CN114127371A - 用于运行温度控制循环系统的方法及温度控制循环系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行循环系统(10)的方法，该循环系统具有加热装置和管道系统，加热装置具有用于水的温度控制的入口端口和出口端口，并且管道系统具有多个线路，这些线路包括具有与周围环境的给定热耦合的一个或多个区段并且借助于节点进行连接，其中，管道系统的管中的一个或多个设计为供应管(4、5、6)，至少一个作为连接于移除点(9)的单个递送管(7)，并且至少一个管设计为连接于(一个或多个)供应管(4、5、6)的循环管(10a)，所述方法包括以下步骤：‑借助于加热装置将出口端口的水温设置为值Ta；‑将入口端口处的体积流量设置为值Vz，并且包括以下步骤：‑从温度起始值TMA*和体积流量起始值Vz*开始，根据轴向温度变化的模型，对于连接于出口端口的第一区段，确定、具体是计算水在起始区域与结束区域之间的水温变化；在给定区段的起始区域中的水温与给定区段所连接的区段的结束区域中的水温相同的边界条件的制约下，根据温度变化的模型，对于每个另外的给定区段，确定、具体是计算起始区域与结束区域之间的水温变化；以及选择出口端口处的水温的值Ta和体积流量的值Vz，使得在每个区段的结束区域中，水温TME位于Tsoll附近的特定温度范围内，具体地，在入口端口(12a、14a)处，水温设置为Tb＜Tsoll，Tsoll‑Tb＜Θ，其中Θ>0是特定值。此外，本发明还涉及一种用于实施所述方法的循环系统。
Description
每次根据独立权利要求的前序部分的特征，本发明涉及一种用于运行循环系统的方法以及循环系统。
为了防止微生物在冷水网络中生长，DIN EN 806和VDI准则6023要求建筑物中的饮用水装置始终将装置中所有管线的冷饮用水(PWC)温度限制在不超过+25℃的值。根据DIN EN 806-2,3.6，出水点完全打开后30秒钟内，冷水位置的水温不应超过+25℃。此外，为了防止水的停滞，应设计冷水装置，以便在正常运行条件下，定期向装置的所有管线中补充饮用水。类似地，VDI指南6023还包含将饮用水的温度尽可能保持在+25℃以下的建议。自然地，通常也认为限制水温对于其它水装置、比如工业过程水的装置是必要的。
各种情况的单独或合并发生有利于PWC高温的发生，包括：
·家庭连接点处的已经较高的PWC温度，
·建筑物区域的热影响，例如通过建筑物的位置和方向或建筑物在建筑物内的区域，
·PWC管道线路的隔热不足以保持热量，
·将PWC管道线路安装在带有热源的房间和设备空间中，并安装在常见的安装区域中，比如竖井、管道、吊顶和带有发热介质的安装壁(比如加热系统管道、饮用水(PWH)和饮用水热水循环系统(PWH-C)、进气和排气管、灯具)，
·在上述安装区域中停滞的阶段，
·具有相应的大安装体积的高度分支的PWC安装，
·尺寸过大的PWC管道线路。
迄今为止，为了在停滞阶段中满足规定的规则而进行的优先选择的方法是强制冲洗装置，以便模拟这些阶段中的期望运行。
为了提供冷饮用水，已经提出了用于冷水网络的各种冷却循环系统。
从EP 1 626 034 A1中已知一种冷却的循环系统，其中提出了向水中受控地添加消毒剂。
从DE 10 2014 013 464 A1中已知一种用于运行具有蓄热器、循环泵、调节单元和至少两个分支并且具有其它未知的管道网络结构的循环系统的方法。每个分支均具有可通过驱动马达调节的阀，这些分支与温度传感器匹配，这些温度传感器位于分支之间每个混合点的上游。驱动马达和/或循环泵被连接，以通过无线或有线方式与调节单元进行数据交换。调节单元设计成通过限制计量温度的范围和/或根据实际温度值与目标温度值之间的差来调节泵功率来进行热力和液压平衡以及热消毒。
从DE 20 2015 007 277 U1中已知一种建筑物的饮用水和非饮用水供应布置，该建筑物具有用于冷水的家庭连接点，该连接点连接于公共供水网络。该供应装置包括至少一个循环管道，该循环管道设有泵并且通向至少一个消耗器。在循环管道中设有从水中提取热量的热交换器。
此外，在EP 3 159 457 A1中描述了一种从DE 20 2015 007 277 U1已知的饮用水和非饮用水供应装置，其中，热交换器由潜热存储器形成，并且包括设在循环管道中的机动冲洗阀，该冲洗阀连接于用于控制目的的控制装置。冲洗阀布置在潜热存储器与家庭连接点进入循环管道的点之间，并沿流动方向位于潜热存储器的下游。
已知的利用水冷却的循环系统不能确保或不能有效地确保在循环系统的运行期间，对于所有部分区段，并且对于所有时间，水温都保持低于期望温度。
在本申请的申请人的PCT/EP2019/062547中，已经描述了一种运行带有冷却装置的循环系统的方法，包括以下步骤：
-从温度值TMA*<Tsoll和起始体积流量值Vz*开始，对应于轴向温度变化的模型，对于连接于所述输出端口(12b、14b)的第一部分区段，确定、具体是计算水在起始范围与结束范围之间的水温变化，
-在给定部分区段的起始范围中的水温等于给定部分区段所连接的部分区段的结束范围中的水温的边界条件下，对应于温度变化的模型，对于每个给定的附加部分区段，确定、具体是计算起始范围与结束范围之间的水温变化，以及
-选择出口端口(12b、14b)处的水温的值Ta和体积流量的值Vz，使得在每个所述部分区段的结束范围中，水温为TME＜Tsoll，并且在入口端口(12a、14b)处，水温设置为Tb＜Tsoll，Tsoll-Tb＜θ，其中θ>0是预定值。
以上引用的PCT/EP2019/062547的内容在本申请公开的内容中全部作为参考采用。
在热水网络的情况下，也存在与冷水网络类似的问题。在上述情况下，运行温度将发生变化，但不是冷却装置，而是蓄热器或加热器。热水网络中的温度应在蓄热器出口处的60℃与蓄热器入口处的55℃之间。与由于从周围环境吸收热量而导致温度升高的冷水网络相反，在热水网络中，热量损失导致温度下降。
因此，本发明提出要解决的问题是以有效的方式确保在循环系统的运行期间对于所有部分区段并且对于所有时间，水温都保持在期望的温度范围中。
此外，本发明提出要解决的一个问题是有效地确保在循环系统的运行期间对于所有部分区段并且对于所有时间，水温都保持在标称温度之上。
根据本发明，利用独立权利要求的特征解决了该问题。
因此，总体而言，本发明还包括在根据模型对用于计算的公式进行相应修改的情况下，使用诸如热交换器之类的温度控制装置来代替能够加热或冷却水的冷却装置的情况。优选地，温度控制装置构造为加热装置。
根据本发明的方法具体涉及一种循环系统，该循环系统具有温度控制装置和管道线路系统，温度控制装置具有用于水的冷却的输入端口和输出端口，并且管道线路系统具有多个分支，这些分支包括具有与周围环境的给定热耦合的一个或多个部分区段并且借助于节点进行连接，其中，管道线路系统的一个或多个管线构造为流管，至少一个作为连接于出水点的单个供应管线，并且至少一个构造为连接于一个或多个流管的循环管道。
根据本发明的用于运行循环系统的方法的特征在于，从温度起始值TMA*<Tsoll和体积流量起始值Vz*开始，根据轴向温度变化的模型，对于连接于输出端口的第一部分区段确定在初始区域与结束区域之间的水温变化；在给定部分区段的初始区域中的水温等于给定部分区段沿水的流动方向所连接的部分区段的结束区域中的水温的边界条件下，根据温度变化模型，对于连接于第一部分区段的每个其它给定部分区段确定初始区域与结束区域之间的水温变化；以及选择输出端口处的水温的Ta值和体积流量的Vz值，使得在循环系统的各部分区段的结束区域中，水温为TME<Tsoll，并且在输入端口处，水温设置为Tb<Tsoll，Tsoll-Tb<θ，其中θ>0为给定值。
优选地，上述确定包括根据模型基于从部分区段的周围环境吸收的热量来计算部分区段的初始区域和结束区域之间、即对应的导管件的水的轴向温度变化。因此，从连接于温度控制装置的第一部分区段开始，其连续地运动通过部分区段的整个系统，并因此计算整个系统中的温度。
根据本发明，对于在循环系统各部分区段的结束区域中，水温为TME<Tsoll，并且在输入端口处，水温设置为Tb<Tsoll，Tsoll-Tb<θ，其中θ>0为给定值的情况下，水温的值Ta和输出端口处的体积流量的值Vz在借助对管道系统中循环水的温度和体积流量的建模的方法中确定，优选地通过计算来确定。为了具有稳定的Vz的状态，优选地这样做。
然后调节温度控制装置以及可能的循环系统的循环泵，以使水温和体积流量具有确定的Ta值和Vz值。
根据本发明提出，在输出端口处设定温度，并根据该温度计算温度变化，并根据权利要求1的特征部分将其用于建模。
计算的优点是不需要传感器来测量任何东西，并且可以评估和改变影响因素，并且还可以做出预测。
与两点调节系统和/或建筑物楼层的级联控制或管道线路分支控制相比，计算具有以下优点：需要较少的计量点，并且整个系统更不容易发生振荡。
因此，与现有技术相反，根据本发明的调节借助于在输出端口处的设定点操作来实现，不过调节器的设计是基于带有分布参数和多个温度TME的计算的整个水导管系统。因此，基本上仅需要一个调节器和一个温度设定值即可提供温度Ta。
以下公式适用于热水网络中的温度下降和冷水网络中的温度上升。
因此，本发明还包括热水网络的类似例子，其中使用贮存器或加热器代替温度控制装置。
此外，如果水的温度高于环境温度，则上述给定的公式也适用于冷水网络。
因此，总体而言，已经提到过本发明涵盖了在根据模型对用于计算的公式进行相应修改的情况下，使用热交换器来代替能够加热或冷却水的温度控制装置的情况。
术语“分支”表示由两个节点之间的一个或多个部分区段组成的线，在它们之间没有其它节点。分支横跨节点连接。
优选地，给定部分区段的初始区域中的水温等于给定部分区段所连接到的部分区段的结束区域中的水温的边界条件仅属于相应分支的部分区段。
从一个节点进入相邻部分区段的体积流量的温度和大小取决于进入的体积流量的温度和大小。本发明优选地假设这些由管道线路系统的设计给出。
由管道线路系统的设计给出的本发明优选地假设在不同的输出管线或部分区段之间从节点流出的体积流量的分配。
优选地，基于体积流量分配百分比来计算分支连接在一起时的混合温度和分支分开时的温度。
在根据本发明的方法中，假定管道线路系统是给定的，应当理解的是，管道线路系统按照DIN 1988-300的管道网络设计规则进行设计，特别规定了PWC(饮用水冷)管线的某些公称宽度以及循环水与周围环境的热耦合值。应当理解的是，在其它国家或地区中指定或推荐的管道网络设计也可以普遍考虑。
优选地，根据管道线路系统的设计选择最高的允许值作为体积流量起始值Vz*。该值一直减小，直到循环水温度接近Tsoll为止，因为随着体积流量的减小，循环水的温度升高，因此输入端口的温度升高。
优选地，改变值TMA*，并且选择水温的最大值Ta，对于该水温的最大值，输入端口处的水温为Tb＜Tsoll，Tsoll-Tb＜θ，其中θ＞0是预定值。
给定Tsoll-Tb<θ，确保了循环系统中的水温不设置得太冷，并且该系统不以能量无效的方式运行。通常，θ在1℃至5℃之间的范围内，但是也可以在其它范围内。
可以根据本身已知的模型，例如通过模拟计算或适当的已知公式，来确定每个部分区段的初始区域与结束区域之间的水温变化。
当实施根据本发明的方法时，循环系统优选地在没有脱水且没有吸水发生的状态下操作，因为在该状态下，与在发生脱水的状态下相比，可以期待更大的水加热，因此通过使用由该方法确定的参数Ta和Vz确保了具有不期望的高水温的状态的安全裕度。
通过该方法确定的参数Ta和Vz有利地用于对给定循环系统进行建模，其中根据有关标称宽度和循环水与周围环境的热耦合的法律规范来设计管道线路系统，并有利地操作循环系统，使得满足有关循环系统中饮用水温度的强制性规定。
申请人对已经存在的系统的模拟表明，通过使用根据本发明设置的参数：a)满足了上述法律要求，并且b)实现了系统操作的更大的能量效率。
有利地使用由该方法确定的参数Ta和Vz，以便根据给定循环系统中的冷却功率来确定温度控制装置的设计，在该系统中，管道线路系统是根据有关循环水与周围环境的标称宽度和热耦合的法律规范进行设计的。此外，可以根据循环泵的泵送功率来确定其设计。
以下术语在本文中应有特定含义，其定义取决于标准DIN EN 806。
循环系统的循环管道是指循环中出水点下游的管道，如果没有其它出水点连接于该导管，则水从温度控制装置的输出端口流回温度控制装置的输入端口。
术语节点用于连接导管的导管元件。至少两个体积流量可进入节点并且恰好有一个体积流量离开节点，或者恰好一个体积流量可进入并且至少有两个体积流量可从节点离开。节点对应于分支点。
优选地，例如以T形件的形式，恰好两个体积流量进入循环系统的节点，并且一个体积流量从节点离开，或者恰好一个体积流量进入并且恰好两个体积流量从节点离开。
基尔霍夫第一定律适用于与电路类似的循环系统的节点，由此，流入的流量之和等于流出的流量之和。
优选地，在每个节点点处的流出的流量被分配在相等大小的离开的体积流量中。应当理解的是，其它分配也是可能的。
对于具有不同温度的恰好一个离开体积流量以及恰好一个进入体积流量的节点，优选地，使离开的体积流量的混合水的温度tm和质量流量mm与温度tk通过以下等式与较冷流量的温度tk和质量流量mk或较暖流量的温度tw和质量流量mw相关：
tm＝混合水温度(℃)
tk＝较冷水温度(℃)
tw＝较暖水温度(℃)
mm＝混合水的质量/体积(流量)(kg；m3；kg/h；m3/h或％)
mk＝冷水的质量/体积(流量)(kg；m3；kg/h；m3/h或％)
mw＝温水的质量/体积(流量)(kg；m3；kg/h；m3/h或％)
为了确定部分区段的初始区域与结束区域之间的水温变化，可以优选地使用以下参数以及部分区段的长度
TLuft＝环境空气温度(℃)
kR＝管道线路的传热系数(W/(m*K))
mM＝部分区段中水的质量流量(kg/s)
cp，m＝水的比热容(J/(kg*K)
VM＝部分区段中水的体积流量(m3/s)
pM＝水的密度(kg/m3)
有利地，在静态的体积流量期间，可以对于循环系统的每个部分区段确定初始区域和末端区域之间的水温变化，其中，在给定部分区段的结束区域中的水温选择为等于沿循环水的流动方向与给定部分区段连接的部分区段的初始区域中的水温。因此，对于循环系统的每个部分区段，可以通过从初始区域中的温度开始来确定相应的部分区段的结束区域中的水的温度。
有利地，在静态体积流量期间，从输出端口处的温度开始，可以确定每个部分区段的循环水的温度，即，还可以将输出端口处的水温的值Ta确定为与输出端口相邻的部分区段的初始温度，使得对于所有部分区段的结束区域，水温为TME<Tsoll。
在本发明的另一种设计方案中提出，Ta和Vz的值是通过迭代的近似过程确定的，其中，对于每个给定的部分区域计算给定的部分区域的端部区域的水温TME，从而对于连接于输出端口的第一部分区段从温度开始值TMA*<Tsoll和体积流量开始值Vz*开始，下一个连接的部分区段的初始区域中的水温TMA选择为等于给定部分区段的端部区域中的水温TME。
在本发明的另一种设计方案中提出，部分区段关于它们沿其初始区域与其结束区域之间的长度与周围环境的热耦合轴向均匀地设计，即它们不轴向地变化。这使得能够简化计算。
在本发明的另一实施例中提出，借助于以下公式确定长度为L的至少一个部分区段的结束区域的水温TME
TME＝(TMA-TLuft)*e-ε*L+TLuft
其中
L＝均匀部分区段的长度(m)(TS1)
TMA＝初始区域中的水温(℃)
TME＝结束区域中的水温(℃)
TLuft＝环境空气温度(℃)
kR＝管道线路的传热系数(W/(m*K))
mM＝部分区段中水的质量流量(kg/s)
cp，m＝水的比热容(J/(kg*K)
VM＝部分区段中水的体积流量(m3/s)
pM＝水的密度(kg/m3)
这个公式允许良好地近似均匀部分区段的温度变化。
在本发明的另一实施例中，提出部分区段的传热系数由以下公式确定
其中
1/kR＝管道线路的传热阻力(m*K/W)
αi＝向内传热系数(W/(m2*K))
1/ΛR＝热阻(m*K/W)
αa＝向外传热系数(W/(m2*K))
da＝外径(m)
di＝内径(m)
以及
在下文中，应使用等式1-4来确定温度变化和由于与周围环境的温差而在水中获得的热量。
为此，将热阻的等式1插入到等式2中，从而求得热转变电阻。热传递系数，等式3，用等式2的倒数计算。
包括隔热的管道线路的热阻
隔热管道线路的耐热性
隔热管道线路的传热系数UR
传热系数是计算部分区段的结束处的温度的等式4的中心分量。
借助于等式4来找到对于所有相关部分区段的冷水的起始和结束温度。管道线路中的水的轴向加热的计算公式从等式5求得：
插入
然后合并。
例如，在体积流量增量/逐步增加的迭代计算中，寻求体积流量，以5K(15℃/20℃)的期望/给定扩散运行冷水装置。
在该解决方案的协助下，不仅可以确定首要考虑因素的循环系统的体积流量，而且可以确定对于特定管道线路网络中任何给定点的水温。
优选地，迭代近似法是已知的Excel目标值搜索；参见Excel和VBA：《自然科学中的实际应用介绍》，Franz Josef Mehr，María Teresa Mehr，Wiesbaden2015，第8.1节。
根据本发明，管道线路系统的包括上述部分区段的参数的关键数据被输入到程序中，并且使用目标值搜索来确定达到饮用水目标温度Tb的体积流量Vz；例如，如下所示
3.1.1材料值，水
3.1.2传热系数
3.1.3环境温度
3.1.4隔热
3.1.5管材
在该示例中，在行MT4中示出了计算出的体积流量Vz，对于该体积流量Vz，对于15℃的输入温度Ta实现了20℃的目标温度Tb。
在本发明的另一种设计方案中提出，循环泵集成在循环系统中，从而可以调节期望的体积流量。
当然，还可以提供几个温度控制装置和/或循环泵。
在下文中，将以具有诸如通常用于建筑物中的饮用水装置的管道线路结构的实施例进行描述。
连接管线是供应管线与饮用水装置或循环系统之间的管线。
消耗管线是将水从主截止阀带到出水线的连接点以及可选地带到设施的管线。共用馈送管线是主截止阀与立管之间的水平消耗管线。立管(落水管)从一层引导至另一层，建筑物楼层管线或单个供应管线从立管分支出来。建筑物楼层管线是从建筑物楼层内的立管(下水管)分支出来的管线，并且单个供应管线从该立管中分支出来。供应管线是通向出水点的管线。
在本发明的一实施例中提出，至少一根流管连接于至少一个回路管线。
在本发明的另一实施例中提出，循环导管的至少一个分支从至少一个流管离开。
在本发明的另一实施例中提出，至少一个循环管道的至少一个分支从至少一个回路管线离开。
在本发明的另一实施例中提出，至少一个流管包括至少一个立管线和/或建筑物楼层管线。
在本发明的另一实施例中提出，至少一个流管包括通过接头连接于供水网络的至少一个共用馈送管线。
在本发明的另一实施例中提出，接头连接于至少一个连接管线和/或至少一个消耗管线。
在本发明的另一实施例中提出，在至少一个流管和/或至少一个回路管线中布置至少一个静态或动态的分流器，通过该分流器优选地连接一个用于水的出水点。优选地，实现在出口处的体积流量的百分比分配为95％，而通过流量的百分比分配为5％。
在本发明的另一实施例中提出，优选地借助于传热剂，用于冷却循环水的温度控制装置用于将热能从循环水传递至另一种物质流，通过适当地选择诸如丙烷之类的其它材料流并减少冷却装置运行所需的能量，这可以实现冷却过程的优化。
在本发明的另一实施例中提出，冷却装置热耦合于冷发生器，优选地热泵、水冷器或冷的供应网络，这同样可以实现减少冷却过程所需的能量。
在本发明的另一实施例中提出根据循环泵的递送的体积流量确定循环泵的消耗特性，并根据输出端口处的水温确定冷却装置的消耗特性，并调节输出端口处的体积流量Vz和水温Ta，使得循环泵和冷却装置的功耗达到相对或绝对最小值，从而改善该方法的能源效率。
在本发明的另一实施例中提出，在输出端口处，温度Tsoll选择为20℃+/-5℃，并且水温Ta选择为15℃+/-5℃。
在本发明的另一实施例中提出，管道线路系统的至少一个部分区段设计为外部循环管道，因为外部循环管道通常具体地安装在已经存在的循环系统中。
在本发明的另一实施例中提出，至少一个部分区段设计为内衬循环管道，因为它们通常安装在更新的或新的循环系统中。
通过以下的附图描述，进一步的益处将显而易见。
附图示出了说明书中的示例性实施例。附图、说明书和权利要求书包含许多特征的组合。技术人员还将有意地单独考虑这些特征并将它们组合成进一步有意义的组合。
作为示例，示出了：
图1a：根据本发明的循环系统的示意图
图1b：根据本发明的循环系统的示意图
图2：根据本发明的循环系统的另一实施例
图3a–3c：循环系统的其它实施例
图4：根据本发明的循环系统的另一实施例
图5：根据本发明的循环系统的另一实施例
图6：根据本发明的循环系统的另一实施例
图7：根据本发明的循环系统的另一实施例
图8：根据本发明的循环系统的另一实施例
图9：根据本发明的循环系统的另一实施例
图10：根据本发明的循环系统的另一实施例
图1至8所示的循环系统仅是示例，本发明不限于这些系统。在所有所示的系统中，如在T形件的情况下，恰好两个体积流量进入节点，并且一个体积流量从节点离开，或者恰好一个体积流量进入并且恰好两个体积流量从节点离开。但是，本发明不限于具有这种节点的系统。基本上，在节点之间以及在节点与输入端口之间以及节点与输出端口之间表示的所有线都可由一个或多个上述的部分区段组成。
相似的部件被赋予相同的附图标记。
首先，为了更好地理解本发明，在图1a中对比描述PCT/EP2019/062547中已经描述的循环系统。
在图1a所示的循环系统中，一个节点K1横跨流管4a连接于冷却装置12的输出端口12b。冷却装置12具有在制冷侧和制冷泵13上的连接。
在节点K1处，提供了到共用管线4的分支点、到供水网络的接头1的连接管线以及消耗管线3，该消耗管线和连接管线不是循环系统的一部分。因此，在节点K1上不发生体积流量分配。
共用馈送管线4连接于立管5，该立管注入节点K2。节点K2分支到建筑物楼层管线6和立管5中，该立管5注入节点K3，并且在该立管处发生分支到建筑物楼层管线6和立管5，该立管连接到建筑物楼层管线6，该建筑物楼层管线6注入节点K4。节点K2通过建筑物楼层管线6连接于节点K6。节点K3通过建筑物楼层管线6连接于节点K5。
由此明确地表征的两个部分区段TS1和TS2横跨结点K4连接，TS1代表建筑物楼层管线6的部分区段，并且TS2代表循环管道。
此外，在节点K4处，出现横跨单个供应管线7到出水点9的分支。为简化起见，并未给连接于节点K2和K3的单个供应管线和出水点提供参考标记。由于在不发生除水的状态下操作根据本发明的循环系统以执行根据本发明的方法，因此在下文中，未考虑与出水点协配的节点，并且因此除了节点K4之外，在附图中未给出附图标记。
部分区段TS2连接于垂直循环管道10a，该垂直循环管道注入节点K5。节点K5连接于循环管道10a，该循环管道注入节点K6。节点K6连接于垂直循环导管10a，该垂直循环导管连接于水平循环导管10a，该水平循环导管10a又横跨垂直循环导管连接于循环泵10b。
如图1b所示的根据本发明的用于热饮用水PWC的循环系统具有与图1a所示的系统类似的结构，但附图标记12表示横跨用于冷饮用水PWC的连接管线4‘连接于入口端口12a的加热装置。出口端口12b连接于立管管线5。附图标记9表示热饮用水PWH的最后一个出水点。循环系统PWH-C的循环管线10a横跨循环泵10b连接于入口端口12a。加热装置具有用于加热回路的端口以及用于加热回路的泵13。
在本发明的另一实施例中，在图1a中，阀设置在节点K1处，该阀可以暂时阻断来自端口1的供水，使得可以加热饮用水，而附图标记12表示加热装置或温度控制装置。
图2所示的循环系统具有与图1a所示系统类似的结构，但是在建筑物楼层管线6中提供了回路管线，并且为简化起见，附图标记8仅用于图2所示的最高回路管线。回路管线8与可选的分流器8a协配。回路管线与节点K21至K32协配。应当理解的是，本发明还涵盖其中仅存在一个回路管线的此类系统。
图3示出了具有节点K31至K34的另一系统，但是此处注入节点K34和K35中的循环导管10a与从节点K32和K33离开的建筑物楼层管线6被平行地引导。
此外，具有输入端口14a和输出端口14b的可选的分散式冷却装置14布置在最上层的建筑物楼层管线6中，同时为了简化表示，未示出冷侧回路和相应的泵的存在的接头。
类似地，其它分散式冷却装置可以布置在其它建筑物楼层管线中，如图3a所示。
在类似于图3的另一实施例中，可以省略热交换器12；在这种情况下，需要一个冷却装置14或多个冷却装置14，如图3b所示。
类似于图3的实施例，冷却装置可以设置在图1、2以及4至8的实施例的立管5和建筑物楼层管线中，例如具有如图3中的冷却装置12’。
图4示出了具有如图3中的节点K41至K51的系统，但是在建筑物楼层管线中提供了回路管线8。
图5示出了具有节点K51至K55的系统，其中循环导管10与连接于节点K52、K53的立管5被平行地引导。
图6示出了具有节点K61至K69b的系统，其中在节点K63、K64、K66、K67与K68、K69之间提供了回路管线。
图7示出了具有节点K71至K75的系统，其中立管5连接于节点K72和K73。
图8示出了具有类似于图7的节点K81至K89b的系统，但是在节点K89a、K89b、K88、K89以及K84与K85之间布置有回路管线。
图9示出了带有装置12‘的系统，该装置通过管线2‘连接于供水装置1的入口端口12a‘。出口端口12b‘通过收集管线4a连接于节点K91和立管管线5。
循环管线10a连接在入口端口12a‘处。
装置12‘可设计为冷却装置、加热装置或温度控制装置。
图10示出了带有装置20的系统，该装置通过管线2‘连接于供水装置1的入口端口20a‘。出口端口20b‘通过收集管线4连接于节点K101和立管管线5。
循环管线10a连接在出口端口20b‘的下游。
装置20可设计为冷却装置、加热装置或温度控制装置。
此外，该系统包括装置12，该装置的输出端口12b通过收集管线4a连接于节点K101和立管管线5。
循环管线10a连接于入口端口12a。
装置12可设计为冷却装置、加热装置或温度控制装置。
在附图1、3、5、7中表示的实施例还可以仅允许部分区域具有循环。因此，部分区段还可表示住宅中的装置，这些装置例如由于不同的要求(用水量的计量)而不允许一起循环。利用自动冲洗，可以进行水交换以维持期望的温度。
根据本发明的方法以上述方式在图1至图8的系统中实现：从温度起始值TMA*<Tsoll和体积流量起始值Vz*开始，根据温度变化的模型，对于连接于输出端口(12b)的第一部分区段，确定水在初始区域与结束区域之间的温度变化。
此外，在给定部分区段的初始区域中的水温等于给定部分区段所连接的部分区段的结束区域中的水温的边界条件下，根据温度变化的模型，对于每个另外的给定部分区段确定初始区域与结束区域之间的水温变化。
优选地，使用轴向温度变化的上述模型，根据该模型，通过公式计算长度为L的部分区段的结束区域中的水温TME。
TME＝(TMA-TLuft)*e-ε*L+TLuft
选择输出端口12b处的水温的值Ta和体积流量的值Vz，使得在循环系统的每个部分区段的结束区域中，水温为TME＜Tsoll，并且在输入端口12a处，水温是Tb＜Tsoll，Tsoll-Tb＜θ，其中θ>0是预定值。
应当理解的是，循环泵10b并不总是以恒定的体积流量运行，即，无论端口入口温度12a是否具有精确的设定值或者甚至低于设定值。
表1
附图标记列表：
1 到供水网络的连接部
2 连接管线
3 消耗管线
4 共用馈送管线
4a 共用馈送管线
5 立管(下管)
6 建筑物楼层管线
7 单个供应管线
8 回路管线
8a 静态或动态分流器
9 出水点
10 循环系统
10a 循环管道
10b 循环泵
12 温度控制装置、冷却装置、热交换器
12a 输入端口
12b 输出端口
13 泵
13’ 泵
14 温度控制装置、冷却装置、热交换器
14a 输入端口
14b 输出端口
14’ 温度控制装置、冷却装置、热交换器
15 泵
20 温度控制装置、冷却装置、热交换器
20a 输入端口
20b 输出端口
21 泵
21a 输入端口
21b 输出端口
Claims (24)
1.用于运行循环系统(10)的方法，所述循环系统具有加热装置和管道线路系统，所述加热装置具有用于水的温度控制的输入端口和输出端口，并且所述管道线路系统具有多个分支，所述多个分支包括具有与周围环境的给定热耦合的一个或多个部分区段并且借助于节点进行连接，其中，所述管道线路系统的管线中的一个或多个构造为流管(4、5、6)，至少一个作为连接于出水点(9)的单个供应管线(7)，并且至少一个构造为连接于所述一个或多个流管(4、5、6)的循环管道(10a)，
所述方法具有步骤
-借助于所述加热装置将所述输出端口的水温设置为值Ta
-将所述输入端口的流量设置为值Vz
其特征在于以下步骤
-从温度起始值TMA*和体积流量起始值Vz*开始，根据轴向温度变化的模型，对于连接于所述输出端口的第一部分区段，确定、具体是计算水在初始区域与结束区域之间的水温变化，
-在给定部分区段的初始区域中的水温等于所述给定部分区段所连接的部分区段的结束区域中的水温的边界条件下，根据温度变化的模型，对于每个另外的给定部分区段，确定、具体是计算初始区域与结束区域之间的水温变化，以及
-选择输出端口处的水温的值Ta和体积流量的值Vz，使得在每个所述部分区段的结束区域中，水温TME位于Tsoll附近的给定温度区间内，具体地，在输入端口(12a、14a)处，水温设置为Tb＜Tsoll，Tsoll-Tb＜θ，其中θ>0是给定值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以迭代近似程序来确定所述值Ta和Vz，其中，在所述给定部分区段的所述初始区域中的水温等于所述给定部分区段所连接的部分区段的结束区域的水温的边界条件下，对于每个另外的给定部分区段，从温度起始值TMA*和体积流量起始值Vz*开始，对于连接于所述输出端口(12b、14b)的所述第一部分区段，计算所述初始区域和所述结束区域之间的水的温度变化。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述部分区段关于它们沿着其初始区域与其结束区域之间的长度与周围环境的热耦合均匀地设计。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，借助于以下公式确定长度为L的至少一个部分区段的结束区域的水温TME
TME＝(TMA-TLuft)*e-ε*L+TLuft
其中
L＝均匀部分区段的长度(TS1)(m)
TMA＝初始区域中的水温(℃)
TME＝结束区域中的水温(℃)
TLuft＝环境空气温度(℃)
kR＝管道线路的传热系数(W/(m*K))
mM＝部分区段中水的质量流量(kg/s)
cp,m＝水的比热容(J/(kg*K)
VM＝部分区段中水的体积流量(m3/s)
pM＝水的密度(kg/m3)
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述部分区段的传热系数由以下公式确定
其中
1/kR＝管道线路的传热阻力(m*K/W)
αi＝向内传热系数(W/(m2*K))
1/ΛR＝热阻(m*K/W)
αa＝向外传热系数(W/(m2*K))
da＝外径(m)
di＝内径(m)
以及
6.如前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，循环泵(10b)集成在所述循环系统(10)中。
7.如前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述温度控制装置(12、14)用于通过将热能从循环水传递至另一材料流，优选地借助于传热剂来控制所述循环水的温度。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述温度控制装置(12、14)热耦合于冷发生器、优选地为热泵、水冷器或冷供应网络。
9.如权利要求6-8中的一项所述的方法，其特征在于，
-根据循环泵(10b)的递送体积流量确定所述循环泵(10b)的消耗特性
-根据所述输出端口(12b、14b)的水温确定所述温度控制装置(12、14)的消耗特性
-设定所述输出端口(12b、14b)处的体积流量Vz和水温Ta，使得所述循环泵(10b)和所述温度控制装置(12、14)的功耗成为相对或绝对最小值。
10.如前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述输出端口(12b、14b)处，所述温度Tsoll选择为20℃，并且所述水温Ta选择为15℃。
11.一种循环系统，所述循环系统具有温度控制装置(12、14)和管道线路系统，所述温度控制装置具有用于水的冷却的输入端口(12a、14a)和输出端口(12b、14b)，并且所述管道线路系统具有多个分支，所述多个分支包括具有与周围环境的给定热耦合的一个或多个部分区段并且借助于节点进行连接，
-其中，对于从所述节点出现的体积流量的给定分配，能够根据进入所述节点的体积流量来确定来自所述节点出现的体积流量的混合水温，
-其中，所述管道线路系统的管线中的一个或多个构造为流管(4、5、6)，至少一个构造为连接于出水点(9)的单个供应管线(7)，并且至少一个管线构造为连接于所述一个或多个流管(4、5、6)的循环导管(10a)，
具有
-借助于所述温度控制装置(12、14)将所述输出端口(12b、14b)的水温设置为值Ta的装置
-将所述输入端口(12a)的循环水的静态体积流量设置为值Vz的装置
其特征在于，
-装置，用于在给定部分区段的结束区域中的水温等于沿所述循环水的流动方向连接于所述给定部分区段的部分区段的初始区域中的水温的边界条件下，确定每个部分区段的初始区域与结束区域之间的水温变化，以及
-装置，用于选择输出端口(12b、14b)处的水温的值Ta和体积流量的值Vz，使得在每个所述部分区段的结束区域中，水温TME位于Tsoll附近的给定温度区间内，具体地，在输入端口(12a、14a)处，水温设置为Tb＜Tsoll，Tsoll-Tb＜θ，其中θ>0是给定值。
12.如权利要求11至12所述的循环系统，其特征在于，所述部分区段关于它们沿着其初始区域与其结束区域之间的长度与周围环境的热耦合均匀地设计。
13.如前述权利要求中的一项所述的循环系统，其特征在于，所述循环导管(10a)的至少一个管线从所述至少一个流管(4、5、6)离开。
14.如前述权利要求中的一项所述的循环系统，其特征在于，所述至少一个循环导管(10a)的至少一个管线从所述至少一个回路管线(8)离开。
15.如前述权利要求中的一项所述的循环系统，其特征在于，所述至少一个流管(4、5、6)包括至少一个立管(5)和/或建筑物楼层管线(6)。
16.如前述权利要求中的一项所述的循环系统，其特征在于，所述至少一个流管(4、5、6)包括共用馈送管线(4)，所述共用馈送管线通过接头(1)连接于供水网络。
17.如前述权利要求中的一项所述的循环系统，其特征在于，所述接头(1)连接于至少一个连接管线(2)和/或至少一个消耗管线(3)。
18.如前述权利要求中的一项所述的循环系统，其特征在于，至少一个静态或动态分流器(8a)布置在所述至少一个流管(4、5、6)和/或所述至少一个回路管线(8)中。
19.如前述权利要求中的一项所述的循环系统，其特征在于，所述温度控制装置(12、14)优选地借助于传热剂将热能从循环水传递至另一材料流。
20.如权利要求22所述的循环系统，其特征在于，所述温度控制装置(12、14)热耦合于冷发生器、优选地为热泵、水冷器或冷供应网络。
21.如权利要求23所述的循环系统，其特征在于，所述管道线路系统的至少一个部分区段设计为外部循环管道。
22.如权利要求24所述的循环系统，其特征在于，所述至少一个部分区段设计为内部循环管道。
23.如权利要求11至25中的一项所述的循环系统，其特征在于，所述温度控制装置(12)通过其输出端口(12b)连接于流管(4a)，并且通过其输入端口(12a)连接于垂直循环管道。
24.如权利要求11至26中的一项所述的循环系统，其特征在于，所述温度控制装置(14)集成在立管(5)和/或建筑物楼层管线(6)中。
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