Патент на изобретение №2308823

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВКИ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРООТОПИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в электроотопительных системах, использующих электронагреватели типа электрических котлов. Техническим результатом является повышение быстродействия, экономичности и надежности в эксплуатации. В способе регулирования мощности электроотопительной системы и устройстве для его реализации на начальном этапе после включения электроотопительной системы по величине наибольшего тока одной из секций электронагревателей, превысившего максимальное заданное значение, выдают управляющую команду для включения насоса и осуществляют охлаждение теплоносителя до величины наибольшего тока в одной из секций ниже минимального заданного значения. Выдают управляющую команду на выключение насоса и осуществляют разогрев теплоносителя. Цикл повторяют до достижения температурой теплоносителя на входе электронагревателей значения, превышающего температурную уставку и положительный температурный гистерезис. Выдают команду на выключение всех секций нагревателей и включают и выключают насос на интервал времени в несколько десятков секунд. Осуществляют выдачу команд для управления секциями нагревателей, каждой из которых соответствует разный отрицательный температурный гистерезис по поступающей информации от датчиков температуры на входе и выходе электронагревателей и температуры воздуха в помещении, когда для поддержания заданной температуры теплоносителя или воздуха включают сначала одну секцию электронагревателей и, если мощности одной секции недостаточно для разогрева теплоносителя или воздуха до соответствующей температуры, включают вторую секцию и при необходимости третью и т.д. Насос включают на несколько секунд перед включением секции электронагревателей и выключают с задержкой на несколько десятков секунд после выключения секций электронагревателей. Во время работы снимают показания токов потребления каждой секцией электронагревателей и время нахождения их во включенном состоянии, анализируют их и делают выводы об эффективности системы по затратам на отопление. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Предлагаемый способ относится к теплоэнергетике, в частности к электроотопительным системам, использующим электронагреватели типа электрических котлов.

Специфика электронагревателей состоит в том, что в условиях высоких тарифов на электроэнергию для повышения эффективности их работы требуется регулировка мощности электронагревателей для достижения энергосберегающего эффекта. Известно, что мощность электрических котлов зависит как от их геометрических размеров, числа секций электронагревателей, а для электродных котлов еще и от диаметров и длины электродов, их числа, расстояния между ними, площади взаимодействия и от электропроводности теплоносителя, которая в несколько раз меняется в процессе нагрева и эксплуатации котла. В этих условиях возникает необходимость регулировки мощности электронагревателей.

Известен способ регулировки мощности электрических котлов, используемый в котлах “РусНИТ-230;236;245” [1], где ручным способом осуществляется трехступенчатая регулировка мощности – 33%, 66% и 99% от максимальной путем коммутации разного числа секций нагревателей. Недостатки этого способа: необходимо переключать мощности электронагревателей оператором и отсутствие контроля регулировки мощности.

Известен другой способ регулировки мощности электродного котла, в котором изменяют площадь взаимодействия электродов и с помощью электромотора подвижные электроды меняют свое положение относительно неподвижных электродов [2]. Недостатки данного способа: частичное использование площади электродов; большая инерционность изменения мощности котла; наличие механически вращающихся, подвижных, частей, что приводит к низкой надежности электроотопительной системы.

Наиболее близкими по технической сущности и выполняемой функции к заявляемому способу является способ повышения эффективности работы электродного котла и устройство для его реализации [3], включающий получение информации с датчиков температуры теплоносителя на входе и выходе электронагревателей и температуры воздуха в помещении, ее обработку и выдачу управляющих команд для ускоренного разогрева теплоносителя путем управления на начальном этапе работой электрокотла по потребляемому току, регулируя подачу теплоносителя в котел с помощью насоса, а по достижении заданного значения температуры теплоносителя на входе электрокотла переход на управление по температуре, т.е. получение информации с датчиков, ее обработку и выдачу управляющих команд на исполнительные органы, при этом управление работой котла основано на сравнении измеренной температуры каждого из каналов (“вход”, “выход” электрокотла, “воздух”) с температурной уставкой данного канала. Если температура выше установки и положительного гистерезиса – электрокотел выключается. Если температура ниже установки и отрицательного гистерезиса – электрокотел включается. Если ни одно из предыдущих условий не выполняется, то состояние электрокотла сохраняется неизменным.

Недостатки данного способа: регулировка мощности по току возможна лишь для одного электрокотла или одной секции (фазного электрода) электродного котла и только на начальном этапе его работы при первом разогреве теплоносителя; не реализуется регулирование мощности отопительной системы на основном продолжительном этапе отопительного периода, что имеет наибольшее значение для достижения энергосберегающего эффекта.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что он включает в себя получение информации с датчиков температуры теплоносителя на входе и выходе электронагревателей и температуры воздуха в помещении, ее обработку и выдачу управляющих команд. Отличается тем, что на начальном этапе после включения всех секций электронагревателей электроотопительной системы по величине наибольшего тока одной из секций электронагревателей, превысившего максимальное заданное значение, выдают управляющую команду для включения насоса и осуществляют охлаждение теплоносителя до величины наибольшего тока в одной из секций ниже минимального заданного значения. После этого выдают управляющую команду на выключение насоса и осуществляют разогрев теплоносителя. Этот цикл повторяют до достижения температуры теплоносителя на входе электронагревателей до температуры выше температурной установки и положительного температурного гистерезиса, после чего выдают команду на выключение всех секций электронагревателей и на временной интервал в несколько десятков секунд включают и выключают насос. Далее осуществляют выдачу команд для управления секциями электронагревателей, каждой из которых соответствует разный отрицательный температурный гистерезис по поступающей информации от датчиков температуры на входе и выходе электронагревателей и температуры воздуха в помещении, когда для поддержания заданной температуры теплоносителя или воздуха включают сначала одну секцию электронагревателей и, если мощности одной секции недостаточно для разогрева теплоносителя или воздуха до соответствующей температуры, включают вторую секцию и при необходимости третью. При этом насос включают за несколько секунд до включения первой секции электронагревателей и выключают с задержкой на несколько десятков секунд после выключения работавших секций нагревателей. Во время работы снимают показания токов потребления каждой секцией электронагревателей и время нахождения их во включенном состоянии. Эти показания анализируют и делают выводы об эффективности системы по затратам на отопление. В предложенном способе регулировки мощности электроотопительной системы с использованием нескольких секций электронагревателей разные температурные уставки для регулирования температуры теплоносителя на входе или выходе электронагревателей или температуры воздуха задают заранее или оперативно, используя дистанционный канал связи, в виде двух значений, которые переключают или во время суток, или в течение недели, или и во время суток и дней недели. Перед первым включением электронагревателей измеряют относительную проводимость теплоносителя и при превышении ею заданной предельно допустимой величины электронагреватели не включают, а о неисправности отопительной системы извещают как с помощью аварийной сигнализации, так и по дистанционному каналу связи.

С учетом решаемой задачи на начальном этапе, когда все секции электронагревателей включены, осуществляют регулирование по току, включая и выключая насос таким образом, что значение наибольшего потребляемого тока одной из секций электронагревателей не превышает заданного максимального значения тока. Это позволяет более быстро “разогреть” каждую секцию электронагревателей – довести их мощность до номинальной, т.е. повысить эффективность работы секционированных электродных котлов. Одновременно предотвратить “перегрев” секций, контролируя наибольшие значения тока по заданным предельно допустимым токовым установкам секций электронагревателей.

При превышении температуры теплоносителя на входе секций электронагревателей соответствующих температурных уставок и положительного температурного гистерезиса все секции электронагревателей выключают и на временной интервал в несколько десятков секунд включают и выключают насос и далее при снижении температуры теплоносителя или воздуха в помещении ниже первого отрицательного температурного гистерезиса вначале включают насос и через несколько секунд включают первую секцию электронагревателей и, если ее мощности достаточно, чтобы разогреть теплоноситель или воздух в помещении до соответствующих заданных температурных уставок и положительного гистерезиса, отопление будет осуществляться пониженной мощностью отопительной системы. Если мощности одной секции недостаточно и температура теплоносителя или воздуха, снижаясь, стала ниже второго отрицательного гистерезиса, включают вторую секцию электронагревателей и т.д. При этом насос включают в процессе регулирования за несколько секунд до включения первой секции электронагревателей и выключают с задержкой на несколько десятков секунд после выключения работавших секций нагревателей.

Температурные уставки для входа и выхода электронагревателей и для воздуха в помещении задают разными, при этом каждая из них имеет два значения, которые коммутируют в течение суток, или в течение недели, или и в течение суток и недели.

Датчики тока используются не только на начальном этапе (при регулировке по току), но на основном продолжительном этапе работы, когда непрерывно снимают показания тока и время работы каждой секции во включенном состоянии. Эти показания анализируют для оценки энергозатрат на отопление.

Перед включением электронагревателей измеряют относительную проводимость теплоносителя (воды или заменяющей ее жидкости, используемой в отопительной системе), так как от проводимости теплоносителя зависит номинальная мощность секций электродных котлов, их срок службы и их безаварийная работа. При этом одновременно измеряют уровень теплоносителя в отопительной системе, так как если относительная проводимость равна 0, то значит теплоносителя или нет, или его недостаточно в системе. Относительную проводимость измеряют с помощью датчика, выполненного в виде двух электродов, обладающих коррозийной стойкостью, расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга и вмонтированных через изолирующие герметичные шайбы в муфту, устанавливаемую в отопительную систему. Если замкнуть электроды датчика, то показания относительной проводимости будут соответствовать единице (это максимальная проводимость – короткое замыкание. Если разомкнуть электроды, это соответствует отсутствию теплоносителя в системе, показания относительной проводимости нулевые. Соответствие относительной проводимости и удельного сопротивления, полученное экспериментально для воды с температурой от 5 до 50°С, приведено ниже (для расстояния между электродами 2 см и переменного напряжения частотой 1кГц, амплитудой 5В).

В соответствии с рекомендациями фирмы “Галан плюс” [4] используемый теплоноситель для электродных котлов должен иметь удельное сопротивление не менее 1,3 кОм·см, что соответствует показаниям не более 0,85 измерителя относительной проводимости. Именно такое пороговое значение задают при работе с электродными котлами. При превышении относительной проводимостью теплоносителя порогового значения электронагреватели не включают и сигнализируют о неготовности отопительной системы к работе.

Задание всех параметров производят как с помощью модуля ввода данных, так и оперативно с помощью дистанционного канала связи.

Все это позволяет реализовать надежное энергосберегающее отопление, когда в разное время суток или дней недели минимизируется число используемых секций электронагревателей на отопление.

Известное устройство для реализации способа, взятого в качестве прототипа [1], содержит микроЭВМ, датчики температуры на входе и выходе электрокотла, датчик температуры воздуха в помещении, датчик тока, блок согласования, модуль индикации и ввода параметров, ключ управления насосом, насос, блок управления электрокотлом, электрокотел, блок аварийной сигнализации, блок питания.

Недостатки известного устройства: не может управлять мощностью нескольких секций электронагревателей, несколькими фазными электродами или несколькими электрокотлами на начальном этапе “разогрева” теплоносителя; не позволяет регулировать мощность секций электронагревателей в зависимости от разных температурных установок для теплоносителя или воздуха в разное время суток и в разные дни недели на основном этапе отопления; не контролирует качество и наличие используемого теплоносителя; не позволяет оперативно задавать параметры регулирования по дистанционному каналу связи.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что оно дополнительно содержит два датчика тока, два блока согласования, датчик уровня и относительной проводимости теплоносителя, модуль сопряжения, два блока управления электрокотлами, два электрокотла, таймер, выход которого подключен ко входу микроЭВМ, дополнительные датчики тока и датчик уровня и относительной проводимости теплоносителя подключены к микроЭВМ соответственно через дополнительные блоки согласования и модуль сопряжения, причем выходы микроЭВМ подключены через дополнительные блоки управления к дополнительным электрокотлам. Кроме того, устройство содержит GSM модем для дистанционного ввода-вывода параметров и для аварийной сигнализации.

Введение двух дополнительных датчиков тока с блоками согласования дает возможность контролировать токи отдельных электрокотлов (секций электронагревателей или электродов) для управления по наибольшему току электрокотлов (секций или электродов) на начальном этапе для “разогрева” теплоносителя.

Дополнительные электрокотлы (секции электронагревателей или электроды) с блоками управления введены для эффективного управления мощностью электроотопительной системы за счет разных температурных гистерезисов для каждого электрокотла (секции или электрода).

Введение таймера-часов реального времени позволяет коммутировать температурные уставки в разное время суток и дней недели.

Введение датчика уровня и относительной проводимости повышает надежность и срок службы отопительной системы.

Введение GSM модема со схемой интерфейса позволяет дистанционно оперативно вводить-выводить параметры отопительной системы и принимать сообщения о ее неисправностях.

Все указанные признаки позволяют реализовать эффективное регулирование мощностью секций электронагревателей при минимальных энергозатратах на отопление.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит (см. фиг.1) однокристальную микроЭВМ 1 со встроенной электрически перепрограммируемый памятью, датчик температуры теплоносителя на выходе электрокотлов 2, датчик измерения температуры теплоносителя на входе электрокотлов 3, датчик измерения температуры воздуха в помещении 4, датчик тока 5 и блок согласования 6 первого электрокотла 15, датчик тока 7 и блок согласования 8 второго электрокотла 17, датчик тока 9 и блок согласования 10 третьего электрокотла 19, модуль индикации и ввода параметров 11, ключ управления 12 насосом 13, блок управления 14 первым электрокотлом 15, блок управления 16 вторым электрокотлом 17, блок управления 18 третьим электрокотлом 19, блок аварийной сигнализации 20, источник питания 21, датчик уровня и относительной проводимости теплоносителя 22 с модулем сопряжения 23 датчика уровня и проводимости теплоносителя 22 с входом однокристальной микроЭВМ 1, таймер с источником питания 24 и GSM модем 25 со схемой интерфейса.

Практическая реализация данного устройства выполняется по известным схемам с использованием однокристальной микроЭВМ 1 со встроенной электрически перепрограммируемой памятью и последовательным интерфейсом типа PIC16F648A фирмы Microchip или подобной. В качестве датчиков температуры 2, 3 и 4 используются цифровые датчики температуры DS18S20 фирмы Maxim/Dallas Semiconductors. Возможно применение в качестве датчиков тока 5, 7, 9 токовых трансформаторов. Блоки согласования 6, 8, 10 – АЦП AD7893 фирмы Analog Devices. Модуль индикации и ввода параметров 11 содержит семисегментный светодиодный индикатор на четыре знакоместа фирмы King Bright и кнопки типа ПКН 150-1. Семисегментный светодиодный индикатор предназначен для вывода часов и минут и временных параметров в режиме установки текущих значений температуры по каждому из каналов “ВЫХОД”, “ВХОД”, “ВОЗДУХ”, а также температурных уставок каждого из этих каналов в режиме установки/просмотра параметров. Кроме того, выводятся текущие значения токов потребления каждой секцией обогревателей и соответствующие токовые уставки в режиме установки. Индицируются также текущие энергозатраты на отопление в дневное и ночное время и относительная проводимость теплоносителя. Светодиодные индикаторы предназначены для отображения состояния каждого электрокотла (секции или электрода) и аварийной ситуации. Блок аварийной сигнализации 20 выполнен по стандартным схемам, реализующим в качестве ключа транзистор с открытым коллектором. Кнопки модуля индикации и ввода параметров 11 используются для установки/просмотра параметров регулирования и для управления работой отопительной системы. На фиг.2 приведен внешний вид передней панели микроЭВМ 1 с модулем и индикации и ввода параметров 11 для отопительной системы с тремя электрокотлами. Нажатие на кнопку “С” приводит к полной инициализации устройства. Нажатие на кнопку “+” или “-” приводит к перебору текущего времени, текущих температур на входе, выходе электрокотлов и температуры воздуха в помещении, токов электрокотлов, относительной проводимости теплоносителя, ночных и дневных кВт-часов каждого котла. В режиме перебора этих величин нажатие на кнопку “*” приводит к выводу значения уставки данного канала, которую кнопками “+” или “-” можно увеличивать/уменьшать значение параметра.

Каждый из трех температурных каналов (выход, вход электрокотлов и воздух), в которых производится съем информации от датчиков температуры, содержит четыре параметра регулирования:

1) Основные температурные уставки (высокие-High) H1, H2 и Н3 (“ВЫХОД”, “ВХОД”, “ВОЗДУХ” соответственно) (10-90°С).

2) Дополнительные, энергосберегающие температурные уставки (низкие-Low) уставки L1, L2 и L3 (10-60°С).

3) Номер рабочей программы P1, P2 и Р3 (№1-№5). Рабочие программы регулирования температуры могут быть пяти типов: №1) без учета времени (регулирование идет по основной одной уставке Н); №2) без учета времени (регулирование идет по дополнительной уставке L); №3) суточная программа (сутки разделяются на два интервала hH и hL – от времени hH действует уставка Н до времени hL, когда действует уставка L); №4) недельная программа (неделя разделяется на два интервала dH и dL); №5) смешанная программа (совместное выполнение суточной и недельной программ).

4) Температурный гистерезис для регулирования мощностью трех электрокотлов F11, F12, F13, F21, F22, F23, F31, F32, F33 (0-9°C).

Для каждого из трех электрокотлов для регулирования по току и для проверки относительной проводимости теплоносителя имеются четыре параметра:

1) Предельно допустимые, максимальные и минимальные токовые уставки трех электрокотлов А11, А12, А13, А21, А22, А23, А31, А32, А33 (0-40 Ампер).

2) Пороговое значение относительной проводимости С (0,5-0,95).

Временные параметры таймера-часов реального времени следующие:

1) Текущее время, часы (0-23).

2) Текущее время, минуты (0-59).

3) Текущий день недели dC – от английского слова day Current (1-7).

4) Время начала работы основной уставки, часы hH (0-23).

5) Время начала работы дополнительной уставки, часы hL (0-23).

6) День начала работы основной уставки dH (1-7).

4) День начала работы дополнительной уставки dL (1-7).

В качестве ключа управления насосом 12 и блоков управления электрокотлов 14, 16, 18 могут быть использованы оптронные семисторы фирмы Motorola, твердотельные реле на соответствующие номинальные мощности насоса и электрокотлов. Таймер-часы реального времени 24 выполнены на микросхеме DS1302 фирмы Maxim/Dallas Semiconductors, а в качестве источника питания таймера используется литиевая батарейка CR1220 фирмы GP. В качестве GSM модема 25 используется радиомодем МС35 Terminal фирмы SIEMENS со схемой последовательного интерфейса (RS232) на микросхеме МАХ232. МикроЭВМ 1 управляет GSM модемом с помощью АТ-команд. SMS-сообщения передаются в стандартном PDU-формате. Электроды датчика 22 уровня и относительной проводимости теплоносителя подключены через модуль 23 сопряжения со входом микроЭВМ. Модуль сопряжения 23 содержит генератор, формирующий переменное напряжение (для исключения электролиза теплоносителя), подаваемое на один электрод датчика, а снимаемое со второго электрода напряжение в модуле сопряжения 23 выпрямляется и преобразуется в АЦП в цифровой код, который через последовательный интерфейс с оптронной развязкой передается в микроЭВМ 1.

Как уже отмечалось, кроме управления по току насосом 13 на начальном этапе процесса отопления для быстрого “разогрева” теплоносителя в отопительной системе, измерение тока каждого электрокотла (секции или электродов электронагревателей) производится для оценки энергозатрат на отопление. Для этого программно реализованы в микроЭВМ счетчики часов работы каждого электрокотла (секции электронагревателей) во включенном состоянии как в ночное время (с 23:00 до 7:00), так и в остальное время суток, значения которых умножаются на измеренные соответствующие токи потребления каждой секцией нагревателей, и после умножения на величину рабочего напряжения сети эти данные заносятся в память микроЭВМ с возможностью вывода на дисплей. Для оценки энергозатрат на отопление необходимо в начале месяца зафиксировать соответствующие трехзначные показания, выводимые на индикатор, через месяц снять новые показания, из которых вычесть соответствующие предыдущие значения, разность и даст потраченные киловатт-часы на отопление в ночное время и в остальное время суток каждым электрокотлом. Если применяется двухтарифный учет электроэнергии, то показания для ночного времени соответствуют тарифу, который в 4 раза дешевле, а значит и затраты на отопление будут заметно ниже.

Блок аварийной сигнализации 20 со светодиодной сигнализацией дополнен передачей SMS сообщений с помощью GSM модема 25, подключаемого через схему последовательного интерфейса к микроЭВМ. Кроме тревожных сообщений об отключении сети, превышении максимально допустимой температуры на выходе котла или достижении минимально допустимой температуры в помещении с помощью GSM модема, возможно дистанционное регулирование температуры в системе отопления. Для этого с сотового телефона, номер которого занесен в телефонную книгу или SIM карту модема, вначале передается SMS “Т1=?”. В ответ через GSM модем передается сообщение, например, “Т1=+25”, т.е. это температура воздуха в помещении равна 25 градусам Цельсия. Если необходимо изменить температурную уставку, передается SMS “H1=20”, в ответ принимается SMS “H1ОK20” как подтверждение измененной температурной уставки H1. После этого отопительная система отрабатывает откорректированную дистанционно новую температурную уставку по воздуху в помещении. Также можно корректировать и другие параметры.

Работу устройства, реализующего предлагаемый способ, удобно рассмотреть на конкретном следующем примере. На фиг.3 изображена схема устройства с использованием трех секций электронагревателей в виде трех однофазных электродных котлов, каждый из которых имеет, например, мощность 3 кВт, включенных по параллельной схеме (входные патрубки котлов объединены, также объединены и выходные патрубки), и суммарная электрическая мощность которых соответствует заданной 9кВт.

После включения блока питания на микроЭВМ подается питающее напряжение. Происходит инициализация управляющей программы, считывание параметров, сохраненных в энергонезависимой памяти микроЭВМ. Затем опрашиваются все датчики температуры, датчик уровня и относительной проводимости теплоносителя и датчики тока, схема часов реального времени и GSM модем. Измеряется датчиком уровня и относительной проводимости соответствующее значение. Если относительная проводимость в норме (то есть не равно 0 и не больше параметра С), то измеренная температура на входе электронагревателей сравнивается с соответствующей температурной уставкой (то есть Н2 или L2 с учетом времени суток и дней недели), если температура ниже заданного значения уставки, то включаются все три секции обогревателей (три электрокотла). В микроЭВМ постоянно осуществляется мониторинг относительной проводимости теплоносителя и потребляемых токов, и, если при нагреве оказывается, что проводимость теплоносителя выше пороговой С или ток потребления в какой-либо из нагревательных секций выше предельно допустимого (А11, или А21, или А31), нагрев выключается и микроЭВМ сигнализирует с помощью блока аварийной сигнализации и через GSM модем о критической ситуации для ее устранения. Следует заметить, что измерение относительной проводимости теплоносителя производится с достаточно большой постоянной времени, для того чтобы интегрально оценивать качество теплоносителя и изменение его свойств от температуры и от времени, в то же время измерение потребляемых токов секциями обогревателей производится практически мгновенно (единицы миллисекунд) и позволяет исключить превышение предварительно введенных в микроЭВМ максимально допустимых значений потребляемого тока A11, A21, А31, предохраняя электродные котлы и силовые цепи от разрушения. Электродные котлы, применяемые для отопительных целей, имеют мощности от 3 до 25 кВт и рабочий объем менее 4 литров, поэтому время разогрева жидкости без циркуляции в электрокотлах до температуры, при которой электрокотлы достигают номинальную мощность (контроль осуществляется по величине потребляемого тока), при первом включении равен нескольким минутам. Когда наибольший из потребляемых электрокотлами ток сравняется с максимальным (А12, или А22, или A32), включается насос, который впрыскивает в рабочий объем котлов порцию холодной жидкости, что приводит к снижению мощности электрокотлов (снижается температура жидкости в рабочем объеме, и, следовательно, уменьшается и ее проводимость). Уменьшение наибольшего из потребляемых электрокотлами тока ниже заданного минимального значения (А13, или А23, или А33) формирует сигнал отключения насоса. Затем цикл регулирования мощности котлов по току повторяется (см. фиг.4). Благодаря использованию отбора наибольших токов разных секций происходит быстрое перемешивание потоков теплоносителя в секциях и быстрое достижение заданной температуры на входе нагревателей. После достижения заданной температурной уставки и положительного гистерезиса на входе электронагревателей их выключают и на временной интервал в несколько десятков секунд включают и выключают насос. Затем производится контроль снижения температуры на входе котлов, и, если эта температура упала ниже температурной уставки минус первый гистерезис (например, 3 градуса),сначала включится насос и через несколько секунд включится только один электрокотел. Если же мощности одного котла не хватит разогреть теплоноситель или воздух до требуемой температуры и температура упадет ниже температурной уставки минус второй гистерезис (например, 6 градусов),включится и второй электрокотел. В цикле регулирования будут участвовать два котла. При дальнейшем снижении температуры, например, еще на три градуса может включиться третий котел. При выключении котлов в цикле регулирования с задержкой в несколько десятков секунд выключается насос. За счет того, что анализируется изменение потребляемого тока каждой секцией обогревателей, т.е. контролируется средняя мощность теплоустановки и для 33%, и для 66%, и для 99% от максимальной при достижении требуемой температуры теплоносителя или воздуха в помещении, обеспечивается выбор оптимальной средней мощности отопительной системы с использованием минимального числа электрокотлов с учетом реальных условий отопления, в том числе и климатических, для конкретного отопительного сезона.

На фиг.4 показано схематично, как меняется температура на входе электронагревателей на начальной этапе быстрого разогрева теплоносителя, когда производится включение и выключение насоса в зависимости от наибольшего тока электрокотлов. При достижении температуры на входе электрокотлов равной H2+F23 (Н2 – это температурная уставка на входе котла с привязкой ко времени суток hH или дню недели dH, F23 – положительный гистерезис), все электрокотлы выключают и на временной интервал в несколько десятков секунд включают и выключают насос, а при снижении температуры ниже H2-F21 (F21 – первый отрицательный гистерезис для первого электрокотла) сначала включают насос и через несколько секунд включают первый электрокотел, однако его мощности не хватает для достижения требуемой температуры H2+F21. Температура продолжает снижаться и достигает значения H2-F22, при этом включают второй электрокотел, который вместе с первым электрокотлом способствует достижению температуры H2+F22. Эти два электрокотла отключаются, и с задержкой в несколько десятков секунд выключают насос, и процесс регулирования повторяется до времени hL или до дня недели dL, когда текущая температура сравнивается с другой температурной уставкой L2, более низкой (энергосберегающей, включенной по программе от таймера), отработка которой возможна только включением и выключением одного электрокотла, мощностью в три раза меньшей мощности всей отопительной системы. Переход к энергосберегающему режиму отопления может осуществляться как по температуре теплоносителя на входе (по уставкам Н2, L2 и гистерезисам F21, F22, F23) или выходе электрокотлов (по уставкам Н3, L3 и гистерезисам F31, F32, F33), так и по температуре воздуха в помещении (по уставкам H1, L1 и гистерезисам F11, F12, F13), в зависимости от выбранных параметров при этом отрабатываются оптимальные значения мощности электрокотлов, с использованием их минимального числа.

На фиг.5 приводится пример реализации упрощенного варианта предложенного устройства, когда производится управление мощностью только одного электродного котла, а три секции электронагревателей – это три электрода трехфазного котла.

Проведенные измерения показали, что использование отопительной системы с секциями электрообогревателей позволяет не только более быстро выходить на заданную температуру теплоносителя, но и обеспечивает при этом высокую экономичность и надежность в эксплуатации отопительной системы. Особенно эффективно использование секционированного регулирования мощностью электронагревателей, когда требуются повышенные мощности электрических котлов. Например, для большого здания требуется мощность электрического котла 75 кВт, в то время как максимальная мощность выпускаемых, например, электродных котлов обычно не превышает 25 кВт. Включение трех котлов и управление ими в энергосберегающем режиме в соответствии с предлагаемым способом обеспечит как повышенную требуемую мощность электроотопительной системы, так и экономию затрат на отопление. Именно такой подход был использован при экспериментальной проверке опытного образца устройства, реализующего предлагаемый способ в системе отопления подмосковной гостиницы спортивного аэроклуба на Новорязанском шоссе. Здесь также использовалось наращивание мощности отопительной системы за счет секций электронагревателей – трехфазных котлов на 25 кВт. Эксплуатация этой отопительной системы в течение года подтвердила более ее высокую эффективность по сравнению с раннее эксплуатируемой системой отопления.

Источники информации

1. Техническое описание электроотопительных котлов “РусНИТ-230;236;245” ЗАО “РУСНИТ”, г.Рязань, пр.Шабулина, 2а. Тел.36-01-49. на сайте www.rusnit.ru

2. Способ регулирования мощностью электродного котла. Патент US №3978313, НКИ 392-315, 1976.

3. Способ повышения эффективности работы электрического котла и устройство для его реализации. Патент РФ №2256302 С1, класс Н05В 3/60, Н05В 1/02, 2005.

4. Котел электродный водогрейный “Beril-3”. Руководство по эксплуатации. Фирма “ГАЛАН ПЛЮС “, Москва, Партийный пер.1, на сайте www.galan.ru.

Формула изобретения

1. Способ регулировки мощности электроотопительной системы, включающей получение информации с датчиков температуры теплоносителя на входе и выходе электронагревателей и температуры воздуха в помещении, ее обработку и выдачу управляющих команд, отличающийся тем, что по величине наибольшего тока одной из секций электронагревателей превышающего максимальное заданное значение выдают управляющую команду для включения насоса, осуществляют охлаждение теплоносителя и по величине наибольшего тока одной из секций электронагревателей ниже минимального заданного значения выдают управляющую команду для выключения насоса и осуществляют разогрев теплоносителя, данный цикл повторяют до достижения температуры теплоносителя на входе электронагревателей заданной температурной установки и положительного температурного гистерезиса, после чего выдают команду на выключение всех секций нагревателей, и на временной интервал в несколько десятков секунд включают и выключают насос и далее осуществляют выдачу команд для управления секциями электронагревателей с разными отрицательными гистерезисами в соответствии с обработкой информации от упомянутых датчиков температуры и поддерживают заданную температуру, используя минимальное число секций электронагревателей, показания токов которых и время во включенном состоянии снимают и анализируют, при этом насос включают за несколько секунд до включения секции электронагревателей и выключают с задержкой на несколько десятков секунд после выключения секций электронагревателей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что максимальное заданное значение потребляемого тока каждой секцией электронагревателей не превышает тока соответствующего номинальной мощности секции.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что максимальное заданное значение потребляемого тока каждой секцией электронагревателей не превышает максимально допустимого значения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданные значения температурных установок для теплоносителя на входе и выходе электронагревателей и для воздуха в помещении имеют по два значения.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданные значения температурных установок на входе и выходе электронагревателей и для воздуха в помещении оперативно изменяют по дистанционному каналу связи.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед включением электронагревателей измеряют относительную проводимость теплоносителя.

7. Устройство для реализации способа, включающее микроЭВМ с модулем индикации и ввода параметров, электрокотел, датчики температуры на входе и выходе электрокотла, датчик температуры воздуха в помещении, датчик тока, блок согласования, блок управления электрокотлом, блок аварийной сигнализации, блок питания, дополнительно содержит два датчика тока, два блока согласования, датчик уровня и относительной проводимости теплоносителя, модуль сопряжения, два электрокотла, два блока управления электрокотлами, насос, ключ управления насосом, который включается, когда наибольший из потребляемых ток сравняется с максимальным, таймер, выход которого подключен ко входу микроЭВМ, датчики тока и датчик уровня и относительной проводимости теплоносителя подключены к микроЭВМ соответственно через блоки согласования и модуль сопряжения, причем выходы микроЭВМ, подключены через блоки управления к электрокотлам, при этом питающее напряжение на микроЭВМ подается после включения блока питания.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что дистанционный ввод-вывод параметров осуществляют через GSM модем.

9. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что оно содержит блок аварийной сигнализации, при этом микроЭВМ с помощью блока аварийной сигнализации через GSM модем сигнализирует о критической ситуации, если при нагреве оказывается, что проводимость теплоносителя или ток в какой-либо из нагревательных секций выше предельно допустимых значений.

РИСУНКИ