DE112021001415T5

DE112021001415T5 - Regelungssysteme und -verfahren zur steuerung der wärmeabgaberate in hydroniksystemen

Info

Publication number: DE112021001415T5
Application number: DE112021001415.3T
Authority: DE
Inventors: Evan Green
Original assignee: Harvest Thermal Inc
Current assignee: Harvest Thermal Inc
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2022-12-22
Also published as: GB2605933B; US11898761B2; GB2605933A; US20210278093A1; GB202210551D0; WO2021178683A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zur Steuerung der Wärmeabgaberate in einem Hydroniksystem bereit, das den Empfang mindestens einer ersten Temperatur, einer zweiten Temperatur von zwei räumlich getrennten Punkten im Hydroniksystem und einer Durchflussrate durch eine Steuereinheit umfasst. Die beiden räumlich getrennten Punkte entsprechen dem Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung und dem Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung. Das Verfahren umfasst auch die Berechnung einer Ist-Wärmeabgaberate an die Wärmeübertragungsvorrichtung in einem vordefinierten Intervall durch die Steuereinheit auf der Grundlage der Durchflussrate und der Temperaturdifferenz zwischen den beiden räumlich getrennten Punkten. Die Steuereinheit ermittelt die Differenz zwischen der Ist-Wärmeabgaberate und der Soll-Wärmeabgaberate. Die Steuereinheit passt die Durchflussrate des Fluids am Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz an, um die Soll-Wärmeabgaberate in der Wärmeübertragungsvorrichtung aufrechtzuerhalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf Hydroniksysteme und insbesondere auf Regelungssysteme und -verfahren zur Messung und Steuerung der Wärmeabgaberate in hydronischen Heiz- und Kühlsystemen.
HINTERGRUND
Hydroniksysteme sind in der Regel thermo-fluiddynamische Systeme, die ein Fluid als Wärmeübertragungsmedium zum Heizen und Kühlen von Wohnungen, Gewerbe- und/oder Industrieräumen verwenden. Im Allgemeinen wird in Hydroniksysteme ein Fluid als Wärmeübertragungsmedium zum Heizen oder Kühlen der Innenräume eines Gebäudes (z. B. Wohnungen, Industrieanlagen) verwendet. Häufig werden in Hydroniksysteme verschiedene Regeltechniken eingesetzt, um das Fluid je nach Bedarf mit einem Kessel oder einer Kältemaschine zu kühlen oder zu heizen.
Herkömmliche Hydroniksysteme können Energiequellen nutzen, die durch die Verbrennung von Erdgas, Propan, Kohle, Heizöl, Holz und anderen Brennstoffen für den Betrieb von Heizkesseln zur Erwärmung von Fluiden gewonnen werden. Diese Verbrennung führt zur Emission von Treibhausgasen (THG) und potenziell anderen Schadstoffen wie Partikeln, Ozon, Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid usw. Alternativ kann Elektrizität verwendet werden, z. B. für den Betrieb von Wärmepumpen zur Erwärmung oder Kühlung von Fluiden oder von elektrischen Widerstandsgeräten zur Erwärmung von Fluiden. Elektrische Hydroniksysteme nutzen die von Kraftwerken erzeugte Energie, von denen viele durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe betrieben werden, wodurch ebenfalls Treibhausgase und die anderen oben genannten Luftschadstoffe entstehen. Die Emissionen von netzgespeistem Strom variieren je nach Tageszeit und Tag des Jahres und können von Null, wenn der Grenzerzeuger erneuerbare Energien, Wasser- oder Kernkraftwerke sind, bis zu sehr hohen Werten reichen, wenn der Grenzerzeuger ein Spitzenkraftwerk zu Zeiten der höchsten Netznachfrage ist.
Da Hydroniksysteme Wärmeenergie von einem Ort zum anderen transportieren, ist die Wärmeabgaberate wichtig für die effiziente Verwaltung des Hydroniksystems. Da einige Hydroniksysteme mit Wärmespeichern arbeiten, spielt die Wärmeabgaberate eine wichtige Rolle für die optimale Nutzung der Speicherkapazität. Einige Hydroniksysteme arbeiten mit Lastverschiebung, um Wärme zu einem Zeitpunkt zu erzeugen, der sich von dem Zeitpunkt unterscheiden kann, zu dem sie abgegeben wird. In solchen Hydroniksysteme ist die Wärmeabgaberate ein wichtiger Parameter, der optimiert werden kann, um Energieeffizienz und Kosteneinsparungen zu erzielen. Da die Stromtarife immer häufiger zeitlich variieren, variieren auch die Kosten für den Betrieb elektrischer Hydroniksysteme je nach Betriebszeit. Daher spielt die Wärmeabgaberate eine entscheidende Rolle für einen effizienten, emissionsarmen und kostengünstigen Betrieb eines elektrischen Hydroniksystems.
In Anbetracht dessen besteht ein technischer Bedarf an Regelungssystemen und - techniken, mit denen die Wärmeabgaberate gemessen und gesteuert werden kann und die zudem weitere technische Vorteile bieten.
ZUSAMMENFASSUNG
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bieten Regelungsverfahren und -systeme zur Messung und Steuerung der Wärmeabgaberate in einem Hydroniksystem.
In einer Ausführungsform wird ein Hydroniksystem offenbart. Das Hydroniksystem umfasst eine Steuereinheit zur Steuerung der Wärmeabgaberate zwischen zwei räumlich getrennten Punkten im Hydroniksystem. Die Steuereinheit umfasst ein Kommunikationsmodul, einen Speicher und ein Verarbeitungsmodul. Das Kommunikationsmodul ist so konfiguriert, dass es: (1) mindestens eine erste Temperatur und eine zweite Temperatur eines Fluids von einem ersten Punkt bzw. einem zweiten Punkt in dem Hydroniksystem empfängt, wobei der erste Punkt und der zweite Punkt den beiden räumlich getrennten Punkten entsprechen, und (2) eine Durchflussrate des Fluids zwischen den beiden räumlich getrennten Punkte empfängt. Das Verarbeitungsmodul ist kommunikativ mit dem Speicher und dem Kommunikationsmodul verbunden. Der Prozessor ist so konfiguriert, dass er die gespeicherten Befehle ausführt, um das Hydroniksystem zu veranlassen, zumindest Folgendes durchzuführen: (1) Berechnen einer Ist-Wärmeabgaberate in den beiden räumlich getrennten Punkten auf der Grundlage zumindest teilweise der Durchflussrate und der Temperaturdifferenz des Fluids in den beiden räumlich getrennten Punkten, (2) Bestimmen einer Wärmeabgaberatendifferenz zwischen der Ist-Wärmeabgaberate und einer Soll-Wärmeabgaberate und (3) Anpassen zumindest der Durchflussrate des zwischen den beiden räumlich getrennten Punkten fließenden Fluids zumindest teilweise auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz, um die Soll-Wärmeabgaberate beizubehalten.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Hydroniksystem offenbart. Das Hydroniksystem umfasst eine Wärmeübertragungsvorrichtung, mindestens eine Pumpe und eine Steuereinheit. Die mindestens eine Pumpe ist betriebsmäßig mit einem Speichertank verbunden, um Fluid aus dem Speichertank zur Wärmeübertragungsvorrichtung zu pumpen. Die Steuereinheit ist betriebsmäßig mit der Wärmeübertragungsvorrichtung und der mindestens einen Pumpe verbunden. Die Steuereinheit ist so konfiguriert, dass sie die folgenden Schritte in vordefinierten Intervallen durchführt: (1) Empfangen mindestens einer ersten Temperatur und einer zweiten Temperatur von zwei räumlich getrennten Punkten in dem Hydroniksystem, wobei die erste Temperatur der Temperatur des Fluids entspricht, das in einen Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung eintritt, und die zweite Temperatur der Temperatur des Fluids entspricht, das einen Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung verlässt, (2) Empfangen einer Durchflussrate des Fluids in der Wärmeübertragungsvorrichtung, (3) Berechnen einer Temperaturdifferenz zwischen den beiden räumlich getrennten Punkten in dem Hydroniksystem, die zumindest teilweise auf der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur basiert, (4) Berechnen einer Ist-Wärmeabgaberate in der Wärmeübertragungsvorrichtung zumindest teilweise auf der Grundlage der Durchflussrate und der Temperaturdifferenz,
(5) Bestimmen einer Wärmeabgaberatendifferenz zwischen der Ist-Wärmeabgaberate und einer Soll-Wärmeabgaberate, (6) Berechnen einer Zielpumprate zumindest teilweise auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz und (7) Betreiben der mindestens einen Pumpe mit der Zielpumpenrate, um zumindest die Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung anzupassen, um die Soll-Wärmeabgaberate in der Wärmeübertragungsvorrichtung aufrechtzuerhalten.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Steuerung der Wärmeabgaberate in einem Hydroniksystem offenbart. Das Verfahren umfasst das Empfangen mindestens einer ersten Temperatur und einer zweiten Temperatur von zwei räumlich getrennten Punkten in dem Hydroniksystem durch eine Steuereinheit. Die beiden räumlich getrennten Punkte entsprechen einem Einlass einer Wärmeübertragungsvorrichtung und einem Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung. Das Verfahren umfasst den Empfang einer Durchflussrate des Fluids in der Wärmeübertragungsvorrichtung durch die Steuereinheit. Das Verfahren umfasst auch die Berechnung einer Temperaturdifferenz zwischen den beiden räumlich getrennten Punkten in dem Hydroniksystem in einem vordefinierten Intervall durch die Steuereinheit, die zumindest teilweise auf der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur basiert. Das Verfahren umfasst ferner die Berechnung einer Ist-Wärmeabgaberate an die Wärmeübertragungsvorrichtung durch die Steuereinheit in dem vordefinierten Intervall, die zumindest teilweise auf der Durchflussrate und der Temperaturdifferenz basiert. Das Verfahren umfasst die Bestimmung einer Wärmeabgaberatendifferenz zwischen der Ist-Wärmeabgaberate und einer Soll-Wärmeabgaberate in den vordefinierten Intervallen durch die Steuereinheit. Das Verfahren umfasst auch das Anpassen, durch die Steuereinheit, zumindest der Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung, basierend, zumindest teilweise, auf der Wärmeabgaberatendifferenz, um die Soll-Wärmeabgaberate in der Wärmeübertragungsvorrichtung aufrechtzuerhalten.
Figurenliste
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen wird besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Zur Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung sind in den Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung dargestellt. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf eine bestimmte Vorrichtung oder ein Werkzeug und die hierin offengelegten Instrumente beschränkt. Darüber hinaus werden die Fachleute verstehen, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu sind. Wo immer es möglich ist, wurden gleiche Elemente durch identische Nummern gekennzeichnet:

1 ist eine Beispieldarstellung einer Umgebung, die sich auf zumindest einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung bezieht;
2A ist eine schematische Darstellung eines Hydroniksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
2B ist eine schematische Darstellung eines Hydroniksystems gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
3A ist eine vereinfachte Blockdiagramm-Darstellung eines Hydroniksystems zur Steuerung der Wärmeabgaberate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3B ist eine vereinfachte Blockdiagramm-Darstellung eines Hydroniksystems zur Steuerung der Wärmeabgaberate gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
3C ist eine vereinfachte Blockdiagramm-Darstellung eines Hydroniksystems zur Steuerung der Wärmeabgaberate gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
4 ist ein Blockdiagramm einer Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Wärmeabgaberate in den Hydroniksysteme der 2A-2B, 3A-3C in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung steuert;
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung der Wärmeabgaberate an ein Hydroniksystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung der Wärmeabgaberate an ein Hydroniksystem gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
7 ist ein Blockdiagramm eines Serversystems, mit dem zumindest einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umgesetzt werden können.

Die Zeichnungen, auf die in dieser Beschreibung Bezug genommen wird, sind nicht als maßstabsgetreu zu verstehen, es sei denn, dies ist ausdrücklich vermerkt, und diese Zeichnungen haben nur beispielhaften Charakter.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung werden zu Erklärungszwecken zahlreiche spezifische Details aufgeführt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Einem Fachmann wird es jedoch klar sein, dass die vorliegende Offenbarung auch ohne diese spezifischen Details praktiziert werden kann. Auf Beschreibungen bekannter Komponenten und Verarbeitungstechniken wird verzichtet, um die hierin beschriebenen Ausführungsformen nicht unnötig zu vernebeln. Die hier verwendeten Beispiele sollen lediglich das Verständnis dafür erleichtern, wie die hier beschriebenen Ausführungsformen umgesetzt werden können, und es dem Fachmann ermöglichen, die hier beschriebenen Ausführungsformen umzusetzen. Dementsprechend sollten die Beispiele nicht als Einschränkung des Umfangs der Ausführungsformen hierin ausgelegt werden.
Wenn in dieser Beschreibung auf "1 Ausführungsform" oder „eine Ausführungsform“ Bezug genommen wird, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Die Formulierung „in einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen der Beschreibung bezieht sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform, noch schließen separate oder alternative Ausführungsformen andere Ausführungsformen gegenseitig aus. Darüber hinaus werden verschiedene Merkmale beschrieben, die einige Ausführungsformen aufweisen können und andere nicht. Ebenso werden verschiedene Anforderungen beschrieben, die für einige Ausführungsformen erforderlich sein können, für andere jedoch nicht.
Auch wenn die folgende Beschreibung viele Einzelheiten zur Veranschaulichung enthält, wird jeder Fachmann verstehen, dass viele Variationen und/oder Änderungen dieser Einzelheiten in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Auch wenn viele der Merkmale der vorliegenden Offenbarung in Bezug aufeinander oder in Verbindung miteinander beschrieben werden, wird ein Fachmann erkennen, dass viele dieser Merkmale unabhängig von anderen Merkmalen bereitgestellt werden können. Dementsprechend wird diese Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ohne Verlust an Allgemeinheit und ohne Auferlegung von Einschränkungen der vorliegenden Offenbarung dargelegt.
Der hier verwendete Begriff „Hydronik“ bezieht sich auf die Verwendung eines Fluids wie Wasser, Glykol oder Dampf als Wärmeübertragungsmedium in Heiz- und Kühlsystemen für Gebäude wie Wohnhäuser, Gewerbe- und Industrieanlagen.
ÜBERBLICK
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen Systeme und Verfahren zur Messung und Steuerung der Wärmeabgaberate in einem Hydroniksystem bereit, das zur bedarfsgerechten Klimatisierung eines Gehäuses konfiguriert ist. Genauer gesagt, stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Steuereinheit bereit, die den Betrieb einer oder mehrerer Komponenten des Hydroniksystems anpasst, um die Wärmeabgaberate an das Hydroniksystem zu steuern. Solche Techniken zur Steuerung der Wärmeabgaberate in Hydroniksysteme verbessern die Betriebs- und Energieeffizienz.
In einem Beispiel beschreibt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren, das von einer Steuereinheit des Hydroniksystems durchgeführt wird. Die Steuereinheit empfängt mindestens eine erste Temperatur und eine zweite Temperatur eines Fluids von zwei räumlich getrennten Punkten im Hydroniksystem. Die beiden räumlich getrennten Punkte entsprechen einem Einlass einer Wärmeübertragungsvorrichtung und einem Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung. Bei der Wärmeübertragungsvorrichtung kann es sich um einen Heizkörper oder eine Hydronikplatte handeln, die als Wärmetauscher fungiert, um Wärmeenergie von einem Medium auf ein anderes zu übertragen, um das Gehäuse zu heizen oder zu kühlen. Ferner ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass sie die Durchflussrate des Fluids in der Wärmeübertragungsvorrichtung empfängt. Das Fluid, das zum Heizen/Kühlen in die Wärmeübertragungsvorrichtung gepumpt wird, kann in einem Speichertank gespeichert werden.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass sie eine Temperaturdifferenz des Fluids zwischen den beiden räumlich getrennten Punkten (d. h. zwischen den Enden der Wärmeübertragungsvorrichtung) im Hydroniksystem auf der Grundlage der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur des Fluids in einem vordefinierten Intervall berechnet. Die Temperaturdifferenz gibt die Differenz der Fluidtemperatur zwischen dem Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung und dem Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung an. Die Steuereinheit berechnet auf der Grundlage der Durchflussrate und der Temperaturdifferenz eine Ist-Wärmeabgaberate an die Wärmeübertragungsvorrichtung. Die Ist-Wärmeabgaberate bestimmt die Wärmemenge oder thermische Energie, die pro Zeiteinheit über das Fluid an die Wärmeübertragungsvorrichtung übertragen wird. Außerdem wird die Differenz zwischen der Ist-Wärmeabgabe und einer Soll-Wärmeabgaberate von der Steuereinheit ermittelt. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass sie die Soll-Wärmeabgaberate anhand der Temperaturanforderungen eines Gehäuses bestimmt.
Die Steuereinheit ist so konfiguriert, dass sie die Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz anpasst, um die Soll-Wärmeabgaberate in der Wärmeübertragungsvorrichtung beizubehalten. In einer Ausführungsform berechnet die Steuereinheit eine Zielflussrate auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz. Ferner ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass sie auf der Grundlage der Zielflussrate einen Durchflussmodulator betreibt. Der Durchflussmodulator ist am Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung angeordnet. In einer anderen Ausführungsform ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass sie eine Zielpumprate für den Betrieb einer Pumpe auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz berechnet. Die Pumpe kann mit dem Speichertank verbunden sein, um Fluid aus dem Speichertank zur Wärmeübertragungsvorrichtung zu pumpen. Die Pumpe wird mit der Zielpumprate betrieben, um die Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung anzupassen.
In einigen Ausführungsbeispielen ist der Steuerkreis so konfiguriert, dass er eine erste Zieltemperatur am Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz berechnet. Da der Fluiddurchfluss über den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung die Temperatur des Fluids beeinflusst, berechnet der Steuerkreis eine gewünschte Fluidtemperatur am Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung. Ferner wird auf der Grundlage der ersten Zieltemperatur eine Zielpumprate für den Betrieb der Pumpe berechnet. In einer Ausführungsform betreibt der Steuerkreis die Pumpe mit der Zielpumprate, um die Durchflussrate des Fluids am Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung anzupassen. In einer alternativen Ausführungsform betreibt der Steuerkreis den Durchflussmodulator auf der Grundlage der Zielflussrate, um die Durchflussrate des Fluids über den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung anzupassen.
Obwohl Prozessschritte, Verfahrensschritte oder ähnliches in der Offenbarung in sequentieller Reihenfolge beschrieben werden, können solche Prozesse und Methoden so konfiguriert werden, dass sie in alternativer Reihenfolge funktionieren. Mit anderen Worten, eine beliebige Abfolge oder Reihenfolge von Schritten, die in dieser Patentanmeldung beschrieben werden, bedeutet nicht nur, dass die Schritte in dieser Reihenfolge ausgeführt werden müssen. Die Schritte der beschriebenen Verfahren können in jeder beliebigen praktischen Reihenfolge durchgeführt werden. Außerdem können einige Schritte gleichzeitig durchgeführt werden, obwohl sie als nicht gleichzeitig beschrieben oder angedeutet werden (z. B. weil ein Schritt nach einem anderen Schritt beschrieben wird). Darüber hinaus bedeutet die Darstellung eines Verfahrens in einer Zeichnung nicht, dass das dargestellte Verfahren andere Varianten und Änderungen ausschließt, dass das dargestellte Verfahren oder einer seiner Schritte für eine oder mehrere der Erfindung(en) notwendig ist und dass das dargestellte Verfahren bevorzugt ist.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben.
1 ist eine Beispieldarstellung einer Umgebung 100, die sich auf zumindest einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung bezieht. Die Umgebung 100 umfasst einen Benutzer 102, der mit einem Hydroniksystem 110 interagiert (z. B. wie in 2A dargestellt). Der Benutzer 102 kann eine Einzelperson oder eine Einrichtung sein, die einen Innenraum klimatisieren (d.h. heizen/kühlen) muss. Der Benutzer 102 ist mit einem Gerät 104 verbunden, um Benutzereingaben für den Betrieb des Systems 110 über ein Netzwerk 106 bereitzustellen. Das Netzwerk 106 kann ohne Einschränkung ein Light Fidelity (Li-Fi)-Netzwerk, ein lokales Netzwerk (LAN), ein Weitverkehrsnetzwerk (WAN), ein Metropolitan Area Netzwerk (MAN), ein Satellitennetzwerk, das Internet, ein Glasfasernetzwerk, ein Koaxialkabelnetzwerk, ein Infrarot (IR)-Netzwerk, ein Radiofrequenz (RF)-Netzwerk, ein virtuelles Netzwerk und/oder ein anderes geeignetes öffentliches und/oder privates Netzwerk umfassen, das die Kommunikation zwischen den in 1 dargestellten Einheiten unterstützen kann, oder eine beliebige Kombination davon.
Die Benutzereingaben des Benutzers 102 können Temperaturanforderungen, eine Wärmeabgaberate, Temperaturschwankungen bei der Konditionierung des Innenraums (siehe Gehäuse 212), Zeitinformationen für die Temperaturregelung oder andere für den Betrieb des Hydroniksystems 110 erforderliche Informationen umfassen. Der Benutzer 102 verwendet eine interaktive Anwendung (im Folgenden als „Anwendung 114“ bezeichnet) auf seinem Gerät 104, um die Benutzereingaben für das Hydroniksystem 110 zum Betrieb des Hydroniksystems 110 bereitzustellen (z. B. Einstellung der Temperatur auf 70° F). Bei dem Gerät 104 kann es sich um ein beliebiges elektronisches Gerät handeln, wie z. B. einen Personal Computer (PC), ein Tablet, einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA), einen sprachgesteuerten Assistenten, tragbare Geräte, ein Virtual Reality (VR)-Gerät, ein Smartphone und einen Laptop, aber nicht nur.
Das Server-System 108 ist so konfiguriert, dass es die Anwendung 114 hostet und verwaltet, auf die das Gerät 104 zugreifen kann. Die Anwendung 114 kann über eine Website zugänglich sein, die mit dem Serversystem 108 verbunden ist, so dass der Benutzer 102 über das Netzwerk 106 auf die Website zugreifen kann, indem er Webbrowseranwendungen verwendet, die in dem Gerät 104 installiert sind, und danach das Hydroniksystem 110 bedienen kann. In einer Ausführungsform ist das Serversystem 108 so konfiguriert, dass es dem Gerät 104 Instanzen der Anwendung 114 zur Verfügung stellt, wenn es eine Anfrage zum Zugriff auf die Anwendung 114 erhält. Das Serversystem 108 ermöglicht nach Erhalt der Anforderung das Herunterladen von Instanzen der Anwendung 114 in das Gerät 104, um auf die Anwendung 114 zuzugreifen. In einer Ausführungsform ist die Anwendung 114 auch so konfiguriert, dass sie ein Dashboard (in den Figuren nicht dargestellt) erzeugt und dynamisch aktualisiert, indem sie die vom Benutzer 102 bereitgestellten Benutzereingaben einbezieht. In einer anderen Konfiguration ist die Anwendung 114 auch so konfiguriert, dass sie das Dashboard generiert und dynamisch aktualisiert, indem sie geschätzte Kosten, die mit dem Betrieb des Hydroniksystems 110 verbunden sind, basierend auf den Benutzereingaben einbezieht.
Die Umgebung 100 umfasst ferner eine Datenbank 116, die so konfiguriert ist, dass sie Informationen über die vom Benutzer 102 vorgenommenen Eingaben speichert. Die Datenbank 116 kann auch so konfiguriert sein, dass sie Daten über die ermittelten Temperaturen, die ermittelte Wärmeabgaberate, die Pumprate, die Durchflussrate, die Kapazitäten des Speichertanks, die geschätzten Kosten, die Energieeinsparungen und dergleichen speichert. Die Datenbank 116 kann von einer dritten Partei verwaltet werden oder im Serversystem 108 integriert sein.
In einer Ausführungsform umfasst das Hydroniksystem 110 eine Steuereinheit 112, die den Betrieb des Hydroniksystems 110 auf der Grundlage, der über die Anwendung 114 bereitgestellten Benutzereingaben steuert. Es ist zu beachten, dass die Steuereinheit 112 eine eigenständige Komponente sein kann, die unabhängig vom Hydroniksystem 110 arbeitet und den Betrieb des Hydroniksystems 110 steuert. In anderen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 112 jedoch ganz oder teilweise in einen oder mehrere Teile der Umgebung 100, z. B. in das Serversystem 108, integriert sein. Ferner sollte die Steuereinheit 112 so verstanden werden, dass sie in mindestens einem Computergerät verkörpert ist, das über ausführbare Befehle speziell so konfiguriert sein kann, dass es die hierin beschriebenen Funktionen ausführt, und/oder in mindestens einem nicht-flüchtigen computerlesbaren Medium verkörpert ist.
Das Hydroniksystem 110 ist so konfiguriert, dass es einen oder mehrere der hier beschriebenen Vorgänge ausführt. Insbesondere ist die Steuereinheit 112 so konfiguriert, dass sie einen oder mehrere Parameter des Hydroniksystems 110 anpasst, um die Wärmeabgaberate des Hydroniksystems 110 zu steuern. In einem Beispiel kann der Benutzer 102 eine Wärmeabgaberate (z. B. 10.000 BTU/Std.) für das Hydroniksystem 110 zur Kosteneinsparung voreinstellen. Während der Nutzung kann der Benutzer 102 die Benutzereingabe machen, um die Temperatur des Innenraums an einem kalten Tag zu erhöhen. In solchen Szenarien kann die Erhöhung der Raumtemperatur eine höhere Wärmeabgaberate erfordern. In diesem Fall passt die Steuereinheit 112 einen Parameter (z. B. Durchflussrate, Temperatur) an, der mit der Wärmeabgaberate verbunden ist, um die Wärmeabgaberate zu erhöhen, bis die vom Benutzer 102 angegebenen Temperaturanforderungen erfüllt sind.
Die Anzahl und Anordnung der in 1 dargestellten Systeme, Geräte und/oder Netzwerke sind ein Beispiel. Es kann zusätzliche Systeme, Geräte und/oder Netzwerke geben, weniger Systeme, Geräte und/oder Netzwerke, andere Systeme, Geräte und/oder Netzwerke und/oder anders angeordnete Systeme, Geräte und/oder Netzwerke als die in 1 dargestellten. Darüber hinaus können zwei oder mehr der in 1 dargestellten Systeme oder Geräte in einem einzigen System oder Gerät implementiert sein, oder ein einziges in 1 dargestelltes System oder Gerät kann als mehrere verteilte Systeme oder Geräte implementiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein Satz von Systemen (z. B. ein oder mehrere Systeme) oder ein Satz von Geräten (z. B. ein oder mehrere Geräte) der Umgebung 100 eine oder mehrere Funktionen ausführen, die als von einem anderen Satz von Systemen oder einem anderen Satz von Geräten der Umgebung 100 ausgeführt beschrieben werden.
2A und 2B sind schematische Darstellungen des Hydroniksystems 200 gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung. Das System 200 umfasst einen Wärmespeichertank 202, der so konfiguriert ist, dass er Fluid speichert. Der Wärmespeichertank 202 kann in ein Fach 202a (d.h. einen oberen Teil) zum Speichern von heißem Fluid, ein Fach 202b zum Speichern von warmem Fluid und ein Fach 202c (d.h. einen unteren Teil) zum Speichern von kaltem Fluid unterteilt sein. Der Wärmespeichertank 202 kann mit einer Wärmeschutzfläche ausgestattet sein, um die Temperatur des darin befindlichen Fluids aufrechtzuerhalten. Genauer gesagt können die Kammern 202a-202c aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen dem heißen Fluid, dem warmen Fluid und dem kalten Fluid gebildet werden. Im Allgemeinen bildet eine Sprungschicht (die als Linie innerhalb des Tanks 202 bezeichnet wird) die Kammern 202a-202c aufgrund der erheblichen Temperaturunterschiede.
In einer Ausführung kann das heiße Fluid ein Fluid sein, das auf eine Temperatur zwischen 130° F-170° F erhitzt wurde, das lauwarme Fluid kann ein Fluid bei Raumtemperatur sein (z.B. 68° F-72° F), und das kalte Fluid kann ein Fluid sein, das auf eine Temperatur von 50° F oder eine andere Temperatur je nach Bedarf abgekühlt wurde.
Der Wärmespeichertank 202 ist strömungstechnisch mit einer Pumpe 204 verbunden. Die Pumpe 204 ist ferner über Leitungen mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung 206 (auch als „Wärmeverteiler 206“ bezeichnet), einer Wärmepumpeneinheit 208, einem Warmwasserspeichertank 210 und dem Gehäuse 212 strömungstechnisch verbunden. Die Pumpe 204 ist so konfiguriert, dass sie das heiße Fluid, das kalte Fluid und das lauwarme Fluid in geeigneter Weise innerhalb des Systems 200 umwälzt oder leitet. Beispiele für die Pumpe 204 sind unter anderem eine Verdrängerpumpe, eine peristaltische Pumpe, eine Kreiselpumpe und dergleichen, je nach Machbarkeit und Anforderung.
In einer Ausführungsform kann der Wärmespeichertank 202 in einen ersten Speichertank 202d und einen zweiten Speichertank 202e unterteilt sein (dargestellt in 2B). Wie in 2B dargestellt, kann der erste Speichertank 202d so konfiguriert sein, dass er heißes Fluid in einem oberen Abschnitt 203a und kaltes Fluid in einem unteren Abschnitt 203b speichert. Die Sprungschicht trennt das heiße Fluid von dem kalten Fluid. Der zweite Speichertank 202e kann so konfiguriert sein, dass er lauwarmes Fluid in einem oberen Abschnitt 203c und gekühltes Fluid in einem unteren Abschnitt 203d speichert. Die Sprungschicht trennt das lauwarme Fluid von dem gekühlten Fluid. Der erste Speichertank 202d und der zweite Speichertank 202e können strömungstechnisch mit der Pumpe 204 verbunden sein, um eine geeignete Zirkulation des heißen und des kalten Fluids zu ermöglichen.
Ferner kann das System 200 mit einem ersten Satz von Durchflussmessern 222a, 222b und 222c konfiguriert sein, die an einem Einlass und einem Auslass des ersten Speichertanks 202d angebracht sind. Der erste Satz von Durchflussmessern 222a, 222b und 222c ist so konfiguriert, dass er das Volumen des in den ersten Speichertank 202d eintretenden und aus ihm austretenden Fluids im Laufe der Zeit überwacht und dadurch der Steuereinheit 214 ermöglicht, das Volumen des heißen Fluids im ersten Speichertank 202d zu bestimmen. Der erste Satz von Durchflussmessern 222a, 222b und 222c kann ein optischer Sensor, ein mechanischer Sensor oder ein beliebiger anderer Sensor sein, der zur Überwachung des Fluiddurchflusses in den Leitungen, die in den ersten Speichertank 202d eintreten und diesen verlassen, konfiguriert ist. Das System 200 kann auch einen ersten Satz von Temperatursensoren 218a und 218b umfassen, die an der Leitung angebracht sind, die den Teil des ersten Speichertanks 202d, der das heiße Fluid enthält, verlässt und betritt. Der erste Satz von Temperatursensoren 218a, 218b ist so konfiguriert, dass er die Temperatur des Fluids überwacht, die aus dem heißen ersten Speichertank 202d austritt oder in ihn eintritt. In einer Konfiguration können der erste Satz von Durchflussmessern 222a, 222b und 222c und die Temperatursensoren 218a, 218b auch in geeigneter Weise in den Wärmespeichertank 202 eingebaut werden (in den Figuren nicht dargestellt).
Der zweite Speichertank 202e kann mit einem zweiten Satz von Durchflussmessern 228a und 228b konfiguriert sein, die an einem Einlass und einem Auslass des Teils, der das gekühlte Fluid enthält, angebracht sind. Der zweite Satz von Durchflussmessern 228a und 228b ist so konfiguriert, dass er das Volumen des gekühlten Fluids, das in den zweiten Lagertank 202e eintritt und diesen verlässt, über einen bestimmten Zeitraum überwacht und dadurch die Steuereinheit 214 in die Lage versetzt, das Volumen des gekühlten Fluids im zweiten Speichertank 202e zu bestimmen. Der zweite Satz von Durchflussmessern 228a und 228b kann ein optischer Sensor, ein mechanischer Sensor oder ein beliebiger anderer Sensor sein, der für die Überwachung des gekühlten Fluids konfiguriert ist, das in den Leitungen fließt, die in den zweiten Speichertank 202e eintreten und diesen verlassen. Das System 200 umfasst auch einen zweiten Satz von Temperatursensoren 220a und 220b (z.B. wie in 2B gezeigt), die an den Leitungen angebracht sind, die einen Teil des zweiten Lagertanks 202e, der das gekühlte Fluid enthält, verlassen/betreten und den Teil des zweiten Lagertanks 202e, der das lauwarme Fluid enthält, verlassen/betreten. Der zweite Satz von Temperatursensoren 220a und 220b ist so konfiguriert, dass er die Temperatur des Fluids überwacht, die aus dem zweiten Lagertank 202e austritt oder in ihn eintritt. In einer Konfiguration können der zweite Satz von Durchflussmessern 228a und 228b (z. B. wie in 2B gezeigt) und die Temperatursensoren 220a und 220b in geeigneter Weise in den Wärmespeichertank 202 eingebaut werden.
Darüber hinaus umfasst das System 200 einen ersten Temperatursensor 226, der an dem ersten Speichertank 202d angebracht ist. Der erste Temperatursensor 226 ist so konfiguriert, dass er die Temperatur des heißen Fluids im ersten Speichertank 202d überwacht. In einer Ausführungsform kann die Leitung, die sich vom ersten Speichertank 202d zur Zufuhr des heißen Fluids erstreckt, direkt mit dem Gehäuse 212 (in den Figuren nicht dargestellt) verbunden sein. In einer Konfiguration kann die Leitung, die sich vom zweiten Speichertank 202e zur Zufuhr des gekühlten Fluids zur Wärmeübertragungsvorrichtung 206 erstreckt, stattdessen direkt an einen Brauchwassertank 210 (in den Abbildungen nicht dargestellt) angeschlossen werden. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 206, die entweder das heiße oder das gekühlte Fluid über die Pumpe 204 erhält, verteilt den Wärmeinhalt zur Konditionierung an das Gehäuse 212. Beispiele für die Wärmeübertragungsvorrichtung 206 sind unter anderem ein Gebläse, ein Heizkörper oder eine Hydronikplatte, die für die Verteilung des Wärmeinhalts in das Gehäuse 212 konfiguriert ist. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 206 umfasst mehrere miteinander verbundene Wärmeübertragungskomponenten, z. B. mehrere in Reihe geschaltete Heizkörper, um eine angemessene Beheizung/Kühlung des Raums zu gewährleisten.
Das System 200 umfasst auch die Wärmepumpeneinheit 208, die so konfiguriert ist, dass sie entweder das heiße Fluid oder das gekühlte Fluid erzeugt. Das in der Wärmepumpeneinheit 208 erzeugte heiße Fluid und das gekühlte Fluid werden in den Wärmespeicher 202, den ersten Speichertank 202d bzw. den zweiten Speichertank 202e zurückgeleitet. In einer Ausführungsform erhält die Wärmepumpeneinheit 208 kaltes Fluid aus dem ersten Speichertank 202d (d. h. aus dem unteren Teil), der zur Erzeugung des heißen Fluids erhitzt würde. Das erzeugte heiße Fluid wird zum ersten Speichertank 202d (d. h. zum oberen Teil) geleitet, um das heiße Fluid nachzufüllen. In einer anderen Ausführungsform erhält die Wärmepumpeneinheit 208 lauwarmes Fluid aus dem zweiten Speichertank 202e (d. h. aus dem oberen Teil), das zur Erzeugung des gekühlten Fluids abgekühlt wird. Das gekühlte Fluid zirkuliert zurück zum zweiten Speicher 202e (d. h. zum unteren Teil).
Das System 200 umfasst auch eine Steuereinheit 214, die mit dem Wärmespeicher 202 (in 2A dargestellt) oder dem ersten Speicher 202d und dem zweiten Speicher 202e kommunikativ verbunden ist. Die Steuereinheit 214 ist auch mit der Pumpe 204, der Wärmeübertragungsvorrichtung 206, dem Brauchwassertank 210, der Wärmepumpeneinheit 208 und dem Gehäuse 212 kommunikativ verbunden. Die Steuereinheit 214 ist auch so konfiguriert, dass sie die Benutzereingaben des Benutzers 102 empfängt, auf deren Grundlage die Steuereinheit 214 das System 200 betreiben kann. Darüber hinaus umfasst das Hydroniksystem 200 einen Thermostat 216, der jede Änderung der Temperatur gegenüber dem (vom Benutzer 102 voreingestellten) gewünschten Wärmewert oder Temperaturwert im System 200 erfasst und diese Daten an die Steuereinheit 214 weiterleitet. In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 214 automatisch die Anforderungen des Gehäuses 212 bestimmen und dementsprechend das System 200 zur Konditionierung des Gehäuses 212 in geeigneter Weise betreiben. Zu diesem Zweck bestimmt die Steuereinheit 214 eine Soll-Wärmeabgaberate über die Wärmeübertragungsvorrichtung 206 auf der Grundlage der thermischen Anforderungen, die entweder durch den Benutzer 102 oder automatisch für die Konditionierung des Gehäuses 212 vorgegeben werden. Darüber hinaus ist die Steuereinheit 214 so konfiguriert, dass sie den Betrieb der Komponenten im System 200 steuert, um eine optimale Betriebseffizienz zu gewährleisten, indem sie die Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 200 steuert, während minimale Betriebskosten, Emissionen oder andere Parameter anfallen, die unter Bezugnahme auf die 3-6 näher erläutert werden.
Wenn die Wärmeübertragungsvorrichtung 206 mit thermischer Speicherkapazität konfiguriert ist, ist die Wärmeabgaberate wichtig für die Verwaltung und die optimale Nutzung der Speicherkapazität. Wenn die Wärmeübertragungsvorrichtung 206 Lastverschiebungstechniken einsetzt, muss die Wärmeabgaberate optimiert werden, um die atmosphärische Kohlenstofferzeugung und die Nutzungskosten zu minimieren. Diese Optimierung wird von der Steuereinheit 214 durchgeführt. Ein Beispiel für die Steuerung der Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 200 wird unter Bezugnahme auf die 3A-3C gezeigt und erläutert.
3A ist eine vereinfachte Blockdiagramm-Darstellung eines Hydroniksystems 300 zur Steuerung der Wärmeabgaberate in einer Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Hydroniksystem 300 ist eine vereinfachte Beispieldarstellung des Hydroniksystems 200. Die Anzahl und Anordnung der in 3A gezeigten Geräte und/oder Komponenten sind beispielhaft dargestellt. Es können zusätzliche Geräte und/oder Komponenten, weniger Geräte und/oder Komponenten, andere Geräte und/oder Komponenten und/oder anders angeordnete Geräte und/oder Komponenten als die in 3A gezeigten vorhanden sein. Darüber hinaus können die Operationen einer oder mehrerer Komponenten mit Hilfe von Software, Hardware oder einer Kombination davon durchgeführt werden.
Das Hydroniksystem 300 umfasst mindestens eine Wärmeübertragungsvorrichtung 310, einen Speichertank 320, mindestens einen Durchflussmodulator 330 und eine Steuereinheit 350.
Der Speichertank 320 ist so konfiguriert, dass er der Wärmeübertragungsvorrichtung 310 über Leitungen Fluid zuführt. Der Speichertank 320 kann ein Wärmespeichertank 202 sein, wie in 2A gezeigt, oder die Wärmespeichertanks 202d, 202e, die unter Bezugnahme auf 2B gezeigt und erläutert werden. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 ist ein Beispiel für die Wärmeübertragungsvorrichtung 206, die unter Bezugnahme auf die 2A und 2B gezeigt und erläutert wird. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 ist eine Art Wärmetauscher, der zur Übertragung von Wärmeenergie von einem Medium auf ein anderes Medium zum Heizen oder Kühlen eines Innenraums, d. h. des Gehäuses 212, verwendet wird. Genauer gesagt handelt es sich bei der Wärmeübertragungsvorrichtung 310 um einen Wärmeverteiler, der ein Verteilersystem wie einen Strahlungsboden, eine Wand, eine Decke, an der Wand montierte Heizkörper oder ein anderes derartiges System zur Klimatisierung des Gehäuses 212 umfasst. Beispiele für die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 sind unter anderem Heizkörper, Hydronikplatten, Gebläsekonvektoren, Wärmestrahler, Luftbehandlungsanlagen, Strahlungsboden und dergleichen. Das Fluid tritt in die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 über einen Einlass 305a ein und verlässt die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 über einen Auslass 305b.
Im Allgemeinen variiert die an die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 gelieferte Wärmeabgaberate im Laufe der Zeit auf der Grundlage von Umgebungstemperaturschwankungen oder Benutzeranforderungen (d.h. Temperaturanforderungen), was zu einer erhöhten Wärmeabgaberate führt, die die optimale Leistung beeinträchtigt und die Betriebskosten der Hydroniksysteme 300/360/370 erhöht.
Die hier verwendete „Wärmeabgaberate“ ist die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit in einem Material, z. B. einem Fluid in den Hydroniksysteme 300/360/370, übertragen wird. Zu den Faktoren, die sich auf die Wärmeabgaberate in den Hydroniksysteme 300/360/370 auswirken, gehören die Wärmeleitfähigkeit des Fluids, die Temperaturdifferenz des Fluids an räumlich getrennten Punkten und die Durchflussrate des Fluids im Hydroniksystem 300/360/370. Unterschiedliche Materialien haben einen größeren oder geringeren Widerstand gegen die Wärmeübertragung, wodurch sie besser isolieren oder besser leiten.
Die Steuerung der Wärmeabgaberate wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 erläutert, d. h. den Heizkörper oder Wärmestrahler, der Wärmeübertragungsmechanismen wie Konvektion, Konduktion, Wärmestrahlung und Verdunstungskühlung einsetzt, um Wärme an das Fluid zu übertragen, das das Gehäuse auf der Grundlage von Benutzeranforderungen (d. h. Benutzereingaben) klimatisiert, wie später noch näher erläutert wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Wärmeabgaberate in anderen Teilsystemen des Hydroniksystems 300/360/370 oder anderen Heiz- und Kühlsystemen auf die gleiche oder im Wesentlichen ähnliche Weise mit den gleichen oder im Wesentlichen ähnlichen Komponenten gemessen und gesteuert werden kann und hier der Kürze halber nicht erläutert wird.
Die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 kann einen einzelnen Wärmetauscher, z. B. einen Heizkörper, oder eine Reihe von Wärmetauschern (d. h. eine Vielzahl von Heizkörpern) umfassen, die in Reihe geschaltet sind, um den Innenraum je nach Benutzeranforderung zu heizen/zu kühlen. In diesem Beispiel wird eine Vielzahl von Heizkörpern 310a, 310b, ... 310n (im Folgenden als „die Wärmeübertragungsvorrichtung 310“ bezeichnet) in Reihe geschaltet. Es ist zu beachten, dass die Anzahl der Wärmetauscher nicht notwendigerweise in Reihe geschaltet sein muss, sondern auch parallelgeschaltet sein kann oder eine beliebige Kombination davon, je nach Machbarkeit und Anforderung. Dementsprechend kann die Wärmeabgaberate über jeden einzelnen Wärmetauscher (z. B. Wärmetauscher 310a) überwacht und je nach Bedarf angepasst werden. Es versteht sich, dass andere Geräte/Komponenten der Hydroniksysteme 200/300 in ähnlicher Weise überwacht werden können, um die Wärmeabgaberate innerhalb des Hydroniksystems 200/300 zu steuern. Darüber hinaus kann die Wärmeabgaberate über mehrere Geräte/Komponenten des Hydroniksystems 200/300 in ähnlicher Weise überwacht werden, um die Wärmeabgaberate zu optimieren, was zu Kosteneinsparungen und Energieeffizienz führen kann.
In einigen Ausführungsbeispielen können die Hydroniksysteme 200/300 eine Komponente für die Zwangsluft-Wärmeabgabe enthalten, z. B. eine Luftbehandlungsanlage (in den Abbildungen nicht dargestellt). Solche Zwangsluftsysteme können eine zusätzliche Steuerkomponente ermöglichen, die den Luftstrom in den Hydroniksysteme 200/300 misst und/oder steuert. Der Luftstrom kann gemessen oder gesteuert werden, um eine Änderung der Wärmeabgaberate zu bewirken, wie dies bei der Messung und Steuerung der Durchflussrate des Fluids in den Hydroniksysteme 200/300 geschieht. Bei einer solchen Implementierung ist es möglich, dass sowohl die Durchflussrate des Fluids als auch der Luft gesteuert werden können, um die gewünschte Wärmeabgaberate zu erreichen. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von zwei Steuerelementen weitere Optimierungen, z. B. zur Minimierung von Störungen der Luftströmung im klimatisierten Raum.
Die Steuereinheit 350 ist so konfiguriert, dass sie den Betrieb der Komponenten im Hydroniksystem 300 steuert, um die Wärmeabgaberate in der Wärmeübertragungsvorrichtung 310 zu regeln. Die Steuereinheit 350 ist ein Beispiel für die Steuereinheit 214, die unter Bezugnahme auf die 2A und 2B gezeigt und erläutert wird. Die Funktionsweise des Steuergeräts wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 4 erläutert.
4 ist ein Blockdiagramm der Steuereinheit 350, die so konfiguriert ist, dass sie die Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 300/360/370 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung steuert. Die Steuereinheit 350 ist ein Beispiel für die Steuereinheit 214, die unter Bezugnahme auf die 2A-2B gezeigt und erläutert wird.
Der hier verwendete Begriff „steuern“ bezieht sich auf die Regulierung oder Modulation der Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 200/300/360/370, z. B. die Aufrechterhaltung der Wärmeabgaberate über die Wärmeübertragungsvorrichtung 206 oder die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 auch bei Änderungen der Benutzereingaben (z. B. Temperaturänderung). In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 350 im Serversystem 108 verkörpert sein, das über ein Kommunikationsnetzwerk zugänglich ist, wie z. B. das in 1 dargestellte Kommunikationsnetzwerk 106.
Die Steuereinheit 350 umfasst mindestens einen Prozessor, beispielsweise ein Verarbeitungsmodul 352 und einen Speicher 354. Es wird darauf hingewiesen, dass die Steuereinheit 350, obwohl sie nur mit einem Prozessor dargestellt ist, eine größere Anzahl von Prozessoren enthalten kann. In einer Ausführungsform ist der Speicher 354 in der Lage, maschinenausführbare Anweisungen zu speichern, die hier als Plattformanweisungen 355 bezeichnet werden. Ferner ist das Verarbeitungsmodul 352 in der Lage, die Plattformbefehle 355 auszuführen. In einer Ausführungsform kann das Verarbeitungsmodul 352 als Multi-Core-Prozessor, als Single-Core-Prozessor oder als eine Kombination aus einem oder mehreren Multi-Core-Prozessoren und einem oder mehreren Single-Core-Prozessoren ausgeführt werden. Das Verarbeitungsmodul 352 kann beispielsweise als eine oder mehrere verschiedene Verarbeitungsvorrichtungen wie ein Coprozessor, ein Mikroprozessor, ein Controller, ein digitaler Signalprozessor (DSP), eine Verarbeitungsschaltung mit oder ohne begleitenden DSP oder verschiedene andere Verarbeitungsvorrichtungen einschließlich integrierter Schaltungen wie beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine Mikrocontrollereinheit (MCU), ein Hardwarebeschleuniger, ein spezieller Computerchip oder Ähnliches ausgeführt sein. In einer Ausführungsform kann das Verarbeitungsmodul 352 so konfiguriert sein, dass es fest programmierte Funktionen ausführt. In einer Ausführungsform ist das Verarbeitungsmodul 352 als Ausführer von Softwareanweisungen ausgeführt, wobei die Anweisungen das Verarbeitungsmodul 352 speziell so konfigurieren können, dass es die hier beschriebenen Algorithmen und/oder Operationen ausführt, wenn die Anweisungen ausgeführt werden.
Der Speicher 354 kann als eine oder mehrere flüchtige Speichervorrichtungen, eine oder mehrere nichtflüchtige Speichervorrichtungen und/oder eine Kombination aus einer oder mehreren flüchtigen Speichervorrichtungen und nichtflüchtigen Speichervorrichtungen ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Speicher 354 als Halbleiterspeicher (wie Masken-ROM, PROM (programmierbares ROM), EPROM (löschbares PROM), Flash-Speicher, RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) usw.), magnetische Speichervorrichtungen (wie Festplattenlaufwerke, Disketten, Magnetbänder usw.), optische magnetische Speichervorrichtungen (z. B., magneto-optische Platten), CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), CD-R (Compact Disc Recordable), CD-R/W (Compact Disc Rewritable), DVD (Digital Versatile Disc) und BD (BLU-RAY® Disc).
In zumindest einigen Ausführungsformen speichert der Speicher 354 Anweisungen zur Bestimmung der Temperaturdifferenz zwischen zwei räumlichen Punkten, zur Berechnung der Ist-Wärmeabgaberate zwischen den räumlichen Punkten, zur Berechnung der Wärmeabgaberatendifferenz zwischen dem Sollwert und der Ist-Wärmeabgaberate, zur Berechnung der Soll-Durchflussrate, zur Berechnung der Zielpumprate, zur Berechnung der Zieltemperatur und zur Anpassung der Durchflussrate des Fluids zur Steuerung der Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 300/360/370/200. Die im Speicher 354 gespeicherten Anweisungen werden vom Verarbeitungsmodul 352 verwendet, um die Wärmeabgaberate an das Hydroniksystem 300/360/370/200 zu steuern, wie später noch näher erläutert wird.
Die Steuereinheit 350 umfasst auch ein Ein-/Ausgabemodul 364 (im Folgenden als „E/A-Modul 364“ bezeichnet) und mindestens ein Kommunikationsmodul wie z. B. ein Kommunikationsmodul 366. In einer Ausführungsform kann das E/A-Modul 364 Mechanismen enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie Eingaben vom Benutzer der Steuereinheit 350 empfangen und Ausgaben an ihn liefern. Zum Beispiel ist das E/A-Modul 364 so konfiguriert, dass es Benutzereingaben des Benutzers 102 in Bezug auf Temperaturanforderungen, Wärmeabgaberate, Zeiteinstellungen usw. empfängt. Zu diesem Zweck kann das E/A-Modul 364 mindestens eine Eingangsschnittstelle und/oder mindestens eine Ausgangsschnittstelle umfassen. Beispiele für die Eingabeschnittstelle können unter anderem eine Tastatur, eine Maus, ein Joystick, eine Tastatur, ein Touchscreen, Softkeys, ein Mikrofon und Ähnliches sein. Beispiele für die Ausgabeschnittstelle können unter anderem eine Anzeige wie eine Leuchtdiodenanzeige, eine Dünnschichttransistoranzeige (TFT), eine Flüssigkristallanzeige, eine Anzeige mit organischer Leuchtdiode mit aktiver Matrix (AMOLED), ein Mikrofon, einen Lautsprecher, einen Klingelton, einen Vibrator und dergleichen umfassen.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Verarbeitungsmodul 352 einen E/A-Schaltkreis enthalten, der so konfiguriert ist, dass er zumindest einige Funktionen eines oder mehrerer Elemente des E/A-Moduls 364 steuert, wie z. B. einen Lautsprecher, ein Mikrofon, eine Anzeige und/oder Ähnliches. Das Verarbeitungsmodul 352 und/oder die E/A-Schaltkreise können so konfiguriert sein, dass sie eine oder mehrere Funktionen des einen oder der mehreren Elemente des E/A-Moduls 364 durch Computerprogrammanweisungen, z. B. Software und/oder Firmware, steuern, die in einem Speicher, z. B. dem Speicher 354, und/oder dergleichen gespeichert sind, auf den das Verarbeitungsmodul 352 Zugriff hat.
Das Kommunikationsmodul 366 kann einen Kommunikationsschaltkreis enthalten, wie z. B. eine Sender-Empfänger-Schaltung mit Antenne und anderen Kommunikationsmedienschnittstellen, um eine Verbindung zu einem drahtgebundenen und/oder drahtlosen Kommunikationsnetzwerk herzustellen. Die Kommunikationsschaltung kann, zumindest in einigen Ausführungsbeispielen, die Übertragung von Datensignalen und/oder den Empfang von Signalen von anderen Netzwerkeinheiten ermöglichen, wie z. B. der Datenbank 116 (in 1 dargestellt) oder anderen Systemen, die so konfiguriert sind, dass sie Echtzeitinformationen in Bezug auf Temperatur und Durchfluss erhalten.
In mindestens einem Ausführungsbeispiel ist das Kommunikationsmodul 366 so konfiguriert, dass es (1) die Temperatur von zwei räumlich getrennten Punkten (d.h. eine erste Temperatur T₁ und eine zweite Temperatur T₂) im Hydroniksystem 200/300/360 empfängt, (2) eine Durchflussrate ƒ eines Fluids am Einlass 305a einer Wärmeübertragungsvorrichtung 310 empfängt und (3) eine Temperaturanforderung für die Konditionierung eines Gehäuses, z.B. eines Innenraums, entweder vom Benutzer (d.h. die Benutzereingabe) oder vom Thermostat 216 empfängt. Das Kommunikationsmodul 366 kann beispielsweise Sensordaten (z. B. Temperaturmessungen und Durchflussraten) von anderen Systemen empfangen, die so konfiguriert sind, dass sie die Temperatur/Durchflussrate in Echtzeit messen, oder von einer Datenbank, die Informationen speichert, die von anderen Geräten/Systemen, die mit dem Hydroniksystem 200/300/360 verbunden sind, nahezu in Echtzeit aufgezeichnet werden. Das Kommunikationsmodul 366 kann so konfiguriert sein, dass es die Temperaturmessungen T₁, T₂, die Durchflussrate und die Temperaturanforderungen für das Gehäuse an das Verarbeitungsmodul 352 weiterleitet. Die Module des Verarbeitungsmoduls 352 können in Verbindung mit den im Speicher 354 gespeicherten Anweisungen so konfiguriert sein, dass sie die Sensordaten und die Temperaturanforderungen verarbeiten und einen oder mehrere Parameter (z. B. die erste Zieltemperatur, die Temperaturdifferenz, die Durchflussrate usw.) von Komponenten im Hydroniksystem 200/300/360 anpassen, um die Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 300/360 zu steuern.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verarbeitungsmodul 352 eine Datenüberwachungsmaschine 356 und ein Wärmeübertragungs-Management-System 358. Die Module des Verarbeitungsmoduls 352 können als Software-Module, Hardware-Module, Firmware-Module oder als eine Kombination davon implementiert werden. Darüber hinaus ist zu beachten, dass die Komponenten beispielhaft dargestellt sind und die Steuereinheit 350 weniger oder zusätzliche Module als die in 3 dargestellten enthalten kann.
In einer Ausführungsform ist das Datenüberwachungssystem 356 in Verbindung mit den Anweisungen im Speicher 354 so konfiguriert, dass es Sensordaten und die Temperaturanforderungen für das Gehäuse überwacht. In einer Ausführungsform ist das System 356 so konfiguriert, dass es die Temperaturanforderungen oder Temperaturänderungen im Gehäuse überwacht, um eine Soll-Wärmeabgaberate Q_t an die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 zu bestimmen. In einem anschaulichen Beispiel werden die Wärmemesswerte des Thermostats 216 überwacht, um Änderungen bei der Konditionierung des Gehäuses festzustellen. Darüber hinaus ist das Wärmeübertragungs-Management-System 358 so konfiguriert, dass es eine Soll-Wärmeabgaberate Q_t auf der Grundlage der Temperaturanforderungen des Gehäuses berechnet. Darüber hinaus ist das System 356 so konfiguriert, dass es die Betriebstemperaturen T₁, T₂ an zwei räumlich getrennten Punkten überwacht, d. h. die Temperatur des Fluids an zwei verschiedenen Punkten. Die beiden räumlich getrennten Punkte (z. B. ein erster Punkt P₁ und ein zweiter Punkt P₂) entsprechen unterschiedlichen Enden einer Vorrichtung/Bauteil, über die die Wärmeabgaberate überwacht und geregelt werden soll. Wenn beispielsweise die Wärmeabgaberate über die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 gesteuert werden soll, werden die Temperatur T₁ des Fluids am Einlass 305a der Wärmeübertragungsvorrichtung 310 (d. h. am ersten Punkt P₁) und die Temperatur T₂ am Auslass 305b der Wärmeübertragungsvorrichtung 310 (d. h. am zweiten Punkt P₂) gemessen. Ferner ist das Datenüberwachungssystem 356 so konfiguriert, dass es die Durchflussrate ƒ des Fluids am Einlass 305a der Wärmeübertragungsvorrichtung 310 überwacht. Die Sensordaten werden kontinuierlich überwacht, um die optimalen Parameter für die Regelung der Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 300/360 zu ermitteln. Beispielsweise löst jede Differenz zwischen der Ist-Wärmeabgaberate und der Soll-Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 300/360 eine Anpassung der Systemparameter (z. B. Durchflussrate, Temperatur) aus, um die Soll-Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 300/360 zu erreichen.
In einer Ausführungsform ist das Wärmeübertragungs-Management-System 358 in Verbindung mit den Anweisungen im Speicher 354 so konfiguriert, dass er die Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 300/360/370 mit einer optimalen Rate steuert, d. h. der gewünschten Wärmeabgaberate für die Brennstoffeffizienz. Zu diesem Zweck ist das Wärmeübertragungs-Management-System 358 so konfiguriert, dass er die Ist-Wärmeabgaberate des Fluids an die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 in vordefinierten Intervallen bestimmt, wie nachstehend in Gleichung (1) dargestellt. $Q_{A} = \frac{d q}{d t} = k f Δ T$
wo,
k die Wärmekapazität pro Volumen des Fluids ist und
$\frac{d q}{d t}$
die Wärmeabgaberate an das Hydroniksystem ist
ΔT = T₁-T₂
Das Wärmeübertragungs-Management-System 358 ist so konfiguriert, dass es die Ist-Wärmeabgaberate Q_A mit der Soll-Wärmeabgaberate Q_T vergleicht, um eine Wärmeabgaberatendifferenz Q_D (Q_D = Q_T - Q₄) zu berechnen. Diese Wärmeabgaberatendifferenz Q_D wird verwendet, um einen oder mehrere Parameter des Hydroniksystems 300/360/370 anzupassen, die sich auf die Wärmeübertragung auswirken, z. B. die Durchflussrate des Fluids f, die Temperaturen T₁/T₂. In einer Ausführungsform ist das Wärmeübertragungs-Management-System 358 so konfiguriert, dass es die Durchflussrate ƒ des Fluids im Hydroniksystem 300 anpasst. Dementsprechend ist das Wärmeübertragungs-Management-System 358 so konfiguriert, dass es auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz Q_D eine Soll-Durchflussrate ft für das Fluid berechnet.
Zurück zu 3A: Die Zielflussrate f wird verwendet, um den Betrieb des Durchflussmodulators 330 anzupassen, um die gewünschte Wärmeabgaberate Q_T zu erreichen. Der Durchflussmodulator 330 ist ein Steuerelement, das ein oder mehrere Steuerventile umfasst und mit dem Einlass 305a der Wärmeübertragungsvorrichtung 310 verbunden ist. Das Wärmeübertragungs-Management-System 358 ist so konfiguriert, dass es das eine oder die mehreren Ventile auf der Grundlage der Zielflussrate f betätigt, um den Durchfluss des Fluids über den Durchflussmodulator 330 so zu regulieren, sodass die Soll-Wärmeabgaberate Q_T erreicht wird.
In einer anderen Ausführungsform ist das Wärmeübertragungs-Management-System 358 so konfiguriert, dass es die Temperatur, d. h. die Temperatur T₁ oder T₂ des Fluids anpasst, um die Soll-Wärmeabgaberate Q_T zu erreichen oder beizubehalten. In einem Beispiel, um die Temperatur T₂ am Auslass 305b der Wärmeübertragungsvorrichtung 310 an eine erste Zieltemperatur T_1t anzupassen, ist das Wärmeübertragungs-Management-System 358 so konfiguriert, dass er eine Zielflussrate f auf der Grundlage der ersten Zieltemperatur T_1t berechnet. Ferner ist das Wärmeübertragungs-Management-System 358 so konfiguriert, dass er die Durchflussrateƒ des Fluids durch Betreiben des Durchflussmodulators 330 mit der Zielflussrate ƒ_t anpasst. Wenn das Fluid mit der Zielflussrate f durch die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 fließt, erreicht die Temperatur des Fluids am Auslass 305b der Wärmeübertragungsvorrichtung 310 die erste Zieltemperatur T_1t, wodurch die an das Hydroniksystem 300 gelieferte Wärmeabgaberate mit der Soll-Wärmeabgaberate Q_T geregelt wird.
Bezugnehmend auf 3B in Verbindung mit 4 ist das Wärmeübertragungs-Management-System 358 so konfiguriert, dass er die Durchflussrate ƒ des Fluids anpasst, indem er eine Pumpe 365 mit einer Zielpumprate P_t betreibt. Die Pumpe 365 ist ein Steuerelement, das so konfiguriert ist, dass es Fluid aus dem Speichertank 320 zum Einlass 305a der Wärmeübertragungsvorrichtung 310 pumpt. Genauer gesagt berechnet das Wärmeübertragungs-Management-System 358 die Zielpumprate P_t auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz Q_D. Während des Betriebs, wenn die Pumpe 365 mit der Zielpumprate P_t betrieben wird, wird die Durchflussrate ƒ des Fluids so angepasst, dass die Soll-Wärmeabgaberate Q_T erreicht wird.
Alternativ dazu ist das Wärmeübertragungs-Management-System 358 so konfiguriert, dass er die Pumpe 365 mit der Zielpumprate P_t betreibt, um die erste Zieltemperatur T_1t am Auslass 305b der Wärmeübertragungsvorrichtung 310 zu erreichen. Genauer gesagt wird die Zielpumprate P_t auf der Grundlage der ersten Zieltemperatur T_1t berechnet. Wenn das Wärmeübertragungs-Management-System 358 die Wärmeabgaberatendifferenz Q_D, erfasst, wird die erste Zieltemperatur T_1t auf der Grundlage der Differenz Q_D berechnet. Danach wird die Pumpe 365 mit der Zielpumprate P_t betrieben, um die Temperatur T₂ an die erste Zieltemperatur T_1t anzupassen. Gleichzeitig wird durch die Anpassung der Temperatur T₂ an die erste Zieltemperatur T_1t, die Ist-Wärmeabgaberate Q_A an die Soll-Wärmeabgaberate Q angepasst.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Steuerung der Wärmeabgaberate hier durch die Anpassung von Parametern wie Pumprate, Durchflussrate, erste Zieltemperatur zur Einstellung einer Komponente erläutert wird, da sie die Wärmeabgaberate des Hydroniksystems 300/360/370 beeinflussen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Wärmeabgaberate durch die Anpassung anderer Parameter, die mit anderen Komponenten verbunden sind, z. B. Temperaturdifferenz, Eingangstemperatur usw., an die Soll-Wärmeabgaberate angepasst werden kann.
In einer Ausführungsform sind verschiedene Komponenten der Steuereinheit 350, wie das Verarbeitungsmodul 352, der Speicher 354, das E/A-Modul 364 und das Kommunikationsmodul 366 so konfiguriert, dass sie über oder durch ein zentrales Schaltungssystem 368 miteinander kommunizieren. Bei dem zentralen Schaltungssystem 368 kann es sich um verschiedene Vorrichtungen handeln, die unter anderem dazu konfiguriert sind, die Kommunikation zwischen den Komponenten der Steuereinheit 350 bereitzustellen oder zu ermöglichen. In bestimmten Ausführungsformen kann das zentrale Schaltungssystem 368 eine zentrale Leiterplatte (PCB) sein, wie z. B. eine Hauptplatine, eine Grundplatine, eine Systemplatine oder eine Logikplatine. Das zentrale Schaltungssystem 368 kann auch oder alternativ andere gedruckte Schaltungsbaugruppen (PCAs) oder Kommunikationskanalmedien umfassen.
3C ist eine vereinfachte Blockdiagramm-Darstellung von einem Hydroniksystems 370, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das Hydroniksystem 370 umfasst einen intelligenten Hydronikstrahler 371. Die Komponenten des intelligenten Hydronikstrahlers 371 sind so konfiguriert, dass sie die Wärmeabgaberate über die Wärmeübertragungsvorrichtung 310 dynamisch messen und steuern. Der intelligente Hydronikstrahler 371 umfasst einen oder mehrere Sensoren (z. B., einen ersten Temperatursensor 372 und einen zweiten Temperatursensor 374) zur Überwachung der Temperatur (T₁, T₂) an zwei räumlich getrennten Punkten P₁, P₂ (einem ersten Punkt P₁ und einem zweiten Punkt P₂), einen Durchflusssensor 376 zur Messung der Durchflussrate ƒ des Fluids über die räumlich getrennten Punkte P₁, P₂, die Wärmeübertragungsvorrichtung 310, die Pumpe 365 und die Steuereinheit 350. Die Funktionsweise des intelligenten Hydronikstrahlers 371 zur Steuerung des Betriebs des Hydroniksystems 370 zur Verwaltung der Wärmeabgaberate wird unter Bezugnahme auf 5 erläutert.
Die verschiedenen Schritte und/oder Operationen des Flussdiagramms und Kombinationen von Schritten/Operationen im Flussdiagramm können beispielsweise durch Hardware, Firmware, einen Prozessor, eine Schaltung und/oder durch ein Gerät wie die Steuereinheit 350, die unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 erläutert wird, implementiert werden. Das Verfahren 500 beginnt bei 502.
In 502 empfängt die Steuereinheit 350 Sensordaten. Genauer gesagt empfängt die Steuereinheit 350 Temperaturdaten (T₁, T₂) von zwei Temperatursensoren (siehe Sensoren 372, 374 in 3C), die im Hydroniksystem 370 räumlich voneinander getrennt sind. Im Allgemeinen werden die Temperaturmessungen an einem Gerät/Bauteil im Hydroniksystem 370 vorgenommen, in dem die Wärmeübertragungsrate reduziert werden muss. Außerdem wird die Durchflussrate ƒ des Fluids an den räumlich getrennten Punkten (P₁, P₂), d. h. an der Wärmeübertragungsvorrichtung 310, von einem Sensor erfasst (siehe den Durchflusssensor 376 in 3C). Daher enthalten die Sensordaten Temperaturinformationen (T₁, T₂) und die Durchflussrate ƒ des Fluids im Hydroniksystem 370. Es sei darauf hingewiesen, dass die Sensordaten von externen Quellen empfangen werden können, z. B. von Datenbanken oder Drittquellen, die solche Informationen für das Hydroniksystem 370 kontinuierlich überwachen.
Bei 503 erhält die Steuereinheit 350 die thermischen Anforderungen für die Klimatisierung eines Gehäuses, z. B. eines Innenraumes. Die thermischen Anforderungen können entweder auf der Grundlage von Benutzereingaben (d. h. Temperatureinstellungen) oder Thermostatablesungen bestimmt werden.
Bei 504 berechnet die Steuereinheit 350 eine Soll-Wärmeabgaberate Q_T für den optimalen Betrieb des Hydroniksystems 370 auf der Grundlage der thermischen Anforderungen für eine effektive Verwaltung und Leistung des Hydroniksystems 370.
Bei 506 berechnet die Steuereinheit 350 die Ist-Wärmeabgaberate Q_A. Bei 508 ist die Steuereinheit 350 so konfiguriert, dass sie die Ist-Wärmeabgaberate Q_A mit der Soll-Wärmeabgaberate Q_T vergleicht. Wenn die Ist-Wärmeabgaberate gleich der Soll-Wärmeabgaberate ist, d. h., Q_A = Q_T, führt die Steuereinheit 350 keine Berechnungen durch und überwacht kontinuierlich die Sensordaten in vordefinierten Intervallen (z. B. alle 5 Minuten), um festzustellen, ob es irgendwelche Unterschiede zwischen der Ist-Wärmeabgaberate Q_A und der Soll-Wärmeabgaberate ergibt
Bei 510 ist die Steuereinheit 350 so konfiguriert, dass sie die Wärmeabgaberatendifferenz Q_D berechnet. Wenn die Ist-Wärmeabgaberate größer ist als die Soll-Wärmeabgaberate, d. h. Q_A > Q_T, oder wenn die Ist-Wärmeabgaberate kleiner ist als die Soll-Wärmeabgaberate, d. h. Q_A < Q_T, bestimmt die Steuereinheit 350 die Wärmeabgaberatendifferenz Q_D = Q_A - Q_T.
Bei 512 ist die Steuereinheit 350 so konfiguriert, dass sie die Durchflussrate ƒ auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz Q_D anpasst. Die Steuereinheit 350 ist so konfiguriert, dass sie den Betrieb einer oder mehrerer Komponenten (z.B. Durchflussmodulator, Pumpe) im Hydroniksystem 370 steuert, um die Wärmeabgaberate so zu regeln, dass Q_A = Q_T auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz Q_D ist. In einer anderen Ausführungsform steuert die Steuereinheit 350 den Betrieb einer Pumpe, indem sie die Schritte 518-520 oder die Schritte 522-526 ausführt.
Bei 514 ist die Steuereinheit 350 so konfiguriert, dass sie die Soll-Durchflussrate ft auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz Q_D berechnet. Bei 516 ist die Steuereinheit 350 so konfiguriert, dass sie einen Durchflussmodulator auf der Grundlage der Soll-Durchflussrate ƒ_t betreibt.
Bei 518 ist die Steuereinheit 350 so konfiguriert, dass sie die Zielpumprate P_t auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz Q_D berechnet. Bei 520 ist die Steuereinheit 350 so konfiguriert, dass sie die Pumpe auf der Grundlage der Zielpumprate P_t betreibt.
Bei 522 ist die Steuereinheit 350 so konfiguriert, dass sie eine erste Zieltemperatur T_lt auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz Q_D berechnet. Bei 524 ist die Steuereinheit 350 so konfiguriert, dass sie eine Zielpumprate P_t auf der Grundlage der ersten Zieltemperatur T_lt berechnet. Bei 526 ist die Steuereinheit 350 so konfiguriert, dass sie die Pumpe auf der Grundlage der Zielpumprate P_t betreibt.
Die Abfolge der Arbeitsschritte des Verfahrens 500 muss nicht unbedingt in der gleichen Reihenfolge erfolgen, wie sie dargestellt ist. Außerdem können ein oder mehrere Vorgänge zusammengefasst und in Form eines einzigen Schritts ausgeführt werden, oder ein Vorgang kann mehrere Teilschritte umfassen, die parallel oder nacheinander ausgeführt werden können.
6 zeigt ein Flussdiagramm von ein Verfahren 600 zur Steuerung der Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 300/360/370 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Die verschiedenen Schritte und/oder Operationen des Flussdiagramms und Kombinationen von Schritten/Operationen in dem Flussdiagramm können beispielsweise durch Hardware, Firmware, einen Prozessor, Schaltkreise und/oder durch eine Vorrichtung wie die Steuereinheit 350, die unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 erläutert wird, und/oder durch eine andere Vorrichtung implementiert werden, die mit der Ausführung von Software verbunden ist, die eine oder mehrere Computerprogrammanweisungen enthält. Das Verfahren 600 beginnt bei 602.
In Vorgang 602 umfasst das Verfahren 600 den Empfang mindestens einer ersten Temperatur (T₁) und einer zweiten Temperatur (T₂) von zwei räumlich getrennten Punkten im Hydroniksystem 300/360/370 durch eine Steuereinheit. Die Steuereinheit 350 überwacht die Temperatur an den beiden räumlich getrennten Punkten, um die Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 300/360/370 zu steuern. Mit anderen Worten, die Temperaturmessungen (T₁, T₂) werden zur Steuerung der Zielflussrate an den beiden räumlich getrennten Punkten verwendet. In einer Ausführungsform entsprechen die beiden räumlich getrennten Punkte dem Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung bzw. dem Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung. Im Allgemeinen wird eine Temperaturdifferenz an den Enden der Wärmeübertragungsvorrichtung bestimmt. Es wird deutlich, dass Temperaturmessungen an jeder beliebigen Vorrichtung oder Komponente des Hydroniksystems 300/360/370 vorgenommen werden können, um die Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 200 zu steuern. In einer Ausführungsform umfasst das Hydroniksystem 370 Sensoren (z. B. Sensoren S1, S2), um die Temperatur an den jeweiligen Punkten zu messen. So misst beispielsweise der Sensor S1 die Temperatur am Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung und der Sensor S2 die Temperatur am Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung. In einer anderen Ausführungsform können die Temperaturmessungen (T₁, T₂) von externen Quellen stammen, z. B. von Geräten/Systemen, die in der Lage sind, Temperaturen (T₁, T₂) an zwei räumlich getrennten Punkten zu messen.
Bei Vorgang 604 umfasst das Verfahren 600 den Empfang einer Durchflussrate f' des vom Speichertank zum Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung gepumpten Fluids durch die Steuereinheit. In einer Ausführungsform kann die Durchflussrate ‚/‘ des Fluids durch einen Durchflusssensor erfasst werden. In einigen Fällen kann auf einen Durchflusssensor zugunsten einer Vorkalibrierung der Pumpe verzichtet werden. Mit anderen Worten, die Regelung der Pumpendrehzahl liefert hinreichend genaue Informationen über die Durchflussrate ‟ƒ" des Fluids und erfordert nicht unbedingt die Verwendung eines Durchflusssensors.
In Vorgang 606 umfasst das Verfahren 600 die Berechnung einer Temperaturdifferenz zwischen den beiden räumlich getrennten Punkten im Hydroniksystem 300/360/370 durch die Steuereinheit in einem vordefinierten Intervall, zumindest teilweise auf der Grundlage der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur. Die Temperaturänderung ΔT wirkt sich auf die Wärmeabgaberate in Hydroniksysteme aus und kann auf der Grundlage, der an den jeweiligen Punkten gemessenen Temperaturen bestimmt werden. Zu diesem Zweck wird die Temperaturänderung ΔT = T₁ - T₂ über die räumlich getrennten Punkte als Temperaturdifferenz zwischen den an den entsprechenden Punkten gemessenen Temperaturen berechnet. Die Steuereinheit 350 ist so konfiguriert, dass sie die Sensordaten (d. h. Temperatur T1, T2 und Durchfluss ƒ) in vordefinierten Intervallen, z. B. alle zwei Minuten, ausliest, um die Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 300/360/370 zu steuern. Es wird jedoch deutlich, dass die Steuereinheit 350 je nach Anwendung oder Konfiguration die Parameter des Hydroniksystems 300/360/370 kontinuierlich überwachen kann, um die Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 300/360/370 dynamisch zu steuern.
In Vorgang 608 umfasst das Verfahren 600 die Berechnung einer Ist-Wärmeabgaberate an die Wärmeübertragungsvorrichtung durch die Steuereinheit in dem vordefinierten Intervall, die zumindest teilweise auf der Durchflussrate ƒ und der Temperaturdifferenz ΔT basiert. Beispielsweise kann durch die Messung von ƒ und ΔT die Wärmeabgaberate an das Hydroniksystem oder Teilsystem (oder von diesem) in Echtzeit (oder nahezu in Echtzeit) bestimmt werden, wie in den Gleichungen (2), (3) und (4) dargestellt. $\frac{d q}{d t} a ƒ$
$\frac{d q}{d t} a (T_{1} - T_{2})$
$Q = \frac{d q}{d t} = k ƒ (T_{1} - T_{2})$
wo,
k die Wärmekapazität pro Volumen des Fluids ist und
$\frac{d q}{d t}$
die Wärmeabgaberate an das Hydroniksystem ist.
In einem nicht einschränkenden Beispiel beträgt die Durchflussrate des Fluids ƒ 0,33 Gallonen pro Minute und die Temperaturen des Fluids (T₁, T₂) an den beiden räumlich getrennten Punkten 140° F und 80° F, und unter der Annahme, dass es sich bei dem Fluid um Wasser handelt, beträgt die Wärmekapazität 8,33 BTU/Gallone. Die Ist-Wärmeabgaberate Q_A beträgt 9900 BTU/Stunde (Q₁ = 8,33 BTU/Gallone * 0,33 Gallone/Minute * (140° F - 80° F) * 60 Minuten/Stunde = 9900 BTU/Stunde).
Bei Vorgang 610 umfasst das Verfahren 600 die Bestimmung einer Wärmeabgaberatendifferenz zwischen der Ist-Wärmeabgaberate und einer Soll-Wärmeabgaberate durch die Steuereinheit in den vordefinierten Intervallen. Die Ist-Wärmeabgaberate Q_A entspricht der Wärmeabgaberate zu einem aktuellen Zeitpunkt im Hydroniksystem und die Soll-Wärmeabgaberate Q_T entspricht einer gewünschten Wärmeabgaberate im Hydroniksystem 300. In einer Ausführungsform kann die Soll-Wärmeabgaberate Q_T auf der Grundlage eines Thermostateingangs bestimmt werden, der die Temperaturanforderungen für die Klimatisierung eines Gehäuses, z. B. eines Hauses, verwaltet. Alternativ kann der Benutzer Eingaben machen, um eine gewünschte Temperatur im Gehäuse zu erzeugen, und die Soll-Wärmeabgaberate Q_T wird auf der Grundlage der Temperaturanforderungen für die Aufrechterhaltung einer optimalen Arbeitsweise, Kraftstoffeffizienz und Kostenreduzierung bestimmt. Beispielsweise kann der Benutzer die Wärmeabgaberate (d. h. die Soll-Wärmeabgaberate Q_T) auf 9.500 BTU/Std. einstellen, um den Brennstoffverbrauch im Hydroniksystem 200 zu optimieren. Wenn in einem Beispiel die Ist- Wärmeabgaberate (Q_A) 9.900 BTU/Std. beträgt, beträgt die Wärmeabgaberatendifferenz Q_d 400 BTU/Std. (d = 9.900 -9.500 BTU/Std. = 400 BTU/Std.).
Bei Vorgang 612 umfasst das Verfahren 600 die Anpassung zumindest der Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung durch die Steuereinheit, die zumindest teilweise auf der Wärmeabgaberatendifferenz Q_d basiert, um die Soll-Wärmeabgaberate Q_T in der Wärmeübertragungsvorrichtung aufrechtzuerhalten. Wie aus Gleichung 3 ersichtlich, kann die Ist-Wärmeabgaberate Q_A auf die Soll-Wärmeabgaberate Q_T geregelt werden, indem Parameter wie z. B. die Durchflussrate ƒ oder die Temperaturen T₁, T₂ angepasst werden. In einer Ausführungsform wird eine Soll-Durchflussrate ƒ_t zur Aufrechterhaltung der Soll-Wärmeabgaberate Q_T auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz Q_d zur Anpassung der Durchflussrate ƒ berechnet. Insbesondere ist ein Durchflussmodulator am Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung zur Modulation/Steuerung der Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung konfiguriert. Der Durchflussmodulator umfasst ein oder mehrere Ventile, die von einem Steuerkreis, z. B. der Steuereinheit 350, gesteuert werden können, um die Wärmeabgaberate in den Hydroniksysteme 300/360/370 zu regeln. Dementsprechend ist die Steuereinheit 350 so konfiguriert, dass sie den Durchflussmodulator oder die Ventile im Durchflussmodulator betätigt, um die Soll-Durchflussrate / zu erreichen. In einer anderen Ausführungsform berechnet die Steuereinheit 350 eine Soll-Pumpenrate Pt, um die Soll-Wärmeabgaberate Q_T zu erreichen. Die Soll-Pumpenrate P_t wird verwendet, um die Durchflussrate in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung anzupassen, indem eine Pumpe betrieben wird, das Fluid aus dem Speicher zur Wärmeübertragungsvorrichtung pumpt.
Wie bereits erläutert, können die Ein-/Ausgangstemperaturen (T₁, T₂) am Einlass/Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung oder die Temperaturdifferenz angepasst werden, um die angestrebte Wärmeabgaberate Q_t. aufrechtzuerhalten. Zur Anpassung der Temperatur T₂ am Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung muss daher der Durchfluss ƒ in der Wärmeübertragungsvorrichtung entsprechend angepasst werden. In einer Ausführungsform wird von der Steuereinheit 350 eine erste Zieltemperatur T_1t zur Erreichung der Soll-Wärmeabgaberate Q_t berechnet. Die erste Zieltemperatur T_1t wird zur Berechnung der Zielflussrate ƒ_t in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung verwendet, und der Durchflussmodulator wird auf der Grundlage der Ziel-Durchflussrate ƒ_t in geeigneter Weise angepasst. Alternativ wird eine Ziel-Pumpenrate P_t zur Erreichung der Soll-Wärmeabgaberate Q_T auf der Grundlage der ersten Zieltemperatur T_1t berechnet. Danach wird eine Pumprate der Pumpe an die Zielpumprate P_t angepasst, um die Soll-Wärmeabgaberate Q_T zu erreichen. Es ist zu beachten, dass die Anpassung der Parameter, die die Wärmeabgaberate beeinflussen (z. B., Durchflussrate f, Temperaturen T₁, T₂) ein iterativer Prozess ist, der eine kontinuierliche Überwachung der Parameter und ihre dynamische Anpassung erfordert, um die angestrebte Wärmeabgaberate zu erreichen.
7 zeigt ein Blockdiagramm eines Serversystems 700, das in der Lage ist, zumindest einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu implementieren. Das Serversystem 700 ist so konfiguriert, dass es die Anwendung 114 hostet und verwaltet, die für ein elektronisches Gerät wie das Gerät 104 bereitgestellt wird, in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung. Ein Beispiel für das Serversystem 700 ist das Serversystem 108, das unter Bezugnahme auf 1 gezeigt und beschrieben wird. Das Serversystem 700 umfasst ein Computersystem 705 und eine Datenbank 710.
Das Computersystem 705 umfasst mindestens einen Prozessor 715 zur Ausführung von Anweisungen. Anweisungen können beispielsweise, aber nicht ausschließlich, in einem Speicher 720 gespeichert werden. Der Prozessor 715 kann eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten umfassen (z. B. in einer Multi-Core-Konfiguration).
Der Speicher 720 ist eine Speichervorrichtung, die als eine oder mehrere flüchtige Speichervorrichtungen, eine oder mehrere nichtflüchtige Speichervorrichtungen und/oder eine Kombination aus einer oder mehreren flüchtigen Speichervorrichtungen und nichtflüchtigen Speichervorrichtungen ausgeführt ist, um Informationen und Anweisungen mit Mikroinhalten zu speichern. Der Speicher 720 kann als magnetische Speichervorrichtungen (wie Festplattenlaufwerke, Disketten, Magnetbänder usw.), optische magnetische Speichervorrichtungen (z. B., magneto-optische Platten), CD-ROM (Compact-Disc-Nur-Lese-Speicher), CD-R (Compact-Disc beschreibbar), CD-R/W (Compact-Disc wiederbeschreibbar), DVD (Digital Versatile Disc), BD (Blu-ray® Disc) und Halbleiterspeicher (wie Masken-ROM, PROM (programmierbares ROM), EPROM (löschbares PROM), Flash-ROM, RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) usw.).
Der Prozessor 715 ist operativ mit einer Kommunikationsschnittstelle 725 gekoppelt, so dass das Computersystem 705 in der Lage ist, mit einem mobilen Gerät, z. B. dem Gerät 104, zu kommunizieren oder über die Kommunikationsschnittstelle 725 mit einer beliebigen Einheit innerhalb des Netzwerks 106 zu kommunizieren.
Der Prozessor 715 kann auch operativ mit der Datenbank 710 verbunden sein. Die Datenbank 710 ist eine beliebige computergesteuerte Hardware, die zum Speichern und/oder Abrufen von Daten geeignet ist, wie z. B. die Benutzereingaben, die Temperaturdaten, die Belastungsdaten, die während des Betriebs des Systems 200/300 erhaltenen Daten und dergleichen. Die Datenbank 710 kann mehrere Speichereinheiten wie Festplatten und/oder Solid-State-Platten in einer RAID-Konfiguration (redundant array of inexpensive disks) enthalten. Die Datenbank 710 kann ein Storage Area Network (SAN) und/oder ein Network Attached Storage (NAS)-System umfassen.
In einigen Ausführungsformen ist die Datenbank 710 in das Computersystem 705 integriert. Beispielsweise kann das Computersystem 705 ein oder mehrere Festplattenlaufwerke als Datenbank 710 enthalten. In anderen Ausführungsformen befindet sich die Datenbank 710 außerhalb des Computersystems 705 und kann vom Computersystem 705 über eine Speicherschnittstelle 730 aufgerufen werden. Die Speicherschnittstelle 730 ist eine beliebige Komponente, die dem Prozessor 715 den Zugriff auf die Datenbank 710 ermöglicht. Die Speicherschnittstelle 730 kann beispielsweise einen Advanced Technology Attachment (ATA)-Adapter, einen Serial ATA (SATA)-Adapter, einen Small Computer System Interface (SCSI)-Adapter, einen RAID-Controller, einen SAN-Adapter, einen Netzwerkadapter und/oder eine beliebige Komponente umfassen, die dem Prozessor 715 den Zugriff auf die Datenbank 710 ermöglicht.
Der Prozessor 715 ist mit dem Speicher 720 und der Kommunikationsschnittstelle 725 kommunikationsfähig verbunden. Der Prozessor 715 ist in der Lage, die gespeicherten maschinenausführbaren Anweisungen im Speicher 720 oder innerhalb des Prozessors 715 oder an einem beliebigen, für den Prozessor 715 zugänglichen Speicherort auszuführen. Der Prozessor 715 kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden. In einem Ausführungsbeispiel kann der Prozessor 715 als eine oder mehrere der verschiedenen Verarbeitungsvorrichtungen, wie z. B. ein Coprozessor, ein Mikroprozessor, ein Controller, ein digitaler Signalprozessor (DSP), Verarbeitungsschaltungen mit oder ohne begleitenden DSP oder verschiedene andere Verarbeitungsvorrichtungen, einschließlich integrierter Schaltungen, wie z. B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine Mikrocontroller-Einheit (MCU), ein HardwareBeschleuniger, ein spezieller Computerchip oder Ähnliches, ausgeführt werden. Der Prozessor 715 führt verschiedene Funktionen des Serversystems 700 aus, wie hier beschrieben.
Die unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 offengelegten Verfahren oder eine oder mehrere Operationen der Flussdiagramme 500 und 600 können unter Verwendung von Software implementiert werden, die computerausführbare Anweisungen enthält, die auf einem oder mehreren computerlesbaren Medien gespeichert sind (z. B. nichttransitorische computerlesbare Medien, wie eine oder mehrere optische Medien-Discs, flüchtige Speicherkomponenten (z. B., DRAM oder SRAM) oder nichtflüchtige Speicher oder Speicherkomponenten (z. B. Festplatten oder nichtflüchtige Festkörperspeicherkomponenten wie Flash-Speicherkomponenten)) und auf einem Computer (z. B. jedem geeigneten Computer wie einem Laptop, Netbook, Web-Buch, Tablet-Computer, Smartphone oder einem anderen mobilen Computer) ausgeführt werden. Eine solche Software kann beispielsweise auf einem einzelnen lokalen Computer oder in einer Netzwerkumgebung (z. B. über das Internet, ein Weitverkehrsnetz, ein lokales Netz, einen entfernten webbasierten Server, ein Client-Server-Netz (z. B. ein Cloud-Computing-Netz) oder ein anderes solches Netz) unter Verwendung eines oder mehrerer Netzwerkcomputer ausgeführt werden. Darüber hinaus können alle Zwischen- oder Enddaten, die während der Umsetzung der offengelegten Methoden oder Systeme erstellt und verwendet werden, auch auf einem oder mehreren computerlesbaren Medien (z. B. nicht-transitorischen computerlesbaren Medien) gespeichert werden und gelten als in den Anwendungsbereich der offengelegten Technologie fallend. Darüber hinaus kann jede der softwarebasierten Ausführungsformen über ein geeignetes Kommunikationsmittel hochgeladen, heruntergeladen oder aus der Ferne aufgerufen werden. Ein solches geeignetes Kommunikationsmittel umfasst beispielsweise das Internet, das World Wide Web, ein Intranet, Softwareanwendungen, Kabel (einschließlich Glasfaserkabel), magnetische Kommunikation, elektromagnetische Kommunikation (einschließlich HF-, Mikrowellen- und Infrarotkommunikation), mobile Kommunikation oder andere solche Kommunikationsmittel.
Verschiedene Ausführungsformen, die hier offenbart werden, bieten zahlreiche Vorteile. Genauer gesagt, schlagen die hier offengelegten Ausführungsformen Techniken zur Steuerung der Wärmeabgaberate in Hydroniksysteme vor. Die Steuereinheit passt Parameter an, die sich auf die Wärmeabgaberate des Hydroniksystems auswirken, um die Wärmeabgaberate zu steuern. Verschiedene Ausführungsformen beschreiben die Anpassung verschiedener Parameter auf der Grundlage einer Soll-Wärmeabgaberate, so dass die Wärmeabgaberate auf die Soll-Wärmeabgaberate geregelt wird. Darüber hinaus können Rückmeldungen an das Hydroniksystem zur Anpassung der Temperatur, des Durchflusses oder der Temperaturdifferenz genutzt werden, um die angestrebte Wärmeabgaberate zu erreichen. Darüber hinaus gewährleistet der Steuerkreis die Nennleistungspegel des Hydroniksystems, indem er ein Gleichgewicht zwischen Fluiddurchfluss und Wärmeabgaberate für typische Bedingungen herstellt. Eine solche Anpassung der Parameter des Hydroniksystems gewährleistet eine effiziente Leistung und einen effizienten Brennstoffverbrauch, wodurch die mit dem Betrieb des Hydroniksystems verbundenen Kosten gesenkt werden.
Verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung, wie oben erörtert, können mit Schritten und/oder Vorgängen in einer anderen Reihenfolge und/oder mit Hardware-Elementen in Konfigurationen, die sich von den offengelegten unterscheiden, durchgeführt werden. Obwohl die Offenbarung auf der Grundlage dieser beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, wird daher darauf hingewiesen, dass bestimmte Modifikationen, Variationen und alternative Konstruktionen offensichtlich sein können und durchaus im Rahmen des Geistes und des Umfangs der Offenbarung liegen.
Obwohl verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung hier in einer Sprache beschrieben werden, die für strukturelle Merkmale und/oder methodische Handlungen spezifisch ist, ist der in den beigefügten Ansprüchen definierte Gegenstand nicht unbedingt auf die oben beschriebenen spezifischen Merkmale oder Handlungen beschränkt. Vielmehr werden die oben beschriebenen spezifischen Merkmale und Handlungen als beispielhafte Formen der Umsetzung der Ansprüche offengelegt.

Claims

Ein Hydroniksystem, umfassend: eine Steuereinheit zur Steuerung der Wärmeabgaberate zwischen zwei räumlich getrennten Punkten im Hydroniksystem, wobei die Steuereinheit umfasst: ein Kommunikationsmodul, das dafür konfiguriert ist: Empfangen mindestens einer ersten Temperatur und einer zweiten Temperatur eines Fluids von einem ersten Punkt bzw. einem zweiten Punkt in dem Hydroniksystem, wobei der erste Punkt und der zweite Punkt den beiden räumlich getrennten Punkten entsprechen; und Empfangen der Durchflussrate des Fluids zwischen den beiden räumlich getrennten Punkten; einen Speicher mit gespeicherten Befehlen; und ein Verarbeitungsmodul, das mit dem Speicher und dem Kommunikationsmodul kommunikationsfähig gekoppelt ist, wobei das Verarbeitungsmodul so konfiguriert ist, dass es die gespeicherten Anweisungen ausführt, um zu bewirken, dass das Hydroniksystem mindestens die folgenden Leistungen erbringt: Berechnen einer Ist-Wärmeabgaberate in den beiden räumlich getrennten Punkten, die zumindest teilweise auf der Durchflussrate und der Temperaturdifferenz des Fluids in den beiden räumlich getrennten Punkten basiert; Bestimmen einer Wärmeabgaberatendifferenz zwischen der Ist-Wärmeabgaberate und einer Soll-Wärmeabgaberate und; Anpassen zumindest der Durchflussrate des zwischen den beiden räumlich getrennten Punkten strömenden Fluids zumindest teilweise auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz, um die Soll-Wärmeabgaberate aufrechtzuerhalten.
Hydroniksystem nach Anspruch 1, wobei der erste Punkt einem Einlass einer Wärmeübertragungsvorrichtung und der zweite Punkt einem Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung entspricht.
Hydroniksystem nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit zur Anpassung zumindest der Durchflussrate des Fluids zwischen den beiden räumlich getrennten Punkten ferner so konfiguriert ist, dass sie eine Zielflussrate zumindest teilweise auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz berechnet.
Hydroniksystem nach Anspruch 3, ferner umfassend: mindestens einen Durchflussmodulator, der am Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung konfiguriert ist, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung auf der Grundlage der Zielflussrate anpasst.
Hydroniksystem nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit zum Anpassen zumindest der Durchflussrate des Fluids zwischen den beiden räumlich getrennten Punkten ferner so konfiguriert ist, dass sie eine Zielpumprate zumindest teilweise auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz berechnet.
Hydroniksystem nach Anspruch 5, ferner umfassend: mindestens eine Pumpe, die betriebsmäßig mit einem Speichertank gekoppelt ist, um das Fluid aus dem Speichertank zu der Wärmeübertragungsvorrichtung zu pumpen, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie eine Pumprate der mindestens einen Pumpe auf der Grundlage der Zielpumprate modifiziert.
Hydroniksystem nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit zum Anpassen zumindest der Durchflussrate des Fluids zwischen den beiden räumlich getrennten Punkten ferner so konfiguriert ist, dass sie: eine erste Zieltemperatur am Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung, die zumindest teilweise auf der Wärmeabgaberatendifferenz basiert, berechnet; eine Zielpumprate, die zumindest teilweise auf der ersten Zieltemperatur basiert, berechnet; und mindestens eine Pumpe bei der Zielpumprate zum Anpassen der Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung betreibt, wobei die mindestens eine Pumpe betriebsmäßig mit einem Speichertank zum Pumpen von Fluid aus dem Speichertank in die Wärmeübertragungsvorrichtung gekoppelt ist.
Hydroniksystem nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit ferner so konfiguriert ist, dass sie: eine erste Zieltemperatur am Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung, die zumindest teilweise auf der Wärmeabgaberatendifferenz basiert, berechnet; eine Zielflussrate, die zumindest teilweise auf der ersten Zieltemperatur basiert, berechnet; und mindestens einen Durchflussmodulator zum Anpassen der Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung auf der Grundlage der Zielflussrate betreibt, wobei der mindestens eine Durchflussmodulator am Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung konfiguriert ist.
Hydroniksystem nach Anspruch 1, wobei die Soll-Wärmeabgaberate zumindest teilweise auf den Temperaturanforderungen für die Konditionierung eines Gehäuses basiert.
Ein Hydroniksystem, bestehend aus: einer Wärmeübertragungsvorrichtung; mindestens einer Pumpe, die betriebsmäßig mit einem Speichertank gekoppelt ist, um Fluid aus dem Speichertank zu der Wärmeübertragungsvorrichtung zu pumpen; und einer Steuereinheit, die operativ mit der Wärmeübertragungsvorrichtung und der mindestens einen Pumpe gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die folgenden Schritte in vordefinierten Intervallen durchführt: Empfangen mindestens einer ersten Temperatur und einer zweiten Temperatur von zwei räumlich getrennten Punkten in dem Hydroniksystem, wobei die erste Temperatur der Temperatur des Fluids entspricht, das in einen Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung eintritt, und die zweite Temperatur der Temperatur des Fluids entspricht, das einen Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung verlässt; Empfangen einer Durchflussrate des Fluids in der Wärmeübertragungsvorrichtung; Berechnen einer Temperaturdifferenz zwischen den beiden räumlich getrennten Punkten im Hydroniksystem, die zumindest teilweise auf der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur basiert; Berechnen einer Ist-Wärmeabgaberate in der Wärmeübertragungsvorrichtung zumindest teilweise auf der Grundlage der Durchflussrate und der Temperaturdifferenz; Bestimmen einer Wärmeabgaberatendifferenz zwischen der Ist-Wärmeabgaberate und einer Soll-Wärmeabgaberate; Berechnen einer Zielpumprate, die zumindest teilweise auf der Wärmeabgaberatendifferenz basiert; und Betreiben der mindestens einen Pumpe mit der Zielpumprate zum Anpassen mindestens der Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung, um die Durchflussrate der Wärmeabgaberate in der Wärmeübertragungsvorrichtung beizubehalten.
Hydroniksystem nach Anspruch 10, wobei die Steuereinheit zur Berechnung der Zielpumprate ferner so konfiguriert ist, dass sie: eine erste Zieltemperatur am Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung, die zumindest teilweise auf der Wärmeabgaberatendifferenz basiert, berechnet; und die Zielpumprate für den Betrieb der mindestens einen Pumpe zumindest teilweise auf der Grundlage der ersten Zieltemperatur berechnet.
Hydroniksystem nach Anspruch 10, wobei ein erster Sensor die erste Temperatur und ein zweiter Sensor die zweite Temperatur an den beiden räumlich getrennten Punkten misst.
Hydroniksystem nach Anspruch 10, wobei die Durchflussrate des Fluids von einem am Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung angeordneten Durchflusssensor gemessen wird.
Hydroniksystem nach Anspruch 10, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung mindestens eine der folgenden ist: Hydronikplatten; Heizkörper; Luftbehandlungsanlage; und Strahlungsboden.
Verfahren zur Steuerung der Wärmeabgaberate in einem Hydroniksystem, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen mindestens einer ersten Temperatur und einer zweiten Temperatur von zwei räumlich getrennten Punkten in dem Hydroniksystem durch eine Steuereinheit, wobei die beiden räumlich getrennten Punkte einem Einlass einer Wärmeübertragungsvorrichtung und einem Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung entsprechen; Empfangen einer Durchflussrate des Fluids in der Wärmeübertragungsvorrichtung durch die Steuereinheit; Berechnen einer Temperaturdifferenz zwischen den beiden räumlich getrennten Punkten im Hydroniksystem in einem vordefinierten Intervall durch die Steuereinheit, zumindest teilweise auf der Grundlage der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur; Berechnen einer Ist-Wärmeabgaberate an die Wärmeübertragungsvorrichtung in dem vordefinierten Intervall durch die Steuereinheit, zumindest teilweise auf der Grundlage der Durchflussrate und der Temperaturdifferenz; Bestimmen einer Wärmeabgaberatendifferenz zwischen der Ist-Wärmeabgaberate und einer Soll-Wärmeabgaberate in dem vordefinierten Intervall durch die Steuereinheit; und Anpassen zumindest der Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung durch die Steuereinheit, zumindest teilweise auf der Grundlage der Wärmeabgaberatendifferenz, um die Soll-Wärmeabgaberate in der Wärmeübertragungsvorrichtung aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Anpassen mindestens der Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung umfasst: Berechnen einer Zielflussrate durch die Steuereinheit, die zumindest teilweise auf der Wärmeabgaberatendifferenz basiert.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend: Anpassen der Durchflussrate des Fluids durch die Steuereinheit auf der Grundlage der Zielflussrate, wobei mindestens ein Durchflussmodulator am Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung zum Anpassen der Durchflussrate konfiguriert ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Anpassen zumindest der Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung ferner umfasst: Berechnen einer Zielpumprate für den Betrieb mindestens einer Pumpe durch die Steuereinheit, die zumindest teilweise auf der Wärmeabgaberatendifferenz basiert.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: Betreiben der mindestens einen Pumpe mit der Zielpumprate durch die Steuereinheit, um die Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung anzupassen, wobei die mindestens eine Pumpe betriebsmäßig mit einem Speichertank gekoppelt ist, um das Fluid aus dem Speichertank zur Wärmeübertragungsvorrichtung zu pumpen.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Berechnen einer ersten Zieltemperatur am Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung durch die Steuereinheit, die zumindest teilweise auf der Wärmeabgaberatendifferenz basiert; Berechnen einer Zielpumprate für den Betrieb mindestens einer Pumpe durch die Steuereinheit, zumindest teilweise auf der Grundlage der ersten Zieltemperatur; und Betreiben der mindestens einen Pumpe mit der Zielpumprate durch die Steuereinheit, um die Durchflussrate des Fluids in den Einlass der Wärmeübertragungsvorrichtung anzupassen, wobei die mindestens eine Pumpe betriebsmäßig mit einem Speichertank gekoppelt ist, um das Fluid aus dem Speichertank zur Wärmeübertragungsvorrichtung zu pumpen.