§ 2. Измерительно-информационное устройство для управления подачей тепла в здания

Измерительно-информационное устройство разработано ЛНИИ АКХ им. К. Д. Памфилова и предназначено для вычисления приведенной температуры наружного воздуха по формуле (47). Помимо наружной температуры, формула учитывает влияние ветра на тепловые потери зданий, а также различную динамику тепловых потерь через теплоемкие и нетеплоемкие ограждения.

Рис. 41. Принципиальная электрическая схема измерительно-информационного устройства

1 — первичный преобразователь скорости ветра; 2 — первичный преобразователь температуры наружного воздуха; 3 — первичный преобразователь температуры в модели наружной стены (датчик медленных теплопотерь); 4, 5, 6 — операционные усилители; 7 — автоколебательный мультивибратор; 8, 9 — сравнивающее устройство; 10, /1 — ключи; 12 — сумматор; 13 — индикатор; 14 — переключатель

Устройство (рис. 41) выполняет следующие функции: принимает сигналы от трех первичных преобразователей (датчиков); температуры наружного воздуха ts, скорости ветра w, температуры, характеризующей медленные тепловые потери, tM. Вместо сигналов от преобразователей данные о параметрах наружных воздействий могут вводиться в устройство через блок ручного и дистанционного задания;

сопоставляет указанные сигналы и уставки вариационного характера (коэффициенты -ф и dp), отражающие конструктивно-планировочные и теплотехнические свойства зданий и заданное значение температуры воздуха в помещениях);

выдает регулятору системы автоматического управления или диспетчеру тепловой сети сигнал, пропорциональный приведенной температуре наружного воздуха. В качестве датчиков наружных тепловых воздействий в комплекте с указанным прибором могут быть применены:

для измерения ta — термопара типа ТХК.-09, установленная в малогабаритной метеорологической будке;

для измерения w — анеморумбометр М-47 или любой другой датчик ветра с выходным сигналом 0 — 10 В;

для измерения tM — термопара ТХК-09, установленная внутри физической модели стены.

Первичные сигналы поступают на аналоговый преобразователь информации с устройствами для задания теплотехнических характеристик здания (г/з и dv) и температуры воздуха внутри здания, а также с индикатором приведенной температуры.

Измерение выходного сигнала производится вольтметром постоянного тока, шкала которого проградуирована в градусах Цельсия, запись показаний и управление подачей тепла осуществляются подключением к выходу (через делитель напряжения) электронного самопишущего потенциометра.

Опытная эксплуатация измерительно-информационного устройства, осуществляемая уже в течение нескольких лет в тепловой сети Ленэнерго в качестве «советчика» диспетчера (рис. 42), показала его высокую эффективность.

Рис. 42, Центральный диспетчерский пульт тепловой сети Ленэнерго с измерительно-информационным устройством

Вместе с тем выявилась необходимость некоторой модернизации устройства, предусматривающей разработку нескольких дополнительных блоков: сигнализатора — для сигнализации отклонения фактической приведенной температуры от заданной для источника тепла более чем на ±2 °С;

прогнозатора для вычисления приведенной прогнозируемой температуры;

переключателя управления с первичных измеряемых сигналов на задаваемые прогнозируемые;

имитаторов температуры наружного воздуха и скорости ветра;

клавишного наборного поля для набора прогнозируемых значений температур наружного воздуха и скорости ветра.

Возможны различные способы использования измерительно-информационного устройства. При ручном регулировании отпуска тепла от ТЭЦ прибор может применяться в качестве «советчика» диспетчера тепловой сети. В этом случае для определения температуры воды, подаваемой в сеть, диспетчер пользуется заданным отопительным графиком, по оси абсцисс которого откладывается приведенная температура t. np (рис. 43).

Рис. 43. Схема использования измерительно-информационного устройства в качестве «советчика» диспетчера

Для ввода необходимой информации в устройство могут быть использованы датчики наружной температуры, ветра и медленных тепловых потерь, монтируемые на здании диспетчерского пункта. Установка и обслуживание датчиков должны производиться в соответствии с правилами монтажа и эксплуатации метеорологических приборов.

Ориентировочный учет запаздывания в системе теплоснабжения по управляющему воздействию может быть произведен в соответствии с «Временной инструкцией по регулированию отпуска тепловой энергии с ТЭЦ Ленэнерго при помощи «советчика» диспетчера, разработанной ЛНИИ АКХ совместно с теплосетью Ленэнерго (инженеры Д. М. Сорочкина, В. С. Спицын, А. И. Грушин). При этом вместо приведенной температуры наружного воздуха регулирование производится по расчетной температуре для диспетчерского графика по формуле

где н.гр- температура наружного воздуха для отопительного графика; н. пр — приведенная температура наружного воздуха, определяемая измерительно-информационным устройством ; (щ. прогн — наружная температура по прогнозу, значение которой сообщается органами Гидрометеослужбы.

В случае, если за период регулирования приведенная температура отклоняется от расчетной для отопительного графика более чем на ±3°С, производится соответствующая корректировка режима отопления (см. рис. 43).

Второй способ применения модернизированного измерительно-информационного устройства в качестве «советчика» диспетчера предусматривает использование для целей регулирования специализированного прогноза погоды Гидрометеослужбы, включающего сведения о прогнозируемых значениях температуры наружного воздуха и скорости ветра с предварением 12 ч. Эти данные могут поступать в устройство непосредственно по телемеханическим каналам связи либо приниматься диспетчером по телефону и вводиться в устройство через блок ручного дистанционного задания — прогнозатор (рис. 44).

Рис. 44. Схема использования измерительно-информационного устройства в качестве «советчика» диспетчера с получением от метеорологической службы специализированного прогноза

При автоматическом управлении отпуском тепла от ТЭЦ, районной или квартальной котельной измерительно-информационное устройство может рассматриваться как один из датчиков САР (датчик приведенной температуры ta, пр). Схемы автоматического управления подачей тепла от ТЭЦ для условий открытых и закрытых систем теплоснабжения приводятся ниже (см. рис. 55 и 57).

Один из возможных вариантов применения измерительно-информационного устройства для автоматического регулирования теплопроизводительности квартальной отопительной котельной показан на рис. 45 .

Рис. 45. Вариант структурной схемы автоматического управления подачей тепла для квартальной отопительной котельной

Особенность теплоснабжения от этой котельной заключается в том, что централизованное производство тепловой энергии предусматривает покрытие только отопительной нагрузки. Приготовление горячей воды для бытовых нужд децентрализовано и осуществляется с помощью газовых или электрических водонагревателей, установленных непосредственно в квартирах. В связи с этим система автоматического управления предусматривает отпуск тепла от котельной по отопительному, а не по балансовому графику.

В связи с незначительной протяженностью тепловых сетей, а следовательно, и небольшой величиной запаздывания при передаче управляющего воздействия, учет прогноза погоды при регулировании не осуществляется.

Данные о приведенной температуре наружного воздуха, температуре воды, возвращающейся в котельную, расходе воды в сети, а также о коэффициенте суточного программного отпуска тепла поступают на вычислительное устройство, формирующее закон изменения температуры воды в подающем трубопроводе Т в соответствии с заданным алгоритмом управления.

Перспективной областью применения измерительно-информационного устройства является система управления работой автоматизированных центральных тепловых пунктов. При этом возможны следующие способы его использования.

При первом способе устройство устанавливается в центральном диспетчерском пункте, откуда осуществляется контроль за параметрами теплоносителя в центральных тепловых пунктах, а также телеуправление режимами их работы. С этой целью значение приведенной температуры наружного воздуха в виде соответствующего электрического сигнала подается на вход регуляторов расхода тепла и воды, которые регулируют температуру и расход воды во внутриквартальных сетях (рис. 46).

Рис. 46. Схема автоматического управления работой ЦТП с помощью мерительно-информационного устройства, установленного в ЦДП

Второй способ заключается в оборудовании каждого теплового пункта своим измерительно-информационным устройством. Датчики наружных тепловых воздействий располагаются в непосредственной близости от ЦТП. На основе полученной от них информации устройство выдает регулятору расхода тепла сигнал, пропорциональный значению приведенной температуры наружного воздуха (рис.47).

Рис. 47. Технологическая схема автоматического управления работой ЦТП с использованием автономного измерительно-информационного устройства

Регулятор в соответствии с заданным алгоритмом управления обеспечивает регулирование температуры воды во внутриквартальных тепловых сетях. Второй регулятор изменяет расход воды в этих сетях согласно заданной зависимости между температурой и расходом воды.

В дальнейшем при совершенствовании иерархической структуры управления системой теплоснабжения путем создания КРП, очевидно, будет целесообразно устанавливать в них измерительно-информационные устройства.

Рассматриваемое измерительно-информационное устройство может использоваться для решения функциональных задач, стоящих как перед центральным регулированием отпуска тепла, так и перед промежуточными ступенями управления.

В зависимости от характера теплоснабжающей системы, от варианта использования устройства (на ТЭЦ, в котельной, в КРП или ЦТП), а также от уровня автоматизации систем теплоснабжения целесообразно применять различные модификации этого устройства: с учетом или без учета прогноза погоды, солнечной радиации и т. д.