способ автоматического регулирования системы горячего водоснабжения

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования системы горячего водоснабжения, включающий измерение температуры горячей воды Т_г на выходе из теплообменника и поддержание ее на заданном уровне изменением расхода греющей воды регулирующим органом, отличающийся тем, что предварительно задают пороговое значение температуры холодной водопроводной воды Т_ХП, пороговое значение скорости изменения температуры холодной водопроводной воды V _ХП и интервал времени t₃ запаздывания переходного процесса по температуре горячей воды Т_r, затем на каждом цикле работы системы регулирования измеряют действительную температуру холодной водопроводной воды Т_х непосредственно во вводном патрубке теплообменника, вычисляют скорость изменения V_x температуры холодной воды по формуле

где , - температура холодной водопроводной воды, измеренная на предыдущем и текущем циклах соответственно, t_ц - интервал времени цикла, равный 0.1-1 с,

и в случае, если V_x превысит V_ХП при температуре Т_х больше, чем Т _ХП, увеличивают расход греющей воды до максимального значения в течение интервала времени t₃ путем полного открытия регулирующего органа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам централизованного теплоснабжения и может быть использовано для управления подогревом воды на нужды горячего водоснабжения жилых, административных и промышленных зданий.

Известен способ управления системой горячего водоснабжения [1], включающий измерение температуры горячей воды на выходе из второй ступени подогревателя горячего водоснабжения двухступенчатой последовательной схемы с циркуляционным контуром горячего водоснабжения и поддержание ее на требуемом уровне изменением расхода греющей воды, а также измерение температуры обратной сетевой воды до и после первой ступени подогревателя с последующей корректировкой, в зависимости от разности температур, температуры горячей воды на выходе из второй ступени подогревателя.

Недостатком данного способа является то, что он применим только при 2-х ступенчатой смешанной схеме горячего водоснабжения и не может быть использован, например, при подключении потребителей с параллельной одноступенчатой схемой горячего водоснабжения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ автоматического регулирования в установках горячего водоснабжения [2], включающий в себя контроль температуры горячей воды на выходе из теплообменника для поддержания ее на заданном уровне, путем изменения расхода греющей воды, и измерение расхода холодной водопроводной воды непосредственно перед теплообменником с последующей дополнительной коррекцией температуры горячей воды для предотвращения нежелательного снижения температуры горячей воды ниже допустимого значения при резком увеличении водоразбора.

Недостатком данного способа регулирования является относительно высокие капитальные и эксплуатационные затраты, связанные с необходимостью применения датчика расхода воды.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение в динамическом режиме заданных отклонений температуры горячей воды при снижение капитальных и эксплуатационных затрат на реализацию способа регулирования путем отказа от использования датчика расхода холодной воды.

Поставленная задача в предлагаемом способе автоматического регулирования горячего водоснабжения, включающем измерение температуры горячей воды Т_Г на выходе из теплообменника и поддержание ее на заданном уровне изменением расхода греющей воды регулирующим органом, достигается тем, что согласно изобретению предварительно задают пороговое значение температуры холодной водопроводной воды Т_ХП , пороговое значение скорости изменения температуры холодной водопроводной воды V_ХП и интервал времени t₃ запаздывания переходного процесса по температуре горячей воды T_Г, затем на каждом цикле работы системы регулирования измеряют действительную температуру холодной водопроводной воды Т_Х непосредственно во вводном патрубке теплообменника, вычисляют скорость изменения V_Х температуры холодной воды по формуле

где , - температура холодной водопроводной воды, измеренная на предыдущем и текущем цикле соответственно, t_Ц - интервал времени цикла, равный 0.1÷1 сек, и в случае, если V_Х превысит V_ХП при температуре Т_Х больше, чем Т_ХП, увеличивают расход греющей воды до максимального значения в течение интервала времени t₃ путем полного открытия регулирующего органа.

В заявляемом решении при работе системы автоматического регулирования возмущения по расходу холодной воды определяются косвенно по показаниям дополнительно устанавливаемого датчика температуры холодной воды, что позволяет обеспечить в динамическом режиме заданные отклонения температуры горячей воды. При этом установка датчика расхода холодной воды не требуется, что, в свою очередь, приводит к снижению капитальных и эксплуатационных затрат при реализации способа регулирования.

Способ проиллюстрирован чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная схема системы регулирования горячего водоснабжения, а на фиг.2 приведены графики, иллюстрирующие работу предлагаемого способа регулирования.

Принципиальная схема содержит прямой трубопровод 1 и обратный трубопровод 2 тепловой сети, на котором после теплообменника 3 установлен регулирующий орган 4. На трубопроводах холодного 5 и горячего 6 водоснабжения установлены датчики температуры 7 и 8 соответственно. Все датчики связаны с блоком управления 9 регулирующего органа 4.

На графиках изображены следующие линии: а - график изменения температуры холодной водопроводной воды, измеряемой непосредственно во вводном патрубке теплообменника датчиком температуры 7, b - линия порогового значения температуры холодной водопроводной воды, с - график скорости изменения температуры холодной водопроводной воды, вычисленная по формуле (1), d - линия порогового значения скорости изменения холодной водопроводной воды, е - график расхода холодной водопроводной воды, выраженный в процентах, f - линия 100-процентного расхода холодной водопроводной воды, g - ось реального времени.

Способ осуществляют следующим образом.

Прежде всего, экспериментально определяют пороговое значение температуры холодной водопроводной воды Т_ХП и пороговое значение скорости изменения температуры холодной водопроводной воды V_ХП. Для этого прогревают теплообменник при отсутствии водоразбора в течение интервала времени переходного процесса увеличения температуры Т_Х, измеряемой датчиком температуры 7. Задают пороговое значение температуры холодной водопроводной воды Т_ХП как среднее арифметическое значение между максимальной возможной температурой холодной воды перед теплообменником для данной системы горячего водоснабжения и температурой холодной воды, измеренной после прогрева теплообменника. Далее обеспечивают близкое к ступенчатому изменение расхода нагреваемой воды до значения, равного 30-40% от максимального возможного. При этом наблюдают изменение и фиксируют значения температуры Т_Х в течение времени переходного процесса уменьшения температуры Т_Х. По экспериментальным данным вычисляют максимальное изменение температуры Т_Х, и принимают его в качестве порогового значения скорости изменения температуры холодной водопроводной воды V_ХП.

Далее экспериментально определяют и задают интервал времени t ₃. Для этого обеспечивают максимальный возможный расход нагреваемой воды при отсутствии расхода греющей воды, после чего подают максимально возможный расход греющей воды в теплообменник и засекают время прогрева горячей воды, подаваемой потребителям, до заданного рабочего значения. Полученное значение времени прогрева принимают в качестве интервала времени t₃.

Затем устанавливают интервал времени цикла t_Ц, т.е. промежуток времени, по истечении которого будут считываться очередные показания датчиков и формироваться управляющие сигналы с блока управления. На практике значение этого параметра зависит от конкретной реализации блока управления (контроллера) и может находиться в интервале, например, 0.1÷1 сек. При этом увеличение t_Ц свыше 1 сек ведет к снижению точности работы системы регулирования. Уменьшение t_Ц ниже 0.1 сек из-за инерционности объекта регулирования (теплообменника) практически не повышает качество регулирования, однако приводит к необходимости увеличения вычислительной мощности блока управления и повышает его стоимость.

При отсутствии водоразбора, например, в ночное время суток расход холодной воды через теплообменник 3 близок к нулю, т.е. теплообменник находится в прогретом состоянии, при этом температура холодной воды T_Х в трубопроводе 5, измеренная датчиком 7, больше заданного порогового значения Т_ХП. Скорость изменения температуры холодной водопроводной воды V_Х, вычисленная по формуле (1), незначительна и меньше V_ХП. Блок управления 9 поддерживает заданную температуру горячей воды в трубопроводе 6, следя за показаниями датчика температуры 8.

При появлении водоразбора происходит снижение температуры холодной водопроводной воды Т_Х и соответственно увеличивается скорость изменения температуры холодной водопроводной воды V_х. При этом превышение V_х над V_ХП температуре Т _Х больше, чем Т_ХП, служит импульсом блоку управления 9 для увеличения расхода греющей воды, поступающей по подающему трубопроводу 1, путем полного открытия регулирующего органа 4, установленного на обратном трубопроводе 2, в течение интервала времени t₃, с целью уменьшения нежелательного снижения (провала) температуры горячей воды на выходе теплообменника 3. По окончании периода коррекции t₃ блок управления 9 поддерживает заданную температуру горячей воды, следя за показаниями датчика температуры 8.

Предлагаемый способ целесообразно использовать при автоматическом регулировании в системах горячего водоснабжения зданий, подключенных к системам централизованного теплоснабжения.

Источники информации

1. Пат.1495583 СССР, М. Кл.⁴ F 24 D 17/00. Способ управления системой горячего водоснабжения / Л.С.Локшин. - 1150439; Заявл. 07.05.87; Опубл. 23.07.89, Бюл. №27.

2. Благих В.Т. Автоматическое регулирование отопления и вентиляции. - Челябинск: Южно-Уральское кн. изд., 1964. - С.84-92.