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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Energieanalysator
und im Besonderen einen Energieanalysator zur Verwendung mit einem Kühlsystem,
das einen Antrieb mit fester oder konstanter Drehzahl einbezieht,
zum Bereitstellen einer Abschätzung
der Betriebskosten-Einsparungen eines Kühlsystems, das einen Antrieb
mit veränderlicher
Drehzahl einbezieht, wenn dieser mit einem Antrieb mit fester oder
konstanter Drehzahl verglichen wird, siehe beispielsweise Patentschrift
US-A-6145328 .
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Kühlmittelsysteme,
wie z. B. eine Kälteanlage,
können
durch einen Verdichter angetrieben sein, der bei einer im Wesentlichen
konstanten Drehzahl arbeitet, um Kühlmitteldampf zur Zirkulation
in einem Kühlmittelkreislauf
zu verdichten, der einen Kondensator und einen Verdampfer beinhaltet,
um Kühlung für einen
Innenraum bereitzustellen. Die Leistung einer Kälteanlage ist ausgelegt, eine
Nennkapazität
bei einer Nennabgabe zu erreichen, während eine vorgegebene Energiemenge
aufgewendet wird. Beispielsweise würde eine Kälteanlage, die eine Nenn-Kühlkapazität von 400
Tonnen bei einer Nenn-Kondensator-Wassereintrittstemperatur (KWET)
von 85°F
aufweist, in der Lage sein, 400 Tonnen Kühlung bei einem vorgegebenen
Energiewert zu erreichen, wie z. B. 250 kW. Durch Betreiben des
Verdichters bei konstanter Drehzahl unter Verwendung eines Antriebs
mit konstanter Drehzahl („AKD") wendet der Verdichter
mehr Energie auf, als benötigt
wird, um der Kühllast
und der Abgabe zu genügen,
wenn die Kühllast
und die Abgabe kleiner als die Nennkapazität des Verdichters sind. Die
Menge verschwendeter Energie, die aus geringeren Kühllasten
und geringeren Abgaben resultiert, kann beträchtlich sein.
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Die
Einführung
von Antrieben mit veränderlicher
Drehzahl („AVDs") zum Antreiben von
Verdichtermotoren gestattet, dass die Verdichtermotoren in Reaktion
auf veränderliche
Kühllasten
und veränderliche
Kühlabgaben
mit veränderlichen
Drehzahlen betrieben werden. Beispielsweise verringert der AVD in
Reaktion auf eine verringerte Kühllast
die Betriebsdrehzahl des Verdichtermotors, wobei gleichfalls die Kühlung verringert
wird, die durch das Kühlmittelsystem
bereitgestellt wird, um der verringerten Kühllast zu genügen. Die
Drehzahl kann außerdem
in Reaktion auf geringere Abgaben auch dann verringert werden (verringerte
Feuchtkugel-Außentemperatur), wenn
das System mit voller Kapazität
betrieben wird. Das Verringern der Betriebsdrehzahl des Verdichtermotors
verringert die Energiemenge, die zum Betreiben des Verdichters benötigt wird,
was in einer Energie-Einsparung resultiert. Diese Einsparungen können erheblich
sein, wobei typischerweise nur wenige Betriebsjahre benötigt werden,
damit sich durch die Energieeinsparungen die Kosten für den Einbau
eines AVD als Ersatz für
den vorhandenen AKD in einem Kühlmittelsystem
bezahlt machen.
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Ein
Weg, Besitzer eines Kühlmittelsystems zum
Einbauen von AVDs zu ermuntern, besteht für einen Installateur darin,
mit dem Besitzer eine Vereinbarung zu treffen, nach der der AVD
zu geringen oder ohne Kosten für
den Besitzer in das Kühlmittelsystem des
Besitzers eingebaut wird. Der Installateur würde einen Prozentsatz der Kosteneinsparungen
erhalten, die durch den Betrieb des Kühlmittelsystems über einen
vorgegebenen Zeitraum realisiert werden, um die Kosten des AVDs
und seines Einbaus zu ersetzen. Jedoch ist die Berechnung der Kosteneinsparung
nicht leicht zu bewerkstelligen. Zuallererst ist, weil der AKD entfernt
worden ist, das direkte Mittel zum Messen der Energiekosten, die
dem Betrieb des AKD zugeordnet sind, nicht mehr vorhanden. Zweitens
eignet sich, weil sich die Drehzahl des Verdichtermotors des AVDs,
wie der Name impliziert, ständig än dert, der
Betrieb des AVDs nicht zum Vergleichen der Kosten, die dem Betrieb
des AKDs zugeordnet sind, gegenüber
dem AVD.
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Ein
alternativer Weg, Besitzer eines Kühlmittelsystems zum Einbauen
von AVDs zu ermuntern, besteht für
einen Installateur darin, einen Analysator am Kühlmittelsystem anzubringen,
der die potenziellen Kosteneinsparungen zwischen dem Betreiben des
AVDs im Vergleich zum AKD zeigt, ohne den AVD einzubauen. Jedoch
ist, wie vorher diskutiert, dieser Vergleich nicht leicht vorzunehmen.
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Somit
besteht Bedarf an einem Prozess zum genauen Vergleichen, Berechnen
und Anzeigen der Differenz zwischen den Kosten, die dem Betrieb
eines AKDs und eines AVDs in einem Kühlsystem zugeordnet sind, während das
Kühlsystem
nur einen AVD verwendet, oder alternativ, während das Kühlsystem nur einen AKD verwendet.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergleichen von
Kosten, die dem Betreiben eines Kühlsystems bei Verwendung eines
ersten Antriebstyps im Vergleich zu einem zweiten Antriebstyp zugeordnet
sind, während
das Kühlsystem
mit dem ersten Antriebstyp betrieben wird. Die Schritte beinhalten
Bereitstellen einer Gleichung, welche die Betriebsleistung eines
Kühlsystems,
das einen ersten Antriebstyp verwendet, gegenüber einem Kühlsystem in Beziehung setzt,
das einen zweiten Antriebstyp verwendet; Eingeben von Werten, die
dem Betrieb des Kühlsystems
zugeordnet sind; Messen eines Parameters, der der Gleichung zugeordnet
ist; Ermitteln einer Energiemenge, die durch den ersten Antriebstyp
benötigt
wird, um das Kühlsystem
eine vorgegebene Zeit lang zu betreiben; Berechnen eines Verhältnisses,
das auf der Energiemenge, die durch den ersten Antriebstyp benötigt wird,
geteilt durch eine vorgegebene Energiemenge basiert, die für den ersten
Antriebstyp benötigt
wird; Berechnen von Kosten, die dem Betrieb des Kühlsystems
bei Verwendung des ersten Antriebstyps zugeordnet sind; Berechnen
von Kosten, die dem Betrieb des Kühlsystems bei Verwendung des
zweiten Antriebstyps zugeordnet sind, mithilfe der Gleichung und Vergleichen
der Kosten, die dem Betreiben des Kühlsystems bei Verwendung des
ersten Antriebstyps zugeordnet sind, mit den Kosten, die dem Betreiben des
Kühlsystems
bei Verwendung des zweiten Antriebstyps zugeordnet sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kühlsystem, das einen Kühlkreis
beinhaltet, der einen Verdichter, der durch einen Motor angetrieben ist,
einen Kondensator und einen Verdampfer aufweist, die in einem geschlossenen
Kreis verbunden sind. Ein erster Antriebstyp treibt den Verdichtermotor
an. Ein Computersystem, wobei das Computersystem einen Mikroprozessor
und ein Speichergerät beinhaltet,
wobei das Speichergerät
eine Gleichung zum Berechnen von Betriebskosten des Kühlkreises speichert,
der einen zweiten Antriebstyp verwendet. Die Gleichung bezieht mindestens
einen gemessenen Betriebsparameter des Kühlkreises ein. Mindestens ein
Sensor misst den mindestens einen Betriebsparameter des Kühlkreises.
Das Computersystem ist konfiguriert, um eine Energiemenge zu ermitteln, die
durch den ersten Antriebstyp bei Verwendung des Kühlkreises über eine
vorgegebene Zeit benötigt wird.
Ein erstes Verhältnis,
wobei das erste Verhältnis auf
der Energiemenge, die durch den ersten Antriebstyp benötigt wird,
geteilt durch eine vorgegebene Energiemenge basiert, die durch den
ersten Antriebstyp benötigt
wird. Ein zweites Verhältnis,
wobei das zweite Verhältnis
durch das Computersystem erlangt wird, um die Gleichung unter Verwendung
des ersten Verhältnisses
und des mindestens einen Betriebsparameters zu lösen. Das zweite Verhältnis basiert
auf der Energiemenge, die durch den zweiten Antriebstyp benötigt wird,
geteilt durch eine vorgegebene Energiemenge, die durch den zweiten
Antriebstyp benötigt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem, das einen Kühlkreis
beinhaltet, der einen Verdichter, der durch einen Motor angetrieben
ist, einen Kondensator und einen Verdampfer aufweist, die in einem
geschlossenen Kreis verbunden sind. Ein erster Antriebstyp treibt
den Verdichtermotor an. Mindestens ein Sensor misst mindestens einen
Betriebsparameter des Kühlkreises.
Ein Computersystem beinhaltet einen Mikroprozessor und ein Speichergerät und mindestens
ein Computerprogramm, wobei das mindestens eine Computerprogramm
konfiguriert ist, um Betriebskosten des Kühlkreises bei Verwendung des
ersten Antriebstyps und eines zweiten Antriebstyps zu berechnen.
Eine Energiemenge wird durch den ersten Antriebstyp im Kühlkreis
für eine vorgegebene
Zeit gebraucht. Ein erstes Verhältnis basiert
auf der Energiemenge, die durch den ersten Antriebstyp gebraucht
wird, geteilt durch eine vorgegebene Energiemenge, die durch den
ersten Antriebstyp benötigt
wird. Ein zweites Verhältnis
basiert auf der Energiemenge, die durch den zweiten Antriebstyp
benötigt
wird, geteilt durch eine vorgegebene Energiemenge, die durch den
zweiten Antriebstyp benötigt
wird. Das zweite Verhältnis
wird aus einer Gleichung ermittelt, die das erste Verhältnis und
den mindestens einen Betriebsparameter als Eingaben für die Gleichung
aufweist.
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Unter
den Hauptvorteilen der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit,
Energieeinsparungen zwischen dem Betreiben eines Kühlsystems
mit einem AVD im Gegensatz zu einem AKD ohne die Notwendigkeit eines
AKD-betriebenen Kühlsystems
zu vergleichen.
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Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit,
nicht realisierte Energieeinsparungen zwischen dem Betreiben eines
Kühlsystems
mit einem AKD im Gegensatz zu einem AVD ohne die Notwendigkeit eines
AVD-betriebenen
Kühlsystems
zu vergleichen.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit,
Energieeinsparungen zwischen dem Betreiben eines Kühlsystems
mit einem AVD im Gegensatz zu einem AKD zu vergleichen, ohne eine
Familie von Leistungskurven, die dem AKD zugeordnet ist, manipulieren
zu müssen.
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Noch
ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit,
nicht realisierte Energieeinsparungen zwischen dem Betreiben eines
Kühlsystems
mit einem AKD im Gegensatz zu einem AVD zu vergleichen, ohne eine
Familie von Leistungskurven, die dem AVD zugeordnet ist, manipulieren
zu müssen.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden ausführlicheren
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit
den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich, die anhand eines Beispiels
die Prinzipien der Erfindung darstellen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Kühlmittelsystems zur Verwendung
mit der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
einen Satz tatsächlicher
Leistungskurven für
Mehrkapazitäts-Kühlsysteme
bei Verwendung von Kühlmittel
des Typs R134a, die einen AKD verwenden und eine Kondensator-Wassereintrittstemperatur
von 65°F
aufweisen.
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3 zeigt
einen Satz tatsächlicher
Leistungskurven für
die Mehrkapazitäts-Kühlsysteme
bei Verwendung von Kühlmittel
des Typs R134a, die einen AVD verwenden und eine Kondensator-Wassereintrittstemperatur
von 65°F
aufweisen.
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4 zeigt
einen Satz kurvenangepasster Leistungskurven für das Kühlsystem bei Verwendung von
Kühlmit tel
des Typs R134a, das den AKD verwendet und Kondensator-Wassereintrittstemperaturen
von 45–95°F aufweist.
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5 zeigt
einen Satz kurvenangepasster Leistungskurven für das Kühlsystem bei Verwendung von
Kühlmittel
des Typs R134a, das den AVD verwendet und Kondensator-Wassereintrittstemperaturen
von 45–95°F aufweist.
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6 zeigt
die kurvenangepasste Leistungskurve für das Kühlsystem bei Verwendung des AKDs, überlagert
durch das Kühlsystem
bei Verwendung des AVDs, die ein Kühlmittel des Typ R134a verwenden
und eine Kondensator-Wassereintrittstemperatur
von 65°F
aufweisen.
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7 zeigt
einen Satz tatsächlicher
Leistungskurven für
Mehrkapazitäts-Kühlsysteme
bei Verwendung von Kühlmittel
des Typs R123, die einen AKD verwenden und eine Kondensator-Wassereintrittstemperatur
von 65°F
aufweisen.
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8 zeigt
einen Satz tatsächlicher
Leistungskurven für
die Mehrkapazitäts-Kühlsysteme
bei Verwendung von Kühlmittel
des Typs R123, die einen AVD verwenden und eine Kondensator-Wassereintrittstemperatur
von 65°F
aufweisen.
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9 zeigt
einen Satz kurvenangepasster Leistungskurven für das Kühlsystem bei Verwendung von
Kühlmittel
des Typs R123, das den AKD verwendet und Kondensator-Wassereintrittstemperaturen von
45–95°F aufweist.
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10 zeigt
einen Satz kurvenangepasster Leistungskurven für das Kühlsystem bei Verwendung von
Kühlmittel
des Typs R123, das den AVD verwendet und Kondensator-Wassereintrittstemperaturen von
45–95°F aufweist.
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11 zeigt
die kurvenangepasste Leistungskurve für das Kühlsystem bei Verwendung des AKDs, überlagert
durch das Kühlsystem
bei Verwendung des AVDs, die ein Kühlmittel vom Typ R123 verwenden
und eine Kondensator-Wassereintrittstemperatur
von 65°F
aufweisen.
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12 zeigt
ein Ablaufdiagramm zum Vergleichen von Kosten des Kühlsystems
bei Verwendung des AKDs gegenüber
dem AVD für
einen Prozess der vorliegenden Erfindung.
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13 ist
eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform
eines Kühlmittelsystems
zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung.
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Wann
immer möglich,
werden dieselben Bezugszeichen in allen Zeichnungen verwendet, um
auf dieselben oder ähnliche
Teile zu verweisen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 stellt
im Allgemeinen eine Anwendung der vorliegenden Erfindung dar. Eine
Wechselstromquelle 20 speist einen Antrieb mit veränderlicher Drehzahl
(AVD) 30, der einen Motor 50 versorgt. In einer
anderen Ausführungsform
kann der AVD 30 mehr als einen Motor 50 versorgen,
oder jeder von mehreren AVDs 30 oder AVD-Abschnitten kann
verwendet werden, um entsprechende Motoren 50 zu versorgen.
Der Motor 50 wird vorzugsweise verwendet, um einen entsprechenden
Verdichter 60 eines Kühlsystems
oder einer Kälteanlage 10 anzutreiben.
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Die
Wechselstromquelle 20 stellt dem AVD 30 Einphasen-
oder Mehrphasen- (z. B. Dreiphasen-)-Wechselstrom fester Spannung
und fester Frequenz aus einem Wechselstrom-Energieversorgungsnetz oder -Verteilersystem
bereit, das vor Ort vorhanden ist. Abhängig vom entsprechenden Wechselstromnetz
kann die Wechselstromquelle 20 vorzugsweise eine Wechselspannung
oder Netzspannung von 200 V, 230 V, 380 V, 460 V oder 600 V mit einer
Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz zum AVD 30 liefern.
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Der
AVD 30 empfängt
Wechselstrom, der eine bestimmte feste Netzspannung und feste Netzfrequenz
aufweist, von der Wechselstromquelle 20 und stellt dem
Motor 50 Wechselstrom mit gewünschten Spannungen und gewünschten
Frequenzen bereit, die beide proportional verändert werden können, um
bestimmten Anforderungen zu genügen. Vorzugsweise
kann der AVD 30 dem Motor 50 Wechselstrom bereitstellen,
der höhere
Spannungen und Frequenzen und niedrigere Spannungen und Frequenzen
als die Nennspannung und -frequenz des Motors 50 aufweisen
kann. In einer anderen Ausführungsform
kann der AVD 30 wiederum höhere und niedrigere Frequenzen,
aber nur dieselbe oder kleinere Spannungen als die Nennspannung
und -frequenz des Motors 50 bereitstellen.
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Ein
Mikroprozessor, eine Steuerung oder ein Bedienpult 40 wird
verwendet, um den AVD 30, Motor 50 zu steuern,
und vorzugsweise beinhaltet das Bedienpult 40 eine Anzeige
und ein Tastenfeld und kann verwendet werden, um die Kosten zu analysieren und
zu vergleichen, die dem Betreiben des Kühlsystems bei Verwendung des
AVDs 30 im Gegensatz zur Verwendung eines (nicht gezeigten)
AKDs zugeordnet sind. Insbesondere wird derartiger Kostenvergleich
von AVD 30 und AKD ohne das Vorhandensein des AKDs unten
ausführlicher
diskutiert.
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Das
Bedienpult 40 führt
ein Steuersystem aus, das einen Steueralgorithmus (Steueralgorithmen)
oder Software verwendet, um den Betrieb des Kühlsystems 10 zu steuern
und eine Betriebskonfiguration zum Steuern der Kapazität des Verdichters 60 in
Reaktion auf eine bestimmte Ausgangskapazitäts-Anforderung für dem Kühlsystem 10 zu
ermitteln und zu implementieren. In einer Ausführungsform kann der Steueralgorithmus
(können
die Steueralgorithmen) im nicht flüchtigen Speicher des Bedienpults 40 gespeicherte
Computerprogramme oder Software sein und kann (können) eine Folge von Anweisungen beinhalten,
die durch den Mikroprozessor des Bedienpults 40 ausführbar sind.
Während
es bevorzugt wird, dass der Steueralgorithmus in (einem) Computerprogramm(en)
verkörpert
ist und durch den Mikroprozessor ausgeführt wird, versteht es sich
für den Fachmann,
dass der Steueralgorithmus mithilfe digitaler und/oder analoger
Hardware implementiert und ausgeführt werden kann.
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Der
Motor 50 ist vorzugsweise ein Asynchronmotor, der fähig ist,
mit veränderlichen
Drehzahlen betrieben zu werden. Der Asynchronmotor kann jedwede
geeignete Polanordnung einschließlich zwei Polen, vier Polen
oder sechs Polen aufweisen. Jedoch kann jedweder geeignete Motor,
der mit veränderlichen
Drehzahlen betrieben werden kann, mit der vorliegenden Erfindung
verwendet werden.
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Vorzugsweise
kann das Bedienpult, der Mikroprozessor oder die Steuerung 40 dem
AVD 30 Steuersignale zum Steuern des Betriebs des AVDs 30 und
insbesondere des Betriebs des Motors 50 bereitstellen,
um abhängig
von den einzelnen Sensormesswerten, die durch das Bedienpult 40 empfangen werden,
die optimale Betriebseinstellung für den AVD 30 und den
Motor 50 bereitzustellen. Beispielsweise kann im Kühlsystem 10 das
Bedienpult 40 die Ausgangsspannung und -frequenz einstellen,
die durch den AVD 30 bereitgestellt werden, um sich ändernden
Bedingungen im Kühlsystem 10 zu
entsprechen, d. h., das Bedienpult 40 kann die durch den
AVD 30 bereitgestellte Ausgangsspannung und -frequenz in Reaktion
auf Erhöhung
oder Verminderung von Last-/Abgabenbedingungen
am Verdichter 60 erhöhen
oder vermindern, um eine gewünschte
Betriebsdrehzahl des Motors 50 und eine gewünschte Kapazität des Verdichters 60 zu
erlangen. Eine herkömmliche
Klimaanlage, ein Kühlsystem
oder eine Flüssigkeits-Kälteanlage 10 beinhaltet
zahlreiche andere Merkmale, die in 1 nicht
gezeigt sind. Diese Merkmale sind absichtlich weggelassen worden,
um die Zeichnung zur leichteren Veranschaulichung zu vereinfachen.
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Das
Kühlsystem 10 beinhaltet
ferner eine Kondensatoranordnung 70, eine Abgabewärme-Einrichtung 80,
wie z. B. einen Vorratsbehälter,
die eine Versorgungsleitung 90, die Wasser zum Kondensator 70 liefert,
und eine Rückleitung 100 aufweist,
die Wasser zur Abgabewärme-Einrichtung 80 zurück führt, Ausdehnungseinrichtungen,
eine Wasserkühler-
oder Verdampferanordnung 110. Das Bedienpult 40 kann
einen Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler), einen Mikroprozessor,
einen nicht flüchtigen
Speicher und eine Schnittstellenkarte zum Steuern des Betriebs des
Kühlsystems 10 beinhalten.
Das Bedienpult 40 kann auch zum Steuern des Betriebs des AVDs 30,
des Motors 50 und des Verdichters 60 verwendet
werden. Der Verdichter 60 verdichtet einen Kühlmitteldampf
und liefert ihn an den Kondensator 70.
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Der
Verdichter 60 ist vorzugsweise ein Schraubenverdichter
oder ein Kreiselverdichter, jedoch kann der Verdichter jedweder
geeignete Verdichtertyp einschließlich eines Kolbenverdichters,
eines Spiralverdichters, eines Umlaufkolbenverdichters oder eines
anderen Verdichtertyps sein. Die Koeffizienten der Ausgleichskurven
sind Verdichtertyp- und Kühlmittel-abhängig, obgleich
die Beziehung dieselbe bleibt (siehe Gleichungen [1] und [2] unten). Die
Ausgangskapazität
des Verdichters 60 kann auf der Betriebsdrehzahl des Verdichters 60 basiert
sein, wobei die Betriebsdrehzahl von der Ausgangsdrehzahl des Motors 50 anhängig ist,
der durch den AVD 30 angetrieben wird. Der zum Kondensator 70 gelieferte
Kühlmitteldampf
tritt in eine Wärmeaustauschbeziehung
mit einem Fluid ein, wie z. B. Wasser, obgleich es möglich sein
kann, Luft zu verwenden, und durchläuft als Folge der Wärmeaustauschbeziehung mit
der Flüssigkeit
einen Phasenwechsel zu einer Kühlmittelflüssigkeit.
Das kondensierte flüssige
Kühlmittel
vom Kondensator 70 fließt durch entsprechende Ausdehnungseinrichtungen
zum Verdampfer 110.
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Der
Verdampfer 110 kann Anschlüsse für eine Versorgungsleitung und
eine Rückleitung
einer Kühllast
beinhalten. Eine Sekundärflüssigkeit,
die vorzugsweise Wasser ist, aber jedwede andere geeignete Sekundärflüssigkeit
sein kann, z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol, Calciumchloridsole
oder Natriumchloridsole, bewegt sich über eine Ruckleitung in den
Verdampfer 110 und verlässt
den Verdampfer 110 über
eine Versorgungsleitung. Das flüssige
Kühlmittel
im Verdampfer 110 tritt in eine Wärmeaustauschbeziehung mit der
Sekundärflüssigkeit
ein, um die Temperatur der Sekundärflüssigkeit abzukühlen. Die
Kühlmittelflüssigkeit
im Verdampfer 110 durchläuft als Folge der Wärmeaustauschbeziehung
mit der Sekundärflüssigkeit
einen Phasenwechsel zu einem Kühlmitteldampf.
Das dampfförmige
Kühlmittel im
Verdampfer 110 kehrt dann zum Verdichter 60 zurück, um den
Zyklus zu vervollständigen.
Es versteht sich, dass jedwede geeignete Konfiguration von Kondensator 70 und
Verdampfer 110 im System 10 verwendet werden kann,
vorausgesetzt, dass der zweckentsprechende Phasenwechsel des Kühlmittels
im Kondensator 70 und Verdampfer 110 erlangt wird.
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet eine Gleichung, welche die Betriebsleistung
des Kühlsystems 10 mit
dem AVD 30 gegenüber
einem AKD in Beziehung setzen kann. Die Gleichung der vorliegenden
Erfindung ist aus Programmen des Air-Conditionings and Refrigeration
Institute (ARI) hergeleitet, die dahingehend zertifiziert sind,
dass sie der Betriebsleistung des Kühlsystems genau entspricht,
das sie repräsentiert.
Jedoch macht die Gleichung der vorliegenden Erfindung Gebrauch von
einer einzelnen „Ausgleichs"kurve, die aus mehreren
Kurven erzeugt wird (wie 2, 3 und 7, 8 darstellen), für den Betrieb
eines Kühlsystems
unter Verwendung eines AVDs, wobei jede Kurve eine ausgewählte konstante
Abgabe repräsentiert.
In ähnlicher
Weise wird eine einzelne „Ausgleichs"kurve aus mehreren
Kurven für
den Betrieb eines Kühlsystems
unter Verwendung eines AKDs erzeugt. Jede „Ausgleichs"kurve entspricht
dem Betrieb der Kühlkurve
mit einem Kühlfluid,
wie z. B. Wasser, das aus der Versorgungsleitung 90 bei
einer gegebenen Temperatur in den Kondensator 70 eintritt.
Sobald das Kühlsystem
unter Verwendung des AVDs 30 betrieben wird, kann der Lastprozentsatz
(die %-Last) ermittelt werden. Die %-Last ist ein Verhältnis des
Betrags der Kühlung, die
durch das Kühlsystem
bereitgestellt ist, geteilt durch die Auslegungskapazität des Kühlsystems. Beispielsweise
ist, wenn das Kühlsystem
eine Auslegungskapazität
von 400 Tonnen Kühlung
aufweist und betrieben wird, um 200 Tonnen bereitzustellen, die
%-Last gleich 50%. Da die %-Last für entsprechende AKD- und AVD-Kurven
zum Zeitpunkt des Vergleiches identisch ist, können die Kurven überlagert
werden. Durch In-Beziehung-Setzen der überlagerten Ausgleichskurven,
die ein Nomogramm definieren, das einen gemeinsamen x-Achsenabschnitts-Wert
(%-Last) aufweist, können
die y-Achsenabschnitte (%-kW-Wert) wie auch die Betriebskosten verglichen
werden.
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Zwei
Gleichungen der vorliegenden Erfindung sind hergeleitet worden,
eine von einem Kühlsystem,
das Kühlmittel
des Typs R134a verwendet (2–6),
und die andere von einem Kühlsystem,
das Kühlmittel
des Typs R123 verwendet (7–11). Da
jede Gleichung auf dieselbe Weise hergeleitet wird, wird nur 2–6 ausführlich diskutiert.
Jede hergeleitete Gleichung ist ein neungliedriger Polynomausdruck,
der dieselben Kombinationen zweier Parameter beinhaltet, die unten
ausführlicher
diskutiert werden.
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2 zeigt
Leistungskurven für
ein Kühlsystem
bei Verwendung eines AKDs, das Kühlmittel
des Typs R134a verwendet und eine Kondensator-Wassereintrittstemperatur
(„KWET") von 65°F aufweist (siehe
Versorgungsleitung 90 in 1). Jede
Kurve entspricht einem Kühlsystem,
das eine unterschiedliche Kühlkapazität aufweist,
ausgedrückt
in Tonnen, wobei eine Tonne gleich 12.000 BTU ist. Es gibt sechs
unterschiedliche Kühlkapazitätskurven,
die 400–1.400 Tonnen
in 200-Tonnen-Inkrementen entsprechen. Eine siebte Kurve ist eine
Ausgleichskurve, die von einem Kurvenanpassungsprogramm berechnet
wurde und den sechs Kühlkapazitätskurven am
nächsten
entsprach. 3 maß dieselben Daten, wie in 2 gemessen
wurden, außer
dass 3 Leistungskurven für das Kühlsystem bei Verwendung eines
AVDs entspricht. Jedoch kann die Abgabe auch als Funktion der Kondensator-Wasseraustrittstemperatur
(„KWAT"), der Sättigungsverflüssigungstemperatur,
der Kühlmitteldruck-
oder -temperaturdifferenz zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator
gemessen werden, wie auf dem Fachgebiet wohlbekannt ist. Diese unterschiedlichen
Messungen können
durch Ändern
der Koeffizienten der Beziehung in die Gleichung einbezogen werden
(siehe Gleichungen [1] und [2] unten).
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Ein ähnlicher
Satz von Leistungskurven wurde für
jedes KWET-Inkrement von 5°F
für einen
Bereich von 45°F–95°F erzeugt. 4 zeigt
die Leistungskurven für
das Kühlsystem
bei Verwendung des AKDs bei unterschiedlichen KWETs im Bereich von 45–95°F in 5-Grad-Inkrementen.
In ähnlicher
Weise zeigt 5 die Leistungskurven für das Kühlsystem bei
Verwendung des AVDs bei unterschiedlichen KWETs im Bereich von 45–95°F in 5-Grad-Inkrementen.
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6 enthält sowohl
die Leistungskurven für das
Kühlsystem
bei Verwendung des AKDs als auch des AVDs für eine KWET von 65°F. Obgleich
die Kurven voneinander verschieden sind, teilen sich die Kurven
eine gemeinsame Kühllast
zu einem bestimmten Zeitpunkt, zu dem sie angewendet werden. Beispielsweise
ist, wenn das Kühlsystem
eine 500-Tonnen-Einheit ist und die bestimmte Kühllast gleich 350 Tonnen ist,
die %-Last gleich 70%. Eine vertikale x-Abschnitts-Linie kann von der 70-%-Last aus
gezogen werden, um jede der Kurven zu schneiden, bei der AVD-Kurve
im Punkt A und bei der AKD-Kurve im Punkt B. In ähnlicher Weise kann dann eine
horizontale Linie vom Punkt A der AVD-Kurve aus gezogen werden,
um einen y-Abschnitts-Punkt C zu definie ren, und eine horizontale Linie
kann dann vom Punkt B der AKD-Kurve aus gezogen werden, um einen
y-Abschnitts-Punkt D zu definieren. Jeder der Punkte C und D entspricht
einem %-kW-Messwert,
der ein Prozentsatz der aufgewendeten Energie ist, verglichen mit
der bei 100 Last oder der Auslegungslast aufgewendeten Energie. Die
bei der Auslegungslast aufgewendete Energiemenge ist der Auslegungs-kW-Wert.
Da die Auslegungslast auf einer Nenn-Motordrehzahl und einer Spannung
basiert, die dem Motor bereitgestellt wird, können, wenn die Motordrehzahl
die Nenn-Motordrehzahl überschreitet,
sowohl die %-Last als auch der %-kW-Wert 100 oder die Auslegungslast
und den Auslegungs-kW-Wert überschreiten,
wie durch einen Abschnitt der Kurven im oberen rechten Abschnitt
in 6 gezeigt.
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Zum
Berechnen der Energiekosten wird jeder %-kW-Messwerte für den Antrieb mit der jeweiligen
Drehzahl mit seinem jeweiligen Auslegungs-kW-Wert multipliziert,
um einen kW-Wert zu erlangen. Dann wird jeder der berechneten kW-Werte
voneinander subtrahiert, um einen Differenz-kW-Wert zu erlangen, der gleich der Differenz zwischen
den Punkten C und D auf %-Last (y-Achse) nach dem Multiplizieren
mit dem jeweiligen Auslegungs-kW-Wert ist. Jedoch wird Energieverbrauch typischerweise
in kWh ausgedrückt.
Daher wird, sobald der Differenz-kW-Wert berechnet ist, die Differenz
dann mit der Zeitspanne multipliziert, in der der Differenz-kW-Wert
auftrat, und wird dann ferner mit dem Preis multipliziert, der für die Energie
in Rechnung gestellt wird, wie z. B. 0,06 US-Dollar pro kWh.
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Wie
zuvor erklärt,
entsprechen 2–6 und 7–11 Kühlsystem-Leistungskurven
und sind auf dieselbe Weise gestaltet, obgleich das Kühlsystem
in 7–11 ein
unterschiedliches Kühlmittel
verwendet, R123 (oder R11) im Vergleich zu R134a (oder R22) in 2–6,
und die Kühlkapazitäten im R123-Kühlmittelsystem
von 300–800
Tonnen waren im Vergleich zu 400–1.400 Tonnen im R134a-Kühlmittelsystem.
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Durch
Kombinieren der kurvenangepassten Punkte, um eine einzelne Kurve
für jedes
5°-F-Inkrement
der KWET zu erlangen, wie z. B. in 2, werden
keine exakten Werte mehr erlangt. Das heißt, dass die Anpassungskurve
nach 2 nicht exakt mit den Kurven für jedwede der Abgabe-Kapazitäts-Kurven
in 2 übereinstimmt.
Jedoch sind, da sich die Kurven im Wesentlichen einander überlagern,
die Ausgleichsnäherungen
recht nahe, wobei die Werte typischerweise innerhalb von etwa 5
Prozent jedweder ausgewählten
Abgabe-Kapazität
liegen. Die Ausgleichsnäherung
beseitigt die Anforderung nach einer erheblichen Datenmenge, die
anderenfalls gehalten werden müsste,
um diese Berechnungen vorzunehmen. Während diese Ausgleichsnäherung ein
sehr vereinfachter Ansatz ist, erfordert sie dennoch das Unterhalten
von Leistungskurven für
jedes 5°-F-Inkrement
der KWET sowohl für
die AKDs als auch die AVDs und das Durchführen zahlreicher Berechnungen
zum Ermitteln %-kW-Verhältnisse, wie
in 6 diskutiert.
-
Um
die Kurvenmanipulation und die zugeordneten Berechnungen zu vermeiden,
wurde eine Gleichung für
jedes der beiden Kühlsysteme
in den jeweiligen 4 und 9 hergeleitet,
wobei die Ausgleichskurvendaten für jedes der 5°-F-Inkremente
der KWET verwendet wurden, um ein Verhältnis des AKD-Eingangs zum
AKD-Auslegungs-kW-Wert zu erlangen, das mit „D" identifiziert wird. Die Gleichungen,
obgleich sie unterschiedliche Koeffizienten aufweisen, definieren
eine jede einen neungliedrigen Polynomausdruck, der auf verschiedenen
Kombinationen zweier Terme basiert. Der erste Term „X" ist das Verhältnis von
AVD-Eingangs-kW-Wert
zu AVD-Auslegungs-kW-Wert, wobei der Wert von 0,00 bis 1,00 reicht.
Der zweite Term „Y" ist die KWET, gemessen in
Grad Fahrenheit (°F).
Gleichung [1] ist aus Daten hergeleitet, die aus den Kurven in 4 extrahiert sind,
und Gleichung [2] ist aus Daten hergeleitet, die aus den Kurven
in 9 extrahiert sind. D
= (2,348e-2)
+ (4,277) × X
+
(–8,209) × X2
+ (4,105e-3) × Y
+ (–4,735e-2) × X × Y
+
(1,641e-1) × X2 × Y
+
(–6,694e-5) × Y2
+ (1,621e-4) × X × Y2
+
(–8,363e-4) × X2 × Y2 [1] D = (2,188)
+ (–1,186e+1) × X
+ (1,331e+1) × X2
+ (–5,139e-2) × Y
+ (3,526e-1) × X × Y
+
(–3,714e-1) × X2 × Y
+
(2,957e-4) × Y2
+ (–2,338e-3) × X × Y2
+
(2,504e-3) × X2 × Y2 [2]
-
Diese
Gleichungen gestatten den Vergleich von Energiekosten des Kühlsystems
bei Verwendung des AKDs mit den gemessenen Energiekosten der Kühlung bei
Verwendung des AVDs, ohne die Leistungskurven für das Kühlsystem für einen der Antriebe zu benötigen.
-
Zum
Berechnen von Kosteneinsparungen für das Kühlsystem 10 bei Verwendung
des AVDs 30 im Vergleich zur Verwendung des AKDs durch
Anwenden der Gleichung müssen
sowohl der AVD-Auslegungs-kW-Wert als auch der AKD-Auslegungs-kW-Wert
wie auch die Kosten pro kWh und die KWET bereitgestellt werden.
In einem Beispiel für
ein 800-Tonnen-Kühlsystem,
das Kühlmittel
des Typs R134a verwendet, war der Auslegungs-kW-Wert für den AVD
gleich 530 kW und war der Auslegungs-kW-Wert für den AKD gleich 508 kW, und
der Eingangs-AVD-Wert war gleich 285 kW. Die KWET war gleich 72°F. Daher
war der Term „X" (Eingangs-kW-Wert
bei variabler Drehzahl/AVD-Auslegungs-kW-Wert) gleich 285 kW geteilt
durch 530 kW oder ungefähr
gleich 0,54. Der Term „Y" ist gleich 72. Das
Einsetzen dieser Werte in Gleichung [1] ergibt einen Wert für „D" von ungefähr 0,68,
welcher das Verhältnis
von AKD-Eingangs-kW-Wert („Z") geteilt durch den
AKD-Auslegungs-kW-Wert ist (D = 0,68 = Z/508). Dies ergibt einen
Wert für
den AKD-Eingangs-kW-Wert von 345 kW.
-
Zum
Gegenprüfen
des Ergebnisses aus der Gleichung gegen die grafischen Daten wird
auf 5 verwiesen, welches die Kurve für veränderliche Drehzahl
unter Verwendung von Kühlmittel
des Typs R134a ist. Linie „E" ist der y-Abschnitt,
der sich von 0,54 (54%) horizontal zum Punkt „F” erstreckt. Punkt „F" ist eine Interpolation
zwischen den 70°-F-
und 75°-F-KWET-Kurven,
da die KWET gleich 72°F
war. Das Verfolgen einer vertikalen Linie vom Punkt „F" zum x-Abschnitt,
Punkt „G", ergibt näherungsweise eine
Last von 80%. Jetzt wird auf 4 verwiesen, welches
die Kurve für
konstante Drehzahl unter Verwendung von R134a ist. Beginnend mit
der 80-%-Last, Punkt „H", wird eine vertikale
Linie „I" zum Punkt „J" verfolgt, der ebenfalls
eine Interpolation zwischen den 70°-F- und 75°-F-KWET-Kurven ist, da die KWET
gleich 72°F
war. Das Verfolgen einer Linie „K" vom Punkt „J" zum y-Abschnitt, Punkt „L", ergibt 0,68, was
mit dem Verhältnis übereinstimmt,
das oben für
D berechnet wurde. Daher bestätigt
dieses Beispiel, dass Gleichung [1] die Beziehung zwischen der Leistung
des AKDs und des AVDs für
das Kühlsystem
definiert.
-
Um
dann die tatsächlichen
Kosteneinsparungen zu berechnen, sei der Bequemlichkeit halber angenommen,
dass die Werte eine Stunde lang beibehalten wurden, bei Energiekosten
von 0,06 US-Dollar pro kWh, wobei die Differenz in kW zwischen den Kühlsystemen
bei Verwendung des AVDs und des AKDs gleich 60 kW (345–285 kW)
ist. Die Einsparungen für
eine Stunde sind dann unter diesen Bedingungen gleich 3,60 US-Dollar
(0,06 US-Dollar × 60).
-
12 stellt
ein Ablaufdiagramm dar, das den Steuerprozess der vorliegenden Erfindung
in Bezug auf Kostenvergleich in einem Kühlsystem 10, wie in 1 gezeigt,
detailliert. Der Prozess beginnt in Schritt 200 mit dem
Eingeben von Werten in das Bedienpult 40, wie z. B. dem
Preis pro kWh, dem Auslegungs-kW-Wert für veränderliche Drehzahl und dem Auslegungs-kW-Wert
für konstante
Drehzahl. Der Auslegungs-kW-Wert für veränderliche Drehzahl und der
Auslegungs-kW-Wert für
konstante Drehzahl sind Werte, die durch den Hersteller zum Zeitpunkt
der Inbetriebnahme des Kühlsystems
festgelegt werden, und sind dafür
vorgesehen, vom Installateur eingegeben zu werden. Der Preis pro
kWh kann erforderlichenfalls aktualisiert werden. Vorzugsweise können diese
Informationen in ein Tastenfeld eingegeben werden, das mit dem Bedienpult 40 bereitgestellt
ist. Bei Konfigurationen des Bedienpults 40, denen ein Tastenfeld
und ein Bildschirm fehlen, kann ein separates Gerät installiert
werden, das diese Merkmale aufweist. Der Anzeigebildschirm des Bedienpults 40 ist
typischerweise entweder auf „eingesparte
Gesamtenergie" oder „Gesamteinsparungen" eingestellt, beides
in US-Dollar.
-
Sobald
die Werte in Schritt 200 in das Bedienpult 40 eingegeben
worden sind und das Kühlsystem
aktiviert ist, misst das Bedienpult 40 in Schritt 210 Parameter,
wie z. B. die KWET oder andere Werte, welche die Betriebsleistung
betreffen. Vorzugsweise wird die KWET, in Grad Fahrenheit, aus einem Analogeingangskanal
mithilfe einer Sensoreinrichtung erlangt, wie z. B. einem Thermistor.
Diese Informationen und andere Informationen können dem Bedienpult 40 direkt
bereitgestellt werden. Darüber
hinaus werden in Schritt 210 die Eingangs-AVD-kW-Daten
vom AVD oder einem optionalen harmonischen Filter oder einem anderen
Gerät dem
Bedienpult 40 in vorgegebenen Zeiträumen bereitgestellt, wie z.
B. alle zwei Sekunden, da die Eingangs-AVD-kW-Daten in Reaktion
auf die Kühllast Änderungen
unterliegen, wie durch das Bedienpult 40 ermittelt.
-
Nachdem
die Parameter gemessen worden sind, werden in Schritt 220 Werte
berechnet und in Schritt 230 gespeichert. Die gespeicherten
Werte beinhalten nicht nur die in Schritt 220 berechneten
Werte, sondern können
auch in Schritt 210 gemessene Parameter beinhalten. Eine
Anzahl der in Schritt 220 berechneten Werte, die unten
beinhaltet sind, sind nach behandeltem Gegenstand zusammengefasst und
beinhalten eine Diskussion der Mess-, Berechnungs- und Speicherschritte.
-
Stündliche
mittlere Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperatur
(× 24
Stunden)
-
Die
Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperatur
wird vorzugsweise jede Sekunde gemessen und zu einer Summe addiert.
Nach 3600 Sekunden wird die Summe durch 3600 geteilt, um den Mittelwert
für die
vergangene Stunde zu erlangen, dann wird die Summe gelöscht. Die
Mittelwerte für
die vergangenen 24 Stunden werden vorzugsweise nach einem FIFO-Schema
sortiert (first in first out, wie eingetroffen), wobei der am spätesten berechnete
Mittelwert vorzugsweise in einer ersten Datenfeldposition gespeichert
wird. Diese Werte werden vorzugsweise in löschbarem Schreib-Lese-Speicher („RAM"), wie z. B. batteriegepuffertem
RAM oder BRAM, einschließlich
einer laufenden Summe, einem Datenindexpunkt und einer julianischen
Zeit des letzten Datenpunkts gespeichert.
-
Tägliche
mittlere Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperatur
(× 30
Tage)
-
Die
stündliche
mittlere Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperatur
wird vorzugsweise jede Stunde gemessen und zu einer Summe addiert. Nach
24 Stunden wird die Summe vorzugsweise durch 24 geteilt, um den
Mittelwert für
den vorherigen Tag zu erlangen, dann wird die Summe gelöscht. Die Mittelwerte
für die
vergangenen 30 Tage werden vorzugs weise nach einem FIFO-Schema sortiert,
und der neueste berechnete Mittelwert wird vorzugsweise in einer
ersten Datenfeldposition gespeichert. Diese Werte werden vorzugsweise
im Speicher einschließlich
der laufenden Summe, des Datenindexpunkts und der julianischen Zeit
des letzten Datenpunkts gespeichert.
-
Monatliche mittlere Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperatur
(× 12
Monate)
-
Die
tägliche
mittlere Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperatur
wird vorzugsweise jeden Tag gemessen und zu einer Summe addiert.
Nach 30 Tagen wird die Summe vorzugsweise durch 30 geteilt, um den
Mittelwert für
den vergangenen Monat zu erlangen, dann wird die Summe vorzugsweise
gelöscht.
Die Mittelwerte für
die vergangenen 12 Monate werden vorzugsweise nach einem FIFO-Schema sortiert,
und der neueste berechnete Mittelwert wird vorzugsweise in der ersten
Datenfeldposition gespeichert. Diese Werte werden vorzugsweise im
Speicher einschließlich
der laufenden Summe, des Datenindexpunkts und der julianischen Zeit
des letzten Datenpunkts gespeichert.
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Jährliche
mittlere Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperatur
(× 20
Jahre)
-
Die
monatliche mittlere Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperatur wird vorzugsweise
jeden Monat gemessen und zu einer Summe addiert. Nach 12 Monaten
wird die Summe vorzugsweise durch 12 geteilt, um den Mittelwert
für das
vergangene Jahr zu erlangen, dann wird die Summe vorzugsweise gelöscht. Die
Mittelwerte für
die vergangenen 20 Jahre werden vorzugsweise nach einem FIFO-Schema sortiert,
und der neueste berechnete Mittelwert wird vorzugsweise in der ersten
Datenfeldposition gespeichert. Diese Werte werden vorzugsweise im
Speicher einschließlich
der laufen den Summe, des Datenindexpunkts und der julianischen Zeit
des letzten Datenpunkts gespeichert.
-
Stündliche
minimale Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperatur
(× 24
Stunden)
-
Die
Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperatur
wird vorzugsweise jede Sekunde gemessen und mit dem letzten Minimalwert
verglichen. Ist sie kleiner als der letzte Minimalwert, wird der
letzte Minimalwert vorzugsweise auf den aktuellen Temperaturmesswert
gesetzt. Die Minima für
die vergangenen 24 Stunden werden vorzugsweise nach einem FIFO-Schema
sortiert, und das neueste beurteilte Minimum wird vorzugsweise in
der ersten Datenfeldposition gespeichert. Diese Werte werden vorzugsweise
im Speicher einschließlich
der julianischen Zeit des letzten Datenpunkts gespeichert.
-
Tägliche
minimale Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperatur
(× 30
Tage)
-
Wenn
der Kalendertag wechselt, werden die letzten 24 stündlichen
minimalen Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperaturen
auf den Minimalwert für jenen
Tag hin untersucht. Die Minima für
die vergangenen 30 Tage werden vorzugsweise nach einem FIFO-Schema
sortiert, und das neueste beurteilte Minimum wird vorzugsweise in
der ersten Datenfeldposition gespeichert. Diese Werte werden vorzugsweise
im Speicher einschließlich
der julianischen Zeit des letzten Datenpunkts gespeichert.
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Monatliche minimale Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperatur
(× 12
Monate)
-
Wenn
der Kalendermonat wechselt, werden die letzten 30 täglichen
minimalen Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperaturen
auf den Minimalwert für jenen
Monat hin unter sucht. Die Minima für die vergangenen 12 Monate
werden vorzugsweise nach einem FIFO-Schema sortiert, und das neueste
beurteilte Minimum wird vorzugsweise in der ersten Datenfeldposition
gespeichert. Diese Werte werden vorzugsweise im Speicher einschließlich der
julianischen Zeit des letzten Datenpunkts gespeichert.
-
Jährliche
minimale Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperatur
(× 20
Jahre)
-
Wenn
das Kalenderjahr wechselt, werden die letzten 12 monatlichen minimalen
Kondensator-Flüssigkeitsrücklauftemperaturen
auf den Minimalwert für
jenes Jahr hin untersucht. Die Minima für die vergangenen 20 Jahre
werden vorzugsweise nach einem FIFO-Schema sortiert, und das neueste beurteilte
Minimum wird vorzugsweise in der ersten Datenfeldposition gespeichert.
Diese Werte werden vorzugsweise im Speicher einschließlich der
julianischen Zeit des letzten Datenpunkts gespeichert.
-
AVD-kWh-Meter
-
Diese
Berechnung kann wie folgt vorgenommen werden: Der AVD-kW-Wert wird
einmal alle zwei Sekunden vom AVD zum Bedienpult übertragen.
Dieser Wert wird zum AVD-kW-Gesamtwert addiert. Wenn diese Summe
1800 (3600 Sekunden pro Stunde/2 Sekunden pro Messwert) überschreitet,
wird, da 1800 kW bei dieser Datenerfassungsrate gleich 1 kWh ist,
das AVD-kWh-Meter um eins inkrementiert, und vom AVD-kW-Gesamtwert, der einer
Teil-kWh entspricht, wird 1800 subtrahiert, was die Teil-kWh-Komponente
des AVD-kWh-Meters zurücksetzt.
Der Wert des AVD-kWh-Meters kann modifiziert werden, wenn das Zugriffsniveau
sachgerecht eingestellt ist. Sowohl das AVD-kWh-Meter als auch der
AVD-kW-Gesamtwert werden vorzugsweise im Speicher gespeichert.
-
AKD-kWh-Meter
-
Alle
zwei Sekunden wird, während
der Kühler
läuft,
der AVD-kW-Wert durch den AVD-Auslegungs-kW-Wert geteilt, um den
AVD-%-Auslegungs-kW-Wert zu erhalten. Mithilfe der KWET und der
Gleichung wird er AKD Auslegungs-kW-Wert ermittelt. Dieser wird
vorzugsweise mit dem AKD-Auslegungs-kW-Wert multipliziert, um den AKD-kW-Wert zu
erlangen. Der AKD-kW-Wert wird vorzugsweise zum AKD-kW-Gesamtwert
addiert. Wenn diese Summe 1800 (3600 Sekunden pro Stunde/2 Sekunden pro
Messwert) überschreitet,
wird, da 1800 kW bei dieser Datenerfassungsrate gleich 1 kWh ist,
das AKD-kWh-Meter
vorzugsweise um eins inkrementiert, und vom AKD-kW-Gesamtwert, der einer Teil-kWh
entspricht, wird 1800 vorzugsweise subtrahiert, was die Teil-kWh-Komponente
des AKD-kWh-Meters
zurücksetzt.
Der Wert des AKD-kWh-Meters kann modifiziert werden, wenn das Zugriffsniveau
sachgerecht eingestellt ist. Sowohl das AKD-kWh-Meter als auch der
AKD-kW-Gesamtwert
werden vorzugsweise im Speicher gespeichert.
-
Eingesparte Gesamtenergie
-
Alle
zwei Sekunden wird, während
der Kühler
läuft,
mithilfe des übertragenen
AVD-kW-Werts und des berechneten AKD-kW-Werts die gesparte Energie
vorzugsweise durch Subtrahieren des AVD-kW-Werts von AKD-kW-Wert
berechnet. Dieser Wert wird dann zum Einspar-kW-Gesamtwert addiert.
Wenn diese Summe 1800 (3600 Sekunden pro Stunde/2 Sekunden pro Messwert) überschreitet, wird,
da 1800 kW bei dieser Datenerfassungsrate gleich 1 kWh ist, die
eingesparte Gesamtenergie (kWh) vorzugsweise um eins inkrementiert,
und vom Einspar-kW-Gesamtwert, der einer Teil-kWh entspricht, wird
1800 vorzugsweise subtrahiert, was die Teil-kWh-Komponente des AVD-kWh-Meters
zurücksetzt.
Der Wert der eingesparten Gesamtenergie kann modifiziert werden,
wenn das Zugriffsniveau sachgerecht eingestellt ist. Sowohl die
eingesparte Gesamtenergie als auch der Einspar-kW-Gesamtwert werden vorzugsweise im
Speicher gespeichert.
-
Stündlich
eingesparte Gesamtenergie (× 24
Stunden)
-
Die
eingesparte Gesamtenergie wird vorzugsweise jede Stunde gemessen.
Der eine Stunde zuvor gemessene Messwert wird von dem neuesten Messwert
subtrahiert, um den gegenwärtigen
stündlichen
Wert zu ermitteln. Die stündlichen
Werte für
die vergangenen 24 Stunden werden vorzugsweise nach einem FIFO-Schema
sortiert, und der neueste, am spätesten
berechnete stündliche
Wert wird vorzugsweise in der ersten Datenfeldposition gespeichert. Diese
Werte werden vorzugsweise im Speicher einschließlich der laufenden Summe,
des Datenindexpunkts und der julianischen Zeit des letzten Datenpunkts
gespeichert.
-
Täglich
eingesparte Gesamtenergie (× 30
Tage)
-
Die
eingesparte Gesamtenergie wird vorzugsweise um Mitternacht jedes
Tages gemessen. Der einen Tag zuvor gemessene Messwert wird von dem
neuesten, gerade gemessenen Messwert subtrahiert, um den gegenwärtigen täglichen
Wert zu ermitteln. Die täglichen
Werte für
die vergangenen 30 Tage werden vorzugsweise nach einem FIFO-Schema
sortiert, und der neueste berechnete tägliche Wert wird vorzugsweise
in der ersten Datenfeldposition gespeichert. Diese Werte werden
vorzugsweise im Speicher einschließlich der laufenden Summe, des
Datenindexpunkts und der julianischen Zeit des letzten Datenpunkts
gespeichert.
-
Monatlich eingesparte Gesamtenergie (× 12 Monate)
-
Die
eingesparte Gesamtenergie wird vorzugsweise um Mitternacht des letzten
Tages jedes Monats gemessen. Der einen Monat zuvor gemessene Messwert
wird von dem neuesten Messwert subtrahiert, um den gegenwärtigen monatlichen
Wert zu ermitteln. Die monatlichen Werte für die vergangenen 12 Monate
werden vorzugsweise nach einem FIFO-Schema sortiert, und der neueste
berechnete monatliche Wert wird vorzugs weise in der ersten Datenfeldposition
gespeichert. Diese Werte werden vorzugsweise im Speicher einschließlich der
laufenden Summe, des Datenindexpunkts und der julianischen Zeit
des letzten Datenpunkts gespeichert. Der tatsächliche Meter-Messwert am Ende
jedes Monats wird ebenfalls gespeichert.
-
Jährlich
eingesparte Gesamtenergie (× 20
Jahre)
-
Die
eingesparte Gesamtenergie wird vorzugsweise um Mitternacht des letzten
Tages jedes Jahres gemessen. Der ein Jahr zuvor gemessene Messwert
wird vorzugsweise von dem neuesten Messwert subtrahiert, um den
gegenwärtigen
jährlichen
Wert zu ermitteln. Die jährlichen
Werte für
die vergangenen 20 Jahre werden vorzugsweise nach einem FIFO-Schema sortiert,
und der neueste, am spätesten
berechnete jährliche
Wert wird vorzugsweise in der ersten Datenfeldposition gespeichert. Diese
Werte werden vorzugsweise im Speicher einschließlich der laufenden Summe,
des Datenindexpunkts und der julianischen Zeit des letzten Datenpunkts
gespeichert.
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Gesamteinsparungen in US-Dollar
-
Die
eingesparte Gesamtenergie wird Vorzugsweise mit den Kosten pro kWh
multipliziert, um die Gesamteinsparungen in US-Dollar zu berechnen.
-
Nachdem
die Werte und Parameter in Schritt 230 gespeichert worden
sind, können
Werte wie z. B. jene, die vorher oben identifiziert wurden, und
vorzugsweise jene, die Einsparungen betreffen, an eine Anzeige ausgegeben
werden, die mit dem Bedienpult 40 beinhaltet ist.
-
13 stellt
im Allgemeinen eine weitere Anwendung der vorliegenden Erfindung
dar. 13 ist ansonsten mit 1 identisch
mit der Ausnahme, dass ein AKD 130 anstelle des AVDs 30 bereitgestellt ist.
In einer anderen Ausführungsform
kann der AKD 130 mehr als einen Motor 50 versorgen,
oder jeder von mehreren AKDs 130 kann verwendet werden, um
entsprechende Motoren 50 zu versorgen.
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Der
AKD 130 empfängt
Wechselstrom, der eine bestimmte feste Netzspannung und feste Netzfrequenz
aufweist, von der Wechselstromquelle 20 und stellt dem
Motor 50 Wechselstrom mit einer festen Spannung und Frequenz
bereit, um den Motor 50 mit einer im Wesentlichen konstanten
Drehgeschwindigkeit anzutreiben.
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet eine Gleichung, welche die Betriebsleistung
des Kühlsystems 10 mit
dem AKD 130 gegenüber
einem AVD in Beziehung setzen kann. Die Gleichung der vorliegenden
Erfindung ist aus Programmen des Air-Conditionings and Refrigeration
Institute (ARI) hergeleitet, die dahingehend zertifiziert sind,
dass sie der Betriebsleistung des Kühlsystems genau entspricht,
das sie repräsentiert.
Jedoch macht die Gleichung der vorliegenden Erfindung Gebrauch von
einer einzelnen „Ausgleichs"kurve, die aus mehreren
Kurven erzeugt wird (wie 2, 3 und 7, 8 darstellen), für den Betrieb
eines Kühlsystems
unter Verwendung eines AKDs, wobei jede Kurve eine ausgewählte konstante
Abgabe repräsentiert.
In ähnlicher
Weise wird eine einzelne „Ausgleichs"kurve aus mehreren
Kurven für
den Betrieb eines Kühlsystems
unter Verwendung eines AVDs erzeugt. Jede „Ausgleichs"kurve entspricht
dem Betrieb der Kühlkurve
mit einem Kühlfluid,
wie z. B. Wasser, das aus der Versorgungsleitung 90 bei
einer gegebenen Temperatur in den Kondensator 70 eintritt.
Sobald das Kühlsystem
unter Verwendung des AKDs 130 betrieben wird, kann der Lastprozentsatz
(die %-Last) ermittelt werden. Die %-Last ist ein Verhältnis des
Betrags der Kühlung, die
durch das Kühlsystem
bereitgestellt ist, geteilt durch die Auslegungskapazität des Kühlsystems. Beispielsweise
ist, wenn das Kühlsystem
eine Auslegungskapazität
von 400 Tonnen Kühlung
auf weist und betrieben wird, um 200 Tonnen bereitzustellen, die
%-Last gleich 50%. Da die %-Last für entsprechende AKD- und AVD-Kurven
zum Zeitpunkt des Vergleiches identisch ist, können die Kurven überlagert
werden. Durch In-Beziehung-Setzen der überlagerten Ausgleichskurven,
die ein Nomogramm definieren, das einen gemeinsamen x-Achsenabschnitts-Wert
(%-Last) aufweist, können
die y-Achsenabschnitte (%-kW-Wert) wie auch die Betriebskosten verglichen
werden.
-
Anders
ausgedrückt,
ist die vorherige Diskussion der Kurven nach 2–6 (und 7–11)
hier gleichermaßen
anwendbar, da dieselben AKD- und AVD-Kurven in derselben Weise verwendet
werden. Ferner repräsentieren,
da dieselben Ausgleichskurvendaten nach 4 und 5 verwendet
werden, die hergeleiteten Gleichungen [1] und [2], welche die Betriebsleistung
des Kühlsystems 10 mit
dem AVD 30 gegenüber
einem AKD in Beziehung setzen (1), einen ähnlichen
neungliedrigen Polynomausdruck verglichen mit den hergeleiteten Gleichungen
[3] und [4], welche die Betriebsleistung des Kühlsystems 10 mit dem
AKD 130 gegenüber
einem AVD in Beziehung setzen (13).
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Um
die Kurvenmanipulation und die zugeordneten Berechnungen zu vermeiden,
wurde eine Gleichung für
jedes der beiden Kühlsysteme
in den jeweiligen 5 und 10 hergeleitet,
wobei die Ausgleichskurvendaten für jedes der 5°-F-Inkremente
der KNET verwendet wurden, um ein Verhältnis des AVD-Eingangs zum
AVD-Auslegungs-kW-Wert zu erlangen, das mit „E" identifiziert wird. Die Gleichungen,
obgleich sie unterschiedliche Koeffizienten aufweisen, definieren
eine jede einen neungliedrigen Polynomausdruck, der auf verschiedenen
Kombinationen zweier Terme basiert. Der erste Term „A" ist das Verhältnis von
AKD-Eingangs-kW-Wert
zu AKD-Auslegungs-kW-Wert, wobei der Wert von 0,00 bis 1,00 reicht.
Der zweite Term „B" ist die KWET, gemessen in
Grad Fahrenheit (°F).
Gleichung [3] ist aus Daten hergelei tet, die aus den Kurven in 5 extrahiert sind,
und Gleichung [4] ist aus Daten hergeleitet, die aus den Kurven
in 10 extrahiert sind. E
= (9,353e-1)
+ (–2,689) × A
+
(2,825) × A2
+ (–2,825e-2) × B
+ (7,027e-2) × A × B
+
(–4,832e-2) × A2 × B
+
(–2,231e-4) × B2
+ (–3,907e-4) × A × B2
+
(2,308e-4) × A2 × B2 [3] E = (–3,665)
+
(15,87) × A
+
(–12,17) × A2
+ (9,531e-2) × B
+ (–4,2376-1) × A × B
+
(3,544e-1) × A2 × B
+
(–6,102e-4) × B2
+ (2,905e-3) × A × B2
+
(–2,469e-3) × A2 × B2 [4]
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Diese
Gleichungen gestatten den Vergleich von Energiekosten des Kühlsystems
bei Verwendung des AVDs mit den gemessenen Energiekosten der Kühlung bei
Verwendung des AKDs, ohne die Leistungskurven für das Kühlsystem für einen der Antriebe zu benötigen.
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Zum
Berechnen von Kosteneinsparungen für das Kühlsystem 10 bei Verwendung
des AKDs 130 im Vergleich zur Verwendung des AVDs müssen sowohl
der AKD-Auslegungs-kW-Wert
als auch der AVD-Auslegungs-kW-Wert wie auch die Kosten pro kWh
und die KWET bereitgestellt werden. Der Bequemlichkeit halber und
um die Ergebnisse zu vergleichen, die aus den Gleichungen [1] und
[3] erlangt wurden, wird wiederum das Beispiel des 800-Tonnen-Kühlsystems
verwendet, das Kühlmittel
des Typs R134a verwendet. Da dieses Beispiel für das Kühlsystem bei Verwendung eines
AVDs getestet wurde, wird der AKD-Eingangs-kW-Wert, der mithilfe von
Gleichung [1] berechnet wurde, zur Verwendung mit Gleichung [3]
bereitgestellt. Somit sind die folgenden Werte bereitgestellt: Der
Auslegungs-kW-Wert für
den AVD ist 530 kW, der Auslegungs-kW-Wert für den AKD ist 508 kW, Der Eingangs-AKD-Wert
ist 345 kW und die KWET ist gleich 72°F. Daher ist der Term „A" (Eingangs-kW-Wert
bei konstanter Drehzahl/AKD-Auslegungs-kW-Wert) gleich 345 kW geteilt
durch 508 kW oder ungefähr
gleich 0,67. Der Term „Y" ist gleich 72. Das
Einsetzen dieser Werte in Gleichung [3] ergibt einen Wert für „E" von ungefähr 0,56,
welcher das Verhältnis
von AVD-Eingangs-kW-Wert („F") geteilt durch den
AKD-Auslegungs-kW-Wert ist (E = 0,56 = F/530). Dies ergibt einen
Wert für
den AVD-Eingangs-kW-Wert von ungefähr 297 kW.
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Zum
Gegenprüfen
des Ergebnisses aus der Gleichung gegen die grafischen Daten wird
auf 4 verwiesen, welches die Kurve für konstante
Drehzahl unter Verwendung von Kühlmittel
des Typs R134a ist. Linie „K" ist der y-Abschnitt, der sich
von 0,67 (67%) horizontal zum Punkt „L” erstreckt. Punkt „L" ist eine Interpolation
zwischen den 70°-F-
und 75°-F-KWET-Kurven,
da die KWET gleich 72°F
war. Das Verfolgen einer vertikalen Linie vom Punkt „J" zum x-Abschnitt,
Punkt „H", ergibt näherungsweise eine
Last von 80 Jetzt wird auf 5 verwiesen,
welches die Kurve für
veränderliche
Drehzahl unter Verwendung von R134a ist. Beginnend mit der 80-%-Last,
Punkt „G", wird eine vertikale
Linie „M" zum Punkt „F" verfolgt, der ebenfalls
eine Interpolation zwischen den 70°-F- und 75°-F-KWET-Kurven ist, da die KWET
gleich 72°F
war. Das Verfolgen einer Linie „E" vom Punkt „F" zum y-Abschnitt, Punkt „N", ergibt 0,54, was
innerhalb von ungefähr
drei Prozent des Verhältnisses
liegt, das oben für
E berechnet wurde. Es ist zu beachten, dass mindestens ein Teil der
drei Prozent Abweichung zwischen dem berechneten Eingangs-kW-Wert
für veränderliche
Drehzahl nach Gleichung [3] oder 0,56 aus Gleichung [1] entstanden
sein kann, da die berechneten Ergebnisse, die durch Nutzung der
Gleichung [3] erlangt wurden, aus vorherigen Berechnungen mithilfe
von Gleichung [1] erlangt wurden. Daher bestätigt dieses Beispiel, dass
Gleichung [3] die Beziehung zwischen der Leistung des AKDs und des
AVDs für
das Kühlsystem
definiert.
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12 stellt
ein Ablaufdiagramm dar, das den Steuerprozess der vorliegenden Erfindung
in Bezug auf Kostenvergleich in einem Kühlsystem 10, wie in 13 gezeigt,
detailliert. Der Prozess beginnt in Schritt 200 mit dem
Eingeben von Werten in das Bedienpult 40, wie z. B. dem
Preis pro kWh, dem Auslegungs-kW-Wert für veränderliche Drehzahl, dem Auslegungs-kW-Wert
für konstante
Drehzahl. Der Auslegungs-kW-Wert für veränderliche Drehzahl und der
Auslegungs-kW-Wert für
konstante Drehzahl sind Werte, die durch den Hersteller zum Zeitpunkt
der Inbetriebnahme des Kühlsystems
festgelegt werden, und sind dafür
vorgesehen, vom Installateur eingegeben zu werden. Der Preis pro
kWh kann erforderlichenfalls aktualisiert werden. Der Anzeigebildschirm des
Bedienpults 40 ist typischerweise entweder auf „eingesparte
Gesamtenergie" oder „Gesamteinsparungen" eingestellt, beides
in US-Dollar. Vorzugsweise können
diese Informationen in ein Tastenfeld eingegeben werden, das mit
dem Bedienpult 40 bereitgestellt ist.
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Sobald
die Werte in Schritt 200 in das Bedienpult 40 eingegeben
worden sind und das Kühlsystem
aktiviert ist, misst das Bedienpult in Schritt 210 Parameter,
wie z. B. die KWET oder andere Werte, welche die Betriebsleistung
betreffen. Vorzugsweise wird die KWET, in Grad Fahrenheit, aus einem
Analogeingangskanal mithilfe einer Sensoreinrichtung erlangt, wie
z. B. einem Thermistor. Diese Informationen und andere Informationen
können
direkt dem Bedienpult 40 be reitgestellt oder von diesem
erlangt werden. Darüber
hinaus werden in Schritt 210 die Eingangs-AKD-kW-Daten
vom AKD oder einem optionalen harmonischen Filter dem Bedienpult 40 in
vorgegebenen Zeiträumen
bereitgestellt, wie z. B. alle zwei Sekunden, da die Eingangs-AKD-kW-Daten
in Reaktion auf die Kühllast Änderungen
unterliegen, wie durch das Bedienpult 40 ermittelt.
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Nachdem
die Parameter gemessen worden sind, werden in Schritt 220 Werte
berechnet und in Schritt 230 gespeichert. Die gespeicherten
Werte beinhalten nicht nur die in Schritt 220 berechneten
Werte, sondern können
auch in Schritt 210 gemessene Parameter beinhalten. Eine
Anzahl der in Schritt 220 berechneten Werte, die unten
beinhaltet sind, sind nach behandeltem Gegenstand zusammengefasst und
beinhalten eine Diskussion der Mess-, Berechnungs- und Speicherschritte.
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AKD-kWh-Meter
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Diese
Berechnung kann wie folgt vorgenommen werden: Der AKD-kW-Wert wird
einmal alle zwei Sekunden vom AKD zum Bedienpult übertragen. Dieser
Wert wird zum AKD-kW-Gesamtwert addiert. Wenn diese Summe 1800 (3600
Sekunden pro Stunde/2 Sekunden pro Messwert) überschreitet, wird, da 1800
kW bei dieser Datenerfassungsrate gleich 1 kWh ist, das AKD-kWh-Meter
um eins inkrementiert, und vom AKD-kW-Gesamtwert, der einer Teil-kWh entspricht,
wird 1800 subtrahiert, was die Teil-kWh-Komponente des AKD-kWh-Meters
zurücksetzt.
Der Wert des AKD-kWh-Meters kann modifiziert werden, wenn das Zugriffsniveau
sachgerecht eingestellt ist. Sowohl das AKD-kWh-Meter als auch der
AKD-kW-Gesamtwert werden vorzugsweise im Speicher gespeichert. AAA
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AVD-kWh-Meter
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Alle
zwei Sekunden muss der AKD-kW-Wert durch den AKD-Auslegungs-kW-Wert
geteilt werden, um den AKD-%-Auslegungs-kW-Wert zu erhalten. Mithilfe
der KWET und der Gleichung wird der AVD Auslegungs-kW-Wert ermittelt.
Dieser wird vorzugsweise mit dem AVD-Auslegungs-kW-Wert multipliziert,
um den AVD-kW-Wert zu erlangen. Der AVD-kW-Wert wird vorzugsweise
zum AVD-kW-Gesamtwert addiert. Wenn diese Summe 1800 (3600 Sekunden
pro Stunde/2 Sekunden pro Messwert) überschreitet, wird, da 1800
kW gleich 1 kWh ist, das AVD-kWh-Meter vorzugsweise um eins inkrementiert,
und vom AVD-kW-Gesamtwert, der einer Teil-kWh entspricht, wird 1800
vorzugsweise subtrahiert, was die Teil-kWh-Komponente des AVD-kWh-Meters
zurücksetzt.
Der Wert des AVD-kWh-Meters kann modifiziert werden, wenn das Zugriffsniveau
sachgerecht eingestellt ist. Sowohl das AVD-kWh-Meter als auch der
AVD-kW-Gesamtwert werden vorzugsweise im Speicher gespeichert.
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Obgleich
die Beispiele die vorliegende Erfindung zeigen, wie sie zum Vergleichen
eines Kühlsystems,
das mit einem AKD betrieben wird, mit einem Kühlsystem verwendet wird, das
mit einem AVD betrieben wird, wird auch in Erwägung gezogen, dass zwei unterschiedliche
AVDs ebenfalls verglichen werden könnten, d. h. ein erster AVD
und ein zweiter AVD, die eine verschiedenartige Konfiguration aufweisen,
oder zwei unterschiedliche AKDs verglichen werden könnten, d.
h. ein erster AKD und ein zweiter AKD. Diese Vergleiche können vorgenommen
werden, solang die Gleichungen bereitgestellt sind, die dem Betrieb
der zu vergleichenden Antriebe entsprechen. Auch wird in Erwägung gezogen,
dass mehr als zwei unterschiedlich Antriebe ähnlichen oder unterschiedlichen
Typs verglichen werden könnten.
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Während die
Erfindung unter Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist,
versteht es sich für
den Fachmann, dass verschiedene Änderungen
vorgenommen und Äquivalenzen
gegen Elemente derselben ersetzt werden dürfen, ohne den Umfang der Erfindung
zu verlassen. Darüber
hinaus können
zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte
Situation oder ein bestimmtes Material an die Ausführungen
der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Umfang derselben
zu verlassen. Daher ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf
die bestimmte Ausführungsform
begrenzt ist, die als die beste Weise beschrieben ist, die zum Durchführen dieser
Erfindung in Erwägung
gezogen wird, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen
beinhalten wird, die in den Umfang den angehängten Ansprüche fallen.