[RU]

1. Теплоизмерительная система (10) для оценивания тепловой энергии, которой обмениваются совокупность теплообменных устройств (H _1,1 , ..., H _1,n1 , …, H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ) центральной тепловой установки (I) для генерации и доставки тепловой энергии, и потребительский комплекс (U) в течение заранее определенного периода времени ( Δt _TOT ), причем потребительский комплекс (U) включает в себя совокупность потребителей тепла (U ₁ , ..., U _m ), подлежащих контролю, причем центральная тепловая установка (I) включает в себя трубопровод снабжения (С), через который протекает жидкий теплоноситель, способный избирательно принимать совокупность рабочих конфигураций (s), определяющих соответствующие каналы снабжения для жидкого теплоносителя, и тепловой блок (G), предназначенный для генерации нужного изменения тепловой энергии в жидком теплоносителе, поступающем из трубопровода снабжения С, нагнетательное устройство (Р), предназначенное для создания принудительной циркуляции жидкого теплоносителя по трубопроводу снабжения (С), совокупность теплообменных устройств (H _1,1 , ..., H _1,n1 , …, Н _2,1 , ..., Н _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ), подключенных к трубопроводу снабжения (С), распределенных между потребителями тепла (U ₁ , ..., U _m ), избирательно пропускающих через себя жидкий теплоноситель согласно рабочей конфигурации трубопровода снабжения (С) и обеспечивающих теплообмен между жидким теплоносителем и потребителями тепла (U ₁ , ..., U _m ), система (10) отличается тем, что содержит первое средство датчика (12, 14, 16, 18, 20), выполненное с возможностью связи с трубопроводом снабжения (С) и предназначенное для выдачи главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s), выражающих физические величины, представляющие работу трубопровода снабжения (С) в течение периода времени ( Δt _TOT ), причем главные сигналы (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) содержат сигналы, представляющие следующие физические величины: расход жидкого теплоносителя, текущего по основному подающему участку трубопровода снабжения (С), первую и вторую температуры жидкого теплоносителя на основном подающем участке и на основном возвратном участке соответственно трубопровода снабжения (С), рабочую конфигурацию (s) трубопровода снабжения (С), и разность давлений ( ΔР) жидкого теплоносителя между основным подающим участком и основным возвратным участком соответственно трубопровода снабжения (С), и средство управления (22), содержащее средство памяти (23), предназначенное для сохранения термогидродинамической модели (М), первоначально заданной и представляющей центральную тепловую установку (I), идентифицированную на основании физических величин, представляющих работу трубопровода снабжения (С), и теплообменных устройств (H _1,1 , ..., H _1,n1 , …, H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ), выявленных в указанных условиях работы и стимуляции установки (I), и данных, выражающих изменение главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) в течение периода времени ( Δt _TOT ), и средство обработки (24), предназначенное для приема на своем входе данных, выражающих изменение главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) в течение периода времени ( Δt _TOT ), от средства памяти (23), и способное обрабатывать данные согласно термогидродинамической модели (М) и выдавать на своем выходе данные , которые представляют оценку тепловой энергии , которой индивидуально обмениваются между собой каждое теплообменное устройство (H _1,1 , ..., H _1,n1 , …, H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ) и соответствующий потребитель тепла

2. Система по п.1, в которой первое средство датчика (12, 14, 16, 18, 20) предназначено для регистрации только главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) и средство обработки (24) предназначено для выдачи только выходных данных как функции первых данных (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s).

3. Система по п.1, в которой первое средство датчика (12, 14, 16, 18, 20) дополнительно содержит вспомогательное средство датчика, предназначенное для регистрации данных, выражающих дополнительные физические величины, связанные с элементами и компонентами вне трубопровода снабжения (С).

4. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая совокупность клапанных устройств установленных между трубопроводом снабжения (С) и теплообменными устройствами (H _1,1 , ..., H _1,n1 , … H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ) для управления потоком жидкого теплоносителя через теплообменные устройства (H _1,1 , ..., H _1,n1 , … H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ), причем рабочие конфигурации определяются состоянием активации клапанных устройств

5. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая средство идентификации (28), предназначенное для первоначальной идентификации термогидродинамической модели (М) и передачи термогидродинамической модели (М) в средство памяти (23).

6. Система по п.5, в которой первое средство датчика (12, 14, 16, 18, 20) дополнительно содержит вторичное средство датчика, предназначенное для выдачи на средство идентификации (28) вторичных сигналов, выражающих физические величины, представляющие работу трубопровода снабжения (С) на других промежуточных участках последнего, причем средство идентификации (28) выполнено с возможностью задавать последовательность заранее определенных рабочих и стимуляционных конфигураций (s) в трубопроводе снабжения (С) и идентифицировать первоначально заданную термогидродинамическую модель (М), регистрируя изменение главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) и вторичных сигналов как функцию последовательности рабочих конфигураций (s) и стимуляционных конфигураций, заданной в установке (I).

7. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой вторичные датчики могут быть установлены с возможностью отсоединения от установки (I).

8. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая средство преобразования для преобразования тепловой и/или кинетической энергии жидкого теплоносителя, текущего в трубопроводе снабжения (С), в электрическую энергию, предназначенное для обеспечения локального электропитания по меньшей мере одного элемента системы.

9. Система по п.8, в которой средство преобразования содержит микротурбины для преобразования кинетической энергии жидкого теплоносителя в электрическую энергию.

10. Система по п.8, в которой средство преобразования содержит блок магнитогидродинамического преобразования, благодаря которому жидкий теплоноситель делается электропроводящим путем добавления подходящих химических присадок.

11. Система по п.8, в которой средство преобразования содержит блок для прямого преобразования тепловой энергии, которую можно извлечь из жидкого теплоносителя или с поверхностей теплообменных элементов, в электрическую энергию.

12. Система по п.8, в которой средство преобразования содержит систему для создания общего и равномерного изменения со временем внутреннего давления трубопровода снабжения (С) относительно давления внешней среды, помимо перепада давления, создаваемого насосом Р, который изменяется со временем, причем система включает в себя совокупность преобразовательных устройств, расположенных вдоль трубопровода снабжения (С), связанных с элементами, на которые нужно подавать питание, причем эти устройства приспособлены преобразовывать изменение давления в электрическую энергию.

13. Способ оценивания тепловой энергии, которой обмениваются совокупность теплообменных устройств (H _1,1 , ..., H _1,n1 , … H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ) центральной тепловой установки (I) для генерации и доставки тепловой энергии и потребительский комплекс (U) в течение заранее определенного периода времени ( Δt _TOT ), причем потребительский комплекс (U) включает в себя совокупность потребителей тепла (U ₁ , ..., U _m ), подлежащих контролю, причем центральная тепловая установка (I) включает в себя трубопровод снабжения (С), через который протекает жидкий теплоноситель, способный избирательно принимать совокупность рабочих конфигураций (s), определяющих соответствующие каналы снабжения для жидкого теплоносителя, и тепловой блок (G), предназначенный для генерации нужного изменения тепловой энергии в жидком теплоносителе, поступающем из трубопровода снабжения (С), нагнетательное устройство (Р), предназначенное для создания принудительной циркуляции жидкого теплоносителя по трубопроводу снабжения (С), совокупность теплообменных устройств (H _1,1 , ..., H _1,n1 , … H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ), подключенных к трубопроводу снабжения (С), распределенных между потребителями тепла (U ₁ , ..., U _m ), избирательно пропускающих через себя жидкий теплоноситель согласно рабочей конфигурации трубопровода снабжения (С) и обеспечивающих теплообмен между жидким теплоносителем и потребителями тепла (U ₁ , ..., U _m ), способ отличается тем, что содержит этапы, на которых идентифицируют и сохраняют термогидродинамическую модель (М), структурно и топологически представляющую установку (I), на основании физических величин, представляющих работу трубопровода снабжения (С), и теплообменных устройств (H _1,1 , ..., H _1,n1 , … H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ), выявленных в указанных условиях работы и стимуляции установки (I), регистрируют в течение заранее определенного периода времени ( Δt _TOT ) главные сигналы (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s), выражающие работу трубопровода снабжения (С), и сохраняют данные, выражающие изменение главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) в течение периода времени ( Δt _TOT ), причем главные сигналы (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) содержат сигналы, представляющие следующие физические величины: расход жидкого теплоносителя, текущего по основному подающему участку трубопровода снабжения (С), первую и вторую температуры жидкого теплоносителя на основном подающем участке и на основном возвратном участке соответственно трубопровода снабжения (С), рабочую конфигурацию (s) трубопровода снабжения (С) и разность давлений ( ΔР) жидкого теплоносителя между основным подающим участком и основным возвратным участком , соответственно, трубопровода снабжения (С), обрабатывают данные, выражающие изменение главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s), в течение периода времени ( Δt _TOT ) согласно термогидродинамической модели (М), чтобы выдавать на выходе данные , которые представляют оценку тепловой энергии , которой индивидуально обмениваются между собой каждое теплообменное устройство (H _1,1 , ..., H _1,n1 , … H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ) и соответствующий потребитель тепла (U ₁ , ..., U _m ).

(57) Реферат / Формула:

1. Теплоизмерительная система (10) для оценивания тепловой энергии, которой обмениваются совокупность теплообменных устройств (H _1,1 , ..., H _1,n1 , …, H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ) центральной тепловой установки (I) для генерации и доставки тепловой энергии, и потребительский комплекс (U) в течение заранее определенного периода времени ( Δt _TOT ), причем потребительский комплекс (U) включает в себя совокупность потребителей тепла (U ₁ , ..., U _m ), подлежащих контролю, причем центральная тепловая установка (I) включает в себя трубопровод снабжения (С), через который протекает жидкий теплоноситель, способный избирательно принимать совокупность рабочих конфигураций (s), определяющих соответствующие каналы снабжения для жидкого теплоносителя, и тепловой блок (G), предназначенный для генерации нужного изменения тепловой энергии в жидком теплоносителе, поступающем из трубопровода снабжения С, нагнетательное устройство (Р), предназначенное для создания принудительной циркуляции жидкого теплоносителя по трубопроводу снабжения (С), совокупность теплообменных устройств (H _1,1 , ..., H _1,n1 , …, Н _2,1 , ..., Н _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ), подключенных к трубопроводу снабжения (С), распределенных между потребителями тепла (U ₁ , ..., U _m ), избирательно пропускающих через себя жидкий теплоноситель согласно рабочей конфигурации трубопровода снабжения (С) и обеспечивающих теплообмен между жидким теплоносителем и потребителями тепла (U ₁ , ..., U _m ), система (10) отличается тем, что содержит первое средство датчика (12, 14, 16, 18, 20), выполненное с возможностью связи с трубопроводом снабжения (С) и предназначенное для выдачи главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s), выражающих физические величины, представляющие работу трубопровода снабжения (С) в течение периода времени ( Δt _TOT ), причем главные сигналы (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) содержат сигналы, представляющие следующие физические величины: расход жидкого теплоносителя, текущего по основному подающему участку трубопровода снабжения (С), первую и вторую температуры жидкого теплоносителя на основном подающем участке и на основном возвратном участке соответственно трубопровода снабжения (С), рабочую конфигурацию (s) трубопровода снабжения (С), и разность давлений ( ΔР) жидкого теплоносителя между основным подающим участком и основным возвратным участком соответственно трубопровода снабжения (С), и средство управления (22), содержащее средство памяти (23), предназначенное для сохранения термогидродинамической модели (М), первоначально заданной и представляющей центральную тепловую установку (I), идентифицированную на основании физических величин, представляющих работу трубопровода снабжения (С), и теплообменных устройств (H _1,1 , ..., H _1,n1 , …, H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ), выявленных в указанных условиях работы и стимуляции установки (I), и данных, выражающих изменение главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) в течение периода времени ( Δt _TOT ), и средство обработки (24), предназначенное для приема на своем входе данных, выражающих изменение главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) в течение периода времени ( Δt _TOT ), от средства памяти (23), и способное обрабатывать данные согласно термогидродинамической модели (М) и выдавать на своем выходе данные , которые представляют оценку тепловой энергии , которой индивидуально обмениваются между собой каждое теплообменное устройство (H _1,1 , ..., H _1,n1 , …, H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ) и соответствующий потребитель тепла

2. Система по п.1, в которой первое средство датчика (12, 14, 16, 18, 20) предназначено для регистрации только главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) и средство обработки (24) предназначено для выдачи только выходных данных как функции первых данных (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s).

3. Система по п.1, в которой первое средство датчика (12, 14, 16, 18, 20) дополнительно содержит вспомогательное средство датчика, предназначенное для регистрации данных, выражающих дополнительные физические величины, связанные с элементами и компонентами вне трубопровода снабжения (С).

4. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая совокупность клапанных устройств установленных между трубопроводом снабжения (С) и теплообменными устройствами (H _1,1 , ..., H _1,n1 , … H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ) для управления потоком жидкого теплоносителя через теплообменные устройства (H _1,1 , ..., H _1,n1 , … H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ), причем рабочие конфигурации определяются состоянием активации клапанных устройств

5. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая средство идентификации (28), предназначенное для первоначальной идентификации термогидродинамической модели (М) и передачи термогидродинамической модели (М) в средство памяти (23).

6. Система по п.5, в которой первое средство датчика (12, 14, 16, 18, 20) дополнительно содержит вторичное средство датчика, предназначенное для выдачи на средство идентификации (28) вторичных сигналов, выражающих физические величины, представляющие работу трубопровода снабжения (С) на других промежуточных участках последнего, причем средство идентификации (28) выполнено с возможностью задавать последовательность заранее определенных рабочих и стимуляционных конфигураций (s) в трубопроводе снабжения (С) и идентифицировать первоначально заданную термогидродинамическую модель (М), регистрируя изменение главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) и вторичных сигналов как функцию последовательности рабочих конфигураций (s) и стимуляционных конфигураций, заданной в установке (I).

7. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой вторичные датчики могут быть установлены с возможностью отсоединения от установки (I).

8. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая средство преобразования для преобразования тепловой и/или кинетической энергии жидкого теплоносителя, текущего в трубопроводе снабжения (С), в электрическую энергию, предназначенное для обеспечения локального электропитания по меньшей мере одного элемента системы.

9. Система по п.8, в которой средство преобразования содержит микротурбины для преобразования кинетической энергии жидкого теплоносителя в электрическую энергию.

10. Система по п.8, в которой средство преобразования содержит блок магнитогидродинамического преобразования, благодаря которому жидкий теплоноситель делается электропроводящим путем добавления подходящих химических присадок.

11. Система по п.8, в которой средство преобразования содержит блок для прямого преобразования тепловой энергии, которую можно извлечь из жидкого теплоносителя или с поверхностей теплообменных элементов, в электрическую энергию.

12. Система по п.8, в которой средство преобразования содержит систему для создания общего и равномерного изменения со временем внутреннего давления трубопровода снабжения (С) относительно давления внешней среды, помимо перепада давления, создаваемого насосом Р, который изменяется со временем, причем система включает в себя совокупность преобразовательных устройств, расположенных вдоль трубопровода снабжения (С), связанных с элементами, на которые нужно подавать питание, причем эти устройства приспособлены преобразовывать изменение давления в электрическую энергию.

13. Способ оценивания тепловой энергии, которой обмениваются совокупность теплообменных устройств (H _1,1 , ..., H _1,n1 , … H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ) центральной тепловой установки (I) для генерации и доставки тепловой энергии и потребительский комплекс (U) в течение заранее определенного периода времени ( Δt _TOT ), причем потребительский комплекс (U) включает в себя совокупность потребителей тепла (U ₁ , ..., U _m ), подлежащих контролю, причем центральная тепловая установка (I) включает в себя трубопровод снабжения (С), через который протекает жидкий теплоноситель, способный избирательно принимать совокупность рабочих конфигураций (s), определяющих соответствующие каналы снабжения для жидкого теплоносителя, и тепловой блок (G), предназначенный для генерации нужного изменения тепловой энергии в жидком теплоносителе, поступающем из трубопровода снабжения (С), нагнетательное устройство (Р), предназначенное для создания принудительной циркуляции жидкого теплоносителя по трубопроводу снабжения (С), совокупность теплообменных устройств (H _1,1 , ..., H _1,n1 , … H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ), подключенных к трубопроводу снабжения (С), распределенных между потребителями тепла (U ₁ , ..., U _m ), избирательно пропускающих через себя жидкий теплоноситель согласно рабочей конфигурации трубопровода снабжения (С) и обеспечивающих теплообмен между жидким теплоносителем и потребителями тепла (U ₁ , ..., U _m ), способ отличается тем, что содержит этапы, на которых идентифицируют и сохраняют термогидродинамическую модель (М), структурно и топологически представляющую установку (I), на основании физических величин, представляющих работу трубопровода снабжения (С), и теплообменных устройств (H _1,1 , ..., H _1,n1 , … H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ), выявленных в указанных условиях работы и стимуляции установки (I), регистрируют в течение заранее определенного периода времени ( Δt _TOT ) главные сигналы (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s), выражающие работу трубопровода снабжения (С), и сохраняют данные, выражающие изменение главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) в течение периода времени ( Δt _TOT ), причем главные сигналы (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s) содержат сигналы, представляющие следующие физические величины: расход жидкого теплоносителя, текущего по основному подающему участку трубопровода снабжения (С), первую и вторую температуры жидкого теплоносителя на основном подающем участке и на основном возвратном участке соответственно трубопровода снабжения (С), рабочую конфигурацию (s) трубопровода снабжения (С) и разность давлений ( ΔР) жидкого теплоносителя между основным подающим участком и основным возвратным участком , соответственно, трубопровода снабжения (С), обрабатывают данные, выражающие изменение главных сигналов (Q _man. , T _man. , T _rit. , P _man. , P _rit. , s), в течение периода времени ( Δt _TOT ) согласно термогидродинамической модели (М), чтобы выдавать на выходе данные , которые представляют оценку тепловой энергии , которой индивидуально обмениваются между собой каждое теплообменное устройство (H _1,1 , ..., H _1,n1 , … H _2,1 , ..., H _2,n2 , ..., H _m,1 , ..., H _m,nm ) и соответствующий потребитель тепла (U ₁ , ..., U _m ).

---

Евразийское ои 025762 (13) В1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента (51) Int. Cl. G01K17/10 (2006.01)
2017.01.30
(21) Номер заявки 201170869
(22) Дата подачи заявки
2009.12.22
(54) ТЕПЛОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ОЦЕНИВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ
ЭНЕРГИИ, КОТОРОЙ ОБМЕНИВАЮТСЯ СОВОКУПНОСТЬ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ И ДОСТАВКИ ТЕПЛОВОЙ
ЭНЕРГИИ, И ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЙ КОМПЛЕКС
(31) TO2008A000961
(32) 2008.12.22
(33) IT
(43) 2012.02.28
(86) PCT/IB2009/055912
(87) WO 2010/073220 2010.07.01
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ИНДЖЕНИЯ С.Р.Л. (IT)
(72) Изобретатель:
Ареста Алессио, Бари Федерико, Фронтерре' Микеле, Греко Козимо, Малан Стефано, Мазоэро Марко, Вандони Джорджио (IT)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) US-A-4509679
WO-A1-03060448 FR-A1-2503863
(57) Описана виртуальная теплоизмерительная система (10), содержащая совокупность датчиков (12, 14, 16, 18, 20), выполненных с возможностью связи с трубопроводом снабжения центральной тепловой установки (I) и предназначенных для выдачи главных сигналов (Qman., Tmm., Trit, Pman., Prit, s), выражающих физические величины, представляющие работу трубопровода снабжения (С) в течение заранее определенного периода времени (AtTOT); устройство управления (22), содержащее модуль памяти (23), предназначенный для сохранения термогидродинамической модели (М), первоначально заданной и представляющей центральную тепловую установку (I), идентифицированную на основании физических величин, представляющих работу трубопровода снабжения (С), и теплообменных устройств (H11, H1n1; H21, H2n2; Hm1, Hmnm), выявленных в указанных условиях работы и стимуляции установки (I); и данных, выражающих изменение главных сигналов (Qman., Tmail, Trit, Pman., Prit, s) в течение периода времени (AtTOT) ; и блок обработки (24), предназначенный для приема на своем входе данных, выражающих изменение главных сигналов (Qman., Tmm, Trit, Pman., Prit, s) в течение периода времени (AtTOT), и способный обрабатывать эти данные согласно термогидродинамической модели (М) и выдавать на своем выходе данные (ELI, Ё!,Г11; ё2,1, ё2,"2; ?",,!, Ёш,пт), которые представляют оценку тепловой энергии (Еи, E1n1; E21, E2n2; Em1, Emnm), которой индивидуально обмениваются между собой каждое теплообменное устройство (Hu, H^m; H2,1, H2,n2; Hm,1,Hm,nm) и соответствующий потребитель тепла (U1,..., Um).
Изобретение относится к системе и способу оценивания тепловой энергии, которой обмениваются совокупность теплообменников центральной установки для генерации и доставки тепловой энергии, и потребительский комплекс.
В уровне техники известны теплоизмерители или измерительные устройства, также именуемые прямыми теплоизмерителями, прямыми измерителями стоимости нагрева или термическими измерителями, которые во всех случаях требуют прямых мгновенных измерениях расхода жидкого теплоносителя через каждый отопительный прибор (или группу отопительных приборов) и разности температур одной и той же жидкости между входом и выходом отопительного прибора (или группы). Эти измерительные устройства состоят из следующих компонентов:
двух датчиков температуры;
датчика расхода;
электронной системы для обработки и дискретизации сигналов от трех датчиков и их обработки; памяти для хранения тепловых измерений; компонента отображения измерений и
при необходимости компонента для передачи данных измерений.
Данные, поступающие от датчиков (одного датчика расхода и двух датчиков температуры), собираются и сохраняются электронной системой теплоизмерителя и затем интегрируются по времени для получения их элемента данных энергии. Этот элемент данных может отображаться на блоке отображения устройства, если таковой присутствует, и/или может сохраняться в его внутренней памяти и/или передаваться на общий блок дистанционного управления. Теплоизмерительные устройства такого типа экономически выгодны только для нагревательных установок, имеющих так называемую "горизонтальную", "кольцевую" или "площадную" систему подачи жидкого теплоносителя.
Системы такого типа требуют наличия в каждом жилом помещении внутреннего кольца снабжения (или ограниченного количества колец), которое обслуживает все отопительные приборы жилого помещения и подключено к единичному ответвительнсму узлу главного канала снабжения. В этом случае энергию, выделяемую всеми отопительными приборами единичного жилого помещения, можно измерять с помощью единичного прямого измерителя для каждого внутреннего кольца жилого помещения. Аналогично, в этом случае температуру можно регулировать, управляя потоком жидкого теплоносителя, для чего вблизи ответвления от главного канала снабжения предусмотрен блок электромагнитного клапана для кольца снабжения.
С другой стороны, если системы снабжения относятся к стояковому или вертикальному типу, где каждый отопительный прибор единичного жилого помещения подключен к отдельной трубе главного канала снабжения, которая проходит вертикально через все здание, прямая теплоизмерительная система экономически невыгодна, поскольку каждый отопительный прибор требует отдельного теплоизмерителя и, следовательно, отдельной группы датчиков (двух датчиков температуры и одного датчика расхода) с соответствующей электронной системой. Такое техническое решение потребовало бы более агрессивных монтажных работ, сопряженных с дополнительными затратами, пропорциональными количеству отопительных приборов, и оказывало бы заметное влияние на внешний вид жилого помещения. Дополнительный недостаток сопряжен с тем, что совокупные размеры датчика расхода превышают доступное место между отопительным прибором и стеной, в которую заделаны подающая и возвратная трубы для жидкого теплоносителя; кроме того, для датчика расхода требуются дополнительные входной и выходной прямолинейные патрубки, препятствующие возникновению в жидкости турбулентности, которая снижает точность измерения. Поэтому, из физических соображений, датчик расхода, в общем случае, нельзя устанавливать на каждом отопительном приборе. Кроме того, в зависимости от физического принципа, лежащего в основе работы любого данного датчика расхода, он может иметь другие недостатки. Например, производительность механических датчиков расхода снижается с течением времени, если жидкость имеет высокое содержание взвешенных примесей, которые действительно присутствуют в жидкостях, используемых в нагревательных установках. Другие типы датчика расхода, например, электромагнитные или ультразвуковые датчики потребляют слишком много энергии и чрезмерно дороги. Таким образом, хотя прямые теплоизмерители являются идеальными устройствами для измерения переносимого тепла, они никогда прежде не использовались для измерения количества теплоты, которым обмениваются центральная отопительная система стоякового типа и ее потребители.
Системы другого типа для измерения потребления потребителей, обслуживаемых центральными нагревательными или охладительными установками, используют приборы учета стоимости тепла. Приборы учета стоимости тепла это устройства, известные в течение десятков лет и предназначенные для решения проблемы измерения количества теплоты в вертикальных (стояковых) установках. Их принцип работы основан на:
измерении средней температуры отопительного прибора приборами учета стоимости тепла, установленными на лицевой поверхности отопительного прибора;
прямом измерении, при необходимости, суммарной тепловой энергии, которой обмениваются тепловой блок и вся установка снабжения здания;
упрощенной модели отопительного прибора и
измерении, при необходимости, средней температуры среды, в которой работает каждый отопительный прибор.
Хотя приборы учета стоимости тепла являются наиболее распространенным типом системы, они страдают различными недостатками, включая тот факт, что их нужно устанавливать на лицевой поверхности каждого отопительного прибора в конкретной позиции, которая представляет среднюю температуру блока. Кроме того, их доступность позволяет совершать с ними мошеннические действия, и точность учета стоимости снижается с увеличением изменения условий эксплуатации отопительного прибора, с которым связан каждый отдельный прибор учета стоимости тепла. Другие недостатки этой широко используемой известной техники обусловлены тем, что точность учета стоимости тепла снижается при наличии мебели или объектов, расположенных перед отопительным прибором и присоединенным к нему прибором учета стоимости тепла. Наконец, общеизвестно, что параметры, описывающие модель отопительного прибора, на котором установлены приборы учета стоимости тепла, и которые необходимы для настройки приборов учета стоимости тепла для осуществления измерений, не всегда известны, поскольку лишь определенный процент отопительных приборов идентифицируется соответствующими измерениями в испытательной климатической камере изготовителями систем на основе приборов учета стоимости тепла. Эти параметры также могут годами претерпевать неизвестные изменения, если поток жидкого теплоносителя частично перекрыт в отопительном приборе, например, вследствие отложений, нарастающих на его клапанах или в его нижней части.
Другой способ, менее точный и потому не столь широко используемый, можно применять к площадным установкам снабжения и стояковым установкам. Согласно этому способу, учет потребления тепла в каждом жилом помещении базируется исключительно на периодах использования. Однако этому препятствуют многие физические факторы, которые в действительности не позволяют иметь одинаковый расход и температуру входящего жидкого теплоносителя для любого данного состояния использования, вследствие потерь давления (также именуемых потерями напора) и тепловых потерь, происходящих в жидком теплоносителе при его течении по линиям снабжения.
Кроме того, типы и размеры отопительных приборов в каждом жилом помещении могут изменяться с течением времени, например, при реконструкции, и могут уже не быть одинаковыми для всех жилых помещений.
Другая стратегия измерения основана на измерениях косвенных физических величин, например, относящихся к среде в жилом помещении, поглощение или выделение тепловой энергии которой подлежит измерению. Ниже приведено краткое описание некоторых патентных источников по этой теме.
Согласно германскому патенту DE 3012267, тепловая энергия, которой обмениваются нагревательная установка и каждое жилое помещение, оценивается с использованием топографической информации отношения близости между жилыми помещениями и термическими константами (коэффициентом пропускания) и поверхностями перегородок для вычисления "вычитания тепла" более нагретыми телами из более холодных тел. Эта технология, в сущности, основана на знании внутренней температуры каждой из нагретых сред, термических констант разделительных элементов (стен, межэтажных перекрытий, дверных и оконных рам и кровель) и внешней температуры. Тепловая энергия, выделяемая нагревательной установкой, оценивается на основании влияния на внутренние среды жилых помещений и некоторых структурных параметров потребительского комплекса.
Системы такого типа страдают рядом недостатков, в том числе, необходимости размещения большого количества датчиков в жилых помещениях; когда этот способ используется с меньшим количеством датчиков температуры среды, что часто имеет место, точность измерения снижается. Дело в том, что температура воздуха внутри сред жилого помещения может значительно изменяться от комнаты к комнате и в пределах одной и той же комнаты, например, в зависимости от высоты между полом и потолком, на которой располагается датчик температуры, или близости к окну, к отопительному прибору или к внешней стене, которая граничит с окружающей средой здания, а не является внутренней перегородкой.
В ЕР 0844468 используется идея получения потребления тепла из информации об объемах воздуха, присутствующего в каждой обследуемой среде, и из разности температур между последовательными минимальной и максимальной температурами, измеряемыми в каждой среде (например, вследствие периодов перехода отопительных приборов из состояния "выключен" в состояние "включен"), для поддержания температуры вблизи нужного значения.
Недостаток этой системы состоит не только в том, что этот способ сталкивается с теми же серьезными проблемами, что и в предыдущем случае, связанными с измерением температуры, которое согласованно представляет среднюю внутреннюю температуру в различных жилых помещениях, что приводит к снижению точностью измерения, но также в том, что она не учитывает утечку тепловой энергии в окружающую среду в течение периодов, когда отопительные приборы приведены в их стандартное рабочее состояние, иными словами, для поддержания внутренней температуры вблизи нужного уровня, после переходного периода нагрева от предыдущей более низкой температуры, и для компенсации только утечки тепла наружу, и, таким образом, обеспечивает только энергию, необходимую для повышения внутренней температуры воздуха.
В WO 03/60448 описан способ учета затрат на отопление для разных комнат квартиры согласно вы
бранному уровню теплового комфорта. Способ действует на основании информации о температуре воздуха в комнатах, объемах комнат и температурах воздуха вне помещения, производя коррекции на основании градусодней. В частности, способ предусматривает оценивание энергии, переносимой из внутренних сред здания в окружающую среду, путем (частичного) моделирования внутренних сред и измерения температур воздуха, исходя из того, что эта энергия равна энергии, выделяемой нагревательной установкой.
Описанный способ имеет тот недостаток, что основан на предположении о том, что тепловая энергия, которой обмениваются среды внутри здания и окружающая среда, равна энергии, переносимой при внутреннем обмене с нагревательной установкой, и некорректно предполагает, что тепловую энергию, которой обмениваются внутренняя среда жилых помещений и окружающая среда, можно вывести исключительно из внутренних объемов и теплового комфорта, заданного как температура, достигнутая в жилом помещении, без учета коэффициента теплового пропускания. Это значит, что если квартиры имеют одинаковый объем, но одна из них имеет более высокие потери, например, вследствие старых дверных и оконных рам или большей подверженности внешним условиям, то, если эта квартира достигает той же средней температуры (уровня теплового комфорта), что и другие, будет зарегистрировано одинаковое потребление. Парадоксально, но этот способ не вознаграждает потребителя за действия, направленные на экономию энергии (достигаемую, например, путем вложения средств в улучшение теплоизоляции стен и рам или путем ограничения времени, в течение которого открыты окна), поскольку это не учитывается при измерении энергии. Например, квартире, где окна всегда открыты, и которая, таким образом, имеет максимальное потребление, будут приписываться нулевые или почти нулевые издержки, поскольку внутренняя температура будет близка к наружной температуре. Также довольно трудно точно определить среднюю температуру квартиры или комнаты, поскольку она может изменяться, иногда в широких пределах, в зависимости от высоты или положения относительно стен или проемоз. Хотя указано, что датчики располагаются вдоль трубопровода подачи жидкого теплоносителя, эти датчики используются для запуска и прекращения измерений, но не участвуют в оценивании потребления тепла.
Кроме того, способ не учитывает переходные процессы при нагреве, иными словами, возможную необходимость достижения нужной температуры после продолжительного периода простоя локальной установки, а также не учитывает потребление энергии, необходимое для повышения внутренней температуры для компенсации утечки тепла.
Наконец, стандарт UNI 9019, где описан способ измерения по принципу "градусодней", также основан на измерении теплового влияния нагревательной установки на среды внутри жилых помещений, и страдает аналогичными проблемами точности.
Одной задачей настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованных системы и способа измерения количества теплоты, позволяющих преодолеть эти и другие недостатки уровня техники, которые отллчаются простотой и экономичностью применения.
Для решения этой задачи настоящего изобретения наравне с другими предусмотрена виртуальная теплоизмерительная система, заданная в п.1 формулы изобретения, и способ оценивания тепловой энергии, которой обмениваются совокупность теплообменных устройств центральной тепловой установки и следовательно, измерение может дополнительно независимо осуществляться для каждой подгруппы отопительных приборов в одном и том же жилом помещении. Например, n1 отопительных приборов может делиться на две группы, содержащие х и у элементов, так что П1=Х+У, обеспечивая отдельное управление температурой и, таким образом, отдельное измерение для группы отопительных приборов H11,..., Н1х (например, в дневное время) и для группы H1x+1,..., Н1у (например, в ночное время). Этого также можно легко достичь в случае горизонтальной трубопровода снабжения, если в данном жилом помещении присутствуют два кольца снабжения, одно из которых обслуживает группу отопительных приборов
Hi,i, .-, Hi,х, а другое обслуживает группу Hi'x+1 <- Н У В ЭТОМ случае требуется только два
клапанных устройства, по одному для каждого кольца.
В нормальном режиме работы, который будет подробно описан ниже, в течение периода времени Дгтот нагревательная установка I снабжает потребительский комплекс U тепловой энергией Е
посредством отопительных приборов
Hi,i, Hi.ni, Н2,ь Н2,п2, Hm.i, -г Hm.nm, которые снабжаются жидким теплоносителем, текущим по трубопроводу снабжения С. Вышеупомянутая полная тепловая энергия Е распределяется между индивидуальными жилыми помещениями Ul' ¦ ¦' tJm с соответствующими индивидуальными величинами тепловой энергии El' Е|1> -
Как упомянуто выше, задачей системы 10, отвечающий настоящему изобретению, является получе-
ние оценочных значений ^m тепловой энергии, которой индивидуально обмениваются между
собой нагревательная тепловая установка I и жилые помещения ^1'
Система 10 содержит совокупность главных датчиков, предназначенных для измерения физических величин, выражающих работу трубопровода снабжения С с интервалами выборки Д1 в течение вышеупомянутого указанного периода времени Д1тот и выдачи первых сигналов, выражающих эти данные для
каждого из этих интервалов выборки Д1
В частности, система 10 содержит, по меньшей мере, следующую группу главных датчиков:
главное расходомерное устройство 12, предназначенное для выдачи первых сигналов Qman выражающих расход жидкого теплоносителя, текущего в основном подающем участке Cman трубопровода снабжения С, к которому подключена совокупность отопительных приборов;
первый и второй главные датчики температуры 14, 16, способные выдавать вторые главные сигналы Tman и выражающие первую и вторую температуры, соответственно, жидкого теплоносителя на подающем участке Cman и на возвратном участке Crit> соответственно, трубопровода снабжения С, к которой подключена совокупность отопительных приборов; и
первый и второй главный датчик давления 18, 20, предназначенные для выдачи третьих главных сигналов Pman и Prit> выражающих первое и второе давления жидкого теплоносителя на подающем участке Cman и на возвратном участке Cnt, трубопровода снабжения С, к которой подключена совокупность отопительных приборов.
Как очевидно специалистам в данной области техники, первый и второй главные датчики давления 18, 20 предпочтительно заменить единым дифференциальным датчиком давления, предназначенным для регистрации разности Др между давлениями Pman и PriV (иными словами, полного перепада давления по трубопроводу снабжения).
Дополнительно, как более полно описано ниже, электромагнитные клапаны EV1b EV1p1, EV2j1, EV2p2, EVm1, EVmpm предназначены для выдачи непосредственно в систему 10 четвертых главных сигналов S = S1jb S1P1, S21, ... , S2p2, Sm1; Smpm, выражающих их соответствующие рабочие состояния (иными словами, открыт или закрыт клапан, в рассматриваемом иллюстративном варианте осуществления). В оставшейся части настоящего описания, вектор s также именуется "вектором рабочей конфигурации". На основании четвертых главных сигналов S = Su, S1p1, S21, S2p2, Sm1, Smpm, можно однозначно определить канал снабжения жидкого теплоносителя по трубопроводу снабжения С и, таким образом, определить рабочую конфигурацию последней. В других возможных вариантах осуществления (не показаны), система может быть снабжена локальными детекторными или управляющими устройствами, связанными с жилыми помещениями и отделенными от электромагнитных клапанов, что позволяет задавать и выявлять их рабочие и конфигурационные состояния для выдачи сигналов, выражающих эти состояния активации. Например, если жилые помещения снабжены устройствами таймера термостата, которые управляют электромагнитными клапанами, они могут сохранять и выдавать всю необходимую информацию о том, каким образом изменяются состояния активации s1b s1p1, s21, s2,р2, sn1, snpn в течение периода времени Д1т0т в каждый момент выборки Д1
Предпочтительно, главное расходомерное устройство 12 находится в трубопроводе снабжения С непосредственно после насоса Р, относительно направления, сообщенного жидкому теплоносителю.
Предпочтительно, первый главный датчик температуры 14 находится в трубопроводе снабжения С непосредственно до теплового блока G, и второй главный тепловой датчик 16 находится в трубопроводе снабжения С непосредственно после группы, содержащей тепловой блок G и насос Р, относительно направления, сообщенного жидкому теплоносителю.
Предпочтительно, первый главный датчик давления 18 находится в трубопроводе снабжения С непосредственно до теплового блока G, и второй главный датчик давления 20 находится в трубопроводе снабжения С непосредственнс после группы, содержащей тепловой блок G, насос Р и расходомерное устройство 12, относительно направления, сообщенного жидкому теплоносителю.
Система 10 также содержит блок управления 22, который включает в себя модуль памяти 23 для приема и хранения данных, связанных с главными сигналами Qman., Tmail, Trit, Pman., Pnt и S, выдаваемыми вышеупомянутой группой главных датчиков в каждом интервале выборки Д1 Заметим, что выбранный интервал выборки Д1 удобно меньше постоянных времени, характеризующих физическое поведение нагревательной установки.
Блок управления 22 также содержит процессорный модуль 24, способный получать из модуля памяти 23 (или, альтерьативно, напрямую из той же группы главных датчиков) сохраненные главные сигналы ^msn ' Tman., Tnt., Pman., Pnt и s и обрабатывать их на основании термогидродинамической модели М, которая также хранится в памяти 23.
Таким образом, процессорный модуль 24 предназначен для выдачи выходных данных
•' представляющих оценку фактической тепловой энергии El' Е"" которой индивиду-
ально обмениваются между собой тепловая установка I и каждый потребитель тепла Ul' -> Um в течение всего периода времени Дгтот, с использованием оценочной величины энергообмена каждого отопительного прибора Hi1' , принадлежащего i-му потребителю или жилому помещению.
В необязательном порядке, процессорный модуль 24 может содержать первый и второй субмодули
Данные, связанные с термогидродинамической моделью M, представляющей трубопровод снабжения С, нагревательную установку I и систему 10, первоначально хранятся в модуле памяти 23. Характеристики и процедуры задания и идентификации термогидродинамической модели М описаны ниже.
24а и 24b.
Первый субмодуль 24а предназначен для осуществления промежуточной операции обработки главных сигналов Qman-- Тпмп., Tnt., Pman.у Pnt. и s, и способен выдавать, на основании термогидродинамической модели М, следующие первые и вторые промежуточные данные:
которые представляют, соответственно, оценку в каждом интервале выборки Дг, индивидуальных расходов жидкого теплоносителя текущий через каждый отопительный прибор и оценку разности температур между жидким теплоносителем на входе и выходе каждого отопительного прибора и, таким образом, формировать виртуальный теплоизмеритель, применяемый к окончаниям каждого отопительного прибора.
В контексте настоящего изобретения, термин "виртуальный теплоизмеритель" означает устройство для измерения и вычисления количества теплоты, которым теплообменное устройство, через которое течет жидкий теплоноситель, обменивается со своей средой, на основании принципа традиционного теп-лоизмерителя, но без использования какого-либо прямого измерения расхода жидкого теплоносителя через элемент и, возможно, без измерений температуры, которые оцениваются на основании физических и, соответственно, однородных измерений (то есть, измерений расхода и температуры), связанных с более крупными участками трубопровода снабжения, которые включают в себя как рассматриваемый теплообменник, так и совокупность других теплообменных элементов установки.
Второй субмодуль 24Ь способен принимать вышеупомянутые промежуточные данные
которые, в совокупности, относятся к периоду времени Д1т0т (например, полному периоду эксплуатации всей нагревательной установки) и представляют оценку тепловой энергии, которой каждый теплообменник H1k обменивается с жилым помещенлем U1, которому он принадлежит. Для получения вышеупомянутых выходных данных энергии
Ei,ni/ Ej,i,
Ei,i, Ei,ni; Е?,1/ E\ri?; ...; Ei,m, Ei,nm <
второй субмодуль 24b вычисляет сумму или интеграл по времени тепловой мощности, переносимой произвольным теплообменником Hj k в жилое помещение Ui которому он принадлежит, то есть величи-
ны ' '
Таким образом, суммарная тепловая мощность, переносимая между отопительными приборами произвольного i-ro жилого помещения и внутренней средой этого i-ro жилого помещения равна сумме
которую можно определить из промежуточных данных 0 = (Qn,-Aj и АГ/ = (Д/, ,,...,АГ,,Ц) выдаваемых первым субмодулем 24а, согласно формулам:
I 1 J-О j=l t=0
Вышеприведенная формула является дискретизацией уравнения относительно непрерывного времени, которое вьфажает энергообмен посредством текущего жидкого теплоносителя
где ' - теплоемкость жидкости,
¦' - разность температур жидкого теплоносителя между входом и выходом j-го отопительного прибора 1-го жилого помещения,
массовый расход жидкости через j-й отопительный прибор i-ro жилого помещения,
+k-At
к-й момент выборки,
- начальный момент выборки для k=0, и ¦Д/
Выходные данные энергии
¦ конечный момент выборки, так что
относящиеся, соответственно, к потребителям
и равные сумме оценок переноса энергии каждого отопительного прибора, принадлежащего одному и тому же i-му потребителю ^1 - Ei,i+ ...+ Ei,ni) можно
сохранять подходящим образом в памяти 23 или передавать на дополнительные удаленные устройства для последующей обработки.
Следует понимать, что передача главных сигналов Qman, тпЬ Pman, Pmt и S на блок управления 22 может осуществляться любым способом, известным специалистам в данной области техники, например, посредством беспроводной или радиосвязи известных типов. Очевидно вышеприведенные замечания действительны и для промежуточных данных
В результате, модули и субмодули, образующие блок управления 22, также могут распределяться в различных местах внутри и вне потребительского комплекса.
Как будет более полно описано ниже, одно из преимуществ, достигаемый благодаря применению этого подхода для получения выходных данных ы, -i,m, ?,it-r z.xii,-, i,m, -" ы(tm), co. стоит в значительном сокращении количества физических величин, которые необходимо измерять в режиме работы установки и которые требуются для надежной оценки потребления тепла в индивидуальных жилых помещениях U1, , Um. Это, в свою счередь, приводит к сокращению количества датчиков и устройств, которые необходимо устанавливать в потребительском комплексе U и на центральной тепловой установке I. Дело в том, что, просто используя главные сигналы Qman, тпЬ Pman, Prit, S, представляющие общие условия эксплуатации трубопровода снабжения С и применяемые к термогидродинамической модели, можно прогнозировать, даже с большей точностью, чем в альтернативных существующих системах, описанных выше, величину теплообмена между тепловой установкой I, посредством индивидуальных теплообменных элементов H1k, и жилыми помещениями U1, Um, как в стационарных условиях, так и в гидравлических и/или термических переходных условиях, а также при любых аномалиях. Это упрощает и улучшает процедуры установки, снижает общую стоимость системы, сокращает объем работ по техническому обслуживанию и ограничивает визуальное влияние устройств, установленных в жилых помещениях U1, Um.
Предпочтительно, система 10 содержит группу вторичных датчиков, включающую в себя вторичные тепловые датчики (не показаны) предназначенные для выдачи вторичные или идентификационных сигналов, которые указывают температуру жидкого теплоносителя, текущего в дополнительных участках трубопровода снабжения С и, в частности, в ее вторичных ответвлениях или на окончаниях вблизи отопительных приборов.
Например, при наличии многочисленных стояков в трубопроводе снабжения С, можно устанавливать эти вторичные тепловые датчики на участке стояка непосредственнс после подающего отвода стояка из главной трубопровода снабжения и непосредственно до соединения вертикальной возвратной трубы с главным трубопроводом снабжения. Эти датчики можно, при необходимости, устанавливать на все стояки или, для удобства, на ограниченный репрезентативный образец.
В другом примере можно включать один или несколько вторичных датчиков расхода (не показаны) в один или несколько перепускных участков, которые уже могут присутствовать вдоль главной линии снабжения. Такой вторичный датчик расхода предназначен для выдачи вторичных сигналов, выражающих измерение расхода на соответствующем перепускном участке согласно рабочей конфигурации гидросистемы С (то есть, на основании рабочих состояний управляющих клапанных устройств). Поэтому вышеупомянутый вторичный датчик расхода полезен для определения перепадов давления жидкости вдоль замкнутого участка снабжения на соответствующем байпассе.
Согласно дополнительному примеру, можно также включать один или несколько дополнительных вторичных датчиков температуры (не показаны) в один или несколько перепускных участков, которые могут присутствовать. Такой вторичный датчик температуры предназначен для выдачи вторичных сигналов, выражающих температуру на оконечном участке перепускного участка и представляющих тепловые потери вдоль всего участка трубопровода снабжения, ведущего к соответствующему байпассу.
Согласно еще одному примеру, можно получать дополнительную информацию о работе гидросис
темы С, включающей в себя дополнительные вторичные; тепловые датчики, предназначенные для выдачи сигналов, выражающих температуру жидкого теплоносителя на входе и/или на выходе одного или нескольких отопительных приборов H1, H1n1, H21, Н2П2, Hm1, Hmnm.
Наконец, согласно еще одному примеру, можно включать один или несколько датчиков давления, единичных или дифференциальных, в участки системы, где удобно измерять давление, для определения перепада давления жидкости между двумя точками одной и той же трубопровода снабжения; или для обеспечения самоуплотняющихся соединений для установки мобильных датчиков давления.
Эту группу вторичных датчиков предпочтительно не использовать в системе 10 для осуществления прямых измерений в реальном времени в режиме работы для измерения обмена тепловой энергией, хотя все вышеописанные традиционные системы используются таким образом. Напротив, эти датчики используются в режиме идентификации термогидродинамической модели М, который описан ниже, исключительно для идентификации (то есть, определения) соответствующих значений характеристических параметров термогидродинамической модели М, заданной для каждой конкретной установки I, на которой действует система. Поэтому группу вторичных датчиков удобно устанавливать таким образом, чтобы их можно было удалять из нагревательной установки I и, в частности, из трубопровода снабжения С. Как очевидно специалистам в данной области техники, процесс идентификации термогидродинамической модели М становится более точным по мере увеличения количества присоединенных вторичных датчиков (то есть, с увеличением количества участков трубопровода снабжения С, на которых измеряются важные физические величины). Таким образом, термогидродинамическая модель М может обеспечивать на своем выходе более точную сценку тепловой энергии, которой обмениваются нагревательная установка I, через теплообменники Н1П, и жилые помещения U1, Um.
Для более точной работы, некоторые вторичные датчики, в частности, вторичные тепловые датчики, предназначенные для выдачи сигналов, выражающих температуру жидкого теплоносителя на входе и/или на выходе одного или нескольких отопительных приборов, можно включать помимо главных датчиков системы, то есть тех, которые используются при эксплуатации установки I для измерения обмена тепловой энергией.
Кроме того, система 10, при необходимости, может содержать группу вспомогательных датчиков (не показаны), предназначенных для выдачи вспомогательных сигналов, выражающих физические величины, связанные с элементами и компонентами, внешними по отношению к трубопроводу снабжения С, но, опять же, для идентификации термогидродинамической модели или для псвышения точности оценки величины энергообмена между каждым отопительным прибором и его потребителем в отсутствие вторичных датчиков температуры жидкого теплоносителя на входе и выходе одного и того же отопительного прибора, а не для сбора измерений для оценивания тепловой энергии, выделяемой внутренними средами и внешней средой здания, как это происходит согласно известным способам, описанным выше.
Поэтому, в качестве дополнительного примера, вторая группа датчиков может включать в себя вспомогательные тепловые датчики (не показаны), способные выдавать сигналы, выражающие температуру воздуха в соответствующей внутренней области жилых помещений U, Um. Поскольку температура может значительно изменяться между комнатами в жилых помещениях U1, Um, можно также установить совокупность этих вспомогательных датчиков температуры внутреннего воздуха, по одному на область или по одному на комнату, не в порядке прямой поддержки описанного здесь способа измерения, но в качестве дополнения к системе регулировки температуры, которая может включать в себя разделение внутренней среды единичного жилого помещения на несколько независимо управляемых областей, что позволяет независимо устанавливать нужную температуру для каждой области. В таком случае, как упомянуто выше, отопительные приборы H1b H1n1 делятся на группы, каждая из которых связана с управлением конкретной области, причем каждая область связана с одним или несколькими датчиками, которые регистрируют температуру внутреннего воздуха, представляющую среднюю температуру области, к которой она относится. В этом случае также, информацию об открытом и закрытом состоянии электромагнитных клапанов i-го жилого помещения можно выражать вектором рабочей конфигурации S1(t).
Однако ввиду наличия дополнительные измерения темгературы внутреннего и/или внешнего воздуха для осуществления управления, термогидродинамическая модель М также может учитывать следующие дополнительные вспомогательные сигналы для повышения точности способа оценивания обмена тепловой энергией: вспомогательные сигналы, выдаваемые вспомогательными тепловыми датчиками, и внешние вспомогательные сигналы, выдаваемые Енешними вспомогательными тепловыми датчиками.
Дополнительно, блок управления 22, преимущественно, содержит модуль идентификации 28, предназначенный для осуществления предварительной идентификации характеристических параметров термогидродинамической модели М и последующей передачи их значений в модуль памяти 23.
Процедура идентификации содержит первый полностью автоматический или полуавтоматический этап, осуществляемый во время установки.
Задачей этого первого этапа является получение значений характеристических параметров термогидродинамической модели М, которая описывает физическое поведение каждой отдельной центральной тепловой установки I и датчиков и активаторов системы. Эта процедура идентификации выполняется на
каждой тепловой установке I, к которой присоединена система, предусмотренная изобретением. Предпочтительно, лаборатория используется для идентификации моделей поведения стандартных компонентов, например, датчиков, насосов и активаторов, и для уточнения характеристик, заявленных производителями, и всю процедуру идентификации необходимо повторять для каждой установки, если установлены одни и те же компоненты. С другой стороны, что касается центральной тепловой установки I, новизна этой оценки обмена тепловой энергией состоит в том, что задается термогидродинамическая модель М установки I, пригодная для каждой отдельной установки, и это эффективно идентифицируется с помощью совокупности измерений в различных заранее определенных рабочих конфигурациях, которые оперативно или автономно обрабатываются для получения значений вышеупомянутых характеристических параметров. Таким образом, все физические элементы, связанные с конкретной центральной тепловой установкой I, эффективно моделируются и идентифицируются, а не просто предполагаются на основании заранее определенных таблиц, как в случае приборов учета стоимости тепла и отопительных приборов, к которым подключены приборы учета.
Для облегчения определения значений этих характеристических параметров, предпочтительно использовать совокупность физических гипотез, позволяющих упростить процедуру идентификации в целом и, в то же время, гарантировать, что идентифицированная таким образом модель отвечает нужным требованиям точности.
Физические гипотезы таковы:
постоянство коэффициентов независимо от изменения температуры: предполагается, что перепады давления не изменяются как функция температурных флуктуаций жидкого теплоносителя в фактических рабочих диапазонах, и
полное описание независимо от изменения условий потока (турбулентный или ламинарный): предполагается, что изменение перепада давления в разных условиях потока полностью и в достаточной степени описывается с использованием соответствующих традиционных формул для расчета перепадов давления в ламинарных и турбулентных условиях.
Процедура идентификации предназначена для обеспечения, по мере надобности, условий эксплуатации, необходимых для каждого этапа идентификации. Например, может потребоваться создать стационарные условия эксплуатации, стабилизированные в отношении тепловой и гидродинамической характеристик. Поэтому, при изменении от предыдущего условия эксплуатации к следующему, обычно приходится ждать, пока не завершится переходный период стабилизации и не установятся новые устойчивые условия эксплуатации. Эти стационарные условия могут быть полезны, например, при определении потерь тепла или давления на конкретных участках трубопровода снабжения. На других этапах идентификации, процедура предназначена для обеспечения управляемых переходных условий для создания подходящих стимулов на входе идентифицируемого элемента. Это может осуществляться, например, при идентификации теплового поведения отопительных приборов.
Хотя в следующем примере делается конкретный выбор в отношении моделирования, система и способ, отвечающие настоящему изобретению, относятся к оценке тепловой энергии, которой обмениваются потребительский комплекс и центральная тепловая установка, которую можно получить с помощью математической модели любого типа, при условии, что она согласованно представляет реальное физическое поведение каждого компонента тепловой установки. Задача состоит в получении виртуального теплоизмерителя, связанного с каждым теплообменным устройством, иными словами, в получении согласованно и точно оцененного измерения энергии, выделяемой каждым отопительным прибором, без использования физических датчиков (датчика температуры на входе, датчика температуры на выходе, датчика расхода жидкого теплоносителя и электронной системы обработки) для построения теплоизме-рителя. Возможные общие типы модели включают в себя "черный ящик", "серый ящик" и "белый ящик"; выбор типа модели и конкретной модели определяет процедуру идентификации.
Термин "модель белого ящика" означает модель на основе прямой идентификации и использования уравнений, описывающих физические явления, лежащие в основе работы описанного объекта.
Термин "модель черного ящика" означает модель, не требующая знания физических законов реальной системы, подлежащей моделированию. Модель характеризуется "стимуляцией" реальной системы подходящими входными сигналами и измерением выходных сигналов реальной системы, порожденных "стимулами". Затем используются статистические критерии для описания этого типа модели.
Термин "модель серого ящика" означает гибрид двух предыдущих типов, основанный на параметрических уравнениях, полученных из частичного знания физических явлений, определяющих поведение реальной физической системы. Этот тип модели также подвергается надлежащей "стимуляции", и результирующие выходные сигналы используются для определения параметров уравнений.
Для первого этапа процедуры идентификации, характеристические параметры, подлежащие оценке, определяются, в основном, структурой и статическим и динамическим поведением и, в частности, конкретной моделью, выбранной для каждого компонента тепловой установки, а именно:
нагревательной установки,
трубопровода снабжения,
отопительных приборов,
электромагнитных клапанов и датчиков, установленных в системе.
Преимущественно, модуль идентификации 28 выполняет процедуры активации и измерения для идентификации характеристических параметров, выражающих поведение насоса Р, главного расходо-мерного устройства 12, электромагнитных клапанов EV1b EV1p1, EV21, -, EV2P2, EVm1, EVmpm, датчиков температуры 14 и 16, трубопровода снабжения С и отопительных приборов H1b H1n1, Н21, Н2П2, Hm1, Hmnm. Как упомянуто выше, эти процедуры удобно осуществлять либо в лаборатории, либо непосредственно на центральной тепловой установке I, сообразно обстоятельствам, и они выполняются посредством:
задания состояний активации, например, состояний клапанных устройств и условий эксплуатации насоса;
надлежащего стимулирования входов идентифицлруемых элементов, при необходимости; получения измерений, соответствующих стимулам, на выходах отдельных элементов или всей тепловой установки и
обработки данных измерений для получения значений характеристических параметров, связанных с конкретной моделью.
Все параметры, описанные ниже как важные для различных элементов системы и тепловой установки, относятся к гримеру, для которого были выбраны конкретные, но не исключительные, математические модели для представления теплового и гидравлического поведения каждого элемента.
В отношении насоса Р, характеристические параметры, которые преимущественно, поступают на вход модуля идентификации 28, содержат параметры, перечисленные в нижеприведенной таблице.
символ
ОБЪЯСНЕНИЕ
Диапазон флуктуации давления на выходе насоса
Статическая ошибка давления на выходе насоса
Задержка на стабилизацию давления на выходе насоса
Максимальный расход насоса
> " /Мпт
Минимальный расход насоса
7'PjecJd
Время восстановления при снижении: время, необходимое насосу для перехода от максимального напора (разности давлений между его окончаниями) к минимальному или нулевому значению
Время восстановления при повышении: время, необходимое насосу для перехода от минимального или нулевого значения напора к максимальному значению
Применительно к главному расходомерному устройству 12, характеристические параметры, которые преимущественно идентифицируются и затем оцениваются модулем идентификации 28, содержат параметры, перечисленные в следующей таблице:
символ
ОБЪЯСНЕНИЕ
Задержка измерения
e(tm).inax
Точность при максимальном расходе
Минимальный расход расходомерного устройства
<,"(tm)
Максимальный расход расходомерного устройства
Применительно к электромагнитным клапанам EVi,i, EVi,pi, EV21, ... EV2P2, EVm1, EVmpm, характеристические параметры, которые идентифицируются и затем оцениваются модулем идентификации 28, содержат параметры, перечисленные в нижеприведенной таблице, исходя из того, что модель поведения электромагнитных клапанов (например, механический клапан с медленным активатором, имеющий время активации около 120 с) представлена следующим образом:
для гидравлического поведения механического клапана в полностью открытом состоянии, сконцентрированной потерей давления и, потому, традиционным уравнением (модель "белого ящика"):
где п - потеря давления (перепад давления жидкости) на электромагнитном клапане, - коэффициент потери давления и
- расход, и
для активатора, предполагается, что модель "включения/выключения", которая упрощает переходы открытия и закрытия с умеренными задержками активации, не снижает точность всего измерения при условии надлежащей идентификации.
символ
ОБЪЯСНЕНИЕ
Задержка активации открытия
Задержка активации закрытия
TEVjtfhsd
Открытие задержка сигнала обратной связи
1EV.cfbsd
Задержка сигнала обратной связи закрытия
Задержка открытия
TEV с J
Задержка закрытия
Коэффициент потери давления для электромагнитного клапана (рассматриваемого как полный узел, содержащий активатор и механический клапан)
В отношении электромагнитных клапанов EV1)b EV1> p1, EV2> 1, .., EV2)P2, EVmi, .. , EVmpm следует также отметить, что, если они относятся к медленнодействующему типу (например, клапаны элек-тротепловогэ действия со временем перехода около 120 секунд в обоих направлениях), переходные потери давления -rEv являются переменными и поэтому не могут быть представлены единичным параметром, если, при втором анализе, совокупная статистическая величина, например, среднее значение, не
окажется значительной. В любом случае, переходная потеря давления ~^bv задается совокупностью измерений разности давлений на индивидуальных электромагнитных клапанах EV1b EV1p1, EV21, EV2p2, EVm , EVmpm в течение всего периода открытия и закрытия. Во всех случаях, потери давления изменяются как функция типа и размера клапана, к которому присоединен активатор, и типа используемого активатора (прямой клапан, угловой клапан и т.д.), и поэтому идентификацию нужно повторять в каждом случае.
Применительно к главным датчикам температуры 18, 20 и к вторичным датчикам, характеристические параметры, которые идентифицируются и затем оцениваются модулем идентификации 28, содержат параметры, перечисленные в нижеприведенной таблице.
содержат параметры, перечисленные в нижеприведенной таблице, при условии выбора, например, описательной гидродинамической модели типа "белый ящик", представленной общим уравнением
где - соответствующий коэффициент потери давления (перепада давления) на элементе,
т - массовый расход жидкого теплоносителя через элемент, который, как предполагается в этом примере, работает в полностью турбулентных условиях. При необходимости, можно обеспечить другие спецификации, изменяя тип элементов гидросистемы снабжения (прямолинейные и криволинейные участки, соединители/разъединители, коллекторы и т.д.) и/или изменяя состояние жидкости, которое может быть представлено числом Рейнольдса.
СИМВОЛ
ОБЪЯСНЕНИЕ
Коэффициент потери давления для k-го перепускного участка
к Р! .bypass Ji
Коэффициент перепада давления
для i-ro участка главного трубопровода снабжения
У imp ciistr pritic.
Коэффициент теплового пропускания на единицу длины главного канала снабжения
Уур!,к
Коэффициент теплового пропускания на единицу длины k-го стояка
kVpL\A ^vpf.N.k
Коэффициент потери давления, связанный с различными
участками к-го стояка для этажей с 1 по Ы-й
Коэффициент потери давления, связанный с ответвлениями различных потребителей тепла (их тепловых устройств) от стояков
Применительно к отопительным приборам, для которых, в порядке примера, выбрана математическая модель "черного ящика" или, в частности, фильтр ARX второго порядка, характеристические параметры, которые идентифицируются и затем оцениваются модулем идентификации 28, выводятся из алгоритмов численной оценки на основе наименьших квадратов. Фильтр такого типа эффективно аппроксимирует изменение температуры жидкого теплоносителя, измеренной на выходе отопительного прибора. Уравнение ARX второго порядка для тепловой модели типа "черный ящик" отопительного прибора имеет следующий вид:
Тььш О') = а^ши U ~ П + а-Т11ЬоШ1к (j - 2) + bumhboll, Jlt +
(j - 2)
и ее идентификация, предпочтительно, основана на выборке входной и выходной температур и соответствующего расхода в различных переходных и стационарных условиях эксплуатации отопительного прибора.
Как упомянуто выше, этапу идентификации различных модельных блоков, образующих полную термогидродинамическую модель М, используемую системой и способом, отвечающими настоящему изобретению, обычно предшествует анализ центральной тепловой установки оператором-человеком для определения:
структуры существующей тепловой установки;
топологической конфигурации различных элементов установки генерации и снабжения относительно комнат здания;
расположения устройств и датчиков системы относительно структуры установки и здания; и
функционального задания системы управления, например, разделения на независимо управляемые области в едином жилом помещении.
Эта информация поступает на модуль идентификации 28 для осуществления процедуры идентификации. Эта процедура может осуществляться в полностью автоматическом режиме, если модуль идентификации 28 способен задавать все необходимые рабочие состояния и/или стимулы и измерять все необходимые физические величины для процедуры.
Альтернативно, процедура идентификации может осуществляться в полуавтоматическом режиме,
если она выполняется модулем идентификации 28 с помощью оператора-человека, который вручную задает конкретные рабочие состояния и/или использует мобильные измерительные приборы для определения конкретных физических величин в определенных местах трубопровода снабжения. Это может быть необходимо для разрешения критических точек при идентификации конкретных тепловых установок без необходимости в установке стационарных датчиков, которые будут использованы только один раз.
По существу, на этом этапе процесса идентификации, модуль идентификации 28:
задает заранее определенную последовательность рабочих конфигураций s(t) и стимулирует установку в трубопроводе снабжения С (в частности, в отношении конкретных напоров, создаваемых насосом, и температур жидкого теплоносителя, выходящего из теплового блока),и
идентифицирует первоначально заданную термогидродинамическую модель М, регистрируя изменение главных сигнал Qman., Tman., Tnt, Pman., Pnt, S(t) и вышеупомянутых вторичных сигналов как функцию последовательности рабочих конфигураций s(t), заданной в трубопроводе снабжения С.
Во всех случаях, в условиях эксплуатации, иными словами, когда система 10 необходима для оценки количества теплоты, сообщаемого потребителям тепла (зимой) или отбираемого у них (летом), используемый набор измерений чрезвычайно мал, поскольку необходимо определять только величины ДР (разность давлений вдоль всей главной линии), ДТ (разность температур вдоль всей главной линии) и > п (расход вдоль главной линии) жидкого теплоносителя, глобально связанные с трубопроводом снабжения С и вектором рабочей конфигурации s(t), который в этом случае не задается извне модулем идентификации, но задается локально и независимо в каждом жилом помещении для регулировки температуры и поддержания ее вблизи значения, произвольно выбираемого каждым потребителем; все промежуточные величины, в том числе значимые для теплообмена между отопительными приборами и внутренними средами жилых помещений, являются величинами, оцениваемыми посредством термогидродинамической модели М установки, используемой системой и способом. Иными словами, оценочное значение температуры, оценочное значение расхода жидкого теплоносителя и оценочное значение потерь давления на выходе и на смоделированном структурном элементе (см. пример на фиг. 3) определяются на основании модели и ее характеристических параметров и как функция оценок тех же типов физических величин, сделанных для предыдущего элемента. Исключением из этого правила являются физические величины давления, температуры и расхода жидкого теплоносителя, которые фактически измеряются в подающей и возвратной частях всего главного трубопровода снабжения; в примере на фиг. 3, первый блок А1 моделирует первый подающий участок главной линии снабжения непосредственно после насоса, где физические величины мгновенных давления, температуры и расхода измеряются в гидросистеме. Аналогично, давление и температура жидкого теплоносителя определяются на последнем возвратном участке главной линии снабжения, который соответствует модельному блоку A11 в примере на фиг. 3. Благодаря этому инновационному подходу, в котором значения величин на входе каждого из модельных блоков отдельных элементов системы являются значениями, оцененными с очень высокой точностью предыдущим элементом, количество датчиков и устройств значительно сокращается, при сохранении желаемых спецификаций в отношении качества оценки обмена тепловой энергией.
Таким образом, в течение фазы работы ранее идентифицированной системы, для получения независимой оценки тепловой энергии, которой обмениваются потребители тепла и центральная тепловая установка I, первый модуль обработки 24а может коррелировать каждый структурный элемент модели с предыдущим и последующим элементами для создания уникальной термогидродинамической модели М, которая, благодаря дополнительному использованию информации об изменении во времени вектора рабочей конфигурации s = s1b s1?p1, s21, S2p2, sm1, smpm, выражает следующие соотношения:
расхода жидкого теплоносителя Qman , текущего в основном подающем участке Cman непосредственно после нагнетательного устройства трубопровода снабжения С;
оценочных потерь давления ^'-J каждого участка трубопровода снабжения;
" Р Р С разности давлении "'т "' жидкого теплоносителя между основным подающим участком и
основным возвратным участком ^ "', соответственно, трубопровода снабжения С с оценочными расхо-
дами жидкого теплоносителя \'-'Qi,^--> Q,nj'--- < Q,",,m, текущег0 через каждый отопи-
тельный прибор (в случае стояковой системы снабжения) или каждой группой отопительных приборов (в
случае горизонтальной или площадной системы снабжения) H11, H1n1, Н21, Н2П2, Hm1, Hmnm
потребителей тепла Ub Um;
j т
первой и второй температур ' ""',J(tm) жидкого теплоносителя, присутствующего, соответственно, на основном подающем участке ^'""" непосредственно после нагнетательного устройства и на основном возвоатном участке *~ '¦' непосредственно до генератора тепла трубопровода снабжения С;
оценочных расходов жидкого теплоносителя ЈV"i'Ј?2,i??2,П2> -г-> Qm.,m через каждый
отопительный прибор, и оценочных тепловых потерь ^'-) связанных с каждым участком трубопровода снабжения с оценочными разностями температур •-> ^Tij,ubT2u...,A.Tln-1,...,Л7^,|,-, &Tmjm относя. щимися к каждому отопительному прибору H1?1, H1n1, Н21, Н2П2, Hm1, Hmnm потребителей тепла U1, Um.
Очевидно, вышеупомянутые отношения зависят от состояний активации S1b S1p1, S21, ... , S2p2, Sm> 1, Sm> pm электромагнитных клапанов EVU, EV1jP1, EV2j1, EV2> p2, EVm> 1, EVm> pm, которые определяют разные рабочие конфигурации трубопровода снабжения С в разных случаях.
В частности, на фиг. 2 и 3 показан упрощенный пример тепловой установки, для которой задана и идентифицирована термогидродинамическая модель М. Исследуемая структура представляет собой тепловую установку I с двумя стояками и двумя жилыми помещениями U1 и U2, в каждом из которых имеется два соответствующих отопительных прибора.
В этом примере, тепловая установка состоит из различных структурных элементов, каждый из которых имеет буквенно-цифровое обозначение, содержащее букву и следующее за ней число.
Каждая буква представляет тип каждого идентифицирсванного структурного элемента, а именно:
буква А обозначает прямолинейные участки трубы трубопровода снабжения, которые характеризуются распределенными потерями давления;
буква В обозначает участки трубы, характеризуемые сконцентрированными потерями давления, как в случае криволинейных участков, дросселей, выравнивающих клапанов, датчиков, установленных на линии, и т.д.;
буква С обозначает Т-образное соединение, которое позволяет объединять два отдельных входных потока в единый выходной поток;
буква D обозначает Т-образное разветвление, которое позволяет разделять входной поток на два отдельных выходных потока;
буква F обозначает перепускной клапан;
буква G обозначает отопительный прибор, и
буква U обозначает потребитель тепла.
Каждое число, следующее за соответствующей буквой, обеспечивает уникальную идентификацию каждого элемента в нагревательной установке. В примере на фиг. 2, отопительные приборы G28 и G29 связаны с потребителем тепла U1, которое может представлять собой, например, жилое помещение, тогда как отопительные приборы G30 и G3i связаны с потребителем U2.
Дополнительно, на фиг. 3 обозначения • • "' < """ и "' представляют измерения, производимые датчиками системы, отвечающей настоящему изобретению. С другой стороны, когда вышеупомянутые обозначения m иТ снабжены нижним индексом и символом "Л" они относятся к оценочному значению на выходе структурного элемента модели, указанного нижним индексом.
Например, 20 обозначает оценочное значение расхода жидкого теплоносителя, выходящего из структурного элемента А20, согласно термогидродинамической модели М.
Как указано выше, оператор должен описать структуру установки генерации и подачи тепла I и затем структуру соответствующей термогидродинамической модели до начала процесса идентификации. Это определение дается путем указания структурных элементов модели, которая представляет каждый элемент линии снабжения, и установления между ними отношения входа/выхода. Также задается их топологический контекст относительно структуры здания. Заметим, что для краткости оценочные потери
давления 'не указаны на фиг. 3, но оцениваются между входом и выходом жидкости каждого структурного элемента.
В результате введения вышеуказанных характеристических параметров, которые идентифицируются и затем оцениваются модулем идентификации 28, модуль обработки 24 использует термогидродинамическую модель М (в этом примере), которая выражает соотношение между:
расходом жидкого теплоносителя на входе Qman., температурой на входе Tman и на выходе Tnt, и потерей давления Ртш1-РпЪ фактически определенной на концах трубопровода снабжения С, и оценочными
значениями расхода жидкого теплоносителя 8 19 ,0 11 на выходе, оценочными температурами
1^,1^,1 ,,J31 на ВХОде и температурами 28' 2',, 10' 11 на выходе и потерями давления АР АР АР АР
го" 29> ^ ю- II для каждого из тепловых устройств G28, G29, G30, G31. Как указано выше, вышеупомянутое соотношение также зависит от состояний активации s1)b s1?p1, s2j1, s2> p2, sm 1, sm> pm электромагнитных клапанов EV1)b EV1?p1, EV2j1, EV2> p2, EVm> 1, EVm> pm. Используя систему обозначений фиг. 1, получаем следующие равенства: для потребителя жилого помещения U1:
для потребителя жилого помещения U2:
Таким образом, следующая формула используется для вычисления оценочного обмена тепловой энергии для первого потребителя тепла, связанного с жилым помещением Ui:
&ич Мин
Ё(=Е(,ч+Ёш = \cp*^(t)(f^t)-T^{i))dl+ jCp (t)(tjt)- f;, (l))dl
о 0
где представляет оценку тепловой энергии, которой обмениваются первый потребитель тепла и теплообменное устройство G30 в течение периода времени At тот,
представляет оценку тепловой энергии, которой обмениваются первый потребитель тепла и теплообменное устройство G31 в течение периода времени Дгтот,
выражает изменение как функцию времени массового расхода жидкого теплоносителя, текущего через и вытекающего из теплового устройства G30,
выражает изменение как функцию времени массового расхода жидкого теплоносителя, текущего через и вытекающего из теплового устройства G31, Т (С)
выражает изменение как функцию времени температуры жидкого теплоносителя, поступающего в тепловое устройство G30,
выражает изменение как функцию времени температуры жидкого теплоносителя, вытекающего из теплового устройства G30, Т (I)
где ; вьфажает изменение как функцию зремени температуры жидкого теплоносителя, поступающего в тепловое устройство G31, и
выражает изменение как функцию времени температуры жидкого теплоносителя, вытекающего из теплового устройства G31.
Таким образом, дополнительное преимущество настоящего изобретения состоит в том, что способ и система 10, отвечающие изобретению, могут автоматически адаптироваться к конкретный тепловой установке I, в которой они установлены, посредством процедуры идентификации используемой термсгид-родинамической модели М. Дело в том, что идентификация термогидродинамической модели М, которая воспроизводит поведение нагревательной установки I, не ограничивает установку потребительскими комплексами U какого либо заранее определенного типа.
Как очевидно специалистам в данной области техники, система, отвечающая настоящему изобретению, может быть связана с совокупностью взаимосвязанных потребительских комплексов, например, в случае совокупности зданий, совместно пользующихся одной и той же нагревательной установкой. В зависимости от обстоятельств, можно использовать либо единичный центральный блок управления, либо совокупность локальных блоков управления, подчиняющихся единому центральному диспетчерскому пункту.
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения, которые не проиллюстрированы, можно предусмотреть устройство для преобразования некоторой части кинетической и/или тепловой энергии жидкого теплоносителя, текущего по трубопроводу снабжения, в электрическую энергию для обеспечения электропитания системы, отвечающей изобретению. Действительно, одним из наиболее перспективных применений автономных теплоизмерительных систем для центральных нагревательных и/или охладительных установок является их преобразование в установки, функционально автономные в отношении управления температурой и фактического оценивания потребления тепла для каждого жилого помещения здания или комплекса зданий. Наиболее важным ограничением для коммерческого развития этих систем преобразования является источник питания для устройств, образующих систему управления и измерения, и, в частности, для электронных систем и активаторов, присоединенных к отопительным приборам или к внутреннему кольцу снабжения. В настоящее время, для обеспечения электропитания этих устройств используются следующие технологии:
питание от батареи;
питание от электросети.
Основными недостатками первого решения являются:
большое количество батарей, необходимых для питания всех устройств управления каждого жилого помещения;
быстрый разряд этих батарей, которые во многих случаях могут разряжаться даже в течение первого сезона использования, несмотря на обещания, данные производителями;
последствия для финансовой сферы и окружающей среды, связанные с заменой батарей;
трудность замены батарей, задача, не простая для значительного процента потребителей, которые воспринимают разряд батарей как "повреждение устройства".
С другой стороны недостатки электросетевого питания состоят в том, что может потребоваться переоборудование центральных нагревательных и/или охладительных установок в старых зданиях, где обычно недостает кабель-каналов в стенах, которые нужны для скрытой и безопасной прокладки электрических кабелей к отопительным приборам. Это заставляет устанавливать внешние кабель-каналы, которые также должны отвечать стандартным требованиям электробезопасности, причем эти кабель-каналы крепятся к стене между каждым отопительным прибором и ближайшей электрической розеткой.
Это решение весьма непривлекательно с эстетической точки зрения и в большинстве случаев неприемлемо для конечного потребителя и требует больших финансовых и трудовых затрат для реализации.
Решение, альтернативное двум вышеупомянутым способам для обеспечения электропитания устройств системы, может предусматривать, например, микротурбину, ротор которой установлен на участке трубопровода снабжения, где жидкий теплоноситель ударяет в ротор известным образом, таким образом, вращая вал, соединенный с ротором, который, в свою очередь, приводит в действие электрогенератор, например, генератор переменного тока. Благодаря конфигурациям, известным специалистам в данной области техники, генерируемая таким образом электрическая энергия используется для непосредственного питания компонентов системы или для зарядки батарей, необходимых для их работы. Например, такие турбина и генератор переменного тока могут быть встроены в устройство электромагнитного клапана и его электронную систему. Альтернативно или дополнительно этому способу электропитания устройств, можно использовать термоэлектрические явления, например, используемые в термопарах или эффекте Пельтье. Таким образом, электронные системы и активаторы электромагнитных клапанов могут получать питание, например, за счет прямого преобразования тепловой энергии отопительных приборов, управляемых ими, в электрическую энергию.
Альтернативно, но не исключительно, другие способы обеспечения локального питания устройств системы и электромагнитных клапанных устройств, предусматривают магнитогидродинамические (МГД) генераторы, которые напрямую преобразуют движение жидкого теплоносителя, сделанного электропроводящим за счет подходящих химических присадок, в электрическую энергию, или систему, которая ренерирует изменение давления, изменяющееся со временем и одновременно общее и равное в подающей и главной возвратной частях трубопровода снабжения, для получения, помимо дифференциального напора, создаваемого насосом Р установки I, внутреннего давления трубопровода снабжения, которое равномерно изменяется относительно внешнего давления на протяжении трубопровода, и которое, во всех случаях, добавляется к создаваемому насосом. Это общее изменение, изменяющееся со временем, внутреннего давления трубопровода С может преобразовываться в электрическую энергию подходящим преобразователем, установленным в любом месте трубопровода снабжения С и присоединенным или приближенным к одному или нескольким запитываемым устройствам системы, в том числе электромагнитным клапанам. Этот преобразователь может представлять собой, например, механическую систему, в основе которой лежит движение поршня под действием этого изменения внутреннего давления в трубопроводе С относительно внешнего давления, который приводит в действие подходящий электрогенератор, например, генератор переменного тска или пьезоэлектрическое устройство известных типов.
Во всех вышеупомянутых случаях электрическая энергия, генерируемая локально или вблизи запи-тываемого устройства путем преобразования кинетической или тепловой энергии жидкого теплоносителя, текущего в трубопроводе С, может сохраняться в подходящих аккумуляторах, встроенных в запиты-ваемые устройства, например, электромагнитные клапаны.
Система, предусмотренная изобретением, также совместима с установкой подходящих устройств таймера термостата, которые также выступают в роли локальных блоков управления (не показаны), находящихся в некоторых или всех жилых помещениях и предназначенных для контроля и регулировки температуры в областях или подобластях соответствующих жилых помещений, которым они принадлежат, посредством управляемой активации электромагнитных клапанов тепловой установки. Очевидно, такая конфигурация не создает конфликтов со стандартной работой блока управления установки, где установлена система.
Естественно, принцип изобретения остается неизменным, формы варианта осуществления и детали конструкции могут изменяться в широких пределах относительно описанных и проиллюстрированных, которые были приведены исключительно в порядке неограничительного примера, не выходя за рамки объема изобретения, заданного в нижеследующей формуле изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Теплоизмерительная система (10) для оценивания тепловой энергии, которой обмениваются совокупность теплообменных устройств (Hu, H1n1, H21, H2n2, Hm1, Hmnm) центральной тепловой установки (I) для генерации и доставки тепловой энергии, и потребительский комплекс (U) в течение заранее определенного периода времени (AtTOT),
причем потребительский комплекс (U) включает в себя совокупность потребителей тепла (U1, ... , Um), подлежащих контролю,
причем центральная тепловая установка (I) включает в себя
трубопровод снабжения (С), через который протекает жидкий теплоноситель, способный избирательно принимать совокупность рабочих конфигураций (s), определяющих соответствующие каналы снабжения для жидкого теплоносителя, и
тепловой блок (G), предназначенный для генерации нужного изменения тепловой энергии в жидком теплоносителе, поступающем из трубопровода снабжения С,
нагнетательное устройство (Р), предназначенное для создания принудительной циркуляции жидкого теплоносителя по трубопроводу снабжения (С),
совокупность теплообменных устройств (Hu, H1n1, Н21, Н2П2, Hm1, Hmnm), подключенных к трубопроводу снабжения (С), распределенных между потребителями тепла (U1, ... , Um), избирательно пропускающих через себя жидкий теплоноситель согласно рабочей конфигурации трубопровода снабжения (С) и обеспечивающих теплообмен между жидким теплоносителем и потребителями тепла
(U1, ... , Um),
система (10) отличается тем, что содержит
первое средство датчика (12, 14, 16, 18, 20), выполненное с возможностью связи с трубопроводом снабжения (С) и предназначенное для выдачи главных сигналов (Qman., Tman., Tnt, Pman., Pnt, s), выражающих физические величины, представляющие работу трубопровода снабжения (С) в течение периода времени (AtTOT),
причем главные сигналы (Qman., Tmail, Trit, Pman., Prit, s) содержат сигналы, представляющие следующие физические величины:
расход (2тал' жидкого теплоносителя, текущего по основному подающему участку (^man. ) трубопровода снабжения (С),
первую и вторую температуры *1пип' • ritJ жидкого теплоносителя на основном подающем
участке 'Сп1аг1' и на основном возвратном участке (Cut. ) соответственно трубопровода снабжения (С), рабочую конфигурацию (s) трубопровода снабжения (С), и
разность давлений (ДР) жидкого теплоносителя между основным подающим участком и основным
возвратным участком ^rit* ) соответственно трубопровода снабжения (С), и средство управления (22), содержащее средство памяти (23), предназначенное для сохранения
термогидродинамической модели (М), первоначально заданной и представляющей центральную тепловую установку (I), идентифицированную на основании физических величин, представляющих работу трубопровода снабжения (С), и теплообменных устройств (Hu, H1n1, H21, H2n2, Hm1, Hmnm), выявленных в указанных условиях работы и стимуляции установки (I), и
данных, выражающих изменение главных сигналов (Qman., Tman, Trit, Pman., Prit, s) в течение периода времени (AtTOT), и
средство обработки (24), предназначенное для приема на своем входе данных, выражающих изменение главных сигналов (Qman., Tman., Trit, Pman., Prit, s) в течение периода времени (AtTOT), от средства памяти (23), и способное обрабатывать данные согласно термогидродинамической модели (М) и выдавать
на своем выходе данные 'Е| <ь ¦*•' Ei,nt/" Ег,ь Е;,пг; Em, i, Ет,пш)^ которые пред-
ставляют оценку тепловой энергии ^El'b -/ Ei,ni,- E2,I, Е2,пг; Em,i, Е",,пт); ко-
торой индивидуально обмениваются между собой каждое теплообменное устройство (Hi ь Hi nb Н2 Ь Н2п2,Нт1,Нтпт) и соответствующий потребитель тепла (Ul' -' Um' •
2. Система по п.1, в которой первое средство датчика (12, 14, 16, 18, 20) предназначено для регистрации только главных сигналов (Qman, Tman, Tnt, Pman, Pnt, s) и средство обработки (24) предназначено для выдачи только выходных данных №1,1, Еьт <' Es.i' ¦•¦> Ег,п2; Ега,i, Emrnm) как
функции первых данных (Qman., Tman., Trit, Pman., Prit., s).
3. Система по п.1, в которой первое средство датчика (12, 14, 16, 18, 20) дополнительно содержит вспомогательное средство датчика, предназначенное для регистрации данных, выражающих дополнительные физические величины, связанные с элементами и компонентами вне трубопровода снабжения
(С).
представляющую установку (I), на основании физических величин, представляющих работу трубопровода снабжения (С), и теплообменных устройств (H1;1, H1n1, ... H21, H2n2, Hm1, Hmnm), выявленных в указанных условиях работы и стимуляции установки (I),
регистрируют в течение заранее определенного периода времени (AtTOT) главные сигналы (Qman., s), выражающие работу трубопровода снабжения (С), и сохраняют данные, выражающие изменение главных сигналов (Qman., Tman., Trit, Pman., Prit, s) в течение периода времени (AtTOT),
причем главные сигналы (Qman., Tman., Trit, Pman., Prit, s) содержат сигналы, представляющие следующие физические величины:
расход жидкого теплоносителя, текущего по основному подающему участку (^тап ¦' трубопровода снабжения (С),
первую и вторую температуры
участке (си"п.) и на основном возвратном участке ('v"i:it * ^ соответственно трубопровода снабжения (С), рабочую конфигурацию (s) трубопровода снабжения (С) и
разность давлений (АР) жидкого теплоносителя между основным подающим участком и основным
возвратным участком
соответственно, трубопровода снабжения (С),
которые представляют
Em, 1,
ходе данные
оценку тепловой энергии (El^' El-nl' F,2'1> Ez,m; ¦¦¦/ Em,i, Em,n
которой индивидуально обмениваются между собой каждое теплообменное устройство (H1;1, H1n1, Н2д, Н2п2, Ншд, Hmnm) и соответствующий потребитель тепла (Ub Um).
обрабатывают данные, выражающие изменение главных сигналов (Qman., Tman., Trit, Pman., Prit, s), в
течение периода времени (Дгтот) согласно термогидродинамической модели (М), чтобы выдавать на вы-
(Eifi, E],ni; E?,i, - t El2fn2; Em, 1, Em,nm)
., E
ТЕПЛОВАЯ УСТАНОВКА
J~--•Hi,it,..Hmni
ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЙ КОМПЛЕКС
Ml О*'
f-I iPilPr
I С I • и • I
EI =Ei.i ¦> ....-> Eij> t
Em=Em.1".... rj _j-HJm
12 14,16 18,20
СИСТЕМА! I
23 j
I I
Pnan.Pm
ПЕРВЫЙ МОДУЛЬ ОБРАБОТКИ
ВТОРОЙ МОДУЛЬ ОБРАБОТКИ
Еща Е т.1+....+ Emjwn;
I I
МОДУЛЬ ИДЕНТИФИКАЦИИ
БЛОК УПРАВЛЕНИЯ^
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025762
- 1 -
025762
- 1 -
025762
- 4 -
025762
- 5 -
025762
- 5 -
025762
- 18 -
025762
- 18 -
025762
- 18 -
025762
- 18 -
025762
- 18 -