Спосіб регулювання параметрів системи опалення цивільної будівлі

Реферат: UA 85322 U UA 85322 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до теплоенергетики та може бути використана для регулювання витрат теплоносія в системах опалення цивільних будівель (адміністративних будівель, навчальних закладів, офісів тощо). Відомий спосіб регулювання системи опалення [Патент СССР 657221, Способ регулирования системы отопления, Гершкович В. Ф., Даниленко С. С, Нагорный Н. Д., Ферт А. Р., F24D 3/00, 1979 г.], за яким здійснюється вимір температур зовнішнього повітря і зворотної води, обчислення півсуми температур зовнішнього повітря і зворотної води та стабілізація обчисленої півсуми температур зміною витрати теплоносія або його температури, причому ця півсума дорівнює +23 °C в районі, де розрахункова опалювальна температура дорівнює - 25 °C. Суттєві ознаки аналога, які збігаються з ознаками запропонованої корисної моделі, що заявляється: - можливість з достатньою точністю підтримувати необхідну опалювальним графіком температуру зворотної води; - здійснюється вимір температур зовнішнього повітря і зворотної води. Недоліками даного способу є те, що: спосіб може бути використаний тільки в межах розрахункових температур зовнішнього повітря від -35 °C до -15 °C, що охоплює тільки частину діапазону існуючого температурного графіку. Інший відомий спосіб кількісного регулювання теплової потужності системи опалення будівлі [Патент СССР 1688053, Способ количественного регулирования тепловой мощности системы отопления здания, Красиков В. И., Виглин Е. С, F24D 19/10, 1991 р.], за яким забезпечення комфортних умов у приміщенні досягається зміною витрати теплоносія за певною залежністю, яка враховує експериментально визначені паспортні характеристики окремих опалювальних приладів. При розрахунковій температурі зовнішнього повітря, що вимірюється за допомогою термометра, засувка повністю відкрита і витрата теплоносія є максимальною. У міру підвищення температури зовнішнього повітря засувка поступово закривається до повного закриття та припинення опалення. Даний спосіб полягає в тому, що підтримують температуру води на вході в систему постійною, а витрати води, що контролюються датчиком витрат, змінюються або в залежності від температури зовнішнього повітря, або залежно від температури зворотної води. Суттєві ознаки аналога, які збігаються з ознаками запропонованої корисної моделі, що заявляється: - вимірювання витрат теплоносія, температури теплоносія у зворотному трубопроводі та температури зовнішнього середовища; - регулювання витрат теплоносія в залежності від температури зовнішнього середовища; - регулювання витрат теплоносія в залежності від особливостей системи опалення будівлі; - при підвищенні температури зовнішнього повітря засувка поступово закривається до повного її закриття та припинення опалення, а при зниженні температури зовнішнього повітря засувка навпаки відкривається. Недоліками даного способу є те, що: - необхідно експериментально визначати паспортні характеристики окремих опалювальних приладів; - не враховується можливість меншого споживання теплової потужності у вихідні дні та неробочий час, що призводить до втрат теплових ресурсів на опалення будівлі. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі, що заявляється, є технічне рішення [Патент України 14325, Тепловий пункт КИАРМ, Маргуліс К. Д., Кисіль В. Л., Кисіль В. В., Шквирін Д. Л., G05D 7/00, 2006 р.], за яким на трубі подачі гарячої води встановлений керований електронним регулятором пристрій, який здійснює керуючі дії регулятора шляхом подачі гарячої води імпульсами максимальної витрати води заданих частоти та шпаруватості, величини параметрів яких визначаються технічними характеристиками будівлі і температурою зовнішнього повітря. Необхідну кількість води для опалення будинку в індивідуальному тепловому пункті визначає регулятор витрати гарячої води, який по сигналу датчиків температури збільшує подачу гарячої води, коли в будівлі температура нижче за норму, або зменшує подачу гарячої води, коли в будівлі температура вище за норму. Подача гарячої води в опалювальну систему будівлі імпульсами максимальної витрати забезпечує за рахунок сильного підмішування рівномірне змішування гарячої і охолодженої води, порція якої надходить в опалювальну систему. У паузі між імпульсами відбувається охолодження змішаної води у всій системі. Наступний імпульс також забезпечує як подачу гарячої води, так і рівномірне її змішування з охолодженою. Таким чином, в опалювальні батареї будівлі надходить рівномірно розмішана вода і відбувається передача тепла від батарей опалювання в простір будівлі. Коли температура в зворотному трубопроводі знизиться до нижнього заданого 1 UA 85322 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 значення, регулятор знову почне видавати імпульси, попередньо заданих частоти і шпаруватості, для подачі гарячої води в опалювальну систему. Як результат, в опалювальну систему будівлі надходить гаряча вода з середньою швидкістю, яка відповідає споживанню тепла залежно від погодних умов, але рівномірно і ефективно змішана з холодною. Суттєві ознаки аналога, які збігаються з ознаками запропонованої корисної моделі, що заявляється: - вимірювання витрат теплоносія; - вимірювання температури теплоносія у прямому та зворотному трубопроводах; - регулювання витрат теплоносія шляхом формування керуючих впливів, параметри яких визначаються технічними характеристиками будівлі і температурою зовнішнього повітря; - наявність керованого електронним регулятором виконавчого пристрою. Недоліками даного технічного рішення є те, що: - не враховується поточне значення температури в приміщенні, яке обслуговується; - не враховується режим роботи приміщення, яке обслуговується; - відсутність універсальних принципів розрахунку параметрів керуючого впливу з електронного регулятора на електромагнітний клапан у залежності від особливостей будівлі, яка обслуговується: зовнішній об'єм, прийнятий температурний графік. Задачею корисної моделі, що заявляється є розробка способу регулювання параметрів системи опалення цивільних будівель в залежності від температури навколишнього середовища, технічних характеристик будівлі та режиму її роботи, яка забезпечить керування витратами теплових ресурсів на систему опалення та, як наслідок, керування температури повітря в будівлі, що дасть змогу зменшити теплові витрати на опалення будівлі, що обслуговується. Поставлена задача вирішується тим, що у способі регулювання параметрів системи опалення цивільної будівлі, згідно з корисною моделлю, додатково вимірюють температуру теплоносія після вузла змішування і температура внутрішнього повітря будівлі, регулюють витрати теплоносія шляхом керування виконавчими механізмами з локального контролера у залежності від температурного графіка роботи системи опалення, режиму роботи будівлі та визначених у блоці ідентифікації постійних часу охолодження та нагрівання будівлі. Тобто, керування тепловим споживанням будівлі здійснюється в залежності від температури навколишнього середовища і чим вища зовнішня температура, тим менші витрати енергоносія потрібні для підтримання оптимального теплового стану цивільної будівлі. Згідно з корисною моделлю ідентифікують систему опалення конкретної будівлі, враховують температурний графік роботи теплової мережі, який індивідуальний для певної кліматичної області, в якій знаходиться будівля, визначають режим роботи будівлі, враховують поточне значення температури внутрішнього повітря приміщення при регулюванні температури в системі опалення. Корисна модель дозволяє, шляхом оперативного керування тепловою потужністю, що споживається будівлею, знизити витрати теплових ресурсів (споживаної теплової потужності та витрат теплоносія) на систему опалення будівлі на 10-15 % з дотриманням необхідної температури приміщень будівлі. Запропонований спосіб пояснюється кресленням, на якому наведена блок-схему способу регулювання параметрів системи опалення цивільних будівель, де: 1 - сенсори; 2 - сенсори температури і витрат теплоносія; 3 - сенсори температури зовнішнього та внутрішнього повітря; 4 - пристрій збору даних; 5 - керуюча обчислювальна машина (персональний комп'ютер); 6 температурний графік системи опалення; 7 - режим роботи будівлі; 8 - блок ідентифікації системи опалення будівлі; 9 - блок розрахунку відносних витрат теплоносія; 10 - блок розрахунку керуючих впливів; 11 - інтерфейс зв'язку; 12 - локальний контролер керування; 13 виконавчі механізми теплового пункту будівлі; 14 - система опалення будівлі. Спосіб регулювання параметрів системи опалення цивільних будівель пояснюється на прикладі системи опалення навчальних корпусів Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського. Спосіб реалізується наступним чином (див. креслення): дані про теплові параметри системи опалення отримують з сенсорів 2 і 3, а саме значення температури теплоносія у прямому та зворотному трубопроводах, температури теплоносія в системі опалення будівлі, температур внутрішнього та зовнішнього повітря, теплових витрат та потужності будівлі, та надходять до пристрою збору даних 4. Отримані дані через інтерфейс зв'язку 11 надходять у блок ідентифікації 8, де визначаються динамічні характеристики будівлі: постійні часу охолодження та нагрівання (Тох та Тн). 2 UA 85322 U 5 10 15 20 25 У блоці 7 задають режим роботи будівлі, який визначається призначенням та її графіком 30 використання. Типовими режимами роботи навчальних корпусів університету є робочий з 7 до 00 00 00 00 30 18 годин у понеділок - п'ятницю та з 9 до 13 у суботу, й неробочий - з 18 до 7 у понеділок 00 30 - п'ятницю, з 13 годин суботи до 7 наступного понеділка, вихідні та святкові дні. У блоці 9 проводиться розрахунок відносних теплових витрат у залежності від теплового навантаження будівлі, температурного графіка системи опалення, індивідуального для певної кліматичної області, та режиму роботи будівлі. Так, для забезпечення необхідної температури внутрішнього повітря у робочому режимі відповідно до поточних виміряних значень температури зовнішнього повітря, визначається необхідне зниження витрат теплоносія та через інтерфейс зв'язку 11, локальним контролером 12 формується керуючий вплив на клапан з електроприводом для відпрацювання розрахованого значення; при цьому момент початку відпрацювання розрахованих витрат вибирається з урахуванням часу нагрівання Тн будівлі. Для забезпечення необхідної температури внутрішнього повітря у неробочих режимах (нічний час, вихідні та святкові дні) за час Т ох будівлі до кінця робочого режиму формується керуючий вплив на закриття клапану з електроприводом; при цьому, за рахунок роботи насосу у вузлі змішування теплоносія, залишкової тепловіддачі опалювальних приладів та акумуляції теплоти огороджувальними конструкціями температура внутрішнього повітря залишається в допустимих межах. Локальний контролер 12 забезпечує формування керуючих впливів безпосередньо на виконавчі механізми системи. Як такі контролери можуть бути використані електричні погодні регулятори типу Danfoss ECL, Siemens RVD з вбудованими промисловими інтерфейсами зв'язку. Виконавчі механізми 13 теплового пункту включають: клапан з електроприводом, що встановлюють у зворотному трубопроводі до вузла змішування теплоносія; насос з електроприводом, що встановлюють у зворотному трубопроводі після вузла змішування теплоносія або замість елеваторного вузла змішування. Як клапан з електроприводом можуть бути використані, наприклад, дво- чи триходові клапани Danfoss VRB або Siemens VVF; а як насоси - Vilo чи DAB з сухим або вологим ротором та східчастим регулюванням їх частоти обертання. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб регулювання параметрів системи опалення цивільної будівлі, який полягає у вимірюванні витрат теплоносія, вимірюванні температур теплоносія у прямому та зворотному трубопроводах, регулюванні витрат теплоносія за допомогою електронного регулятора виконавчого пристрою шляхом формування керуючих впливів, параметри яких визначаються технічними характеристиками будівлі і температурою зовнішнього повітря, який відрізняється тим, що додатково вимірюють температуру теплоносія після вузла змішування і температуру внутрішнього повітря будівлі, регулюють витрати теплоносія шляхом керування виконавчими механізмами з локального контролера у залежності від температурного графіка роботи системи опалення, режиму роботи будівлі та визначених у блоці ідентифікації постійних часу охолодження та нагрівання будівлі. 3 UA 85322 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4