IT202100004994A1 - Metodo e sistema di controllo di un impianto fluidico - Google Patents
Metodo e sistema di controllo di un impianto fluidico Download PDFInfo
- Publication number
- IT202100004994A1 IT202100004994A1 IT102021000004994A IT202100004994A IT202100004994A1 IT 202100004994 A1 IT202100004994 A1 IT 202100004994A1 IT 102021000004994 A IT102021000004994 A IT 102021000004994A IT 202100004994 A IT202100004994 A IT 202100004994A IT 202100004994 A1 IT202100004994 A1 IT 202100004994A1
- Authority
- IT
- Italy
- Prior art keywords
- inertia
- model
- parameters
- central device
- fluidic
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 39
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 33
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 claims description 32
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 26
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims description 5
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 3
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 2
- 230000001373 regressive effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D19/00—Details
- F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
- F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B15/00—Systems controlled by a computer
- G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/1917—Control of temperature characterised by the use of electric means using digital means
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/1927—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors
- G05D23/193—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperaure in different places in thermal relationship with one or more spaces
- G05D23/1932—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperaure in different places in thermal relationship with one or more spaces to control the temperature of a plurality of spaces
- G05D23/1934—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperaure in different places in thermal relationship with one or more spaces to control the temperature of a plurality of spaces each space being provided with one sensor acting on one or more control means
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/20—Pc systems
- G05B2219/26—Pc applications
- G05B2219/2614—HVAC, heating, ventillation, climate control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Selective Calling Equipment (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Description
DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
?Metodo e sistema di controllo di un impianto fluidico?
La presente invenzione ha per oggetto un metodo di controllo di un impianto fluidico comprendente un dispositivo centrale, una rete di distribuzione in collegamento fluidico con utenze diffuse che sono caratterizzate da un carico variabile nel tempo.
L?invenzione proposta si inserisce nell?ambito della regolazione di impianti fluidici centralizzati.
La regolazione degli impianti fluidici centralizzati di tipo noto si basa su sensori installati nel dispositivo centrale che misurano un valore mediato associato a tutte le utenze. Per esempio, il sensore di temperatura di ritorno dalle utenze indica quanta energia il generatore necessita per raggiungere il valore di set-point di mandata.
La pompa (o il ventilatore) ? spesso regolata con l?utilizzo di un salto di pressione costante a capo della pompa (o del ventilatore) e permette di modulare la portata in funzione del numero di utenze attive (e quindi delle perdite di carico sul sistema idraulico).
Un esempio di tecnica nota per i sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (?HVAC?), che hanno un fabbisogno dipendente dalle temperature esterne, consiste, in numerose applicazioni, nel gestire la temperatura di mandata del generatore con una curva di compensazione climatica (detta ?climatica?).
Di conseguenza, quando le temperature esterne sono fredde (e.g. -5?C) la temperatura di mandata ? elevata (e.g.80?C) per compensare le dispersioni termiche elevate dell?edificio.
Invece, quando le temperature esterne sono pi? basse (e.g. 15?C), la temperatura di mandata ? inferiore (e.g.60?C).
Regolare la pompa (o il ventilatore) e il generatore con un valore mediato in centrale termica e non con l?utenza pi? critica, come avviene nella tecnica nota, ? limitante poich? non tutte le utenze richiedono gli stessi requisiti di temperatura e prevalenza quindi, con utenze variabili nel tempo, le condizioni di funzionamento ideale variano nel tempo.
In un primo esempio di tale tipo di regolazione di tipo noto, applicato ad esempio al settore delle utenze frigorifere, una prima utenza 1 ? sempre attiva e richiede una condizione di funzionamento poco vincolante (temperatura richiesta di 7?C e una prevalenza bassa 5 mCE), invece una seconda utenza 2 ? pi? vincolante (temperatura richiesta di 2?C e prevalenza 10 mCE) ma funziona solo qualche ora al giorno. Se non guardiamo lo stato di funzionamento delle utenze, il sistema centralizzato dovr? sempre funzionare a 2?C e 10 mCE, invece se controlliamo il sistema con l?utenza sfavorita potremo per qualche ora della giornata usare condizioni di funzionamento meno stringenti e migliorare il rendimento energetico del consumo complesso: 7?C e 5 mCE.
In un secondo esempio di regolazione di tipo noto, si ha un'unica utenza con la potenza richiesta che varia nel tempo e che non ha gli stessi vincoli di funzionamento nel tempo. Per esempio, i terminali di riscaldamento di un determinato ambiente hanno un fabbisogno importante la mattina, che diminuisce progressivamente nella giornata. In pi?, il fabbisogno del luned?, dopo due giorni di impianti spenti, ? molto maggiore che in altri giorni lavorativi della settimana.
Usando una curva climatica centralizzata senza guardare le utenze, ? molto difficile far coincidere la temperatura di set-point della caldaia con la reale richiesta dell?utenza.
Un ulteriore esempio della gestione del dispositivo centrale con utenza critica pu? essere rappresentato dal caso di un accumulo termico (e.g., vasca di ghiaccio) in cui la temperatura richiesta ? funzione del livello di caricamento dell?utenza stessa (e.g. livello di ghiaccio). Di conseguenza, il modello dell?utenza ci fornisce l?informazione sul fabbisogno dell?utenza stessa che verr? soddisfatto dal dispositivo centrale regolato. Nell?arte nota, mancando il modello dell?accumulo, mancher? l?informazione necessaria sul fabbisogno da soddisfare.
Infine, un ulteriore vantaggio di guardare l?utenza e non le condizioni centralizzate consiste nella possibilit? di ottimizzare l?anticipo di accensione o spegnimento in funzione del vero bisogno dell?utenza e non di un valore mediato dell?insieme delle utenze. Nell?arte nota, il fabbisogno dell?utenza critica viene ?nascosto? all?interno del valore mediato per cui nel dispositivo centrale sar? necessario considerare un margine di sicurezza per evitare disguidi e gestire l?assenza dell?informazione esatta.
Il compito tecnico alla base della presente invenzione ? proporre un metodo di controllo di un impianto fluidico comprendente un dispositivo centrale, una rete di distribuzione in collegamento fluidico con una o pi? utenze diffuse, che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.
In particolare, scopo della presente invenzione ? quello di fornire un metodo di controllo di un impianto fluidico che consenta di ridurre i consumi energetici e di migliorare il servizio reso delle varie utenze.
Ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di fornire un metodo di controllo di un impianto fluidico che consenta un monitoraggio delle variabili e dei parametri, una regolazione e una ottimizzazione della gestione dell?energia che sia semplice ed efficiente.
In un primo aspetto dell?invenzione, gli scopi suddetti sono raggiunti da un metodo di controllo di un impianto fluidico comprendente un dispositivo centrale, una rete di distribuzione in collegamento fluidico con una o pi? utenze diffuse che sono caratterizzate da un carico variabile nel tempo; il metodo comprendente:
- una fase di configurazione di una pluralit? di parametri di accettabilit? di inerzia di ogni utenza presente nell?impianto fluidico;
- una prima fase di caratterizzazione di un modello configurata a identificare le variabili e stimare i parametri del modello necessari a predire un profilo di utilizzo in un orizzonte temporale ridotto, mediante utilizzo di un modello numerico di previsione (MNP);
- una seconda fase di caratterizzazione dell?inerzia dell?impianto fluidico; - una fase di predizione dei fabbisogni del fluido termovettore, effettuata mediante il modello numerico di previsione (MNP) definito nella prima fase di caratterizzazione, detta fase di predizione essendo configurata per stimare un profilo di utilizzo ottimale (PUO);
- una fase di regolazione di detto impianto fluidico, comprendente le sottofasi di:
o elaborazione del fabbisogno del dispositivo centrale assumendo l?assenza di inerzia dell?impianto fluidico;
o confronto tra i risultati della fase di caratterizzazione dell?inerzia con i parametri di accettabilit? dell?inerzia definiti nella fase di configurazione; o nel caso in cui l?inerzia dell?impianto fluidico sia significativa:
- costruzione (108) di un modello dell?impianto fluidico che comprenda l?inerzia dell?impianto fluidico;
- elaborazione del fabbisogno del dispositivo centrale tenendo conto dell?inerzia dell?impianto fluidico e della variazione futura del fabbisogno; - regolazione del dispositivo centrale.
Una o pi? fasi del metodo possono essere attuate mediante calcolatore. In un secondo aspetto dell?invenzione, gli scopi suddetti sono raggiunti da un sistema di controllo di un impianto fluidico comprendente:
- un dispositivo centrale;
- una rete di distribuzione in collegamento fluidico con una o pi? utenze diffuse che sono caratterizzate da un carico variabile nel tempo;
- una unit? di elaborazione comprendente:
? un modulo di configurazione dell?impianto fluidico, configurato per configurare una pluralit? di parametri di accettabilit? di inerzia di ogni utenza presente nell?impianto fluidico;
? un primo modulo di caratterizzazione configurato per identificare le variabili e stimare i parametri del modello necessari a predire un profilo di utilizzo in un orizzonte temporale ridotto, mediante utilizzo di un modello numerico di previsione (MNP);
? un secondo modulo di caratterizzazione configurato per determinare l?inerzia dell?impianto fluidico;
? un modulo di predizione configurato per effettuare una predizione dei fabbisogni del fluido termovettore effettuata mediante il modello numerico di previsione (MNP) definito dal primo modulo di caratterizzazione, detto modulo di predizione essendo configurato per stimare un profilo di utilizzo ottimale (PUO);
? un modulo di regolazione dell?impianto fluidico configurato per: o elaborare il fabbisogno del dispositivo centrale assumendo assenza di inerzia dell?impianto fluidico;
o confrontare l?inerzia dell?impianto fluidico, determinata dal secondo modulo di caratterizzazione, con i parametri di accettabilit? dell?inerzia definiti dal modulo di configurazione;
o nel caso in cui l?inerzia del sistema sia significativa:
- costruire un modello dell?impianto fluidico che comprenda l?inerzia dell?impianto fluidico; ed
- elaborare il fabbisogno del dispositivo centrale nel caso reale, tenendo conto dell?inerzia del sistema e della variazione futura del fabbisogno; ? un modulo di regolazione del dispositivo centrale configurato per inviare un segnale di regolazione del dispositivo centrale.
In un terzo aspetto dell?invenzione, gli scopi suddetti sono raggiunti da un programma per calcolatore che attua una o pi? delle fasi del metodo.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un metodo e un sistema di controllo di un impianto fluidico comprendente un dispositivo centrale, una rete di distribuzione in collegamento fluidico con una o pi? utenze diffuse che sono caratterizzate da un carico variabile nel tempo, come illustrato nei disegni allegati, in cui:
- la figura 1 illustra schematicamente il diagramma a blocchi del sistema di controllo di un impianto fluidico, in accordo con la presente invenzione;
- la figura 2 illustra un primo esempio di impianto fluidico, secondo la presente invenzione;
- la figura 3 illustra un secondo esempio di impianto fluidico con circuito chiuso ad anello, secondo la presente invenzione.
Nella descrizione che segue, con impianto fluidico si intendono circuiti di medie o grandi dimensioni che sfruttano un fluido tecnico per il trasporto del calore. Esempi di fluidi tecnici: acqua tecnica, acqua gelida, acqua glicolata, olio diatermico, vapore, aria, aria compressa.
Con dispositivo centrale si intende una centrale termica composta da almeno un generatore (ad esempio, una caldaia, un gruppo frigorifero, una torre evaporativa o scambiatore di calore, batterie), almeno una pompa o un ventilatore di distribuzione e un sistema di regolazione del generatore (ad esempio temperatura di set-point) e/o della regolazione della pompa o ventilatori (ad esempio, il numero di giri).
Con rete di distribuzione si intende una rete che distribuisce un fluido da un punto a pi? utenze. Tramite il fluido vettore, la rete di distribuzione porta il calore alle varie utenze (in modalit? riscaldamento) o estrae calore dalle varie utenze (in modalit? raffrescamento o recupero di calore).
Con utenze diffuse intendiamo almeno due punti distinti di uso del servizio generato dal dispositivo centrale. Le utenze diffuse hanno una regolazione a livello di utenza volta a raggiungere il valore di set-point di regolazione locale. Alcuni esempi di regolazione delle utenze diffuse comprendono il raggiungimento delle condizioni di set-point ambientale, il raggiungimento delle condizioni di temperatura di set-point dell?accumulo, il livello di ghiaccio, oppure la potenza di emissione o il valore di temperatura di setpoint lato utenza.
In un primo aspetto, la presente invenzione descrive un metodo di controllo di un impianto fluidico 1 comprendente un dispositivo centrale 10, una rete di distribuzione 20 in collegamento fluidico con una o pi? utenze diffuse 30 che sono caratterizzate da un carico variabile nel tempo.
Il dispositivo centrale 10 pu? essere, ad esempio, costituito da almeno un generatore per il riscaldamento oppure da almeno un gruppo frigorifero e/o da entrambi. Inoltre, il dispositivo centrale 10 comprende anche almeno una pompa o un ventilatore di distribuzione, un sistema di regolazione di detto almeno un generatore 10a, 10b (ad esempio, di regolazione del valore di set-point della temperatura di mandata) e/o della regolazione della pompa o ventilatore.
Secondo un primo esempio non limitativo, come illustrato in figura 2, la rete di distribuzione 20 pu? avere una topologia ad albero.
Secondo l?esempio di figura 3, la rete di distribuzione 20 ? costituita da un anello chiuso.
Il metodo 100 di controllo di un impianto fluidico 1 secondo la presente invenzione ? rappresentato dal diagramma di flusso di figura 1.
Il metodo 100 comprende inizialmente una fase di configurazione 101 di una pluralit? di parametri di accettabilit? di inerzia di ogni utenza 30 presente nell?impianto fluidico 1.
La fase di configurazione pu? comprendere la definizione di una pluralit? di parametri di accettabilit? dell?inerzia e la definizione di altri parametri associati all?impianto fluidico e al sistema di controllo. Alcuni esempi di parametri comprendono il passo temporale, distinzione di fasce orarie di comfort e/o di risparmio, pesi per i termini della funzione costo descritta successivamente ecc.
Dalla fase di configurazione 101 si prosegue con una fase di caratterizzazione 111 che a sua volta comprende due sottofasi 102 e 103. Una prima sottofase di caratterizzazione 102 di un modello numerico configurata a identificare le variabili e stimare i parametri (coinvolti nel processo) del modello necessari a predire un profilo di utilizzo in un orizzonte temporale ridotto, mediante utilizzo di un modello numerico di previsione (MNP). Lo scopo della fase 102 ? quello di identificare quali informazioni sono necessarie a predire il profilo di utilizzo (e.g., potenza, temperatura, portata o qualsiasi altro indicatore di funzionamento come posizione valvola o giri della pompa) in un orizzonte temporale ridotto e di costruire uno strumento di calcolo per effettuare la previsione.
I modelli numerici di previsione MNP delle variabili di interesse utilizzati dal metodo 100 possono essere di tipo grey box o concettuali, basati su una conoscenza della fisica del sistema (parte white del metodo).
Con modello grey box si intende un modello composto da due parti, una prima parte esplicita, che si appoggia a conoscenze della fisica dell?impianto fluidico 1, e una seconda parte ?black? che sfrutta i dati di storici per stimare l?andamento.
La prima fase di caratterizzazione 102 comprende una prima sottofase che consiste nel selezionare un modello numerico della risposta di una variabile di interesse in funzione delle variabili e dei parametri mediante modelli numerici di previsione MNP delle variabili di interesse di tipo grey box o concettuali, basati su una conoscenza della fisica del sistema e comprende una seconda sottofase che consiste nell?identificare i parametri Pi di ciascun modello numerico di previsione MNP mediante metodi regressivi senza supervisione di training e testing su dati storici (i.e. parte black del metodo). Nella seconda fase di caratterizzazione 103 viene determinata l?inerzia dell?impianto fluidico 1.
La sequenza di esecuzione delle sottofasi 102 e 103 viene eseguita in parallelo come illustrato nel diagramma di figura 1, i.e. eseguendo prima la sottofase di caratterizzazione 103 e successivamente la sottofase 102. Dalle due sottofasi di caratterizzazione 102 e 103 si passa a una fase di predizione 104 dei fabbisogni del fluido termovettore.
La fase di predizione 104 viene eseguita mediante il modello numerico di previsione MNP definito nella prima fase di caratterizzazione 102 (che potrebbe anche essere stata eseguita dopo la fase 103).
La fase di predizione 104 viene eseguita per stimare un profilo di utilizzo ottimale PUO.
Dalla fase di predizione 104 si passa ad una fase di regolazione 105 dell?impianto fluidico 1.
Come illustrato in figura 1, la fase di regolazione 105 dell?impianto fluidico 1 comprende le sottofasi 106, 107, 108, 109 e 110.
La sottofase di elaborazione 106 comprende il calcolo del fabbisogno del dispositivo centrale 10 assumendo l?assenza di inerzia dell?impianto fluidico 1 (i.e., caso ideale).
Nella sottofase di confronto 107, i risultati della sottofase 103 di caratterizzazione dell?inerzia vengono confrontati con i parametri di accettabilit? dell?inerzia definiti nella fase iniziale di configurazione 101. Nel caso in cui l?inerzia del sistema sia significativa, il metodo 100 procede dal passo 107 ai passi 108 e 109.
In particolare, nel passo 108 si procede con la costruzione di un modello che comprenda l?inerzia dell?impianto fluidico 1 e nel passo 109 si elabora il fabbisogno del dispositivo centrale 10 nel caso reale, tenendo conto dell?inerzia dell?impianto fluidico 1 e della variazione futura del fabbisogno. Infine, il metodo 100 si conclude con una fase di regolazione 110 del dispositivo centrale 10.
Nel caso in cui nel confronto della fase 107 si determini che l?inerzia dell?impianto fluidico 1 non sia significativa, si passa direttamente alla fase di regolazione 110.
La prima fase di caratterizzazione 102 comprende una fase di calcolo di un indicatore di qualit? della caratterizzazione mediante una fase di simulazione del comportamento dell?impianto fluidico 1 in un dato periodo di tempo usando solo il modello numerico di previsione MNP con i parametri identificati Pi e una fase di confronto dei risultati della simulazione con dati reali, calcolando una misura della differenza tra la realt? e la simulazione. La fase di predizione 104 comprende una elaborazione di detto profilo di utilizzo ottimale PUO risolvendo un problema di ottimo mediante un metodo denominato Model Predictive Control (MPC), partendo da un modello e da una funzione di costo FC.
In particolare, la funzione costo FC ? costituita da un primo termine che forza la vicinanza tra la variabile obiettivo e il suo valore di set-point e da un secondo termine che forza il funzionamento con l?obiettivo di minimizzare il consumo energetico.
Il primo e il secondo termine hanno pesi diversi configurati per controllare quanta importanza dare al servizio reso rispetto alla riduzione del consumo energetico e che possono essere aggiustati e bilanciati periodicamente o secondo impostazioni definite nella fase di configurazione 101.
Per esempio, per bilanciare le due esigenze nei vari momenti della giornata. Il primo termine ? una distanza tra la variabile obiettivo e il suo valore di setpoint in una metrica differenziabile.
Ad esempio, il primo termine ? dato dalla differenza al quadrato tra la variabile obiettivo e il suo set-point. Se il servizio reso fosse il comfort in termini di mantenimento di una certa temperatura, si potrebbe tratta re della differenza al quadrato tra la temperatura ambiente e la temperatura desiderata.
Il secondo termine ? una misura normata di quantit? energetiche da controllare, anch?essa in una metrica differenziabile.
Ad esempio, il secondo termine potrebbe essere il valore assoluto al quadrato dell'energia.
Un caso particolare di funzione costo FC potrebbe essere dato dalla combinazione lineare di questi due termini con coefficienti ? e ? tali che per il caso in cui si vuole prediligere il comfort e viceversa se si predilige la riduzione dei consumi.
Il modello di previsione numerica MPN comprende parametri e/o variabili misurati in fase di utilizzo del modello MPN che possono essere, ad esempio, parametri descrittivi dello stato attuale (ad esempio, temperature, portata, potenza, livello o qualsiasi indicatore di funzionamento come posizione valvola o giri pompa) o parametri di funzionamento futuro su un orizzonte temporale ridotto (ad esempio, sulla base del set-point ambiente - cronoprogamma -, setpoint di processo, orari di attivazione) e parametri e/o variabili esterni all?impianto fluidico su un orizzonte temporale ridotto (ad esempio, predizione meteo ? e.g. temperatura e umidit? esterna-, piano produttivo).
In altre parole, la fase di lettura dei dati corrispondenti alle variabili avviene durante l?uso del modello di previsione.
In altre parole, il modello di previsione numerica MPN utilizza variabili di stato attuali (e.g. variabile obiettivo e suo valore di set-point attuale) e valori del set-point nel futuro (e.g., a seguito di attivazione di una utenza specifica in un determinato periodo di tempo nel futuro, ad esempio tra X ore, cambiamento del valore di set-point tra X ore da 16?C a 20?C).
La fase di regolazione 105 comprende ulteriormente il passo di definire, dati i profili della temperatura di mandata o portata per ogni utenza (per esempio terminale) 30a, 30b, 30c, 30d, un profilo critico da dover raggiungere ad ogni step a livello del dispositivo centrale.
Vantaggiosamente, la fase di costruzione 108, eseguita solo nel caso di inerzia significativa dell?impianto 1, comprende la fase di determinare uno o pi? dei seguenti parametri dell?impianto fluidico 1:
o dissipazione termica DT tra il dispositivo centrale e le varie utenze; o inerzia dell?impianto fluidico 1;
o variazioni improvvise delle condizioni di funzionamento in funzione della capacit? del generatore e/o della pompa o ventilatore; o limite minimo e massimo di funzionamento sulla variabile di controllo. In particolare, la sottofase di variazione improvvisa delle condizioni di funzionamento viene determinata mediante definizione di un valore limite per la variazione della variabile di controllo, ad esempio la temperatura, che dipenda dalla capacit? del generatore, ad esempio, dalla potenza massima del generatore, dalla dissipazione e applicando uno smoothing al profilo di utilizzo in modo tale da distribuire la variazione improvvisa in un determinato periodo di tempo precedente alla variazione stessa.
Se un aumento del fabbisogno del dispositivo centrale 10 non sar? fattibile tenendo conto dell?inerzia del sistema ? necessario anticipare l?aumento per soddisfare il fabbisogno dell?utenza 30.
In altre parole, se sappiamo che alle 8 del mattino abbiamo previsto un salto termico, ad esempio, di 40?C in temperatura, da 40?C a 80?C, ma abbiamo un limite di salto di 20?C ogni X minuti, il metodo secondo l?invenzione inizier? a riscaldare in anticipo passando gradualmente da 40?C a 60?C, dalle ore 8 meno 2X minuti alle ore 8 meno X minuti e successivamente passando a 80?C (dalle ore 8 meno X minuti alle ore 8).
In un secondo aspetto, la presente invenzione descrive un sistema di controllo di un impianto fluidico 1 comprendente un dispositivo centrale 10, una rete di distribuzione 20 in collegamento fluidico con utenze diffuse 30 che sono caratterizzate da un carico variabile nel tempo.
Con utenze diffuse 30, nella presente descrizione si intendono almeno due punti distinti di uso del servizio generato dal dispositivo centrale 10.
Il sistema secondo la presente invenzione comprende inoltre una unit? di elaborazione.
L?unit? di elaborazione ? in comunicazione di dati con il dispositivo centrale 10 e con le utenze 30 della rete di distribuzione 20.
L?unit? di elaborazione comprende un modulo di configurazione dell?impianto fluidico 1, configurato per configurare parametri associati all?impianto fluidico 1 e al sistema di controllo, un primo modulo di caratterizzazione configurato per identificare le variabili e stimare i parametri del modello necessari a predire un profilo di utilizzo in un orizzonte temporale ridotto, mediante utilizzo di un modello numerico di previsione MNP, un secondo modulo di caratterizzazione configurato per determinare l?inerzia del circuito dell?impianto fluidico 1, un modulo di predizione configurato per effettuare una predizione dei fabbisogni del fluido termovettore effettuata mediante il modello numerico di previsione MNP definito dal primo modulo di caratterizzazione, configurato per stimare un profilo di utilizzo ottimale PUO, un modulo di regolazione dell?impianto fluidico e un modulo di regolazione del dispositivo centrale 10 configurato per inviare un segnale di regolazione al dispositivo centrale 10.
In particolare, il modulo di regolazione dell?impianto fluidico 1 ? configurato per:
o elaborare il fabbisogno del dispositivo centrale 10 assumendo assenza di inerzia dell?impianto fluidico 1;
o confrontare l?inerzia dell?impianto fluidico 1, determinata dal secondo modulo di caratterizzazione, con i parametri di accettabilit? dell?inerzia definiti dal modulo di configurazione;
o nel caso in cui l?inerzia del sistema sia significativa:
- costruire un modello dell?impianto fluidico che comprenda l?inerzia dell?impianto fluidico 1; ed
- elaborare il fabbisogno del dispositivo centrale 10 nel caso reale, tenendo conto dell?inerzia del sistema e della variazione futura del fabbisogno. In generale va notato che nel presente contesto e nelle successive rivendicazioni, l?unit? di elaborazione si intender? suddivisa in moduli funzionali distinti (moduli di memoria o moduli operativi) al solo scopo di descriverne in maniera chiara e completa le funzionalit?.
Tale unit? di elaborazione pu? essere costituita da un singolo dispositivo elettronico, opportunamente programmato per svolgere le funzionalit? descritte, e i diversi moduli possono corrispondere a entit? hardware e/o a routine software facenti parte del dispositivo programmato.
In alternativa o in aggiunta, tali funzionalit? possono essere svolte da una pluralit? di dispositivi elettronici su cui i suddetti moduli funzionali possono essere distribuiti.
L?unit? di elaborazione pu? avvalersi, inoltre, di uno o pi? processori per l?esecuzione delle istruzioni contenute nei moduli di memoria.
Preferibilmente, l?impianto fluidico 1 comprende un circuito di medie o grandi dimensioni che sfrutta un fluido tecnico tra almeno acqua tecnica, acqua gelida, acqua glicolata, olio diatermico, vapore tecnico, aria, aria compressa.
Opzionalmente, il dispositivo centrale 10 comprende una centrale termica composta da almeno: un generatore, almeno una pompa di distribuzione, un sistema di regolazione del generatore (per esempio del set-point della temperatura di mandata) e/o della regolazione della pompa.
In un terzo aspetto, la presente invenzione riguarda un programma per calcolatore che attua una o pi? delle fasi del metodo e un metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, caratterizzato dal fatto di essere attuato mediante calcolatore.
Come la persona esperta pu? ben comprendere, l?invenzione permette di superare gli inconvenienti evidenziati in precedenza con riferimento alla tecnica nota.
In particolare, la presente invenzione consente di ridurre i consumi energetici e di migliorare il servizio reso delle varie utenze di impianti fluidici centralizzati.
? chiaro che le specifiche caratteristiche sono descritte in relazione a diverse forme di realizzazione dell?invenzione con intento esemplificativo e non limitativo. Ovviamente un tecnico del ramo potr? apportare alla presente invenzione ulteriori modifiche e varianti, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche. Ad esempio, le caratteristiche tecniche descritte in relazione ad una forma di realizzazione dell?invenzione potranno essere estrapolate da essa ed applicate ad altre forme di realizzazione dell?invenzione. Tali modifiche e varianti sono peraltro contenute nell?ambito di protezione dell?invenzione, quale definito dalle seguenti rivendicazioni.
Claims (12)
1. Metodo (100) di controllo di un impianto fluidico (1) comprendente un dispositivo centrale (10), una rete di distribuzione (20) in collegamento fluidico con una o pi? utenze diffuse (30) che sono caratterizzate da un carico variabile nel tempo; il metodo comprendente:
- una fase di configurazione (101) di una pluralit? di parametri di accettabilit? di inerzia di ogni utenza (30) presente nell?impianto fluidico (1); - una prima fase di caratterizzazione (102) di un modello configurata a identificare le variabili e stimare i parametri del modello necessari a predire un profilo di utilizzo in un orizzonte temporale ridotto, mediante utilizzo di un modello numerico di previsione (MNP);
- una seconda fase di caratterizzazione dell?inerzia (103) dell?impianto fluidico (1);
- una fase di predizione (104) dei fabbisogni del fluido termovettore, effettuata mediante il modello numerico di previsione (MNP) definito nella prima fase di caratterizzazione (102), detta fase di predizione (104) essendo configurata per stimare un profilo di utilizzo ottimale (PUO);
- una fase di regolazione (105) di detto impianto fluidico (1), comprendente le sottofasi di:
o elaborazione (106) del fabbisogno del dispositivo centrale (10) assumendo l?assenza di inerzia dell?impianto fluidico (1);
o confronto tra i risultati della fase di caratterizzazione dell?inerzia (103) con i parametri di accettabilit? dell?inerzia definiti nella fase di configurazione (101);
o nel caso in cui l?inerzia dell?impianto fluidico (1) sia significativa (107): - costruzione (108) di un modello dell?impianto fluidico (1) che comprenda l?inerzia dell?impianto fluidico (1);
- elaborazione (109) del fabbisogno del dispositivo centrale (10) tenendo conto dell?inerzia dell?impianto fluidico (1) e della variazione futura del fabbisogno;
- regolazione (110) del dispositivo centrale (10).
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta prima fase di caratterizzazione (102) comprende le sottofasi di:
- selezionare un modello numerico della risposta di una variabile di interesse in funzione delle variabili e dei parametri mediante modelli numerici di previsione (MNP) delle variabili di interesse di tipo grey box o concettuali, basati su una conoscenza della fisica del sistema;
- identificare i parametri (Pi) di ciascun modello numerico di previsione (MNP) mediante metodi regressivi di training e testing su dati storici senza supervisione da parte di un utente.
3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta prima fase di caratterizzazione (102) comprende una fase di calcolo di un indicatore di qualit? del modello (MNP) mediante le fasi di:
- simulazione del comportamento dell?impianto fluidico (1) in un dato periodo di tempo usando solo il modello (MNP) con i parametri identificati (Pi); - confronto dei risultati della simulazione con dati reali, calcolando una misura della differenza tra la realt? e la simulazione.
4. Metodo secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase di predizione (104) comprende una elaborazione di detto profilo di utilizzo ottimale (PUO) risolvendo un problema di ottimo mediante un metodo denominato Model Predictive Control (MPC), partendo da un modello e da una funzione di costo (FC).
5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui detta funzione costo (FC) ? costituita da:
- un primo termine che forza la vicinanza tra la variabile obiettivo e il suo valore di set-point; e
- un secondo termine che forza il funzionamento in modo ottimale rispetto alla minimizzazione del consumo energetico;
in cui detti primo e secondo termine hanno pesi diversi configurati per controllare quanta importanza dare al servizio reso rispetto alla riduzione del consumo e che possono essere aggiustati periodicamente.
6. Metodo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, in cui detto modello di previsione numerica (MPN) comprende variabili e/o parametri dell?impianto fluidico (1) o variabili e/o parametri esterni a detto impianto fluidico (1) misurati in fase di utilizzo del modello (MPN) che possono essere:
- parametri e/o variabili descrittivi dello stato attuale;
- parametri e/o variabili di funzionamento futuro su un orizzonte temporale ridotto;
- parametri e/o variabili esterni all?impianto fluidico su un orizzonte temporale ridotto.
7. Metodo secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase di regolazione (105) comprende il passo di definire, dati i profili della temperatura di mandata o portata per ogni utenza (30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f), un profilo critico da dover raggiungere ad ogni step a livello del dispositivo centrale.
8. Metodo secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase di costruzione (108) di un modello di inerzia dell?impianto fluidico (1) ? basata sul calcolo:
o della dissipazione termica (DT) tra il dispositivo centrale (10) e le varie utenze (30);
o Il modello comprende l?inerzia dell?impianto fluidico (1) definito nella fase di caratterizzazione dell?inerzia (103)
o delle variazioni improvvise delle condizioni di funzionamento in funzione della capacit? del generatore e/o della pompa o ventilatore; o del limite minimo e massimo di funzionamento sulla variabile di controllo.
9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui detta variazione improvvisa viene limitata mediante definizione di un valore limite per la variazione della variabile di controllo che dipenda dalla capacit? del generatore, dalla dissipazione e applicando uno smoothing al profilo di utilizzo in modo tale da distribuire la variazione improvvisa in un determinato intervallo temporale precedente alla variazione stessa.
10. Sistema di controllo di un impianto fluidico (1) comprendente:
- un dispositivo centrale (10);
- una rete di distribuzione (20) in collegamento fluidico con una o pi? utenze diffuse (30) che sono caratterizzate da un carico variabile nel tempo;
- una unit? di elaborazione comprendente:
? un modulo di configurazione dell?impianto fluidico (1), configurato per configurare una pluralit? di parametri di accettabilit? di inerzia di ogni utenza (30) presente nell?impianto fluidico (1);
? un primo modulo di caratterizzazione configurato per identificare le variabili e stimare i parametri del modello necessari a predire un profilo di utilizzo in un orizzonte temporale ridotto, mediante utilizzo di un modello numerico di previsione (MNP);
? un secondo modulo di caratterizzazione configurato per determinare l?inerzia dell?impianto fluidico (1);
? un modulo di predizione configurato per effettuare una predizione dei fabbisogni del fluido termovettore effettuata mediante il modello numerico di previsione (MNP) definito dal primo modulo di caratterizzazione, detto modulo di predizione essendo configurato per stimare un profilo di utilizzo ottimale (PUO);
? un modulo di regolazione dell?impianto fluidico (1) configurato per: o elaborare il fabbisogno del dispositivo centrale (10) assumendo assenza di inerzia dell?impianto fluidico (1);
o confrontare l?inerzia dell?impianto fluidico (1), determinata dal secondo modulo di caratterizzazione, con i parametri di accettabilit? dell?inerzia definiti dal modulo di configurazione;
o nel caso in cui l?inerzia del sistema sia significativa:
- costruire un modello dell?impianto fluidico che comprenda l?inerzia dell?impianto fluidico (1); ed
- elaborare il fabbisogno del dispositivo centrale (10) nel caso reale, tenendo conto dell?inerzia del sistema e della variazione futura del fabbisogno;
? un modulo di regolazione del dispositivo centrale (10) configurato per inviare un segnale di regolazione del dispositivo centrale (10).
11. Sistema secondo la rivendicazione 10, in cui detto impianto fluidico (1) comprende un circuito di medie o grandi dimensioni che sfruttano un fluido tecnico tra almeno:
- acqua tecnica;
- acqua gelida;
- acqua glicolata;
- olio diatermico;
- vapore tecnica;
- aria;
- aria compressa.
12. Sistema secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui detto dispositivo centrale (10) comprende una centrale termica composta da:
- almeno un generatore (10a, 10b);
- almeno una pompa o un ventilatore di distribuzione;
- un sistema di regolazione di detto almeno un generatore (10a, 10b) e/o della regolazione di detto almeno una pompa o un ventilatore.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000004994A IT202100004994A1 (it) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | Metodo e sistema di controllo di un impianto fluidico |
| PCT/IB2021/056555 WO2022185110A1 (en) | 2021-03-03 | 2021-07-20 | Method and control system of a fluid system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000004994A IT202100004994A1 (it) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | Metodo e sistema di controllo di un impianto fluidico |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| IT202100004994A1 true IT202100004994A1 (it) | 2022-09-03 |
Family
ID=75937031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT102021000004994A IT202100004994A1 (it) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | Metodo e sistema di controllo di un impianto fluidico |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| IT (1) | IT202100004994A1 (it) |
| WO (1) | WO2022185110A1 (it) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116719365A (zh) * | 2023-07-03 | 2023-09-08 | 深圳海关食品检验检疫技术中心 | 一种pcr温度控制装置及控制方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170250539A1 (en) * | 2016-02-26 | 2017-08-31 | Abb Schweiz Ag | Cloud-based control for power distribution system |
| US20180313557A1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-11-01 | Johnson Controls Technology Company | Smart thermostat with model predictive control |
| US20180357730A1 (en) * | 2017-06-12 | 2018-12-13 | Tata Consultancy Services Limited | Systems and methods for optimizing incentives for demand response |
-
2021
- 2021-03-03 IT IT102021000004994A patent/IT202100004994A1/it unknown
- 2021-07-20 WO PCT/IB2021/056555 patent/WO2022185110A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170250539A1 (en) * | 2016-02-26 | 2017-08-31 | Abb Schweiz Ag | Cloud-based control for power distribution system |
| US20180313557A1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-11-01 | Johnson Controls Technology Company | Smart thermostat with model predictive control |
| US20180357730A1 (en) * | 2017-06-12 | 2018-12-13 | Tata Consultancy Services Limited | Systems and methods for optimizing incentives for demand response |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ZANETTI ETTORE ET AL: "Energy Saving Potentials of a Centralized Hybrid Heating System via Adaptive Model Predictive Control in a Northern Italy Residential Building", PROCEEDINGS OF BUILDING SIMULATION 2019: 16TH CONFERENCE OF IBPSA, vol. 16, 2 September 2019 (2019-09-02), pages 2925 - 2932, XP055859383, ISSN: 2522-2708, ISBN: 978-1-7750520-1-2, Retrieved from the Internet <URL:http://www.ibpsa.org/proceedings/BS2019/BS2019_210631.pdf> [retrieved on 20211109], DOI: 10.26868/25222708.2019.210631 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116719365A (zh) * | 2023-07-03 | 2023-09-08 | 深圳海关食品检验检疫技术中心 | 一种pcr温度控制装置及控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022185110A1 (en) | 2022-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Joe et al. | A model predictive control strategy to optimize the performance of radiant floor heating and cooling systems in office buildings | |
| USRE50110E1 (en) | Control systems and methods for HVAC equipment with fluid loop thermal energy storage | |
| US11754984B2 (en) | HVAC system with predictive airside control | |
| US11680724B2 (en) | Central plant control system with computation reduction based on sensitivity analysis | |
| US20240318850A1 (en) | Central plant control system with setpoints modification based on physical constraints | |
| Ma et al. | Predictive control for energy efficient buildings with thermal storage: Modeling, stimulation, and experiments | |
| Rastegarpour et al. | MPC approaches for modulating air-to-water heat pumps in radiant-floor buildings | |
| EP3082010A1 (en) | A system for dynamically balancing a heat load and a method thereof | |
| US11281168B2 (en) | Central plant control system based on load prediction through mass storage model | |
| Yabanova et al. | Development of ANN model for geothermal district heating system and a novel PID-based control strategy | |
| CN104698843A (zh) | 一种基于模型预测控制的数据中心节能控制方法 | |
| Berouine et al. | A fuzzy logic-based approach for HVAC systems control | |
| KR20180138371A (ko) | 데이터 기반 모델 평가 및 이를 이용한 캡슐형 빙축열 시스템 예측제어 방법 | |
| CN111523210A (zh) | 城市集中供热系统升降温过程预测分析方法及其系统 | |
| CN116123597A (zh) | 一种庭院管网供热系统换热站循环泵自适应变频调控方法 | |
| IT202100004994A1 (it) | Metodo e sistema di controllo di un impianto fluidico | |
| Huang et al. | Robust model predictive control of VAV air-handling units concerning uncertainties and constraints | |
| Chen et al. | A new multiplexed optimization with enhanced performance for complex air conditioning systems | |
| Hou et al. | Development of event-driven optimal control for central air-conditioning systems | |
| Li et al. | Reinforcement learning-based demand response strategy for thermal energy storage air-conditioning system considering room temperature and humidity setpoints | |
| Zhang et al. | Distributed temperature control via geothermal heat pump systems in energy efficient buildings | |
| Rosa et al. | Integrating greenhouse gas emissions into model predictive control of heat pump water heaters | |
| Ghaffari et al. | Analytic modeling and integral control of heterogeneous thermostatically controlled load populations | |
| de Oliveira et al. | Dynamic online optimization of a house heating system in a fluctuating energy price scenario | |
| EP3391156B1 (en) | Adaptive control of hvac system |