ES2645080T3 - Procedimiento para determinar el consumo de gas y electricidad de un aparato de calefacción - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para determinar el consumo de gas durante un periodo de tiempo en un aparato de calefacción alimentado con gas combustible, el cual calienta un medio portador de calor para calentar un conducto de calor, caracterizado por los pasos de registrar la potencia térmica entregada por medición de la diferencia de temperatura del medio portador de calor entre la entrada y el retorno por medio de dos sensores de temperatura, medición del caudal volumétrico del medio portador de calor por medio de un sensor de caudal volumétrico, y multiplicación de los valores medidos, calcular el rendimiento por captación de una temperatura de servicio y por utilización de un rendimiento dependiente de la temperatura memorizado, calcular el consumo de gas momentáneo basado en el tiempo mediante la división de la potencia térmica entregada por el rendimiento, calcular el consumo de gas durante el periodo de tiempo por integración a lo largo del tiempo o por la suma de los consumos de gas momentáneos basados en el tiempo multiplicados por la duración de los incrementos de tiempo.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento para determinar el consumo de gas y electricidad de un aparato de calefaccion
El invento se refiere a un procedimiento para determinar el consumo de gas y electricidad de un aparato de calefaccion.
A consecuencia de los ascendentes costes de energia, para el usuario es interesante el tener a la vista los datos de consumo actuales de gas y electricidad de su aparato de calefaccion. Especialmente, un calculo y presentacion de estos valores sobre una base diaria y mensual le proporciona al usuario, en primer lugar, la posibilidad de una estimacion de los costes producidos asi como en segundo lugar, una comprobacion de medidas de ahorro, por ejemplo, mediante una modificacion del comportamiento de calefaccion.
Para medir consumos de gas y de electricidad con suficiente exactitud se utilizan segun el estado de la tecnica, contadores de gas y de electricidad especiales. Desventaja de los contadores de gas y electricidad existentes o de los correspondientes sensores, son los costes adicionales asi como el espacio constructivo adicional en el aparato de calefaccion o la colocacion exterior. Ademas es necesario o un punto de conexion adicional entre estos contadores de consumo y el control del aparato de calefaccion para mostrar los datos de consumo en el display del aparato de calefaccion, o un control propio con display. El documento DE 10 2008 039 525 A1 publica por ejemplo un contador de calor en el que se determina la diferencia de temperatura entre entrada y salida y el caudal del portador de calor y se calcula la cantidad de calor suministrada en el punto de consumo o la cantidad de calor extraida de los puntos de consumo.
De manera similar, el documento DE 10 2012 104 268 A1 publica un contador de calor en el que la diferencia de temperatura entre entrada y salida es transmitida a una unidad de valoracion y alli con los datos caracteristicos de la tecnica del calor del cuerpo de calefaccion se enlazan con tecnica de calculo, con un valor de perdida. Por el documento DE 10 2004 054 118 A1 se conoce un contador de calor en el que la cantidad de calor se calcula a partir del caudal volumetrico, la temperatura de entrada y la de retorno y utilizando un factor corrector.
Mision del invento es presentar un aparato de calefaccion asi como un procedimiento para utilizar este aparato de calefaccion con una determinacion del consumo de gas o de electricidad, con mejores costes y que ocupe poco espacio.
De acuerdo con el invento la mision sera resuelta por un procedimiento para utilizar un aparato de calefaccion en el que precisamente los sensores necesarios para el normal funcionamiento y por tanto existentes en un aparato de calefaccion junto con las informaciones en el control del aparato de calefaccion se utilizan para calcular los valores de consumo de gas. Para ello, se miden la diferencia de temperatura y el caudal volumetrico o el caudal masico, el cual esta en directa dependencia con el caudal volumetrico, del medio portador de calor calentado mediante el aparato de calefaccion. Este valor medido se divide por el rendimiento del aparato de calefaccion, que sin embargo depende de la temperatura. Puesto que debido a la medicion esta es conocida, puede ser calculada mediante una dependencia rendimiento - temperatura almacenada en el aparato de calefaccion. El almacenamiento puede ser en forma de una tabla, en la cual se puede interpolar en caso necesario, o mediante un algoritmo almacenado con parametros igualmente almacenados. Entonces el consumo momentaneo asi calculado es sumado o integrado a lo largo de un periodo de tiempo para obtener el consumo de gas.
En un desarrollo del invento, se calcula igualmente el consumo de energia electrica. Para ello, se determina que grupos electricos del aparato de calefaccion estan conectados. Tambien se determina que existe un consumo permanente de stand-by en potencia electrica. Cada una de las potencias electricas son conocidas y memorizadas. La conversion de las potencias electricas momentaneas consumidas, en energia electrica consumida se realiza sumando o integrando.
En una variante de ejecucion ventajosa del procedimiento los consumos calculados se muestran en un display del aparato de calefaccion.
En un desarrollo del procedimiento acorde con el invento, el valor medido de la diferencia de temperatura es corregido con un valor de correccion anteriormente calculado.
Los pasos del procedimiento se siguen de acuerdo con el invento en el control, existente sin mas, del aparato de calefaccion.
El procedimiento acorde con el invento sera aclarado con detalle por referencia a las figuras.
El calculo del consumo de gas se realiza como se describe a continuacion. Fundamentalmente, en un aparato de calefaccion a gas vale la siguiente dependencia entre la potencia aportada QG del gas y la potencia calorifica Qw entregada:
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En donde q es el rendimiento momentaneo del aparato de calefaccion.
El consumo de gas en KWh se obtiene por:
QG=(^w*dt
j ^
En el interior del control del aparato se realiza la integracion por que se lleva a cabo el calculo en puntos de tiempo equidistantes con separacion tstep y se suman los componentes de energia:
yn 9wi*t
u_yi=i *Lstep
El numero n de los pasos de calculo determina por tanto el intervalo a lo largo del cual se calcula el consumo de calor (p.e. durante 1 dia).
A continuacion se describe como se calculan la potencia termica momentanea Qw y el rendimiento momentaneo q. Para la potencia termica entregada vale:
Qw — V Pw CPw (Tentrada — Tretorno)
En la cual son: p agua— 1000 Kg/m3 Cp agua — 4.182 KJ/ KgK
Segun el estado de la tecnica en el aparato de calefaccion existen dos sensores de temperatura, cada uno en entrada y retorno, y un sensor de caudal volumetrico, cuyos valores son determinados regularmente y puesto a disposicion del control. A partir de estos valores suministrados, Tentrada y Tretorno asi como V se puede calcular la potencia calorifica segun la formula anterior.
Se obtiene una potencia calorifica entregada en tanto en cuanto el caudal volumetrico sea mayor que cero y la temperatura de entrada mayor que la temperatura de retorno.
El rendimiento en servicio del aparato de calefaccion a gas depende esencialmente de la temperatura media del agua Tmedia en el intercambiador de calor primario. Se puede calcular esta temperatura como sigue:
Tmedia — (Tentrada - Tretorno) /2
La figura 1 muestra un ejemplo de una linea caracteristica de un aparato de calefaccion con quemador de gas, que se calcula mediante la medicion en un banco de ensayo.
Las investigaciones muestran que esta linea caracteristica especifica del aparato no depende de manera apreciable, de otras magnitudes de influencia y no cambia tampoco especialmente a lo largo de la vida util del aparato.
Esta linea caracteristica queda depositada en el control del aparato de calefaccion. En cada paso del calculo y a partir de la temperatura de entrada y retorno se puede determinar el rendimiento actual mediante esta linea caracteristica.
Como ya se ha aclarado, para el calculo del consumo de gas se necesitan las 3 senales de sensor Tentrada, Tretorno asi como V. del sensor de volumen. Con ello, las tolerancias de estos tres sensores entran directamente en el calculo del consumo de gas. Si por motivo de costes se utilizan sensores economicos entonces el defecto por los sensores de temperatura es grande, porque con ellos la diferencia (Tentrada— Tretomo) va directamente al calculo. Especialmente en el caso de diferencias de temperaturas pequenas entre entrada y retorno el error, en determinadas circunstancias es relativamente grande, lo que muestra el siguiente ejemplo:
Tentrada — 35°C, Tretorno — 30°C significa (Tentrada — Tretorno)— (35 -30) K — 5 K.
Si ambos sensores de temperatura tienen en el rango de temperaturas relevante una exactitud de por ejemplo +/- 1K, esto significa para la diferencia de temperaturas
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(Tentada - Tretorno) = (36 - 29) K = 7 K como valor mas alto,
(Tentrada - Tretorno) = (34 - 31) K = 3 K como valor mas pequeno.
La diferencia real de temperaturas supuesta de 5 K fue calculada por estos sensores de temperatura con valores entre 3 ...7 K, lo que respecto a 5 K corresponde +/- 40%.
La diferencia de temperaturas supuesta de 5 K es un punto de trabajo por lo demas habitual en el caso de calefacciones de poder calorifico, por ejemplo, en combinacion con circuitos por el suelo,. Sin otras medidas, aqui el calculo del consumo de gas habria presentado igualmente un error muy grande.
Para minimizar estos errores, a continuacion se introduce el procedimiento descrito como ajuste. El procedimiento utiliza el hecho de que hay tiempos de trabajo en los que las temperaturas en ambos sensores son identicas. Estos tiempos se producen en servicio, por ejemplo cuando el aparato de calefaccion se desconecta y la bomba continua girando para distribuir el calor residual por el sistema. Despues de un tiempo de espera de por ejemplo 10min, se presenta un estado estacionario en el que la entrada y el retorno tienen una temperatura identica.
En la practica, se producen aqui las desviaciones Tentrada - Tretorno = delta T debido a las tolerancias de los sensores.
Cada una de las desviaciones delta T, que se producen en estos momentos, quedan retenidas en el control. El valor medio que se produce delta Tmedio es utilizado entonces para corregir la temperatura de retorno correspondientemente.
Tretorno = Tretorno _Sensor + delta Tmedio
Puesto que las desviaciones delta T se calculan en servicio para diferentes temperaturas absolutas, delta Tmedio representa un buen valor de ajuste en todo el campo de temperaturas.
En lugar de un valor medio en todos los delta T, como alternativa tambien se puede tener en cuenta el valor mediana. En total, con este procedimiento se compensan tambien los errores offset de los sensores NTC, para aumentar la exactitud del valor diferencia Tentrada - Tretorno-
La inexactitud permanente en el calculo del consumo de gas queda esencialmente determinada solo por las tolerancias V del sensor de caudal volumetrico.
Aunque en un aparato de calefaccion se calculan los costes de energia en primera linea mediante el consumo de gas, tambien interesa el consumo de energia electrica. El invento tiene como base la idea de calcular el consumo de electricidad a partir de las informaciones en el control del aparato de calefaccion y de datos especificos introducidos de los componentes.
Para ello, primeramente se calculan todos los componentes que esencialmente tienen un consumo de potencia electrico. Estos componentes pueden ser clasificados en las siguientes clases:
Consumidor en standby, por ejemplo el consumo del propio control. Estos grupos tienen un consumo constante de potencia Pstandby, tan pronto como se suministra corriente al aparato de calefaccion y esta listo para el servicio. El consumo constante calculado de estos componentes esta introducido en el control.
Consumidores On/Off, por ejemplo valvula de gas, iluminacion del display. Estos grupos son consumidores que durante el servicio son conectados y desconectados por el control. En estado conectado tienen un consumo constante de potencia electrica Pon que se mide en el banco de ensayos y se introducen en el control. En estado desconectado el consumo de potencia es Pott = 0W. Puesto que en el propio control se conoce en todo momento el estado de conexion de cada componente se puede saber el consumo actual de potencia de cada uno de estos componentes.
Los componentes con consumo variable de intensidad, por ejemplo soplantes, bombas. Algunos consumidores tienen un consumo de intensidad variable. Este depende por ejemplo, de una senal de control desde el control. Para poder saber en cada momento el consumo de estos componentes, en el control se introduce una linea caracteristica del consumo de potencia de estos componentes, medida en el banco de ensayos.
La figura 2 muestra, a modo de ejemplo, la linea caracteristica de la potencia absorbida por una bomba.
La potencia Pel electrica actual absorbida se calcula con:
Pel = £ Pstandby + £ P OnOff + £ Pv,
La potencia electrica se obtiene entonces con:
We — I Pe*dt
En el interior del control del aparato, la integracion se realiza por que el calculo se realiza en momentos equidistantes con separacion tstep y los porcentajes de ene^a se suman:
Wel — Z Peli tstep
5 El numero n de los pasos de calculo determina tambien el periodo a lo largo del cual se calcula el consumo de electricidad (p.e. un dfa).
Puesto que los aparatos de calefaccion se utilizan a menudo con fines de calefaccion asf como tambien para preparacion de agua caliente, los valores del consumo de gas y electricidad se separan, por ejemplo, por dfas, se calculan ambos tipos de utilizacion calefaccion y agua caliente y se memorizan. Con ello, en una pantalla del aparato 10 de calefaccion se pueden representar por ejemplo, diagramas de barras del consumo por separado de electricidad, gas, calefaccion y preparacion de agua caliente. Ademas junto a una representacion en base a dfas o meses, tambien son posibles representaciones de comparacion (ano actual y ano anterior).
Claims (1)
- 51015202530REIVINDICACIONESProcedimiento para determinar el consumo de gas durante un periodo de tiempo en un aparato de calefaccion alimentado con gas combustible, el cual calienta un medio portador de calor para calentar un conducto de calor, caracterizado por los pasos de registrar la potencia termica entregada por medicion de la diferencia de temperatura del medio portador de calor entre la entrada y el retorno por medio de dos sensores de temperatura, medicion del caudal volumetrico del medio portador de calor por medio de un sensor de caudal volumetrico, y multiplicacion de los valores medidos, calcular el rendimiento por captacion de una temperatura de servicio y por utilizacion de un rendimiento dependiente de la temperatura memorizado, calcular el consumo de gas momentaneo basado en el tiempo mediante la division de la potencia termica entregada por el rendimiento, calcular el consumo de gas durante el periodo de tiempo por integracion a lo largo del tiempo o por la suma de los consumos de gas momentaneos basados en el tiempo multiplicados por la duracion de los incrementos de tiempo.Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por la determinacion del consumo de energia electrica realizada paralelamente o posteriormente con los pasos adicionales de captar el estado de conexion de los aparatos electricos del aparato de calefaccion, sumar todas las potencias electricas guardadas teniendo en cuenta la carga respecto de una potencia electrica momentanea, calcular la energia electrica durante el periodo de tiempo por integracion a lo largo del tiempo o por la suma de la potencia electrica total momentanea basada en el tiempo multiplicada por la duracion de los incrementos de tiempo.Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por el paso adicional de mostrar en un display del aparato de calefaccion, el consumo de gas momentaneo referido al tiempo y/o el consumo de gas durante el periodo de tiempo y/o la potencia electrica momentanea absorbida referida al tiempo y/o el consumo de energia electrica durante el periodo de tiempo.Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que despues de la primera puesta en marcha del aparato de calefaccion y/o en intervalos de tiempo regulares se genera un estado en el que no existe ninguna diferencia de temperatura del portador de medio calorifico y la diferencia de temperaturas medida por los sensores de temperaturas se memoriza como valor de correccion, y por que en el paso de procedimiento ,captar la potencia termica entregada por medicion de la diferencia de temperaturas del medio portador de calor entre entrada y retorno por medio de dos sensores de temperatura, medicion del caudal volumetrico del medio portador de calor mediante un sensor de caudal volumetrico y multiplicacion de los valores de medida' antes de la multiplicacion se substrae del valor de correccion la diferencia de temperaturas del medio portador de calor entre entrada y retorno.
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