CZ306480B6 - Zapojení systému pro řízení výkonu a diagnostiku tepelného výměníku - Google Patents
Zapojení systému pro řízení výkonu a diagnostiku tepelného výměníku Download PDFInfo
- Publication number
- CZ306480B6 CZ306480B6 CZ2015-399A CZ2015399A CZ306480B6 CZ 306480 B6 CZ306480 B6 CZ 306480B6 CZ 2015399 A CZ2015399 A CZ 2015399A CZ 306480 B6 CZ306480 B6 CZ 306480B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- output
- temperature
- input
- primary
- inlet
- Prior art date
Links
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 18
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 18
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D19/00—Details
- F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
- F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
- F24D19/1012—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating by regulating the speed of a pump
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/1927—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors
- G05D23/193—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperaure in different places in thermal relationship with one or more spaces
- G05D23/1931—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperaure in different places in thermal relationship with one or more spaces to control the temperature of one space
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
- F24D2220/04—Sensors
- F24D2220/042—Temperature sensors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2200/00—Prediction; Simulation; Testing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
- Control Of Temperature (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
Zapojení systému pro řízení výkonu a diagnostiku tepelného výměníku, kde tepelný výměník (1) má primární přívod (4) primární teplonosné kapaliny opatřený prvním teplotním senzorem (15) a primární vývod (5) pro vyvedení primární teplonosné kapaliny opatřený druhým teplotním senzorem (20). Primární vývod (5) je zaústěn do oběžného kola (6) pumpy (2) propojeného s motorem (9) a opatřeného potrubím (7) pro vedení primární teplonosné kapaliny ke zdroji tepla a od něj zpět do primárního přívodu (4). Mezi výměníkem (1) a pumpou (2) je zařazena řídicí jednotka (3) obsahující jednotku (10) řízení motoru. Výměník (1) má také sekundární přívod (23) sekundární teplonosné kapaliny a sekundární vývod (24) propojený zpět přes tepelnou zónu (25) se sekundárním přívodem (23). Řídicí jednotka (3) má na svém vstupu teplotní modul (17), na jehož první vstup je prvním komunikačním kanálem (16) připojen výstup prvního teplotního senzoru (15) a na jehož druhý vstup je druhým komunikačním kanálem (21) připojen výstup druhého teplotního senzoru (20). Teplotní modul (17) má výstup (18) primární vstupní teploty propojen s jedním vstupem bloku (19) výpočtu výkonu a výstup (22) primární výstupní teploty s jeho druhým vstupem. Na třetí vstup (14) bloku (19) výpočtu výkonu je připojen výstup bloku (12) odhadu průtoku, jehož jeden vstup je propojen s výstupem paměti (13) a druhý vstup je propojen přes sběrnici (11) s výstupem jednotky (10) řízení motoru. Výstup (26) odhadu předávaného tepelného výkonu z bloku (19) výpočtu výkonu je spojen s jedním vstupem regulátoru (27) výkonu, jehož druhý vstup (28) je propojen s prvním výstupem operátorské jednotky (29) a jehož výstup (30) je propojen se vstupem jednotky (10) řízení motoru.
Description
Zapojení systému pro řízení výkonu a diagnostiku tepelného výměníku
Oblast techniky
Řízení dodávky teplaje základním technologickým předpokladem mnoha průmyslových procesů a nutným prvkem u obytných prostor. Teplo ze zdroje teplaje transportováno pomocí distribuční sítě až do koncových výměníků tepla, kde je spotřebováno. Řízení výkonu koncových tepelných výměníků je pak důležitým nástrojem pro regulaci teploty v přidružených procesech či místnostech. Diagnostika tepelných výměníků za běhu je pak předpokladem zajištění správného a dlouhodobého fungování tepelného výměníku.
Dosavadní stav techniky
Jsou známa řešení EP 1752852B1, EP 2778546A1, US 5443207A, US 5622221 A, US 4629116, US 20010063221, US 7648347B2, kde je hmotnostní tok teplonosného média pumpou regulován tak, aby teplota teplonosného média, popřípadě tepelné zóny, odpovídala požadované hodnotě. Tato řešení snímají pouze teplotu v tepelné zóně. Nevýhodou těchto řešení je, že absolutní tepelný výkon výměníku je závislý také na teplotách médií vstupujících do tepelného výměníku. Tato řešení neposkytují dodávku tepelného výkonu nezávisle na změnách teplot teplonosných médií vstupujících do výměníku.
Pro určení aktuálního absolutního výkonu tepelného výměníku a jeho řízení je třeba znát aktuální hodnotu objemového průtoku alespoň jednoho teplosměnného média a teplotní spád přes výměník na tomto médiu. Je známo řešení podle dokumentu US 20140222218. Zde je použit teplotní sensor na vstupním primárním vedení a výstupním primárním vedení výměníku a průtokoměr zapojený na primárním vedení. Tato senzorická data jsou vedena do řídicí jednotky, kde je z nich spočítán aktuální absolutní výkon. Ke změně hodnoty průtoku je použit ventil s motorem ovládaný řídicí jednotkou. Nevýhodou tohoto řešení je, že k měření průtoku využívá průtokoměr. Použití průtokoměru výrazně zvyšuje cenu zařízení a snižuje spolehlivost. V těchto řešeních jsou snímány teploty přívodního a výstupního média.
Určit hodnotu objemového průtoku je možné přímo z aktuálních provozních parametrů pumpy tepelného výměníku, toto řešení je popsáno např. v dokumentu US 8714934. Řešení používá měření otáček a elektrického výkonu motoru pumpy a teploměr připojen na cívku motoru. Tyto senzorické informace jsou zpracovány v mikroprocesoru a ten z výkonové charakteristiky pumpy uložené v paměti mikroprocesoru určí hodnotu průtoku kapaliny pumpou. Tato metoda nicméně byla známa již před udělením tohoto patentu například v článku Ganapathy, V. „Check pump performance from motor data.“ CHEMICAL ENGINEERING 93.19 (1986): 91-92. Toto řešení neobsahuje řízení tepelného výkonu výměníků.
Systém diagnostiky tepelného výměníku za běhu je znám např. z řešení podle dokumentu US 5615733. Zde je tepelný výměník osazen teploměry na vstupním a výstupním vedení teplé vody a vstupním a výstupním vedení studené vody, přičemž na vstupním vedení teplé vody je zapojen průtokoměr. Tato senzorická měření jsou propojena do mikroprocesoru, který vypočítává celkový koeficient přestupu tepla z teplé do studené vody. Z koeficientu přestupu teplaje počítána tloušťka zanesení. Nevýhodou tohoto řešení je nutnost použití průtokoměru ke zjištění průtoku teplonosné kapaliny.
Měření spotřeby tepla na výměníku je známé např. z řešení podle dokumentu US 4245501. Zde jsou připojeny teploměry na vstupní a výstupní vedení spotřebiče tepla a na vedení je zapojen průtokoměr. Analogová elektronika z teplotní diference na vedení přes spotřebič tepla a hodnoty průtoku spočítá aktuální spotřebu tepla a uloží ji do registru. Nevýhodou toho řešení je nutnost použití průtokoměru ke zjištění průtoku ve vedení. Dále je známo řešení podle dokumentu US
- 1 CZ 306480 B6
2013/0259083 Al, které používá teploměry připojené na vstupním a výstupním vedení spotřebiče tepla a ultrazvukový průtokoměr. Tato senzorická data jsou připojena do mikroprocesoru, který určí hodnotu aktuálního tepelného toku. Nevýhodou tohoto řešení je nutnost použití průtokoměru.
Podstata vynálezu
Obsahem nového řešení je zapojení systému pro řízení a diagnostiku tepelného výměníku a z něho plynoucí metoda řízení absolutního tepelného výkonu tepelných výměníků, například typu voda-vzduch, používaných při klimatizaci obytných budov, a systém diagnostiky těchto výměníků.
V tomto zapojení má tepelný výměník primární přívod primární teplonosné kapaliny opatřený prvním teplotním senzorem a primární vývod pro vyvedení primární teplonosné kapaliny opatřený druhým teplotním senzorem. Primární vývod je zaústěn do oběžného kola pumpy, propojeného s motorem a opatřeného potrubím pro vedení primární teplonosné kapaliny ke zdroji tepla a od něj zpět do primárního přívodu. Mezi výměníkem a pumpou je zařazena řídicí jednotka. Řídicí jednotka obsahuje jednotku řízení motoru propojenou obousměrně s motorem pumpy. Současně je výměník opatřen sekundárním přívodem sekundární teplonosné kapaliny a sekundárním vývodem propojeným zpět přes tepelnou zónu se sekundárním přívodem. Podstatou nového zapojení systému pro řízení a diagnostiku tepelného výměníku je, že řídicí jednotka má na svém vstupu teplotní modul, na jehož první vstup je prvním komunikačním kanálem připojen výstup prvního teplotního senzoru a na jehož druhý vstup je druhým komunikačním kanálem připojen výstup druhého teplotního senzoru. Teplotní modul má výstup primární vstupní teploty propojen s jedním vstupem bloku výpočtu výkonu a výstup primární výstupní teploty s druhým vstupem bloku výpočtu výkonu. Na třetí vstup bloku výpočtu výkonu je připojen výstup bloku odhadu průtoku. Jeho jeden vstup je propojen s výstupem paměti a druhý vstup je propojen přes sběrnici s výstupem jednotky řízení motoru. Výstup odhadu předávaného tepelného výkonu z bloku výpočtu výkonu je spojen s jedním vstupem regulátoru výkonu, jehož druhý vstup požadavku výkonu je propojen s prvním výstupem operátorské jednotky a jehož výstup je propojen se vstupem jednotky řízení motoru.
V jednom výhodném provedení je k sekundárnímu přívodu výměníku připojen třetí teplotní senzor, který je třetím komunikačním kanálem propojen se třetím vstupem teplotního modulu. Teplotní modul má výstup teploty zóny propojený s jedním vstupem regulátoru teploty, na jehož druhý vstup požadavku teploty tepelné zóny je připojen druhý výstup operátorské jednotky, a jehož výstup je propojen se vstupem požadavku výkonu regulátoru výkonu.
V dalším výhodném provedení je teplotní senzor na sekundárním přívodu výměníku nahrazen čtvrtým teplotním senzorem umístěným v teplotní zóně, který je čtvrtým komunikačním kanálem propojen se třetím vstupem teplotního modulu. Teplotní modul má výstup teploty zóny propojený s jedním vstupem regulátoru teploty, na jehož druhý vstup požadavku teploty tepelné zóny je připojen druhý výstup operátorské jednotky, a jehož výstup je propojen se vstupem požadavku výkonu regulátoru výkonu.
Řídicí jednotka může být rozšířena o vložený modul diagnostiky. Na jeho první vstup je připojen výstup primární vstupní teploty, na jeho druhý vstup je připojen výstup teploty zóny teplotního modulu a na jeho třetí vstup je připojen výstup odhadu předávaného tepelného výkonu. Výstup diagnostických informací modulu diagnostiky je propojen s operátorskou jednotkou.
Je rovněž možné doplnit řídicí jednotku o modul spotřeby, kde na jeho první vstup je přiveden výstup odhadu předávaného tepelného výkonu, a jehož výstup informací o spotřebě je propojen s operátorskou jednotkou.
-2CZ 306480 B6
Výhodou popsaného řešení je to, že absolutní tepelný výkon tepelné výměníku je udržován na požadované hodnotě nezávisle na změnách tlaku primární teplonosné tekutiny v primárním vedení, nezávisle na změnách primární vstupní teploty a dále pak také nezávisle na změnách sekundární vstupní teploty a průtoku na sekundárním teplonosném vedení. Pokud je systém určen přímo k řízení teploty zóny za pomoci zónového regulátoru, tak se výše uvedené změny nepropagují do teploty v zóně. Tím je zajištěno kvalitnější regulace na požadovanou hodnotu teploty zóny.
Další výhodou předpokládaného zapojení je možnost vložení modulu diagnostiky výměníku za chodu. Diagnostika tepelných výměníků za chodu umožňuje odhalit zhoršující se účinnost výměníku a s předstihem výměník opravit, či vzdálené zjistit, zda na výměníku došlo k poruše a tím zajistit co nejrychlejší obnovení funkce. Další výhodou je, že v jednom zapojení systému může být integrován i modul měření spotřeby tepelné energie. Informace o spotřebě může být využita například pro rozúčtování nákladů na teplo mezi spotřebiteli tepla na jednom tepelném rozvodu.
Objasnění výkresů
Konkrétní příklady provedení technického řešení jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech. Na Obr. 1 je uveden nákres propojení čerpadla, tepelného výměníku a řídicí jednotky s vyznačenými místy připojení teplotních senzorů a zapojením bloků pro řízení výkonu tepelného výměníku a řízení teploty v tepelné zóně. Obr. 2 znázorňuje rozšíření řídicí jednotky o diagnostický modul a Obr. 3 znázorňuje rozšíření řídicí jednotky o modul měření spotřeby tepla. Na Obr. 4 je zobrazena příkon-průtok charakteristika pumpy.
Výkresy, které znázorňují technické řešení, a následně popsané příklady konkrétního provedení, v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu technického řešení.
Příklady uskutečnění vynálezu
Systém na Obr. 1 sestává z tepelného výměníku 1, pumpy 2 a řídicí jednotky 3. Tepelný výměník 1 má primární přívod 4 primární teplonosné kapaliny opatřený prvním teplotním senzorem 15 a primární vývod 5 pro vyvedení primární teplonosné kapaliny je opatřený druhým teplotním senzorem 20. Primární vývod 5 je zaústěn do oběžného kola 6 pumpy 2 propojeného s motorem 9 a opatřeného potrubím 7 pro vedení primární teplonosné kapaliny ke zdroji tepla a od něj zpět do primárního přívodu 4. Mezi výměníkem 1 a pumpou 2 je zařazena řídicí jednotka 3. Řídicí jednotka 3 obsahuje jednotku 10 řízení motoru, která je propojená obousměrně s motorem 9 pumpy 2. Současně je výměník 1 opatřen sekundárním přívodem 23 sekundární teplonosné kapaliny a sekundárním vývodem 24 propojeným zpět přes tepelnou zónu 25 se sekundárním přívodem 23 sekundární teplonosné kapaliny. Řídicí jednotka 3 má na svém vstupu teplotní modul 17, na jehož první vstup je prvním komunikačním kanálem 16 připojen výstup prvního teplotního senzoru 15 a na jehož druhý vstup je druhým komunikačním kanálem 21 připojen výstup druhého teplotního senzoru 20. Teplotní modul 17 má výstup 18 primární vstupní teploty propojen s jedním vstupem bloku 19 výpočtu výkonu a výstup 22 primární výstupní teploty s druhým vstupem bloku 19 výpočtu výkonu. Na třetí vstup 14 bloku 19 výpočtu výkonu je připojen výstup bloku 12 odhadu průtoku, jehož jeden vstup je propojen s výstupem paměti 13 a druhý vstup je propojen přes sběrnici 11 s výstupem jednotky 10 řízení motoru. Výstup 26 odhadu předávaného tepelného výkonu z bloku 19 výpočtu výkonu je spojen s jedním vstupem regulátoru 27 výkonu, jehož druhý vstup 28 požadavku výkonu je propojen s prvním výstupem operátorské jednotky 29 a jehož výstup 30 je propojen se vstupem jednotky 10 řízení motoru.
Primární teplonosná tekutina je primárním přívodem 4 přivedena do výměníku j_, z něhož je posléze vyvedena primárním vývodem 5, který jí přivádí do oběžného kola 6 a potrubím 7 je primární teplonosné tekutina vedena ke zdroji tepla, odkud je přivedena zpět na primární přívod 4.
-3 CZ 306480 B6
Takto je spojen primární okruh. Primární teplonosná tekutina je primárním okruhem pumpována oběžným kolem 6, které je přes hřídel 8 či bezhřídelově poháněno motorem 9. Elektrický proud cívkami motoru 9 je řízen jednotkou 10 řízení motoru. Informace o průběhu proudu jsou předávány z jednotky 10 řízení motoru přes sběrnici 11 do bloku 12 odhadu průtoku. Blok 12 odhadu průtoku z aktuálního průběhu elektrického proudu cívkami motoru 9 a charakteristik zobrazených na Obr. 4 uložených v paměti 13 určí aktuální odhad hodnoty průtoku primárním okruhem a předá ji na třetí vstup 14 modulu 19 výpočtu výkonu.
Paměť 13 uchovává charakteristiku příkon-průtok pumpy 2 při konstantních otáčkách oběžného kola 6 pro všechny otáčky z rozsahu pumpy 2.
K primárnímu přívodu 4 primární teplonosné kapaliny je připojen první teplotní senzor J_5, který informaci o teplotě předává prvním komunikačním kanálem 16, kabelem či bezdrátově, teplotnímu modulu 17, který informaci o teplotě vyhodnocuje, a jako primární vstupní teplotu ji z výstupu 18 předá modulu 19 výpočtu výkonu. K primárnímu vývodu 5 je připojen druhý teplotní senzor 20, který informaci o teplotě předává, kabelem či bezdrátově, druhým komunikačním kanálem 21 teplotnímu modulu 17. Ten informaci o teplotě zpracovává a předává ji z výstupu 22 primární výstupní teploty modulu 19 výpočtu výkonu.
Sekundární teplonosná tekutina je do výměníku 1 přivedena sekundárním přívodem 23 sekundární teplonosné kapaliny. Ve výměníku 1 dojde k výměně tepla mezi primární a sekundární tekutinou a sekundární tekutina je poté odvedena sekundárním vývodem 24 skrze tepelnou zónu 25 zpět na sekundární přívod 23.
V modulu 19 výpočtu výkonu je vypočten aktuální odhad předávaného tepelného výkonu ve výměníku 1. Odhad předávaného tepelného výkonu je komunikován přes výstup 26 odhadu předávaného tepelného výkonu do regulátoru 27 výkonu. Do regulátoru 27 výkonu je také na druhý vstup 28 požadavku výkonu předávána informace o požadovaném výkonu z prvního výstupu operátorské jednotky 29. Regulátor 27 výkonu řídí svým výstupem 30 přes jednotku 10 řízení motoru otáčky motoru 9 a tím i otáčky oběžného kola 6 vždy tak, aby se odhad předávaného výkonu na výstupu 26 z bloku 19 výpočtu výkonu asymptoticky blížil k hodnotě požadavku výkonu na druhém vstupu 28 regulátoru výkonu přivedeného z prvního výstupu operátorské jednotky 29.
Alternativně může být k sekundárnímu přívodu 23 výměníku i připojen třetí teplotní senzor 3L Tento třetí teplotní senzor 31 je třetím komunikačním kanálem 32 propojen se třetím vstupem teplotního modulu 17, který je opatřen výstupem 35 teploty zóny propojeným s jedním vstupem regulátoru 36 teploty. Na druhý vstup 37 požadavku teploty tepelné zóny 25 regulátoru 36 teploty je pak připojen druhý výstup operátorské jednotky 29. Výstup regulátoru 36 teploty je propojen s druhým vstupem 28 požadavku výkonu regulátoru 27 výkonu. Třetí teplotní senzor 31 třetím komunikačním kanálem 32 předává, kabelem či bezdrátově, informaci o teplotě v tepelné zóně 25 do teplotního modulu 17.
Informace o teplotě v tepelné zóně 25 může být alternativně získána také ze čtvrtého teplotního senzoru 33 umístěného v tepelné zóně 25 čtvrtým komunikačním kanálem 34, a to kabelem či bezdrátově. Čtvrtý komunikační kanál 34 je namísto komunikačního kanálu 32 propojen se třetím vstupem teplotního modulu 17, který je opatřen výstupem 35 teploty zóny propojeným s jedním vstupem regulátoru 36 teploty. Na druhý vstup 37 požadavku teploty zóny regulátoru 36 teploty je připojen druhý výstup operátorské jednotky 29. Výstup regulátoru 36 teploty je propojen s druhým vstupem 28 požadavku výkonu regulátoru 27 výkonu.
Regulátor 36 teploty řídí druhý vstup 28 požadavku výkonu regulátoru 27 výkonu tak, aby se vždy teplota výstupu 35 zóny asymptoticky blížila informaci o požadavku teploty zóny na druhém výstupu operátorské jednotky 29.
-4 CZ 306480 B6
Rozšíření řídicí jednotky o diagnostiku tepelného výměníku je uvedeno na Obr. 2. Řídicí jednotka 3 má vložen modul 39 diagnostiky, kde na jeho první vstup je připojen výstup 18 primární vstupní teploty, na jeho druhý vstup je připojen výstup 35 teploty zóny teplotního modulu 17 a na jeho třetí vstup je připojen výstup 26 odhadu předávaného tepelného výkonu. Výstup 40 diagnostických informací modulu 39 diagnostiky je propojen s operátorskou jednotkou 29. Do modulu 39 diagnostiky vstupuje z výstupu 18 primární vstupní teplota, z výstupu 35 teplota tepelné zóny 25 a z výstupu 26 odhad předávaného tepelného výkonu. Modul 39 diagnostiky vypočte diagnostické informace a z výstupu 40 je předá operátorské jednotce 29.
Dále lze řídicí jednotku rozšířit o měření spotřeby tepla tak, jak je uvedeno na Obr. 3. Řídicí jednotka 3 má vložen modul 41 spotřeby. Na jeho první vstup je přiveden výstup 26 odhadu předávaného tepelného výkonu a jeho výstup 42 informací o spotřebě je propojen s operátorskou jednotkou 29. Do modulu 41 spotřeby tepla vstupuje z výstupu 26 odhad předávaného tepelného výkonu. Modul 41 spotřeby tepla vypočte aktuální spotřebu a z výstupu 42 ji předá operátorské jednotce 29.
Z výše uvedeného je tedy zřejmé, že pumpa 2 je připojena přímo na přívodním nebo vratném vedením primárního teplonosného média výměníku L Teplotní sensory 15, 20, 31 případně 33 jsou připojeny tak, aby snímaly teplotu primárního teplonosného média na přívodu do výměníku 1, teplotu primárního teplonosného média na výstupu z výměníku 1 a teplotu sekundárního teplonosného média na vstupu do výměníku 1, případně teplotu v tepelné zóně 25. Tato teplotní měření jsou realizována pomocí teplotních senzorů připojených na kabelu nebo bezdrátově. Řídicí jednotka 3 obsahuje mikroprocesor, v němž je algoritmicky realizován blok 12 odhadu průtoku, paměť 13, blok 19 výpočtu výkonu a regulátor 27 výkonu, tedy bloky sloužící k řízení absolutního výkonu, a regulátor 36 teploty, zajišťující řízení teploty v tepelné zóně 25. Algoritmicky jsou v mikroprocesoru realizovány také modul 39 diagnostiky a modul 41 spotřeby, které zajišťují online diagnostiku tepelných vlastností výměníku a měření spotřeby tepelné energie. Řídicí jednotka 3 dále obsahuje jednotku 10 řízení motoru určenou k řízení otáček motoru 9 pumpy 2 a teplotní modul 17 sloužící ke sběru teplotních dat.
Metoda řízení tepelného výkonu tepelného výměníku je založena na rovnici pro tepelný tok
Qp = iňpCpp^TppfíyQ^^ — Tp,vratná)» kde QP[W] je absolutní tepelný tok z primárního média v ustáleném stavu, mp[kg/s] je hmotnostní tok primárního teplonosného média, cPP[J/kgK] je hmotnostní specifická tepelná kapacita primárního teplonosného média a (Tpíňvoůlú- Tpvratná)[N] je teplotní spád na primárním teplonosném médiu přes výměník 1. Hmotnostní tok mpje odhadován algoritmem realizovaným v modulu 12 mikroprocesoru řídicí jednotky 3 z otáček a příkonu motoru 9 pumpy 2. Specifická tepelná kapacita média je konstanta získaná z fyzikálních tabulek a teplotní spád (ΤΑρΗνο41ί - A vratná) je měřen pomocí připojeného prvního teplotního senzoru 15 a druhého teplotního senzoru 20. V bloku 19 výpočtu výkonu je podle výše uvedené rovnice vypočten aktuální absolutní tepelný výkon a pomocí regulátoru 27 výkonu je dosaženo přesného řízení absolutního tepelného toku na požadavek na výkon. Požadavek na výkon je komunikován z operátorské jednotky 29 nebo regulátoru teploty 36, pokud je zapojen.
Zapojení systému a řídicí algoritmy zajistí, že aktuální výkon výměníku 1 bude vždy, pokud to je fyzikálně možné, regulován na požadovanou hodnotu nezávisle na změnách tlaku nebo hydrostatického odporu na primárním vedení, nezávisle na změnách přívodní teploty primárního média a nezávisle na změnách teploty a průtoku sekundárního média.
Metoda on—line diagnostiky tepelného výměníku 1 je založena na metodě efektivity tepelných výměníků (NTU) a tedy rovnici
Qs = £%cV,s(j'p,přívodní ~ L,přívodní)/
-5CZ 306480 B6 kde Qs[W] je absolutní tepelný tok do sekundárního média v ustáleném stavu, £[·] je eficience přenosu tepla použitého výměníku, Vs[m3/s] je objemový průtok sekundárního média, cv s[J/m3K] je objemová specifická tepelná kapacita sekundárního teplonosného média získaná z fyzikálních tabulek a (Tp,píiwdm - L,přívodní) [-K] je teplotní rozdíl mezi vstupní teplotou primárního a vstupní teplotou sekundárního média.
Po odeznění přechodových dějů se teplo předané z primárního média rovná teplu předanému do sekundárního média Qp = Qs. Jelikož se měří teplotní rozdíl vstupů obou médií, tepelná kapacita je konstanta a objemový průtok na sekundárním médiu se považuje za neměnný - nastaven, například, konstantními otáčkami ventilátoru, je možné vypočítat eficienci přenosu tepla ve výměníku 1.
Eficience přenosu tepla výměníku f je dlouhodobě vyhodnocována a slouží k diagnostice postupného zanášení výměníku či detekci poruch a změn.
Systém může sloužit i jako měřič spotřeby tepla na primárním médiu. Aktuální absolutní výkon výměníku 1 je znám, tedy integrací aktuálního výkonu za časovou jednotku se získá spotřeba tepla. Konkrétně může být například výpočet spotřeby tepla realizován dle následující rovnice t
sr(t) = rm £ Qp(k), k=t-Tsr kde ST(t)\W\ je spotřeba tepla na primárním médiu za periodu měření spotřeby tepla 7sT[s]. Tm[5] je perioda s jakou jsou odečítány hodnoty výkonu.
Průmyslová využitelnost
Pumpa tepelného výměníku podle technického řešení je určena zejména z řízení výkonu tepelných výměníků nezávisle na změnách tlaku a vstupní teploty na primárním teplonosném vedení a změnách teploty a průtoku na sekundárním teplonosném vedení. Dále je systém určen k diagnostice tepelných výměníků za chodu, a za pomoci řízení výkonu tepelného výměníku také k řízení teploty v tepelné zóně. Lze ho také využít k měření množství energie předané výměníkem z primárního do sekundárního okruhu.
Claims (5)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Zapojení systému pro řízení výkonu a diagnostiku tepelného výměníku, kde tepelný výměník (1) má primární přívod (4) primární teplonosné kapaliny opatřený prvním teplotním senzorem (15) a primární vývod (5) pro vyvedení primární teplonosné kapaliny opatřený druhým teplotním senzorem (20), kde tento primární vývod (5) je zaústěn do oběžného kola (6) pumpy (2) propojeného s motorem (9) a opatřeného potrubím (7) pro vedení primární teplonosné kapaliny ke zdroji tepla a od něj zpět do primárního přívodu (4), přičemž mezi výměníkem (1) a pumpou (2) je zařazena řídicí jednotka (3) obsahující jednotku (10) řízení motoru propojenou obousměrně s motorem (9) pumpy (2) a současně je výměník (1) opatřen sekundárním přívodem (23) sekundární teplonosné kapaliny a sekundárním vývodem (24) propojeným zpět přes tepelnou zónu (25) se sekundárním přívodem (23), vyznačující se tím, že řídicí jednotka (3) má na svém vstupu teplotní modul (17), na jehož první vstup je prvním komunikačním kanálem (16) připojen výstup prvního teplotního senzoru (15) a na jehož druhý vstup je druhým komunikačním kanálem-6CZ 306480 B6 (21) připojen výstup druhého teplotního senzoru (20), kde tento teplotní modul (17) má výstup (18) primární vstupní teploty propojen s jedním vstupem bloku (19) výpočtu výkonu a výstup (22) primární výstupní teploty s druhým vstupem bloku (19) výpočtu výkonu, na jehož třetí vstup (14) je připojen výstup bloku (12) odhadu průtoku, jehož jeden vstup je propojen s výstupem paměti (13) a druhý vstup je propojen přes sběrnici (11) s výstupem jednotky (10) řízení motoru, přičemž výstup (26) odhadu předávaného tepelného výkonu z bloku (19) výpočtu výkonu je spojen s jedním vstupem regulátoru (27) výkonu, jehož druhý vstup (28) požadavku výkonu je propojen s prvním výstupem operátorské jednotky (29) a jehož výstup (30) je propojen se vstupem jednotky (10) řízení motoru.
- 2. Zapojení systému podle nároku 1, vyznačující se tím, že k sekundárnímu přívodu (23) výměníku (1) je připojen třetí teplotní senzor (31), který je třetím komunikačním kanálem (32) propojen se třetím vstupem teplotního modulu (17), který je opatřen výstupem (35) teploty zóny propojeným s jedním vstupem regulátoru (36) teploty, na jehož druhý vstup (37) požadavku teploty tepelné zóny (25) je připojen druhý výstup operátorské jednotky (29) a jehož výstup je propojen s druhým vstupem (28) požadavku výkonu regulátoru (27) výkonu.
- 3. Zapojení systému podle nároku 1, vyznačující se tím, že v teplotní zóně (25) je umístěn čtvrtý teplotní senzor (33), který je čtvrtým komunikačním kanálem (34) propojen se třetím vstupem teplotního modulu (17), který je opatřen výstupem (35) teploty zóny propojeným s jedním vstupem regulátoru (36) teploty, na jehož druhý vstup (37) požadavku teploty tepelné zóny (25) je připojen druhý výstup operátorské jednotky (29) a jehož výstup je propojen s druhým vstupem (28) požadavku výkonu regulátoru (27) výkonu.
- 4. Zapojení systému podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (3) má vložen modul (39) diagnostiky, kde na jeho první vstup je připojen výstup (18) primární vstupní teploty, na jeho druhý vstup je připojen výstup (35) teploty zóny teplotního modulu (17) a na jeho třetí vstup je připojen výstup (26) odhadu předávaného tepelného výkonu, přičemž výstup (40) diagnostických informací modulu (39) diagnostiky je propojen s operátorskou jednotkou (29).
- 5. Zapojení systému podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (3) má vložen modul (41) spotřeby, jehož první vstup je propojen s výstupem (26) odhadu předávaného tepelného výkonu a jehož výstup (42) informací o spotřebě je propojen s operátorskou jednotkou (29).
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-399A CZ306480B6 (cs) | 2015-06-15 | 2015-06-15 | Zapojení systému pro řízení výkonu a diagnostiku tepelného výměníku |
| EP16748255.3A EP3308081B1 (en) | 2015-06-15 | 2016-06-14 | Heat exchanger control and diagnostic apparatus |
| PCT/CZ2016/050018 WO2016202316A1 (en) | 2015-06-15 | 2016-06-14 | Heat exchanger control and diagnostic apparatus |
| CN201680033543.0A CN107743601A (zh) | 2015-06-15 | 2016-06-14 | 热交换器控制与诊断装置 |
| ES16748255T ES2788732T3 (es) | 2015-06-15 | 2016-06-14 | Conexión del sistema para el control del rendimiento y diagnóstico de un intercambiador de calor |
| CA2986606A CA2986606C (en) | 2015-06-15 | 2016-06-14 | Heat exchanger control and diagnostic apparatus |
| US15/577,882 US10443861B2 (en) | 2015-06-15 | 2016-06-14 | Heat exchanger control and diagnostic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-399A CZ306480B6 (cs) | 2015-06-15 | 2015-06-15 | Zapojení systému pro řízení výkonu a diagnostiku tepelného výměníku |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2015399A3 CZ2015399A3 (cs) | 2017-02-08 |
| CZ306480B6 true CZ306480B6 (cs) | 2017-02-08 |
Family
ID=56615799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2015-399A CZ306480B6 (cs) | 2015-06-15 | 2015-06-15 | Zapojení systému pro řízení výkonu a diagnostiku tepelného výměníku |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10443861B2 (cs) |
| EP (1) | EP3308081B1 (cs) |
| CN (1) | CN107743601A (cs) |
| CA (1) | CA2986606C (cs) |
| CZ (1) | CZ306480B6 (cs) |
| ES (1) | ES2788732T3 (cs) |
| WO (1) | WO2016202316A1 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019220297A1 (en) * | 2018-05-14 | 2019-11-21 | University Centre For Energy Efficient Buildings Of Technical University In Prague | One-pipe hydronic heating control device |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018211714A1 (de) * | 2018-07-13 | 2020-01-16 | Sms Group Gmbh | Verfahren zum Condition Monitoring eines Hydrauliksystems einer Metallumformungsanlage sowie condition-Monitoring-Vorrichtung |
| WO2020205868A1 (en) * | 2019-04-01 | 2020-10-08 | Panoramic Power Ltd. | System and method for non-invasive heat measurement |
| MA71720A (fr) * | 2023-12-13 | 2025-05-30 | Ego Ip B.V. | Système de chauffage de bâtiment |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4245501A (en) * | 1978-11-08 | 1981-01-20 | Wilgood Corporation | Selective heating and cooling energy meter |
| US5615733A (en) * | 1996-05-01 | 1997-04-01 | Helio-Compatic Corporation | On-line monitoring system of a simulated heat-exchanger |
| WO2012065276A1 (en) * | 2010-11-18 | 2012-05-24 | Belimo Holding Ag | Determining the heat flow emanating from a heat transporting fluid |
| US20140222218A1 (en) * | 2011-09-05 | 2014-08-07 | Belimo Holding Ag | Method for operating and/or monitoring an hvac system |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3210641A1 (de) | 1982-03-23 | 1983-10-06 | Dupont Inc | Stromsparende waermetraeger-umwaelzpumpe, insbesondere fuer waermepumpen-heinzungen |
| DE4312150C2 (de) * | 1993-04-14 | 1998-12-24 | Ewald Hennel | Verfahren zum Einstellen der Förderleistung einer Umwälzpumpe |
| US5443207A (en) | 1993-07-13 | 1995-08-22 | Taco, Inc. | Integrated zoning circulator |
| US5622221A (en) | 1995-05-17 | 1997-04-22 | Taco, Inc. | Integrated zoning circulator with priority controller |
| DE10243026B3 (de) | 2002-09-13 | 2004-06-03 | Oliver Laing | Vorrichtung zur lokalen Kühlung oder Erwärmung eines Gegenstandes |
| DE102004021423A1 (de) | 2004-04-30 | 2005-12-01 | Siemens Ag | Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit eines Wärmetauschers |
| DE102005037608A1 (de) | 2005-08-05 | 2007-02-08 | Wilo Ag | Verfahren zur Regelung der Temperatur des Mediums eines Heiz- und/oder Kühlsystems |
| DE102005043952A1 (de) | 2005-09-15 | 2007-04-05 | Danfoss A/S | Wärmetauscher und Verfahren zum Regeln eines Wärmetauschers |
| KR20080072879A (ko) | 2005-11-30 | 2008-08-07 | 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 기계온도를 보다 정확하게 조절하기 위한 열 흐름 로컬제어 |
| ATE412936T1 (de) * | 2007-02-08 | 2008-11-15 | Nordiq Goeteborg Ab | Heizsystemsteuerung auf der basis der erforderlichen heizleistung |
| DE102007054313B4 (de) | 2007-11-05 | 2016-08-04 | Xylem Ip Holdings Llc | Umwälzpumpe, Heizsystem und Verfahren zur Bestimmung der Durchströmungsmenge einer Flüssigkeit durch eine Leitung |
| CN201892880U (zh) * | 2010-11-26 | 2011-07-06 | 东方电子集团有限公司 | 供热系统热量计量和节能控制装置 |
| DE102013004106A1 (de) | 2013-03-11 | 2014-09-11 | Wilo Se | Heizungssystem und Nachrüstkit zur Verbesserung der Wärmeabgabe von hydraulisch unterversorgten Verbrauchern |
-
2015
- 2015-06-15 CZ CZ2015-399A patent/CZ306480B6/cs unknown
-
2016
- 2016-06-14 CA CA2986606A patent/CA2986606C/en active Active
- 2016-06-14 US US15/577,882 patent/US10443861B2/en active Active
- 2016-06-14 WO PCT/CZ2016/050018 patent/WO2016202316A1/en not_active Ceased
- 2016-06-14 EP EP16748255.3A patent/EP3308081B1/en active Active
- 2016-06-14 CN CN201680033543.0A patent/CN107743601A/zh active Pending
- 2016-06-14 ES ES16748255T patent/ES2788732T3/es active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4245501A (en) * | 1978-11-08 | 1981-01-20 | Wilgood Corporation | Selective heating and cooling energy meter |
| US5615733A (en) * | 1996-05-01 | 1997-04-01 | Helio-Compatic Corporation | On-line monitoring system of a simulated heat-exchanger |
| WO2012065276A1 (en) * | 2010-11-18 | 2012-05-24 | Belimo Holding Ag | Determining the heat flow emanating from a heat transporting fluid |
| US20140222218A1 (en) * | 2011-09-05 | 2014-08-07 | Belimo Holding Ag | Method for operating and/or monitoring an hvac system |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019220297A1 (en) * | 2018-05-14 | 2019-11-21 | University Centre For Energy Efficient Buildings Of Technical University In Prague | One-pipe hydronic heating control device |
| US12066195B2 (en) | 2018-05-14 | 2024-08-20 | Ceske Vysoke Uceni Technicke V Praze | One-pipe hydronic heating control device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2788732T3 (es) | 2020-10-22 |
| US20180149371A1 (en) | 2018-05-31 |
| CA2986606A1 (en) | 2016-12-22 |
| EP3308081B1 (en) | 2020-03-18 |
| WO2016202316A1 (en) | 2016-12-22 |
| CA2986606C (en) | 2023-03-21 |
| EP3308081A1 (en) | 2018-04-18 |
| CZ2015399A3 (cs) | 2017-02-08 |
| US10443861B2 (en) | 2019-10-15 |
| CN107743601A (zh) | 2018-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12305868B2 (en) | Space conditioning control and monitoring method and system | |
| EP1943465B1 (en) | A device and a method for measurement of energy for heating tap water separated from the building's heating energy-usage . | |
| CN103946761B (zh) | 用于运行和/或监测hvac设备的方法 | |
| RU2573378C2 (ru) | Устройство и способ управления открытием клапана в системе hvac | |
| EP2416083B1 (en) | Fluid heating system and method, and fluid heating control system, control device and control method | |
| CZ306480B6 (cs) | Zapojení systému pro řízení výkonu a diagnostiku tepelného výměníku | |
| RU2648211C2 (ru) | Способ и устройства для балансирования группы потребителей в системе транспортировки текучей среды | |
| CN105492813B (zh) | 具有集成内部流量、压力和/或温度测量的组合隔离阀和止回阀 | |
| US20150153119A1 (en) | Method for operating a heat exchanger and a hvac installation for implementing the method | |
| CA2180145C (en) | Heat metering | |
| EP2963349A1 (en) | Fluid-heating apparatus | |
| RU2340835C2 (ru) | Автоматизированная информационная система для контроля и управления работой отопительной котельной с водогрейными котлами | |
| ES2383864B1 (es) | Proceso y sistema de control de un circuito hidráulico de varios intercambiadores de calor. | |
| EP3346197B1 (en) | Heating control system and heat pump hot-water heating system | |
| CZ29060U1 (cs) | Zařízení pro řízení výkonu a diagnostiku tepelného výměníku | |
| JP2008241326A (ja) | 配管系設備における流量測定方法 | |
| JP2010261628A (ja) | 熱源機評価システム | |
| US12066195B2 (en) | One-pipe hydronic heating control device | |
| Dostál et al. | Control device for pumping one-pipe hydronic systems | |
| WO2021111373A1 (en) | Method and device for measuring geothermal parameters for dimensioning and subsequent monitoring ground coupled heat pumps | |
| JP5422703B2 (ja) | 空調用熱源性能評価システム | |
| US12140977B2 (en) | Regulation system for a thermo-hydraulic circuit and control method | |
| CZ16787U1 (cs) | Zařízení na měření spotřeby teplé užitkové vody | |
| CZ31889U1 (cs) | Zařízení pro řízení tepelného výměníku v jednopotrubní otopné síti | |
| GB2626981A (en) | Determining the state of charge of a thermal storage device |