Устройство для автоматизированной балансировки сетей теплоснабжения зданий и сооружений

Полезная модель относится к средствам оптимизации работы тепловых сетей и может использоваться в жилищно-коммунальном хозяйстве. Задачей является повышение эффективности балансировки сетей теплоснабжения при ее автоматизации. Поставленная задача решается тем, что в устройство для автоматизированной балансировки сетей теплоснабжения зданий и сооружений, включающее в себя связанные между собой установленные в трубопроводе теплосети регулировочный вентиль 1 измеритель 2 расхода и температуры, введены вычислитель 3 переносимой теплоносителем тепловой энергии с функцией контроля параметров теплоносителя и привод 4. При этом регулировочный вентиль 1 представляет собой управляемый от привода 4 клапан, связанный с измерителем 2 расхода и температуры, вход вычислителя 3 соединен с выходами измерителя 2 расхода и температуры, один его выход подключен к входу привода 4 управления клапаном вентиля 1, а второй выход связан через интерфейс 5 с линией передачи данных. Введение в устройство вычислителя дает возможность вычислить количество тепловой энергии, переносимой теплоносителем в контролируемой проточной части теплосети, что в совокупности с введением в устройство привода и выполнением вентиля в виде клапана, управляемого от привода, срабатывающего по сигналу от вычислителя, обеспечивает возможность регулирования расхода теплоносителя в теплосети, балансируя тем самым работу системы отопления. 1 п.ф., 1 ил.

Полезная модель относится к средствам оптимизации работы тепловых сетей и может использоваться в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Известна система балансировки для гидравлической сети, описанная в статье «Балансировка гидравлики систем ОВК» на сайте www.rissert.ru/articles.html.

В известной системе клапаны соединены между собой параллельно. Оператор с помощью микропроцессорного прибора CBI поочередно замеряет для каждого из клапанов в его открытом и затем закрытом состоянии проектный расход, текущую настройку и записывает в него же номер клапана, его модель и размер. Прибор CBI вычисляет настройки всех клапанов модуля с учетом их взаимного влияния и оператор производит настройку всех клапанов модуля, балансируя всю систему.

Недостатком известного устройства является необходимость поочередного ручного замера расхода и перепада давления на всех клапанах системы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство регулировки, описанное в статье «Организация работы тепловых сетей: аудит, гидравлический расчет, анализ функционирования, регулирование» на сайте: http://rpk-su.ru/catalog2/?item=6.

В известном устройстве, состоящем из регулировочного вентиля и измерителей расхода и температуры, регулировочный вентиль выполнен в виде дроссельного устройства с регулируемым проходным сечением, на котором смонтированы ниппельные отборы, позволяющие оператору оперативно вручную присоединять к вентилю измерители - дифманометр для измерения перепада давления на вентиле, в качестве которого используется электронный измерительный комплекс «SBS-3000», содержащий собственно дифманометр и процессор для обработки сигнала с дифманометра, который по перепаду давления вычисляет расход теплоносителя, а также измеритель температуры (термопара), который может при необходимости входить в измерительный комплекс и который вводится оператором в поток также через ниппельный отбор. Таким образом, с помощью известного устройства оператор может вручную произвести измерение и регулировку расчетного значения расхода теплоносителя при отсутствии у потребителя приборов учета расхода, а также измерение напора у потребителя в статическом режиме.

Недостатком известного устройства является то, что измерение и корректировка производятся оператором вручную и недостаточно эффективно, т.к. при изменении расхода по одному стояку в других стояках расход также изменяется.

Задачей является повышение эффективности балансировки сетей теплоснабжения при ее автоматизации.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для автоматизированной балансировки сетей теплоснабжения зданий и сооружений, включающее в себя связанные между собой и установленные в трубопроводе теплосети регулировочный вентиль, измеритель расхода и температуры, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, введены привод и вычислитель переносимой теплоносителем тепловой энергии с функцией контроля параметров теплоносителя, при этом регулировочный вентиль представляет собой управляемый от привода клапан, связанный с измерителем расхода и температуры, вход вычислителя соединен с выходами измерителя расхода и температуры, один его выход подключен к входу привода управления клапаном вентиля, а второй выход связан через интерфейс с линией передачи данных.

Введение в устройство вычислителя дает возможность вычислить количество тепловой энергии, переносимой теплоносителем в контролируемой проточной части теплосети, что в совокупности с введением в устройство привода и выполнением вентиля в виде клапана, управляемого от привода, срабатывающего по сигналу от вычислителя, обеспечивает возможность регулирования расхода теплоносителя в теплосети, балансируя тем самым работу системы отопления.

Технический результат - автоматическое обеспечение балансировки гидравлической системы за счет управляемого по расходу и температуре теплоносителя изменения пропускной способности клапана.

Заявляемое устройство для автоматизированной балансировки сетей теплоснабжения зданий и сооружений обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как наличие привода управления клапаном и вычислителя, связанного с выходами измерителей расхода и температуры и со входом привода управления клапаном вентиля, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявляемое устройство может найти широкое применение для оптимизации работы тепловых сетей в жилищно-коммунальном хозяйстве, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где приведена структурно-функциональная схема заявляемого устройства.

Функционально в схему балансировочного устройства входят последовательно соединенные между собой следующие узлы: клапан 1 регулировочного вентиля, измеритель 2 расхода и температуры, вычислитель 3, привод 4 управления клапаном 1, выход которого соединен с клапаном 1, интерфейс 5, соединенный со вторым выходом вычислителя 3.

Назначение и выполнение узлов заявляемого устройства следующее.

Клапан 1 служит для регулирования расхода теплоносителя в отопительном стояке системы отопления зданий и установлен в проточной части тепловой системы здания.

Измеритель 2 содержит датчики температуры (ТЕпр - датчик температуры прямого трубопровода, ТЕобр - датчик температуры обратного трубопровода) и расхода теплоносителя (РЕ - датчик расхода). Он может содержать как сосредоточенные в одном конструктиве, так и разнесенные в пространстве датчики температуры и расхода.

Вычислитель 3 служит для обработки входных сигналов с датчиков температуры и расхода, вычисления количества тепловой энергии, переносимой теплоносителем в отдельных трубопроводах систем теплоснабжения, контроля параметров теплоносителя (температуры, плотности, удельной энтальпии, полной энтальпии), обеспечения обмена с внешними сетевыми устройствами по интерфейсу, ведения архивов измеренных значений, 2-х контурного пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулирования и выдачи управляющего воздействия на привод 4 управления клапаном 1. Вычислитель 3 содержит в своем составе элементы для аналого-цифрового преобразования сигналов, осуществления функции фильтрации, масштабирования, коррекции результатов обработки (иначе - калибровки измерения входных величин температуры и расхода теплоносителя по эталонным мерам), расчета различных параметров теплоносителя - температуры, разности температур, энтальпии, разности энтальпий, объемного расхода, массового расхода, объема, массы, тепла. Он может быть выполнен, например, на микропроцессоре.

Вычислитель 3 обеспечивает выполнение следующих функций:

- Измерение выходных сигналов от внешних термометров сопротивления и датчика расхода с преобразованием их в соответствующие физические величины;

- Вычисление количества тепловой энергии, переносимой теплоносителем в отдельных трубопроводах систем теплоснабжения;

- Контроль параметров теплоносителя (температуры, плотности, удельной энтальпии, полной энтальпии);

- Обеспечение связи с ведущим сетевым устройством по интерфейсу CAN и по беспроводному интерфейсу;

- Обеспечение технологической связи с аппаратурой обслуживающего персонала;

- Хранение собственной конфигурационной информации для обеспечения восстановления полной работоспособности ВИУ после сбоя по питанию;

- Счет времени, ведение календаря;

- Хранение архивов по расходу тепла, расходу воды;

- Двухконтурное регулирование параметров теплоносителя:

- 1 (нижний) контур - расход воды в обратном стояке;

- 2 (верхний корректирующий) - перепад температур воды в прямом и обратном стояках.

- Управление шаговым двигателем привода 4 регулировочного вентиля;

- Обеспечение диагностики функционирования вычислителя:

- диагностика неисправностей составляющих узлов балансировочного устройства при включении питания;

- диагностики параметров связи с сетевым контроллером;

- диагностики обрывов или неисправностей термометров сопротивления и выходных цепей ИРТ.

- Обеспечение встроенной сигнальной индикации:

- наличия/потери связи с сетевым контроллером;

- неисправности или обрыва линий связей от термометров сопротивления и выходов от измерителя расхода и температуры.

Привод 4 является исполнительным механизмом управления регулирующего клапана 1 отопительного стояка.

Посредством интерфейса 5 производится получение заданных значений (заданий регулирования) по расходу и температуре заявляемым устройством и передача измеренных значений и сервисных сообщений на управляющий модуль верхнего уровня и на диспетчерский пункт управления режимами отопления зданий (на чертеже не показаны).

Конструктивно в состав устройства входят следующие узлы:

- проточная часть клапана 1 регулировочного вентиля с управлением штока клапана 1 от привода 4;

- измеритель 2 с датчиками расхода и температуры теплоносителя;

- вычислитель 3 переносимой теплоносителем тепловой энергии с функцией контроля параметров теплоносителя, управляющий двигателем привода 4 по заданному закону регулирования;

- привод 4;

- комплект монтажных частей (на структурно-функциональной схеме не показан), необходимых для обеспечения измерения расхода с заданными метрологическими характеристиками.

Проточная части клапана 1 представляет собой элемент полнопроходной конструкции различного диаметра с арматурой (при необходимости) для присоединения к трубопроводу и проточной части балансировочного вентиля.

Измеритель 2 расхода и температуры и вычислитель 3 описаны выше.

Привод 4 клапана представляет собой шаговый гибридный биполярный электропривод, который состоит из корпуса привода с защитной крышкой, шагового двигателя и переходных соединительных элементов.

Внешние подключения электрических элементов привода к цепям вычислителя осуществляются с помощью сочленяемых разъемов и гермовводов.

Комплект монтажных частей представляет собой отрезки трубопроводов специальной формы, предназначенные для нормализации потока с целью обеспечения правильности первичных измерений, производимых измерителем 2.

Устройство для автоматизированной балансировки сетей теплоснабжения зданий и сооружений работает следующим образом.

Клапан 1 вентиля устанавливают в трубопроводе отопительной системы. В трубе стояка также монтируют датчики расхода и температуры измерителя 2. С первичных преобразователей расхода и температуры снимают расход и температуру теплоносителя. Эти значения поступают далее в вычислитель 3, который вычисляет количество тепловой энергии, переносимой теплоносителем в отдельном трубопроводе системы отопления и осуществляет контроль параметров теплоносителя (температуры, плотности, удельной энтальпии, полной энтальпии) и в зависимости от вычисленных и замеренных значений передает сигнал управления на шаговый двигатель привода 4 на изменение положения клапана 1 в потоке стояка, чтобы убавить или прибавить подачу теплоносителя. Со второго выхода вычислителя 3 через интерфейс 5 производится передача измеренных значений и сервисных сообщений на управляющий модуль верхнего уровня и на диспетчерский пункт управления режимами отопления зданий.

В сравнении с прототипом заявляемое устройство является более эффективным и позволяет производить балансировку гидравлической системы автоматически.

Устройство для автоматизированной балансировки сетей теплоснабжения зданий и сооружений, включающее в себя связанные между собой и установленные в трубопроводе теплосети регулировочный вентиль, измеритель расхода и температуры, отличающееся тем, что в него введены привод и вычислитель переносимой теплоносителем тепловой энергии с функцией контроля параметров теплоносителя, при этом регулировочный вентиль представляет собой управляемый от привода клапан, связанный с измерителем расхода и температуры, вход вычислителя соединен с выходом измерителя расхода и температуры, один его выход подключен к входу привода управления клапаном вентиля, а второй выход связан через интерфейс с линией передачи данных.