Однотрубное отопление с нижней разводкой: Схема однотрубной системы отопления с нижней разводкой, способы монтажа

Отопление одной трубой. Однотрубная система

Схема отопления

Многие считают, что комфортный и уютный дом — это красивая отделка помещений, дорогая обстановка, современная мебель и много бытовой техники. Никто с таким подходом не спорит. Но не забывайте, что летом хочется, чтобы в доме было прохладно, а зимой — тепло, чтобы в кране всегда текла холодная и горячая вода, а канализация и другие системы жизнеобеспечения работали без перебоев. О чем это говорит? Только о том, что не всегда красота — это уют.

Особенно вы поймете это зимой, когда неправильно смонтированная отопительная система покажет свой нрав. Вот тут-то вы и вспомните, что нужно было в свое время делать правильный выбор и решать — двухтрубная или однотрубная система отопления частного дома подойдет именно вам.

Если ваш коттедж — это небольшое одноэтажное здание, то однотрубная разводка будет оптимальным вариантом. Она поможет обеспечить жилье полноценным теплом и сэкономить на возведении отопительной системы. Дело в том, что в однотрубной системе используется меньше труб, а соответственно, и меньше запорной арматуры. Такая схема монтируется с нижней разводкой, когда весь узел расположен ниже уровня пола, а точнее, ниже уровня установки радиаторов отопления. Обычно это подвал.

Содержание

1. Что такое однотрубная система?
2. Чем обеспечивается отопительная система?
3. Как работает однотрубная система в двухэтажном доме?
4. Недостатки системы

Что такое однотрубная система?

Представьте себе кольцо, в котором есть отопительный котел и радиаторы отопления, а само кольцо – это трубная система. Чисто технически трубы проходят на уровне пола. Точнее, труба одна, поэтому система и получила такое название. Она начинает свой путь от котла, затем проходит по всем комнатам, соединяя радиаторы. Охлажденный теплоноситель поступает в эту же трубу, которая вместе с горячей водой несет его к другим отопительным приборам.

В этом и заключается большой недостаток однотрубной системы. Ведь первый радиатор получает больше тепла, а значит, в комнате, где он установлен всегда будет повышенная температура. В последующие батареи теплоноситель уже поступает чуть охлажденным, значит, в других комнатах температура будет ниже. А представьте самую последнюю комнату. Гарантировать, что там будет комфортно, нельзя.

Подключаем отопление

Есть ли выход из этого положения? Есть. Можно установить в отопительную систему циркуляционный насос, который под небольшим давлением будет прогонять горячую воду по всей разводке. Именно с насосом можно добиться равномерного распределения теплоносителя по всем радиаторам.

Самой распространенной схемой однотрубной системы является разводка, которая носит название «Ленинградка». Это самый простой вариант, где контурная труба проходит под определенным углом, что обеспечивает эффективное движение теплоносителя. Ее обычно используют в небольших строениях, где нет необходимости установки циркуляционного насоса, и происходит естественная циркуляция нагретой воды.

Чем обеспечивается отопительная система?

Как и любая схема, однотрубная система должна обеспечиваться всеми необходимыми узлами и приспособлениями. Сюда входят:

• Запорная арматура в виде вентилей и задвижек;
• Краны Маевского для спуска воздуха;
• Термометры;
• Сливной клапан;
• Радиаторные регуляторы.

Все эти приборы и устройства обеспечивают сбалансированную, надежную и эффективную работу всей системы в целом. Иногда, используя только их, можно создать условия для комфортного проживания в доме, не устанавливая циркуляционный насос.

Как работает однотрубная система в двухэтажном доме?

Отопление в двухэтажном доме

Теплоноситель от котла по вертикальной трубе идет вверх на второй этаж, где проходит по всем отопительным приборам, отдавая тепло. Затем он спускается вниз на первый этаж, продолжая свой путь к котлу и проходя через все радиаторы. О чем это говорит? О том, что на втором этаже температура выше, чем на первом. Но это будет не всегда, потому что иногда мощности котла не будет хватать, чтобы обеспечить подачу горячей воды наверх.

Основная причина — это падение давления газа и напряжения, что часто случается зимой. И опять выход один — установить циркуляционный насос, который обеспечит равномерное распределение тепла по радиаторам. К тому же в такой системе необходимо позаботиться о нужном объеме воды, поэтому присутствие расширительного бачка выше второго этажа — просто необходимость.

И еще один момент, который касается бесшумной работы всей системы. Для этого специально устанавливают разгонный коллектор, который обеспечивает постоянную скорость теплоносителя внутри труб и приборов отопления. В двухэтажных домах такой коллектор не монтируется, потому что вертикальная труба, поднимающая горячую воду на второй этаж, обеспечивает необходимую скорость.

Нет возможности регулировать температуру в каждой комнате

Во-первых, отметим, что лучше всего устанавливать горизонтальные радиаторы отопления в однотрубную разводку, если она работает по принципу естественной циркуляции. Именно так можно сбалансировать движение теплоносителя. Перепады здесь ни к чему.

Во-вторых, нет возможности регулировать температуру в каждой комнате. Если, к примеру, в одной комнате очень жарко, то, закрывая подачу горячей воды в радиатор, можно перекрыть ее и для всех остальных, размещенных в других комнатах.

В-третьих, как было сказано выше, без насоса такая система неэффективна. А этот прибор работает от сети электрического тока. Опять расходы. В-четвертых, горизонтальный розлив. Если дом одноэтажный, то это не так страшно, но если он больше, то теплоноситель, достигнув первого этажа, теряет 50% от своей температуры.

Выход — увеличивать секции батарей. Опять расходы. Кстати, в таком случае устанавливать вертикальные водяные радиаторы отопления нет смысла, они могут просто выпасть из дизайна комнат. Так что же предлагают специалисты — не пользоваться однотрубной системой? Конечно, нет. Эта схема много лет прослужила человечеству и еще прослужит не один век. Здесь важно правильно провести расчет однотрубной системы отопления, правильно подобрать котел, радиаторы и трубы, а также смонтировать все в точности по канонам сантехнических работ. И будьте уверены, что такая разводка вас не подведет.

Читайте далее:

правльная разводка однотрубной системы отопления на фото и видео

Однотрубное обустройство отопительной системы означает отсутствие разделения трубопровода для теплоносителя на подающую линию и обратку: жидкость из котла передвигается по одному кольцу, после чего возвращается назад в теплоагрегат. Когда создаются однотрубные системы отопления с нижней разводкой, радиаторы располагаются последовательно, как это показано на фото. Жидкий теплоноситель поступает в них поочередно: сначала — в первую батарею, затем во вторую, потом в третью и т.д. В результате температура носителя тепла понижается постепенно и в самом последнем приборе он холоднее, чем на начальном этапе.  Содержание: Разные типы однотрубного отопления с нижней разводкой Достоинства и недостатки нижней разводки В двухтрубной системе в отличие от однотрубной конструкции, имеется как подающий, так и обратный трубопровод, которые между собой соединяются отопительными приборами аналогично перемычкам. При этом поступающий в каждую батарею теплоноситель имеет одинаковую температуру.  Разные типы однотрубного отопления с нижней разводкой Однотрубная система отопления с нижней разводкой может быть: конструкцией закрытого типа (не контактирующей с атмосферой). В ней наблюдается избыточное давление, притом, что сбросить воздух получится только вручную при помощи специальных вентилей или действующих без участия человека автоматических воздушных клапанов. Закрытые системы функционируют с циркуляционными насосами; конструкцией открытого типа (контактирующей с атмосферой) непосредственно через расширительный бак, при помощи него происходит сбрасывание лишнего воздуха. При таком варианте кольцо с теплоносителем следует располагать выше радиаторов отопления. В противном случае в приборах будет собираться воздух и тем самым создавать препятствие для циркуляции жидкости; конструкцией с расположением трубы с теплоносителем в горизонтальной плоскости. Такое устройство теплоснабжения является практически идеальным вариантом для одноэтажных частных домовладений или для квартир, где установлено автономное отопление;  конструкцией с расположением трубы с теплоносителем в вертикальной плоскости. Ее чаще всего устанавливают в жилых зданиях, в которых количество этажей составляет не более четырех.  Достоинства и недостатки нижней разводки Однотрубное отопление с нижней разводкой, предусматривающее последовательное передвижение теплоносителя через радиаторы, исключает возможность регулировки или отключения одной отопительной батареи. Также непростыми задачами является ликвидация протечки или замена пришедшего в негодность отопительного прибора. Для устранения неполадок придется сливать из системы весь теплоноситель.  Еще один недостаток, который имеет однотрубное отопление с нижней разводкой заключается в том, что между первым и последним радиатором всегда есть большая разница в температуре и это негативно отражается на уровне комфорта в комнате.  Более удобным будет однотрубное отопление с байпасами: в трубу для теплоносителя, образующую кольцо, врезают параллельно радиаторы отопления, при этом на каждый из них устанавливают регулировочный кран для радиаторов отопления  и кран, предназначенный для сброса воздуха. Благодаря данным мерам увеличится скорость передвижения теплоносителя, практически исчезает разница температур между последней и первой батареей. Кроме этого, ремонт можно выполнять, не сливая воду. Но работать такая система может лишь с принудительной циркуляцией. Когда отопительная конструкция является самотечной, потребуется разгонный коллектор. В данном случае из котла теплоноситель направляют вертикально вниз, потом к коллектору и уже от него – к радиаторам, которые подключают параллельно по отношению к циркуляционному кольцу. Видео об однотрубном отоплении с нижней разводкой: Похожие статьи Как подключить радиатор отопления: способы подключения, как лучше сделать, какой комплект использовать в квартире, примеры на видео и фото В частном домовладении или в квартире при их строительстве или ремонте подключение отопительных радиаторов выполняют после завершения установки окон и… Отопление в частном доме своими руками: фото, видео, виды, советы Отопление в частном доме своими руками решает многие проблемы. Собственная отопительная система – это вполне посильная задача, но проводить монтажные. .. Схема разводки отопления двухэтажного дома — выбор способа разводки на примерах фото и видео Каждый владелец загородной недвижимости вынужден решать вопросы, связанные с обустройством системы теплоснабжения. Выбор схемы отопления в двухэтажных…

Решения Raychem для поддержания температуры горячей воды в однотрубной системе от KSM Limited

Системы поддержания температуры горячей воды Raychem обеспечивают комфорт и интеллектуальный способ мгновенной подачи горячей воды из крана.

Обеспечение комфорта горячей водой является ключевым требованием любой современной системы горячего водоснабжения. Однотрубная система Raychem поддерживает нужную температуру воды в водопроводной сети здания. Интеллектуальная система сначала снижает инвестиционные затраты, а затем работает экономично и эффективно.

Разработанная для непосредственного применения на трубах горячей воды система Raychem не требует возвратных труб, клапанов или насосов.

Интеллектуальность системы заключается в саморегулирующихся кабелях и блоке управления Raychem HWAT-ECO.

Зачем устанавливать систему поддержания горячей воды?

• Длинные и сложные трубопроводные сети неэффективны с точки зрения энергии.
• Ожидание воды из-под крана при желаемой температуре приводит к трате большого количества ценной воды.
• Профилактику и обеззараживание легионеллы в длинных и разветвленных трубопроводных системах выполнить намного сложнее.

Причины для установки системы Raychem

Однотрубная система для простого проектирования и быстрого монтажа

Греющий кабель

Raychem HWAT просто закрепляется на подающей трубе — нет необходимости в возвратных трубопроводах, клапанах или насосах, а также в сложном проектировании и работах по балансировке, связанных с возвратными системами. Это приводит к снижению затрат на установку, меньшему количеству работ по техническому обслуживанию системы трубопроводов и гибкой установке нагревательного кабеля благодаря интеллектуальной системе подключения Rayclic.

Гигиеническая система

Меньший объем воды и меньшие потери тепла в трубопроводе обеспечивают меньшее количество бактериологических проблем.

Гибкая и компактная система

Требуемое место для труб было уменьшено, потому что нет обратных труб. Подступенки, шахты и проемы могут быть сведены к минимуму, освобождая место для других услуг.

Снижение энергопотребления

Потери тепла в системе меньше, так как компенсируются только потери тепла из подающей трубы (а не из обратной). Также нет требований к мощности для циркуляционных насосов. Однотрубную систему можно использовать с котлом меньшего размера, а поскольку в котел не поступает холодная обратная вода, нагрев воды более эффективен.

Блок управления HWAT-ECO ограничивает тепловую мощность саморегулирующихся нагревательных кабелей в соответствии со специфическими требованиями системы горячего водоснабжения. Он объединяет функции часов с термостатом котла, чтобы система использовалась исключительно для поддержания температуры.

Это позволяет избежать избыточного производства тепла и свести к минимуму потребление энергии. Внедрение системы управления HWAT-ECO экономит до 50% энергии.

Без затрат на обслуживание

Система не имеет механических частей, таких как рециркуляционный насос или регулирующие клапаны. Нет деталей, которые могут изнашиваться.

Технология

Саморегулирующиеся системы Raychem предлагают наиболее гибкий подход к проектированию обогрева. Кабель может быть обрезан на месте для самых сложных установок.

Особенности системы включают:

• Выбираемые уровни температуры: поддерживающая или экономичная температура
• Программы профилактики термической легионеллеза
• BMS-совместимый
• Блоки управления могут быть объединены в сеть для быстрого программирования
• Девять программ для конкретных зданий
• Сигнальное реле для дистанционного контроля

REHVA Journal 06/2022 — Control device for pumping one-pipe hydronic systems

Jiří Dostál	Tomáš Bäumelt	Jiří Cvrček
Чешский технический университет в Праге, Университетский центр энергоэффективных зданий, Буштеград, Чехия Автор, ответственный за переписку: jiri. [email protected]

 

Резюме : В статье представлены разработка и алгоритмы устройства активного управления для насосных однотрубных (или первично-вторичных) систем. Главной особенностью такой системы является последовательное подключение тепловых нагрузок/источников и небольшой насос у каждой нагрузки/источника, в отличие от классических двухтрубных систем с параллельным подключением и дроссельной арматурой. Наш основной вклад — интеграция всех необходимых компонентов в одном устройстве и возможность определения массового расхода во вторичном контуре без расходомера. Измеряя падение температуры, мы можем оценить и контролировать тепловой поток, а также провести дистанционную тепловую и гидравлическую диагностику подключенного теплового терминала. Он питается и обменивается данными через Ethernet и содержит насос BLDC с мокрым ротором, управляемый полевым методом управления. Фильтр Калмана обеспечивает оценку массового расхода, а надежный контроллер системы с распределенными параметрами регулирует тепловой поток.

Ключевые слова : Однотрубная, однотрубная, первично-вторичная перекачка, управление тепловым потоком, Q-насос

Введение

первично-вторичные насосные системы. Однако в настоящее время в основном используются двухтрубные водяные системы отопления. Наиболее распространенным является количественный контроль, при котором изменение гидравлического сопротивления в ответвлении регулирует поток через тепловой терминал. Самый простой привод количественного контроля — это ручной клапан; однако в настоящее время законодательные нормы (например, [1]) больше не разрешают его использование. По крайней мере, должны использоваться автоматические термостатические клапаны. Термостатический клапан механически управляет открытием в зависимости от температуры в помещении. Более современным решением является использование регулирующих клапанов, не зависящих от давления (PICV, [1]), которые используются в основном в фанкойлах (FCU). PICV содержит пружинный механизм для поддержания постоянного перепада давления на соседнем регулирующем клапане; следовательно, расход зависит только от открытия клапана, а не от каких-либо изменений давления [1].

Еще один способ управления гидравлической системой — подача теплоносителя туда, где это необходимо, вместо дросселирования там, где это не требуется. Это решение уже доступно на рынке [2,3] и использует небольшой насос для каждого теплового терминала. Назовем системы с дроссельными клапанами «пассивными» или «дроссельными», а системы с насосами «активными» или «насосными». Компания Wilo AG также ввела терминологию, согласно которой дросселирующие системы называются «ориентированными на подачу», а системы с насосами — «ориентированными на спрос». Также можно встретить термин «централизованная» для систем с центральным насосом и «децентрализованная» для децентрализованных насосных систем.

Хотя существует также двухтрубный вариант децентрализованной насосной системы [2,4], в этой статье рассматривается только однотрубная насосная гидроническая сеть и предназначенное для нее устройство управления.

В статье представлены насосная однотрубная сеть и разработка устройства управления, алгоритмы и проверка в реальных условиях.

Насосная однотрубная гидравлическая сеть

Насосная однотрубная система, называемая также «первично-вторичной перекачкой» [5], в основном используется для подключения источников тепла, но также может использоваться на стороне нагрузки. Короче говоря, от основной трубы в контуре ответвляются два сближенных тройника, куда закольцовывается вторичный («малый») насос с источником/выводом тепла. Источники/выводы тепла соединены последовательно на основной (первичный) трубопровод. Основные контуры трубопроводов от, скажем, тепловой нагрузки к главному циркуляционному насосу, источнику тепла (или гидравлическому сепаратору) и обратно к тепловой нагрузке. См. Рисунок 1 для схематического изображения.

Рисунок 1. Гидравлические топологии: двухтрубная дросселирующая система (вверху), насосная однотрубная система (внизу).

Преимущества насосной однотрубной гидравлической системы:

·         система обычно содержит трубы только двух диаметров (первичный и вторичный),

·         экономия времени и материалов (меньше труб, соединений, клапанов и работы сантехника),

·         один тип насоса во вторичном контуре может управлять широким диапазоном грузоподъемности; т. е. система устойчива к неточностям/изменениям конструкции,

·         количество общей рассеиваемой насосной энергии является наименьшим из всех возможных топологий,

·         однотрубная система содержит меньше теплоносителя (вода, гликоль), чем сравнимая двухтрубная система.

Недостатки:

·         У практиков в основном сложилось впечатление, что однотрубные системы неэффективны и проблематичны. Это основано на давно вытесненном дроссельном однотрубном варианте отопления с его реальной более высокой стоимостью эксплуатации и низкой комфортностью [5]. Это заранее наносит ущерб репутации насосных однотрубных систем,

·         Температурные соотношения между вторичными контурами должны учитываться при проектировании системы. Существует инструмент проектирования и проверки однотрубной сети [8,9]. Но также существуют решения для модернизации двухтрубных систем,

·         это решение стало возможным только недавно, когда стали доступны насосы с герметичным мокрым ротором и электродвигатели с электронной коммутацией. Существует не так много установок, доказывающих работоспособность системы. Несмотря на это, в США эксплуатируются десятки насосных однотрубных систем, в т.ч. [3].

Дополнительные сведения о топологии гидравлических сетей и описание инструмента проектирования однотрубной сети см. в [6].

Устройство управления однотрубным насосом

Скорость вторичного насоса регулирует выходную мощность теплового терминала в насосной однотрубной сети. А так как во вторичном контуре нет переменного гидравлического сопротивления, то вторичный поток регулируется исключительно этой скоростью.

Такие условия позволяют нам сделать вывод о расходе по показаниям мощности насоса, как Рисунок 2 изображает. Знание скорости, мощности и расходных характеристик насоса является основной предпосылкой для оценки абсолютного объемного/массового расхода через насос и, следовательно, через весь вторичный контур, т.е. тепловой терминал. Мощность нагрева/охлаждения можно рассчитать, добавив пару датчиков температуры на подающем и обратном вторичном трубопроводе.

Наше запатентованное изобретение [7,8] под торговым названием Q-насос (Qp) объединяет два близко расположенных Т-образных фитинга, корпус насоса, обратный клапан и пару датчиков температуры в одном устройстве. . Такое устройство напрямую соединяет источник/терминал тепла с магистральной трубой. См. Рисунок 3 для схематического изображения.

Примечание : Хотя к источникам тепла в целом применяются те же принципы, однотрубные регулирующие насосные устройства будут изображены только при распределении тепла к тепловым терминалам. Кроме того, хотя в дальнейшем будет рассматриваться только нагрев, аналогичные принципы применимы и к распределению мощности охлаждения.

Рисунок 2. Основной принцип определения расхода на основе показаний электрической мощности насоса.

Рисунок 3. Схема устройства однотрубного регулирующего насоса. HX – теплообменник, CHV – обратный клапан, I – труба, P – насос, TT – датчик температуры.

Проектирование и производство

Директива ЕС [9] рекомендует проектировать источники тепла для типичной нагрузки здания (вместо максимальной нагрузки) с дополнительным источником тепла для экстремальных условий. Применив тот же принцип к распределению тепла, была выбрана магистральная труба DN32 с резьбой G5/4, что обеспечивает экономичный перепад давления [10] для снабжения одного этажа 75% коммерческих зданий в ЕС [11]. Остальные 25 % предприятий с более высокими нагрузками должны, но только в течение 6 % времени эксплуатации [12], иметь более высокие скорости магистральных трубопроводов, чем 1,2 м/с, и, следовательно, более высокие потери давления.

Вторичный трубопровод и насос устройства рассчитаны на нагрузку 10 кВт со средневзвешенной гидравлической проводимостью 0,8 бар/м³/ч. Вторичные порты DN15 с резьбой G1/2, стандартное соединение для большинства тепловых терминалов. См. , рис. 4 , где приведены результаты исследования типичных расчетных условий эксплуатации (нормализованных с использованием EN 442-1:1995) и конкретных нагрузок.

Рисунок 4. Типовые расчетные условия эксплуатации теплых полов (UHF), радиаторов (RAD), конвекторов (CONV) и фанкойлов (FCU). Все значения в паспорте нормализованы для условий 70/55/20°C с использованием нормы EN 442-1:19.95.

Вспомогательным насосом служит насос типоразмера D5 [13] (применяется, например, в гелиотермических установках или рециркуляторах горячей воды). Это сферический насос с мокрым ротором и электронной коммутацией, с четырьмя полюсами ротора и шестью катушками статора на кольце с магнитным сердечником.

Корпус Qp ( Рисунок 5 ) состоит из основной трубы, от которой отходит корпус насоса с всасывающим отверстием. Выход насоса направлен перпендикулярно оси основной трубы. Во вторичном выпускном отверстии находится пружинный обратный клапан и датчик температуры вторичной подачи. В том же направлении идет вторичный вход, в котором размещен вторичный датчик температуры обратки и который соединяется с основной трубой.

Рисунок 5. Однотрубное регулирующее насосное устройство: отлитый из латуни и обработанный корпус с крышкой электроники, изготавливаемой методом литья под давлением.

Корпус Qp выполнен максимально симметричным с точки зрения основной трубы, что позволяет направлять вторичные порты вправо или влево независимо от направления потока в основной трубе. Это означает, что направление потока в основном трубопроводе не изменяет гидравлические условия во вторичном трубопроводе.

Первые прототипы были изготовлены с помощью 3D-печати. Окончательные прототипы отливаются из латуни с использованием керамических форм (созданных поверх 3D-печатных мастеров). Окончательная конструкция корпуса полностью отливается из латуни и обрабатывается стандартными методами механической обработки.

Крышка блока электроники предназначена для литья под давлением без каких-либо специальных стержней. Он разработан в соответствии со степенью защиты IP44 и защитой от натяжения кабеля.

Электроника и программное обеспечение

Электроника использует микроконтроллер NXP i. MX-RT со встроенными функциями управления двигателем. Скорость насоса и набор электрической мощности осуществляются методами векторного управления (ВРУ) [14], позволяющими эффективно управлять устройством во всем диапазоне от нулевого до максимального расхода.

Процессор работает под управлением FreeRTOS и позволяет измерять температуру, оценивать тепловую мощность, выполнять расчеты контроллера и обмениваться данными.

Оценка массового расхода

Оценка массового расхода является ключевым компонентом однотрубного регулирующего насосного устройства. Возможность определения расхода без использования расходомера позволяет экономично реализовать следующие функции:

·         Оценка теплового потока

·         Контроль теплового потока

·         Учет тепла

·         Тепловая диагностика

3 90 вторичного контура ( рис. 3 ), с гидравлической точки зрения есть три основных особенности: двойной тройник (соединение с первичным контуром), корпус насоса с обратным клапаном и гидравлическая нагрузка — тепловой терминал с его обвязкой. Тройники расположены близко друг к другу, чтобы не создавать источник давления для вторичного контура. Изменения в первичном потоке не влияют на вторичный поток (подтверждено измерением, изменение составляет менее 5 л/ч на 1000 л/ч изменения первичного потока) — поэтому два контура гидравлически разделены. Это упрощает вторичный гидравлический контур до двух компонентов: насоса и нагрузки.

Размер устройства Qp не изменяется в большую или меньшую сторону в зависимости от мощности нагрузки; орган управления всегда заполнен, так как мы контролируем поток напрямую. Точное управление скоростью насоса означает достаточную точность управления потоком для любой нагрузки. Таким образом, корпус QP с корпусом насоса, обратным клапаном и отверстиями имеет фиксированный размер и может быть точно описан по характеристикам напор-расход (HQ) и мощность-расход (PQ). На рис. 6 представлены измеренные данные и полиномиальная модель. Подгонка выполнялась по норме L1 с ограничениями по форме [15].

Оценка массового расхода основана на базовой математической модели контура ( Рисунок 7 ), фиксированной, но неизвестной гидравлической нагрузке и фиксированном и известном насосе с его корпусом.

Рисунок 6. Подгонка характеристик устройства Qp для плоскости HQ (слева) и плоскости PQ (справа).

Рисунок 7. Упрощенная схема динамической модели, используемой для оценки массового расхода.

Модель насоса в основном определяется полиномами напора и мощности; частичное влияние оказывает температура воды на входе и обмотки двигателя. Динамическое поведение в основном определяется регулятором скорости, инерцией потока и инерцией рабочего колеса. Последние, однако, достаточно быстры, чтобы обеспечить грубое приближение динамикой первого порядка.

Квадратичный закон Дарси-Вейсбаха в основном дает модель нагрузки. Гидравлическая проводимость неизвестна, но считается, что она очень медленно изменяется. Динамическая модель потока получена из аналогичной модели инерции, где разница напора между входом и нагрузкой представляет собой движущий потенциал изменения потока. Гидравлическая проводимость Ki слабо зависит от средней температуры воды.

Модель является нелинейной, с одним параметром и двумя состояниями для оценки. Состояния, скорость насоса S и самое главное расход Q, вместе с гидр. проводимости нагрузки K оцениваются расширенным фильтром Калмана (EKF). Результирующий поток обозначается .

Регулятор теплового потока

Тепловой терминал, напр. FCU, как правило, представляет собой систему с распределенными параметрами и распределенной задержкой по времени, управляемую, в упрощенном виде, одномерным гиперболическим УЧП [16]. Кроме того, датчики температуры расположены на устройстве Qp, поэтому возможна значительная задержка при транспортировке из-за длины вторичного трубопровода.

Стандартное ПИД-регулирование с обратной связью не подходит для такой системы. Однако контроллер Sandoval [17] специально разработан для надежного управления скоростью конвективных пространственно-распределенных систем, т.е. тепловые терминалы.

Постановка задачи управления состоит в том, чтобы найти регулятор, который сводит ошибку регулирования нагрева e к нулю.

Стабилизирующий закон управления определяется как

Где sg(e) = 1 для e ≥ 0 и sg(e) = -1 в противном случае.

(1)

 

Две константы kP и kI являются параметрами настройки для пропорционального и интегрального действия соответственно. Контроллер можно рассматривать как ПИ-регулятор с переменным интегральным усилением. Модификация, препятствующая завершению, была использована для предотвращения ситуаций завершения.

В нашем сценарии погрешность управления теплом определяется как

, где cp [Дж/кг/K] — удельная теплоемкость теплоносителя (предполагаемая вода, статистический тест на присутствие воды), Twi и Two [°C] являются измерениями температуры подачи и обратки в устройстве Qp. Эталон теплового потока QREF [Вт] задается диспетчерским регулятором температуры – настенным модулем или зональным датчиком температуры MPC [18].

(2)

 

Валидация

Разработка устройства Qp была бы невозможна без точного и многофункционального испытательного стенда.

Испытательный стенд

Гидравлический испытательный стенд для гидравлических устройств управления с обратной связью по температуре ( рис. 8 ) содержит три соединенных контура.

Первичный гидравлический контур начинается с главного насоса и проходит через бак горячей воды, первичную сторону устройства Qp, комплект PT1000 темп. датчики и электромагнитный расходомер направляются обратно к первичному насосу.

Вторичный контур начинается на вторичных портах устройства Qp и проходит через приводной клапан, расходомер Кориолиса, набор температурных датчиков PT1000. датчиков к водовоздушному теплообменнику и обратно к устройству Qp. Точный датчик перепада давления подключается к портам Qp на вторичной или первичной стороне.

Воздушный поток начинается с прямого воздуховода с решетчатым расходомером Wilson и продолжается через регулируемый вентилятор и набор температурных датчиков PT1000. датчиков в водовоздушный теплообменник, откуда он выходит из испытательного стенда.

Испытательный стенд также содержит небольшой резервуар для воды с существенно отличающейся температурой для реализации резких перепадов температуры. Он подключается к основному каналу через старый прототип Qp.

Контроллер ADRC управляет нагревательным баком, а поток воздуха и первичный поток воды регулируются обычными PI-контроллерами. См. Рисунок 8 для изображения испытательного стенда.

Здесь также могут быть разработаны/испытаны двухтрубные дроссельные приводы с обратной связью по температуре.

Рис. 8. Гидравлический испытательный стенд. А) стендовый контроллер, Б) однотрубное регулирующее насосное устройство, 1) первичный насос, 2) первичный индукционный расходомер, 3) вторичный кориолисовый расходомер, 4) водовоздушный теплообменник, 5) основной бак, 6) приводной клапан , 7) датчик перепада давления, 8) управляемый вентилятор, 9) второй бак для резких перепадов температуры.

Результаты

На рис. 9 представлена ​​точность оценки расхода. Данные были получены путем линейного увеличения и уменьшения скорости насоса, которым предшествовали три этапа нагрузки, где EKF определял гидравлическую нагрузку. Приводимый в действие клапан, соединенный со вторичным контуром, располагался случайным образом, чтобы представить неизвестную гидравлическую нагрузку. Стандартное отклонение во всем диапазоне фактической гидравлической нагрузки составляет 3,9.1 л/ч; однако оценка в области низкого расхода не совсем точна из-за отсутствия обратной связи от показаний электрической мощности насоса, поскольку характеристика PQ здесь плоская.

На рис. 10 показано управление тепловым потоком теплообменника вода-воздух. Результаты были получены путем линейного увеличения и уменьшения абсолютного эталонного значения тепла. Стандартное отклонение по всему диапазону теплового терминала составило 158 Вт. Однако точность отслеживания при малых тепловых потоках не очень удовлетворительна из-за множества факторов.

Прежде всего, ошибка в оценке массового расхода является фактором. Во-вторых, подведенное (реальное) тепло рассчитывается по датчикам температуры воды в мокром колодце, расположенным непосредственно на входе и выходе теплообменника. Напротив, расчетная мощность рассчитывается по сухоблочным датчикам температуры на борту устройства Qp, и между ними находится значительная часть неизолированного трубопровода. Обратите внимание, что регулятор теплового потока всегда отслеживает оценку тепла точно по эталону, но расчетная мощность отличается от реальной. Систематическая ошибка регулирования мощности в более высоких потоках, вероятно, связана с рассеиванием тепла вторичным трубопроводом (неизолированным) и другими ошибками в измерениях температуры; ошибка оценки расхода добавляется к последнему в области низкого расхода.

Рисунок 9. Точность оценки расхода для случайного фиксированного положения сработавшего клапана во вторичном контуре.

Рисунок 10.