EP3601688B1 - Procédé de fonctionnement d'un système de circulation et système de circulation - Google Patents

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EP3601688B1
EP3601688B1 EP19729444.0A EP19729444A EP3601688B1 EP 3601688 B1 EP3601688 B1 EP 3601688B1 EP 19729444 A EP19729444 A EP 19729444A EP 3601688 B1 EP3601688 B1 EP 3601688B1
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EP
European Patent Office
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water
temperature
partial section
circulation system
water temperature
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Roberto BAWEY
Patric OPITZ
Olaf HEINECKE
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Ltz Zentrum Fuer Luft und Trinkwasserhygiene GmbH
Original Assignee
Ltz Zentrum Fuer Luft und Trinkwasserhygiene GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B7/00—Water main or service pipe systems
    • E03B7/04—Domestic or like local pipe systems
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    • E03B7/00—Water main or service pipe systems
    • E03B7/04—Domestic or like local pipe systems
    • E03B7/045—Domestic or like local pipe systems diverting initially cold water in warm water supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0078—Recirculation systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1051—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water
    • F24D19/1054—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water the system uses a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0073—Arrangements for preventing the occurrence or proliferation of microorganisms in the water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps

Definitions

  • the highest value permissible according to the design of the line system is preferably selected as the volume flow start value V z *. This value is reduced until the temperature of the circulating water is close to T setpoint , since the temperature of the circulating water increases with decreasing volume flow and therefore the temperature at the inlet port rises.
  • equation 1 is used for the thermal resistance in equation 2 and thus the thermal resistance is determined.
  • equation 3 is calculated. 1
  • a water temperature can also be determined for any point in the pipe network under consideration.
  • the iterative approximation method is preferably the known Excel target value search; see Excel and VBA: Introduction with practical applications in the natural sciences by Franz Josef Mehr, Maria Maria Maria Mehr, Wiesbaden 2015, Section 8.1.
  • the calculated volume flow V z at which a target temperature Tb of 20 ° is reached at an inlet temperature T a of 15 ° C., is indicated in line MT4.
  • a connection line is a line between a supply line and a drinking water installation or the circulation system.
  • a consumption line is a line that supplies water from the main shut-off valve to the tapping connections and, if necessary, feeds it into apparatus.
  • a collective feed line is a horizontal consumption line between the main shut-off valve and a riser.
  • a rising (falling) line leads from floor to floor and from which the floor lines or individual feed lines branch off.
  • a floor line is the line that branches off from the rising (falling) pipe within a floor and from which individual feed lines branch off.
  • a single feed line is the line leading to an extraction point.
  • At least one branch of the circulation line branches off from the at least one feed line.
  • At least one branch of the at least one circulation line branches off from the at least one ring line.
  • the at least one feed line comprises at least one riser and / or one floor line.
  • the at least one feed line comprises a collective feed line which is connected to a connection to a water supply network.
  • connection is connected to at least one connection line and / or at least one consumption line.
  • At least one static or dynamic flow divider is arranged in the at least one feed line and / or the at least one ring line, with which a tapping point for water is preferably connected.
  • a percentage distribution of the volume flows is preferably made 95% at the outlet and 5% at the passage.
  • thermal energy is transferred from the circulating water to another material flow, preferably by means of a heat exchanger, thereby optimizing the cooling process suitable choice of the other material flow, for example propane, and a reduction in the energy required to operate the cooling device can be achieved.
  • the cooling device is thermally coupled to a cold generator, preferably a heat pump, a cold water set or a cold supply network, whereby a reduction in the energy required for the cooling process can also be achieved.
  • a cold generator preferably a heat pump, a cold water set or a cold supply network
  • the determination of a consumption characteristic curve of the circulation pump as a function of the conveyed volume flow of the circulation pump and the determination of a consumption characteristic curve of the cooling device as a function of a water temperature at the output port and the setting of a volume flow rate V z and a water temperature T a at the output port so that the power consumption of the circulation pump and cooling device assumes a relative or absolute minimum value, which improves the energy efficiency of the method.
  • the temperature T is a value of 20 ° C +/- to selected 5 ° C and selected for the water temperature T a at the output port a value of 15 ° C +/- 5 ° C becomes.
  • At least a section of the line system is designed as an external circulation line, since external circulation lines are mostly built into already existing circulation systems.
  • At least one section is designed as an inliner circulation line, since these are often built into newer or new circulation systems.
  • the in Figure 1 The circulation system shown is a node K1 is connected to an output port 12b of a cooling device 12 via a flow line 4a.
  • the cooling device 12 has connections on the refrigeration circuit side and a pump 13 on the refrigeration circuit side.
  • a branch to a collecting line 4 a connection line to a connection 1 to a water supply network and a consumption line 3 is provided, the latter and the connection line not belonging to the circulation system. There is therefore no volume flow division at node K1.
  • the collective feed line 4 is connected to a riser line 5 which opens into a node K2.
  • the node K2 branches into a floor line 6 and a riser 5, which opens into a node K3 and at which a branch to a floor line 6 and a riser 5 takes place, is connected to a floor line 6 which opens into a node K4.
  • the node K2 is connected to a node K6 via a floor line 6.
  • the node K3 is connected to a node K5 via a floor line 6.
  • Two sections TS1 and TS2 explicitly identified as such are connected via the node K4, TS1 section of the floor line 6 and TS2 representing a circulation line.
  • node K4 there is also a branch via a single feed line 7 to an extraction point 9.
  • the individual feed lines and tapping points connected to nodes K2 and K3 are not provided with reference symbols. Since the circulation system according to the invention for carrying out the method according to the invention is operated in a state in which there is no water withdrawal, those nodes that are assigned to withdrawal points are excluded from consideration in the following and, with the exception of node K4, are accordingly not shown in the drawings Provided with reference numerals.
  • the section TS2 is connected to a vertical circulation line 10a which opens into the node K5.
  • the node K5 is connected to a circulation line 10a which opens into the node K6.
  • the node K6 is connected to a vertical circulation line 10a, which is connected to a horizontal circulation line 10a, which in turn is connected to the circulation pump 10b via a vertical circulation line.
  • FIG. 2 The circulation system shown has a structure analogous to that of the Figure 1 , however, 6 ring lines are provided in the floor lines, whereby for simplification only in the uppermost in Figure 2 a reference numeral 8 is used.
  • the ring line 8 is assigned an optional flow divider 8a. Ring lines are assigned to nodes K21 to K32. It goes without saying that systems in which only one ring line is present are also encompassed by the invention.
  • FIG 3 a further system with nodes K31 to K34 is shown, in which, however, the circulation lines 10a opening into the nodes K34 and K35 are routed parallel to the floor lines 6 emanating from the nodes K32 and K33.
  • an optional decentralized cooling device 14 with an input port 14a and an output port 14b is arranged in the uppermost floor line 6, connections of a cold-side circuit and a corresponding pump not being shown to simplify the illustration.
  • the heat exchanger 12 can be omitted, in which case one cooling device 14 or several cooling devices 14 are mandatory.
  • Figure 4 shows a system with nodes K41 to K51 as in FIG Figure 3 , however, ring lines 8 are provided in the floor lines.
  • Figure 5 shows a system with nodes K51 to K55, in which circulation lines 10 are routed parallel to the risers 5 connected to nodes K52, K53.
  • Figure 6 shows a system with the nodes K61 to K69b, with ring lines being provided between the nodes K63, K64, K66, K67 and K68, K69.
  • Figure 7 shows a system with nodes K71 to K75, with risers 5 connected to nodes K72 and K73.
  • Figure 8 shows a system with nodes K81 to K89b analogous to FIG Figure 7 but with ring lines arranged between nodes K89a, K89b, K88, K89 as well as K84 and K85.
  • the inventive method is used in the systems of Figures 1 to 8 executed in the manner described above, based on a temperature start value T MA * ⁇ T soll and a volume flow start value V z * for the first section connected to the output port (12b) a temperature change of the water between the start area and end area according to a model the temperature change is determined.
  • a temperature change of the water between the start area and the end area is calculated for each given further section according to the model of the temperature change determined, under the boundary condition that the water temperature in the start area of the given section is equal to the water temperature in the end area of the section to which the given section is connected.
  • the value T a of the water temperature and the value V z of the volume flow at the output port 12b are selected in such a way that the water temperature T ME ⁇ T soll is in the end area of each section of the circulation system and the water temperature T b ⁇ T soll with T at the inlet port 12a should - T b ⁇ , where ⁇ > 0 is a predetermined value.
  • circulation pump 10b is not always operated with a constant volume flow, that is to say regardless of whether the port inlet temperature 12a has exactly the set value or is even below it.
  • the delivery volume flow of the circulation pump 10b could be reduced. This can take place automatically, for example, in a temperature-controlled manner. The result would be energy savings.
  • the delivery volume flow of the pump 13 can also be reduced in a temperature-controlled manner.

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Claims (27)

  1. Procédé de fonctionnement d'un système de circulation (10) avec un dispositif de refroidissement (12, 14) avec un orifice d'entrée (12a, 14a) et un orifice de sortie (12b, 14b) pour le refroidissement d'eau et avec un système de conduite avec plusieurs branches, lesquelles présentent un ou plusieurs tronçons avec un couplage thermique donné avec un environnement et sont reliées au moyen de nœuds, dans lequel une ou plusieurs des conduites du système de conduite sont réalisées comme conduites ascendantes (4, 5, 6), au moins une conduite d'alimentation individuelle (7) reliée à un point de prélèvement (9) et au moins une conduite réalisée comme conduite de circulation (10a) est reliée à la ou aux conduites d'alimentation ascendantes (4, 5, 6),
    avec les étapes
    - de réglage d'une température d'eau au niveau de l'orifice de sortie (12b, 14b) à une valeur Ta au moyen du dispositif de refroidissement (12, 14)
    - de réglage d'un débit volumétrique au niveau de l'orifice d'entrée (12a) à une valeur Vz,
    caractérisé par les étapes suivantes
    - de détermination, en particulier de calcul, d'une modification de température de l'eau entre la zone initiale et la zone terminale conformément à un modèle de la modification de température axiale pour le premier tronçon raccordé à l'orifice de sortie (12b, 14b), à partir d'une valeur de départ de température TMA* < Tconsigne et d'une valeur de départ de débit volumétrique Vz*,
    - de détermination, en particulier de calcul, d'une modification de température de l'eau entre la zone initiale et la zone terminale pour chaque autre tronçon donné conformément au modèle de la modification de température, à la condition secondaire que la température d'eau dans la zone initiale du tronçon donné soit identique à la température d'eau dans la zone terminale du tronçon, auquel le tronçon donné est raccordé et
    - de choix de la valeur Ta de la température d'eau et de la valeur Vz du débit volumétrique au niveau de l'orifice de sortie (12b, 14b) de sorte que, dans la zone terminale de chaque tronçon, la température d'eau s'élève à TME < Tconsigne et, au niveau de l'orifice d'entrée (12a, 14b), la température d'eau Tb < Tconsigne se règle avec Tconsigne - Tb < θ, dans lequel θ > 0 est une valeur prédéfinie.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs Ta et Vz sont déterminées dans un procédé d'approximation itératif, pour lequel à partir d'une valeur de départ de température TMA* < Tconsigne et d'une valeur de départ de débit volumétrique Vz* pour le premier tronçon raccordé à l'orifice de sortie (12b, 14b), pour chaque autre tronçon donné, la modification de température de l'eau est calculée entre la zone initiale et la zone terminale, à la condition secondaire que la température d'eau dans la zone initiale du tronçon donné soit identique à la température d'eau dans la zone terminale du tronçon, auquel le tronçon donné est raccordé.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les tronçons sont réalisés de manière uniforme sur la longueur entre leur zone initiale et leur zone terminale en ce qui concerne le couplage thermique avec l'environnement.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans la zone terminale d'au moins un tronçon avec la longueur L, la température de l'eau TME est déterminée au moyen de la formule T ME = T MA − T Luft * e − ε ∗ L + T Luft
    Figure imgb0032
     ε = k R m M ∗ c pm = k R V M ∗ P M ∗ C pm
    Figure imgb0033
     dans lequel les valeurs suivantes s'appliquent
    L = longueur du tronçon uniforme (Ts1) (m)
    TMA = température d'eau dans la zone initiale (°C)
    TME = température d'eau dans la zone terminale (°C)
    TLuft = température de l'air ambiant (°C)
    kR = coefficient de transmission thermique de la conduite tubulaire (W/(m*K))
    mM = débit massique de l'eau dans le tronçon (kg/s)
    Cp,m = capacité thermique spéc. de l'eau (J/(kg*K))
    VM = débit volumétrique de l'eau dans le tronçon (m3/s)
    PM = densité de l'eau (kg/m3).
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le coefficient de transmission thermique des tronçons est déterminé selon la formule 1 k R = 1 d i ∗ α i ∗ π + 1 Λ R + 1 d a ∗ α a ∗ π
    Figure imgb0034
     dans lequel
    1/kR = résistance de transmission thermique conduite tubulaire (m*K/W)
    ai = coefficient de transition thermique intérieur (W/(m2*K))
    1/ΛR = résistance au passage de chaleur (m*K/W)
    αa = coefficient de transition thermique extérieur (W/(m2*K))
    da = diamètre extérieur (m)
    di = diamètre intérieur (m)
    et 1 Λ R = 1 2 ∗ π ∗ 1 λ r ∗ ln d aR d iR + 1 λ D ∗ ln d aD d iD
    Figure imgb0035
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une pompe de circulation (10b) est intégrée dans le système de circulation (10).
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, au moyen du dispositif de refroidissement (12, 14) pour le refroidissement de l'eau circulant, de l'énergie thermique est transmise de l'eau circulant à un autre courant de substance, de préférence au moyen d'un échangeur de chaleur.
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (12, 14) est couplé thermiquement à un générateur de froid, de préférence une pompe à chaleur, un groupe d'eau glacée ou un réseau d'alimentation en froid.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par
    - la détermination d'une ligne caractéristique de consommation de la pompe de circulation (10b) en fonction du débit volumétrique transporté de la pompe de circulation (10b),
    - la détermination d'une ligne caractéristique de consommation du dispositif de refroidissement (12, 14) en fonction d'une température d'eau au niveau de l'orifice de sortie (12b, 14b),
    - le réglage d'un débit volumétrique Vz et d'une température d'eau Ta au niveau de l'orifice de sortie (12b, 14b) de sorte que la puissance absorbée de la pompe de circulation (10b) et du dispositif de refroidissement (12, 14) adopte une valeur minimale relative ou absolue.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour la température Tconsigne, une valeur de 20 °C +/-5 °C est choisie et, pour la température d'eau Ta au niveau de l'orifice de sortie (12b, 14b), une valeur de 15 °C +/-5 °C est choisie.
  11. Système de circulation avec un dispositif de refroidissement (12, 14) avec un orifice d'entrée (12a, 14a) et un orifice de sortie (12b, 14b) pour le refroidissement d'eau et avec un système de conduite avec plusieurs branches, lesquelles présentent un ou plusieurs tronçons avec un couplage thermique donné avec un environnement et sont couplées au moyen de nœuds,
    - dans lequel, en cas de répartition prédéfinie des courants volumiques s'écoulant à partir des nœuds, une température d'eau de mélange des courants volumiques s'écoulant à partir des nœuds peut être déterminée en fonction des courants volumiques entrant dans les nœuds,
    - dans lequel une ou plusieurs des conduites du système de conduite sont réalisées comme conduites ascendantes (4, 5, 6), au moins une conduite d'alimentation individuelle (7) reliée à un point de prélèvement (9) et au moins une conduite réalisée comme conduite de circulation (10a) sont reliées à la ou aux conduites ascendantes (4, 5, 6),
    avec
    - des moyens pour le réglage de la température d'eau au niveau de l'orifice de sortie (12b, 14b) à une valeur Ta au moyen du dispositif de refroidissement (12, 14)
    - des moyens pour le réglage d'un débit volumétrique stationnaire d'eau circulant au niveau de l'orifice d'entrée (12a, 14a) à une valeur Vz caractérisé par
    - des moyens de dispositif pour la détermination d'une modification de température de l'eau entre la zone initiale et la zone terminale de chaque tronçon à la condition secondaire que la température d'eau dans la zone terminale d'un tronçon donné soit choisie identique à la température d'eau dans la zone initiale du tronçon raccordé dans le sens d'écoulement de l'eau circulant au tronçon donné et
    - des moyens de dispositif pour choisir la valeur Ta de la température d'eau et la valeur Vz du débit volumétrique au niveau de l'orifice de sortie (12b, 14b) de sorte que, dans la zone terminale de chaque tronçon, la température d'eau s'élève à TME < Tconsigne et, au niveau de l'orifice d'entrée (12a, 14a), la température d'eau Tb < Tconsigne se règle avec Tconsigne - Tb < θ, dans lequel θ > 0 est une valeur prédéfinie.
  12. Système de circulation selon la revendication 11, caractérisé en ce que des moyens de dispositif sont prévus, afin de déterminer les valeurs Ta et Vz dans un procédé d'approximation itératif, pour lequel à partir d'une valeur de départ de température TMA* < Tconsigne et d'une valeur de départ de débit volumétrique Vz* pour le premier tronçon raccordé à l'orifice de sortie (12b), pour chaque tronçon donné, la température d'eau TME est calculée dans sa zone terminale, dans lequel la température d'eau TMA' dans la zone initiale du tronçon raccordé suivant est choisie identique à la température d'eau TME dans la zone terminale du tronçon donné.
  13. Système de circulation selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que les tronçons sont réalisés de manière uniforme sur la longueur entre leur zone initiale et leur zone terminale en ce qui concerne leur couplage thermique avec l'environnement.
  14. Système de circulation selon les revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'une pompe de circulation (7) est intégrée dans le système de circulation (10).
  15. Système de circulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une conduite ascendante (4, 5, 6) est reliée à au moins une conduite circulaire (8).
  16. Système de circulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une conduite de la conduite de circulation (10a) part de l'au moins une conduite ascendante (4, 5, 6).
  17. Système de circulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une conduite d'au moins une conduite de circulation (10a) part de l'au moins une conduite circulaire (8).
  18. Système de circulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins une conduite ascendante (4, 5, 6) comprend au moins une colonne montante (5) et/ou une conduite de distribution d'étage (6).
  19. Système de circulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins une conduite ascendante (4, 5, 6) comprend une conduite d'alimentation de collecte (4) qui est reliée à un raccord (1) au niveau d'un réseau d'approvisionnement en eau.
  20. Système de circulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le raccord (1) est relié à au moins une conduite de raccordement (2) et/ou au moins une conduite de consommation (3).
  21. Système de circulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un diviseur d'écoulement (8a) statique ou dynamique est agencé dans l'au moins une conduite ascendante (4, 5, 6) et/ou l'au moins une conduite circulaire (8).
  22. Système de circulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, au moyen du dispositif de refroidissement (12, 14), de l'énergie thermique est transmise de l'eau circulant à un autre courant de substance, de préférence au moyen d'un échangeur de chaleur.
  23. Système de circulation selon la revendication 22, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (12, 14) est couplé thermiquement à un générateur de froid, de préférence une pompe à chaleur, un groupe d'eau glacée ou un réseau d'alimentation en froid.
  24. Système de circulation selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'au moins un tronçon du système de conduite est réalisé comme conduite de circulation extérieure.
  25. Système de circulation selon la revendication 24, caractérisé en ce qu'au moins un tronçon est réalisé comme conduite de circulation d'inliner.
  26. Système de circulation selon l'une quelconque des revendications 11 à 25, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (12) est raccordé avec son orifice de sortie (12b) à une conduite ascendante (4a) et avec son orifice d'entrée (12a) à une conduite de circulation verticale.
  27. Système de circulation selon l'une quelconque des revendications 11 à 26, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (14) est intégré dans une colonne montante (5) et/ou une conduite de distribution d'étage (6).
EP19729444.0A 2018-05-15 2019-05-15 Procédé de fonctionnement d'un système de circulation et système de circulation Active EP3601688B1 (fr)

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