електромагнітний редукційний клапан, датчик температури внутрішнього повітря, датчик температури зовнішнього повітря, програмувальний контролер, блок керування теном накопичувального нагрівача та електронасосом, модуль GSM. Нагрітий до необхідної температури теплоносій з виходу накопичувального нагрівача, рівномірно циркулюючи, під тиском поступає до радіаторів обігріву повітря і далі через фільтр на вхід електронасоса, утворюючи примусову замкнену систему циркуляції теплоносія. Відмінними ознаками пристрою, що заявляється, є: введення в пристрій електронасосу теплоносія з фільтром; введення в пристрій датчика струму теплоносія з електронним безконтактним датчиком контролю наявності струму теплоносія; введення в пристрій накопичувального нагрівача теплоносія; введення в пристрій датчика тиску теплоносія та електромагнітного редукційного клапана; введення в пристрій датчика температури зовнішнього повітря; з метою зменшення електричної потужності тенів реалізація функції використання накопиченої енергії теплоносія в накопичувальному нагрівачі для підвищення до необхідного рівня температури теплоносія в радіаторах обігріву; реалізація функції обліку та контролю спожитої електроенергії; збереження в енергонезалежній пам'яті на необмежений час; базових та установлених технологічних параметрів системи керування; реалізація функції аналізу роботи системи опалення та діагностики складових пристрою для безпечної, надійної та енергозберігаючої роботи системи опалення в цілому з видачею інформації для сервісної служби; реалізація функції мобільного виклику сервісної служби в разі виникнення небезпечної аварійної ситуації з повідомленням її причини; можливість керування декількома системами індивідуального опалення одночасно. Завдяки наявності електронасосу теплоносія з фільтром, з'явилася можливість примусової, під тиском, рівномірної циркуляції теплоносія по системі опалення, його очищення, що значно збільшує рівномірність та якість теплопередачі тепла через радіатори повітрю, та збільшує коефіцієнт корисної дії системи опалення в цілому. Очищення теплоносія сприяє чіткій та довговічній роботі датчика струму теплоносія та накопичувального тенового нагрівача теплоносія. Введення в пристрій датчика струму теплоносія з електронним безконтактним датчиком контролю активізації датчика струму теплоносія забезпечує безпечну та довговічну роботу накопичувального тенового нагрівача теплоносія, унеможливить включення тена при відсутності теплоносія. Додатково система автоматизованого керування реалізує п'ятипунктовий контроль по заданій та максимально допустимій температурі 5 39255 6 теплоносія та проводить відсіч доступу електричсистеми, що дає можливість реально оцінити моної енергії до тенів за допомогою контактного прижливі затрати електроенергії на протязі місяця, строю при досягненні максимально допустимої особливо при реалізації економного режиму роботемператури теплоносія, установленої в параметти системи керування опаленням (при задаванні рах програмувального контролера. заданої температури внутрішнього повітря відносВведення в пристрій накопичувального нагріно часу доби та днів тижня), корегування параметвача теплоносія дасть змогу зменшити електричну рів програмувального контролера, з метою еконопотужність тенів, завдяки можливості реалізувати мії електроенергії при дотриманні необхідних накопичену енергію теплоносія в нагрівачі з метою параметрів системи опалення. досягнення необхідної температури теплоносія в Базові та установлені технологічні параметри радіаторах обігріву. Кількість теплоносія в накопипрограмувального контролера можуть знаходичувальному нагрівачі, електрична потужність тена тись в енергонезалежній пам'яті на протязі не обнагрівача розраховується та є функцією, яка залемеженого часу, та не змінюють своєї вартості при жить від кількості теплоносія в радіаторах обігріву, зникненню електроенергії та автоперезапуску системпература теплоносія в накопичувальному натеми автоматичного керування. грівачі контролюється датчиком температури тепРеалізація функції аналізу роботи системи лоносія та задається і підтримується в залежності опалення, діагностики складових системи опаленвід температури зовнішнього повітря. Процес наня забезпечує безпечну, надійну та енергозберігрівання теплоносія в нагрівачі відбувається без гаючу роботу системи опалення. При аналізі контнаявності струму теплоносія. При зменшенні темролюється час циклу передачі накопиченої енергії ператури внутрішнього повітря, яка контролюється теплоносія для відновлення температури внутрішдатчиком температури внутрішнього повітря віднього повітря, час нагріву теплоносія в накопичуносно заданої включається насос теплоносія, вивальному нагрівачі теплоносія, температура повітключається тен нагрівача, і відбувається змішуря перед і в кінці циклу теплообміну, температура вання нагрітого теплоносія нагрівача з теплоносія до передачі накопиченої енергії, темтеплоносієм в радіаторах, що приводить до збільпература теплоносія після передачі накопиченої шення температури теплоносія в радіаторах обіенергії. гріву до рівня, необхідного для збільшення темпеПісля цього аналізу проводиться розрахунок ратури внутрішнього повітря в відповідності енергії, затраченої теплоносієм та отриманої повізаданій температурі. При цьому насос перекачки трям під час циклу теплообміну. Це дасть можлитеплоносія виключається, та включається тен навість оцінити, порівняти з розрахунковими та яккопичувального нагрівача теплоносія для відновнайліпше підібрати параметри системи опалення з лення необхідної температури теплоносія в нагріметою енергозберігання при дотриманні якісних вачі. Так як збільшення температури теплоносія в параметрів системи опалення. накопичувальному нагрівачі в порівнянні з проточРеалізація функції контролю та діагностики за ним нагрівачем відбувається на протязі більшого складовими системи опалення забезпечує надійну часу, це дає можливість зменшити потужність тета безпечну роботи системи в цілому. При цьому нів накопичувального нагрівача теплоносія. Праконтролюється: вильно підібрані параметри накопичу вального стан програмного забезпечення та систем нагрівача теплоносія та задана необхідна темпепрограмувального контролера; ратура теплоносія в нагрівачі забезпечать комфоробота електронасосу теплоносія; ртні параметри системи опалення. При першому робота датчика струму теплоносія; включенні система автоматичного керування реатиск теплоносія в системі опалення; лізує циклічне нагрівання теплоносія з метою дозадана та реальна температура внутрішсягнення необхідної температури теплоносія та нього повітря; температури внутрішнього повітря в кінці циклу. температура зовнішнього повітря; Введення в пристрій редукційного електромагзадана та реальна температура теплононітного клапана та датчика тиску теплоносія засія; безпечує гарантоване наповнення накопичувальмаксимально допустима температура теного нагрівача теплоносія та всієї системи плоносія; опалення теплоносієм на всіх режимах роботи робота накопичувального нагрівача тепсистеми та дозволить контролювати герметичність лоносія; системи опалення. стан датчиків температури теплоносія, Введення датчика температури зовнішнього внутрішнього та зовнішнього повітря. повітря дозволяє реалізувати регулювання темпеВ випадку, коли робота контрольованих скларатури теплоносія в накопичувальному нагрівачі дових системи керування опаленням не відповідає теплоносія в залежності від температури зовнішустановленим параметрам, то такий стан фіксунього повітря. Окрім того це є корисна повсякденється і автоматично записується в протокол контна інформація. ролю аварійних ситуацій, як інформація для сервіРеалізація функції обліку та контролю спожисної служби. У разі виникнення ситуації, котра тої електроенергії спрощує процедуру розрахунку могла б привести до ушкодження складових приза спожиту електроенергію, особливо при умовах строю, автоматична система керування автоматиобслуговування декількох систем індивідуального чно зупинить роботу системи опалення, і засигнаопалення одночасно. Окремо проводиться розралізує про стан виникнення небезпечної аварійної хунок спожитої електроенергії в нічний період, та ситуації. розрахунок спожитої енергії за одну годину роботи У разі виникнення небезпечної аварійної ситу 7 39255 8 ації і необхідності термінового виклику сервісної При подачі електричної енергії система автослужби до програмувального контролера підклюматизованого керування (АСУ) тестує вн утрішній чений модуль GSM, який пристосований для мобістан складових програмувального контролера, льного виклику сервісної служби з повідомленням стан програмного забезпечення, при позитивному причини аварії. результаті тесту активізується режим праці RUN На кресленні подано схему пристрою, що заактивізації програмного забезпечення по обслугоявляється. Теплоносій по системі замкнутої привуванню системи керування опаленням. При цьомусової циркуляції з батарей опалення 11 постуму проводиться діагностика датчиків температури, пає на вхід фільтру очищення теплоносія 3. Вихід тиску теплоносія, аналіз заданої та реальної темфільтру очищення теплоносія пов'язаний з входом ператури внутрішнього повітря, аналіз температуелектронасосу перекачки теплоносія 1 з виходу ри зовнішнього повітря з установкою параметрів якого теплоносій поступає на вхід датчика струму необхідної температури теплоносія, вчитування теплоносія 2. Наявність струму теплоносія контроустановлених технологічних параметрів системи, люється безконтактним електронним вимикачем 4, аналіз попередніх аварійних ситуацій. під'єднаним до датчика струму теплоносія, вихід По результатам аналізу реалізується цикл підбезконтактного електронного вимикача під'єднатримки заданої температури внутрішнього повітря. ний до першого входу програмувального контроЯкщо система опалення включається вперше, лера 7. З ви ходу датчика стр уму теплоносія тепто система автоматичного керування проводить лоносій поступає на вхід накопичувального циклічне нагрівання та перекачку теплоносія з метенового нагрівача теплоносія 5, в якому знахотою досягнення ним необхідної температури тепдиться датчик температури теплоносія 6, вихід лоносія та температури внутрішнього повітря в якого під'єднаний до другого входу програмувалькінці циклу, які необхідні для підтримки параметрів ного контролера 7. З виходу накопичувального системи. нагрівача 5 теплоносій потупає на вхід радіаторів При цьому відбувається нагрів теплоносія в опалення 11. накопичувальному нагрівачі при відсутності струму Тиск теплоносія на виході з накопичувального до температури, встановленої в параметрах АСУ, нагрівача теплоносія 5 контролюється датчиком та видача сигналу готовності до циклу підтримки тиску теплоносія 14, вихід з якого під'єднаний до температури внутрішнього повітря. третього входу програмувального контролера. При Якщо температура внутрішнього повітря мензменшенні тиску з різних причин система автомаше заданої на величину, установлену в параметтичного регулювання виставляє на інтерфейс сиграх, то вмикається насос перекачки теплоносія, нал заборони включення електронасосу теплоноутворюючи струм теплоносія, який фіксується датсія, та тена накопичувального нагрівача чиком струму та через безконтактний електронний теплоносія та вмикає електромагнітний редукційдатчик в вигляді інформації про наявність струму ний клапан 15, який з'єднує систему водопостапоступає на вхід програмувального контролера. чання з входом датчика струму теплоносія до відПри присутності інформації про наявність струму новлення тиску. Час вмикання електромагнітного та тиску теплоносія дозволяється відключення редукційного клапану 15 контролюється і не може тена накопичувального нагрівача теплоносія. Відперевищувати установленого в параметрах автобувається використання накопиченої енергії тепматизованої системи керування. Після відновленлоносія в нагрівачі для збільшення температури ня тиску сигнал заборони включення електронасотеплоносія в радіаторах обігріва з метою відновсу перекачки теплоносія 2 та тенового накопичу лення температури внутрішнього повітря. вального нагрівача 5 автоматично знімається з Задавана температура теплоносія в накопичуінтерфейсу. вальному нагрівачі теплоносія досягається без Вхід редукційного електромагнітного редукційнаявності струму теплоносія та залежить від темного клапана 15 під'єднаний до першого виходу ператури зовнішнього повітря та ступню теплоізоконтролера 7, другий вихід якого під'єднаний до ляції приміщення. Причому, якщо температура блоку керування накопичувальним нагрівачем та теплоносія перевищить задавану, то тен відклюелектронасосом перекачки теплоносія 8, перший читься від електроенергії, але цикл теплообміну не вихід якого під'єднаний до тена накопичувального завершується. нагрівача теплоносія, а другий відповідно до елекПри досягненні температури повітря величини, тронасосу перекачки теплоносія. відповідаємої установленим параметрам системи Температура внутрішнього повітря контролюкерування відключається електронасос перекачки ється завдяки датчику температури внутрішнього теплоносія, та включається тен для підвищення повітря 9, вихід якого під'єднаний до четвертого температури теплоносія в накопичувальному навходу програмувального контролера 7. грівачі до заданого рівня. При зменшенні темпераТемпература зовнішнього повітря контролютури внутрішнього повітря до величини, установється завдяки датчику температури зовнішнього леної в параметрах системи весь цикл повітря 10, вихід якого під'єднаний до п'ятого вхотеплообміну повторюється. Таким чином роботу ду програмувального контролера 7. системи можна поділити на три етапи: це цикл Необхідна кількість виходів програмувального теплообміну між теном та теплоносієм в накопичуконтролера 7 під'єднана до модуля GSM 12, привальному нагрівачі теплоносія; цикл передачі назначеного для термінового виклику сервісної слукопиченої енергії теплоносієм, теплообміну між жби в разі виникнення аварійної ситуації з повідтеплоносієм та нагріваємим повітрям, що контроомленням причини аварії. люються та аналізуються відносно температури Пристрій працює в наступний спосіб. внутрішнього та зовнішнього повітря. При чому 9 39255 10 реалізується задача досягнення якнайменшої різдотримані правил електробезпеки. ниці між тепловою енергією, переданою від тена Використання одної системи автоматизованотеплоносію, та тепловою енергією переданою від го керування всіма складовими пристрою дає змотеплоносія обігріваємому повітрю. гу якнайліпше реалізувати всі можливості системи На протязі праці системи проводиться діагносопалення стосовно до конкретних умов її використика складових роботи системи, яка основана на тання. Можливість керування декількома системавикористанню логіки роботи системи у режимі реми опалення одночасно знизить затрати на автоального часу. Наприклад при включенні електроматизовану систему керування, та значно насосу перекачки теплоносія на протязі часу, що розширить можливості її використання. По розране перевищує установленого в параметрах повихункам затрати електроенергії на одну систему нен активізуватись датчик струму теплоносія. В опалення площі 60м 2 можуть скласти 2700протилежному випадку може бути зафіксований 3000кВт×год. за опалювальний сезон при відповідаварійний стан. ному утепленні приміщень. При застосуванню екоПристрій, який заявляється є абсолютно економічного режиму праці ці показники можуть змелогічно чистим для зовнішнього та внутрішнього ншитись на 15-20%. Згідно з існуючими тарифами середовища, та може бути установлений без обзатрати природного газу на опалення цієї площі межень при дотриманні правил електробезпеки. складають приблизно 4000м 3 за отеплювальний Зменшення електричної потужності тенів сезон. При цьому треба відзначити, що можливості дасть змогу, з метою опалення приміщень площею заявляємої автоматизованої системи керування до 60-70м 2, використання в якості накопичувальноопаленням перевищують можливості систем керуго нагрівача теплоносія побутові накопичувальні вання газових котлів відомих зарубіжних фірм нагрівачі з електричною потужністю тенів до 2кВт, JUNKERS, BERETTA, FEROLLI. що не потребує окремого дозволу енергоінспекції і можуть бути установлені в кожній квартирі при Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601