Способ управления мощностью однотрубной системы отопления и устройство для его осуществления

Союз Советски кСоцмалмстнчесимкРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 6) Дополнительное к авт. саид-ву22) Заявлено 22.03.79 (21) 2744429/29 - 33 5)М,исоединениект заявки М 4 О 3/00 05 О 23/00 3 Ьсударственньй комСССР 3) Приорите по делам изобретени и открытий,12,81. Бктллетень М 45 3) УДК 697,4: :697,31,52 (088.8) Дата опубликования описания 07,12.81 72) Авторы изобретени В, П. Туркин одя оловной проектный институт "Челябинскгражд и Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола Заявител(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЫ 0 ОДНОТРУБНОЙСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ тоспоИзобретение 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 од. нотрубных систем отопления путем изменения скорости движения и температуры воды, подаваемой в систему отопления 11. Устройство для осуществления данного соба представляет собой вертикальную однотрубню систему водяного отопления многоэтажного здания, содержащую стояки с нагревательными приборами, присоединенные к по 1 дающему и обратному трубопроводам. На обрат. ном трубопроводе системы установлен клапан, изменяющий расход воды в ней и соединенный с датчиком температуры воздуха помещений, расположенных в последних (при отсчете по пав 20 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 мощностьюнагревательных приборов первых и последнихэтажей здания, однако управление .мощностьюнагревательных приборов средних этажей безизменения мощности нагревательных приборовпервых и последних этажей невозможно, по, скольку значение температуры н скорости движения воды в системе уже определено значением мощности нагревательных приборов первыхи последних этажей здания,Известен также способ управления мощное.тью однотрубной системы .отопления, с последовательно выполненными нагревательными приборами, включающий подачу воды в систему,изменения скорости движения и температурыподаваемой воды 21.Устройство для осуществления данногоспособа включает регулятор температуры воды,регулятор скорости движения воды, соединен.ные с системой своими выходами к блок управ887886 пения регуляторами скорости движения и температуры воды,При регулировании температуры воздухав здании управление мощностью однотрубнойсистемы отопления осуществляют путем измене.ния среднего значения температуры воды в обоих нагревательных элементах нагревательногоприбора. Температура воды в каждом нагрева.тельном элементе определяется температуройводы, подаваемой в систему отопления, скоростью движения воды в стояке и расположением нагревательного элемента относительноначала стояка, Однако среднее значение температуры воды. в обоих йагревательных элементах каждого нагревательного прибора не зависит от расположения нагревательного приборана стояке,Эффективность управления мощностью нагревательных приборов в данном способе определяется возможностью управления мощностьювсей системы .отопления, однако при заданноймощности одного из нагревательных приборовуправление мощностью других нагревательныхприборов невозможно, поскольку соотношениемежду скоростью движения и температуройводы, подаваемой в систему отопления, полностью определено требуемым значением мощности одного из нагревательных приборов, поэтому любое изменение одной из этих величинприводит к одинаковому изменению относительного значения мощности всех нагревательныхприборов,Целью изобретения является увеличениеэффективности управления мощностью системыза счет уменьшения взаимной зависимости мощностей нагревательных приборов,35Это 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 температуры подаваемой воды, дополнительно измеряютрасход подаваемой в систему воды, задаютвремя остывания воды в системе и фиксируютмомент заполнения водой всего объема трубсистемы, а подачу воды в систему осуществля фют периодически, причем в процессе подачи воды в систему скорость движения воды увели.чивают до значения, допустимого по уровнюакустического шума в системе, и температуруподаваемой воды изменяют в зависимости от 6измеряемого расхода подаваемой в систему воды,а после заполнения водой всего объема трубскорость движения воды уменьшают до нуляна заданное время остывания воды в системе.Устройство для осуществления способа, Ивключающее регулятор температуры воды,регулятор скорости движения воды, соединенныес системой своими выходами,и блок управления регуляторами скорости движения и температуры воды, дополнительно снабжено блоком измерения расхода воды, подключенным к системе входом, задатчиком температуры воды и эадатчиком 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 вХодомобоих дешифраторов, выход одного из которыхг 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. 1На чертеже показана схема устройства, реализующего предлагаемый способ,Схема состоит из системы отопления 1, на-гревательных приборов 2 и 3 с нагревательнымиэлементами 4, 5, 6, 7 и 8 регулятора температуры 9, регулятора 10 скорости движения воды,устройства 11 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 17и коммутаторы 18 и 19,Сущность способа заключается в следующем,Способ позволяет управлять мощностью однотрубной системы 1 отопления, например, двухэтажного здания, содержащей последовательносоединенные нагревательные приборы 2 и 3,расположенные на первом и втором этажах соответственно. Нагревательные элементы 4 и 8нагревательного прибора 2 и нагревательныеэлементы 5, 6, 7 нагревательного прибора 3,объемы воды в которых, предположим, равнысоответственно значениям 1,0, 1,2, 0,5, 1,2, 1,0литра, соединены без замыкающих участковв последовательности 4, 5, 6, 7, 8 и образуютстояк системы отопления. Общий объем водыв стояке определяется суммой объемов водыво всех нагревательных элементах и равен4,9 литра. Воду в стояк подают через нагревательный элемент 4 и отводят из стояка черезнагревательный элемент 8.Пусть для рассматриваемого примера тем.пература воды на входе системы, определяющаямощность нагревательного прибора 2, равна 90 О,а определяющая мощность нагревательного при.бора 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 5 мощностью системы 1 отопления подача воды в систему начинается с увеличения скорости движения воды в системе, прн этом объем воды, поступающий в систему, начинает увеличиваться. Значение объема воды, поступающей 19 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 0 до 1 л устанавливают температуру 90,при изменении объема от 1 до 3,9 л устанавливают температуру 80 ф, при изменении объема от 3,9 л до 4,9 л устанавливают температуру 90. Вода, поступая в стояк. вытесняет остыв шую 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 23 трубы стояка, вся вода, находившаяся в нем до момента начала подачи, будет вытеснена из стояка и температура воды в сояке примет новое значение. На различных участках трубы стояка в этот 30 момент значение температуры воды с точностью до изменения температуры воды во время ее движения по трубе стояка определяется измене. нием 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 4 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 элемен-3И ты 5, 6, 7. Аналогично вода, остывшая в нагревательном элементе 4, быстро проходит по на-гревательным элементам 5, 6, 7, 8 и вода, остывшая и нагревательных элементах 5, 6, 7,86 Ьбыстро проходит по нагревательному элемен.ту 8 и практически не изменяет температурустенок соответствующих нагревательных эле.ментов.При достижении объемом водыпоступившейв 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 моментунагревательные приборы 2,3, нагревает их стенкии остывает,Поскольку в начальный моментвремени температура воды в нагревательныхприборах 2,3 при остывании определяется задан.ным значением температуры воды на входе сто-,яка при подаче воды, то и стенки нагревательных приборов 2,3 за время остывания водынагреваются по разному, Это определяет зависимость мощности нагревательных приборов отзацанного значения температуры на входе системы 1 отопления при подаче в нее воды.Вместе с тем время остывания воды в нагревательных приборах 2,3 определяет минимальноезначение температуры воды в нагревательныхприборах 2,3, Поскольку во время остыванияводы скорость движения воды равна нулю, этоуменьшает перетекание воды из одного нагревательного прибора в другой, и поэтомууменьшает влияние температуры воды, находя.щейся в одном нагревательном приборе, натемпературу воды в других нагревательныхприборах, а следовательно, уменьшает взимнуюзависимость мощности различных нагревательныхприборов.Спустя некоторое время после прекращенияподачи воды в систему 1 отопления вода в нагревательных приборах 2,3 остывают и в систему 1 отопления вновь подают воду и повторяют цикл управления,Устройство для реализации данного способауправления мощностью однотрубной системы 1отопления содержит регулятор 9 температурыводы, регулятор 10 скорости движения воды,соединенные с системой 1 отопления своими выходами, устройство 11 измерения расхода воды,подключенное к системе своим входом, задатчик12 температуры воды, задатчик 13 времени остывання воды и блок 14 управления регуляторами скорости движения и температуры воды,состоящий из счетчика 15, дешифраторов 16 и17 и коммутаторов 18 и 19, Один из входовкоммутатора 18 соединен с выходом блока 11измерения расхода воды, другой вход - с задатчиком 13 времени остывания воды, а выходкоммутаторов 18 соединен с входом счетчика15, Выход счетчика 15 соединен с входамидешифраторов 16 и 17. Выход дешифратора 16соединен с управляющим входом коммутаторов18 и входом регулятора 10 скорости движения887886 воды. Выход дещифратора 17 соединен с управ. ляющим входом коммутатора 19, другой вход кото 1 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 дешиф п ратора 16 появляется сигнал, который поступает на вход регулятора 10 скорости движения воды и на управляющий вход коммутатора 18, С этого момента начинается новый цикл заполнения системы.15Регулятор 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 изме. рения расхода воды появляется сигнал, частота которого пропорциональна 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 увеличиваться 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 постоянным. В результате этого регулятор 10 скорости движения воды во времяз 5 заполнения системы водой подцерживает ско. рость движения воды максимально допустимой, а коммутатор 18 удерживается в положении, при котором на вход счетчика 15 поступает сигнал с выхода устройства 11 измерения рас- О хода воды. При этом счетчик 15 регистрирует текущее значение объема воды, поступившего в систему 1 отопления с момента начала ее по. дачи.Одновременно с подачей воды в систему де. 45 шифратор. 17 дешифрует значение счетчика 15, соответствующее интервалам изменения объема. воды, для которых задается температура воды, и формирует сигнал, поступающий на управля- ющий вход коммутатора 19, который переклю чает значения сигнала от задатчика 12 темпера. туры воды на вход регулятора 9 температуры воды который устанавливает заданное значение температуры воды на входе системы отопления 1. 55После заполнения воДой всего объема труб системы отопления скорость движения уменьшают до нуля на время остывания воды в системе, В этот момент сигнал на выходедешифратора 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 поступленияимпульсов 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 сое. диненными нагревательными приборами, включающий подачу воды в систему, изменение скорос. ти движения и температуры подаваемой воды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения эффективности управления мощностью системы за счет уменьшения взаимной зависимости мощностей нагревательных приборов, дополнительно измеряют расход подаваемой в системуводы, задают время остывания воды в системе и фиксируют момент заполнения водой всего объема труб системы, а подачу воды в систему осутцествляют 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 однотрубной системы отопления, включающее регулятор температуры воды, регулятор скорости движения воды, соединенные с системой выходами, и блок управления регуляторами скорости движения и температуры воды, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что оно снабжено блоком измерения расхода воды, подключенным к системе входом, задатчиком температуры воды и задатчиком времени остывания воды, а блок управления регуля. торами скорости движения и температуры воды выполнен в виде счетчика, двух дешифраторов и двух коммутаторов, причем олин из входов первого коммутатора соединен с выходом блока цэмерения расхода воЛы. другой вход - с задатчиком времени остывания воль, а выход пер.887886 Составитель В, АлекперовРедактор Н, Козлова Техред Е.Гаврилешко Корректор С, Жома Подписи 827комитета СССРткрытийкая наб д. 4/ аказ 10706 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Рауш, ул. Проектная, 4 Патент", г. У пиал вого коммутатора соединен с входом счетчика,выход которого соединен с входами обоих дешифраторов, выход одного из которых соеди-,нен с управляющим входом первого коммутато.ра и входом регулятора скорости движения воды, а выход другого дешифратора соединен суправляющим входом второго коммутатора,другой вход которого соединен с эадатчикомтемпературы воды, при этом выход второго коммутатора соединен с входом регулятора температуры воды.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР 3 ф 343117,кл. Р 24 О 300, 1972,2, Туркин В. П. Водяные системы отопленияс автоматическим управлением для жилых иобщественных зданий, М Стройиздат, 1976, с.80.