ITRM20110172A1 - AUTOMATIC MEASUREMENT METHODS CALCULATION CERTIFICATION AND DATA TRANSMISSION FOR THE ACCOUNTING OF HEAT CONSUMPTION IN CONDOMINIAL PLANTS IN THERMOSIPHONE - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
METODI AUTOMATICI DI MISURA, CALCOLO, CERTIFICAZIONE E TRASMISSIONE DATI PER LA CONTABILIZZAZIONE DEI CONSUMI DI CALORE NEGLI IMPIANTI CONDOMINIALI A TERMOSIFONE AUTOMATIC METHODS OF MEASUREMENT, CALCULATION, CERTIFICATION AND TRANSMISSION OF DATA FOR THE ACCOUNTING OF HEAT CONSUMPTION IN CONDOMINIUM SYSTEMS WITH RADIATOR
1. L’ATTUALE METODO DI CONTABILIZZAZIONE DEL 1. THE CURRENT ACCOUNTING METHOD OF
CALORE HEAT
Il rilievo dei consumi di Calore per la Contabilizzazione nei Condomini si effettua con dispositivi appoggiati ai Radiatori che non possono ritenersi Calorimetri in quanto<”>non tarati in Cai e di errore non noto; in più sono facilmente manomettibili a scopo fraudolento e, non indicando il consumo, non inducono il condomino a comportamenti virtuosi verso obiettivi di Risparmio Energetico. La trasmissione dei Consumi al Centro Contabile è tramite incaricati delle letture stagionali. The measurement of heat consumption for accounting in condominiums is carried out with devices placed on the radiators which cannot be considered calorimeters as <”> not calibrated in Cai and with an unknown error; in addition they are easily tampered with for fraudulent purposes and, by not indicating consumption, they do not induce the condominium to behave virtuously towards Energy Saving objectives. The transmission of Consumption to the Accounting Center is through persons in charge of seasonal readings.
Scopo del Presente Brevetto è la completa Automazione delle funzioni della Contabilizzazione del Calore consumato dai Radiatori degli Impianti a Termosifone Condominiali: essa è realizzata con l’impiego di Strumenti di Misura e di Calcolo non manomettibili, di precisione dichiarata e capaci sia di Indicare che Certificare i Consumi, e con lo scambio informativo con il Centro Contàbile attraverso la LAN Condominiale e la Rete Telefonica Pubblica. The purpose of this Patent is the complete automation of the accounting functions of the heat consumed by the radiators of condominium radiator systems: it is carried out with the use of non-tamperable measuring and calculation instruments, of declared precision and capable of both indicating and certifying Consumption, and with the exchange of information with the Contàbile Center through the Condominium LAN and the Public Telephone Network.
2. TERMOCINETICA E CIRCUITO ELETTRICO EQUIVALENTE 2. THERMOCINETICS AND EQUIVALENT ELECTRICAL CIRCUIT
DEI RADIATORI OF RADIATORS
Il Radiatore è uno Scambiatore di Calore tra l’acqua del Circuito a Termosifone e le correnti convettive dell’aria ambiente al quale sono applicabili le formule della Circolazione Semplice. The radiator is a heat exchanger between the water of the radiator circuit and the convective currents of the ambient air to which the simple circulation formulas are applicable.
Il Radiatore sottrae al Circuito a Termosifone la Potenza Termica PT PT = Ca*Pv*(Te-Tu) (Ca Calore specifico dell’ acqua, Pv Portata Volumetrica d’ acqua, Te e Tu Temperature di entrata e d’uscita dell’ acqua dal Radiatore) - (1) Nella Circolazione Semplice la stessa Potenza Termica risulta : The Radiator subtracts the Thermal Power PT from the Radiator Circuit PT = Ca * Pv * (Te-Tu) (Ca Specific heat of the water, Pv Volumetric flow rate of water, Te and Tu Water inlet and outlet temperatures from the Radiator) - (1) In Simple Circulation the same Thermal Power results:
PT = Ca*Pv (Te -Ta)*(l- exp(C*S/(Ca*Pv)) (Ta Temperatura dell’ambiente, C Conducibilità Termica del Metallo del Radiatore, S Superficie media del Radiatore) (2) Circolando nel Radiatore Γ acqua si raffredda da Te a Tu d’uscita; per elementi di Superficie S valutati dalla sommità del Radiatore la Temperatura alla base di S risulta: PT = Ca * Pv (Te -Ta) * (l- exp (C * S / (Ca * Pv)) (Ta Ambient temperature, C Thermal conductivity of the metal of the radiator, S Average surface of the radiator) (2) Circulating in the radiator Γ water cools from Te to Tu output; for elements of Surface S evaluated from the top of the radiator, the temperature at the base of S is:
T(S) = Ta+ (Te-Ta)/exp(C*S/(Ca*Pv) (3) La Potenza PT, che è tutta trasmessa all’ ambiente, si riduce nel tempo a causa delle variazioni dei fattori dai quali dipende (purezza e viscosità dell’acqua, incrostazioni del Radiatore, sua verniciatura esterna, etc.). T (S) = Ta + (Te-Ta) / exp (C * S / (Ca * Pv) (3) The PT power, which is all transmitted to the environment, decreases over time due to the variations in the factors by which it depends (purity and viscosity of the water, incrustations of the radiator, its external painting, etc.).
Il Consumo di Calore nell’Intervallo temporale I, risulta : The consumption of heat in the time interval I is:
Q = PT*I ( I Intervallo di Tempo di Misura di Q) (4) Un Ciclo Termico consta di una fase di Regime preceduta dal Transitorio di Avviamento, nel quale una parte Qr del Calore ceduto dall’acqua serve al riscaldamento del Radiatore : Q = PT * I (I Measurement Time Interval of Q) (4) A Thermal Cycle consists of a Regime phase preceded by the Startup Transient, in which a part Qr of the heat released by the water is used to heat the radiator:
Qr = Mr*Cr*(Tm-Tr) = Ct*(Tm-Tr) (Mr massa del Radiatore, Cr suo Calore specifico , Tm temperatura media dell’acqua nel transitorio, Tr temperatura del Radiatore a regime, Ct Capacità Termica) (5) La stessa quantità Qr viene da esso ceduta all’ambiente nel successivo Transitorio di Spegnimento. Qr = Mr * Cr * (Tm-Tr) = Ct * (Tm-Tr) (Mr mass of the radiator, Cr its specific heat, Tm average temperature of the water in the transient, Tr temperature of the radiator in operation, Ct Thermal capacity) (5) The same quantity Qr is transferred by it to the environment in the following Shutdown Transient.
La cessione di Calore dall’ acqua all’ aria avviene in base a processi di Adduzione Acqua-Radiatore e Radiatore-Aria, e di Conduzione attraverso il Radiatore; dato l' alto valore di conduttività termica del suo metallo si può ritenere il Radiatore come un corpo equitermo a temperatura Tr. The transfer of heat from water to air occurs on the basis of water-radiator and radiator-air adduction processes, and conduction through the radiator; given the high thermal conductivity value of its metal, the radiator can be considered as an equithermal body at a temperature of Tr.
La Potenza di Adduzione Pa risulta dai contributi di conduzione/convezione e di irraggiamento, sintetizzabili nelle formule: Pa = h*S*|Tf-Tr| = |Tf -Tr|/ Rt ; Rt = 1/ h*S (h coefficiente di Adduzione, S area del Radiatore, Tf temperatura dell’ acqua o dell’ aria, Tr temperatura del Radiatore, Rt Resistenza Adduttiva) (6) Nei condotti orizzontali di collegamento del Radiatore al Circuito del Termosifone il valore costante del Trinomio Energetico The Adduction Power Pa results from the conduction / convection and radiation contributions, which can be summarized in the formulas: Pa = h * S * | Tf-Tr | = | Tf -Tr | / Rt; Rt = 1 / h * S (h Adduction coefficient, S area of the Radiator, Tf water or air temperature, Tr Radiator temperature, Rt Adductive Resistance) (6) In the horizontal ducts connecting the Radiator to the Radiator the constant value of the Energetic Trinomial
z p v<A>2/2g (z quota, p pressione, v velocità, g accelerazione di gravità) (7) comporta l’uguaglianza del Binomio delle componenti di pressione e cinetica in 2 sezioni ravvicinate. Tale uguaglianza sussiste, a meno di perdife inferiori al 2% dell’Energia Totale, anche in presenza di variazioni concentrate di sezione, quali quelle prodotte dall’ inserzione di dispositivi come robinetti e venturimetri. z p v <A> 2 / 2g (z altitude, p pressure, v speed, g acceleration of gravity) (7) implies the equality of the binomial of the pressure and kinetic components in 2 close sections. This equality exists, unless there is a loss of less than 2% of the Total Energy, even in the presence of concentrated section variations, such as those produced by the insertion of devices such as taps and venturi meters.
Se 1 è l’indice della sezione, di area Al, prima della variazione e 2 quello della sezione variata, di area A2, risulta : If 1 is the index of the section, of area Al, before the variation and 2 that of the varied section, of area A2, it results:
(pi vl<A>2/2g)*K= p2 v2<A>2/2g (K, fattore di perdita, minore di 0,98 per A2 prossimo a Al) (8) Le grandezze fisiche Temperatura e Potenza Termica dei Radiatori sono tra loro correlate come la Tensione e la Corrente di un Circuito Elettrico a 2 maglie, la prima delle quali (rappresentante il Circuito delTAcqua) comprende un Generatore di Tensione di FEM pari al valor medio della Temperatura dell’ acqua nel Radiatore calcolabile dalla (3), un Resistere dato dalla Resistenza Adduttiva del circuito dell’acqua e un Condensatore pari alla Capacità Termica del Radiatore . La seconda maglia (Circuito dell’ Aria Ambiente) consta dello stesso Condensatore e di 2 resistori, il primo dei quali è pari alla Resistenza Adduttiva dell’aria a contatto con il Radiatore, mentre il secondo è la Resistenza Termica dell’ ambiente circostante, calcolata in base alle dispersioni di calore (positivè e negative) con l’esterno. (pi vl <A> 2 / 2g) * K = p2 v2 <A> 2 / 2g (K, loss factor, less than 0.98 for A2 close to Al) (8) The physical quantities Temperature and Thermal Power of Radiators are related to each other as the Voltage and Current of a 2-mesh Electric Circuit, the first of which (representing the Water Circuit) includes an EMF Voltage Generator equal to the average value of the Water Temperature in the Radiator, which can be calculated from ( 3), a Resistance given by the Adductive Resistance of the water circuit and a Condenser equal to the Thermal Capacity of the Radiator. The second mesh (Ambient Air Circuit) consists of the same Condenser and 2 resistors, the first of which is equal to the Adductive Resistance of the air in contact with the Radiator, while the second is the Thermal Resistance of the surrounding environment, calculated based on heat dispersion (positive and negative) with the outside.
Nel Circuito Equivalente le Tensioni dei Nodi corrispondono alle Temperature degli enti rappresentati, mentre le Correnti nei Resistori corrispondono alle Potenze Termiche nelle Resistenze Adduttive. In the Equivalent Circuit the Voltages of the Nodes correspond to the Temperatures of the entities represented, while the Currents in the Resistors correspond to the Thermal Powers in the Adductive Resistances.
Il Circuito Equivalente permette, in particolare, il calcolo del consumo di Potenza Termica in base ai valori della Temperatura media dell’acqua e del Radiatore ed alla Resistenza Adduttiva Acqua-Radiatore. The Equivalent Circuit allows, in particular, the calculation of the consumption of thermal power based on the values of the average temperature of the water and the radiator and the adductive water-radiator resistance.
3, METODI DI MISURA, CALCOLO, DOCUMENTAZIONE CERTIFICATA E TRASMISSIONE DEI CONSUMI DI CALORE 3, METHODS OF MEASUREMENT, CALCULATION, CERTIFIED DOCUMENTATION AND TRANSMISSION OF HEAT CONSUMPTION
Per le funzioni di Misura, Calcolo e Trasmissione Dati sono idonei Microcontrollori commerciali a 8 bit a bassa frequenza di clock e di ridotte dimensioni di RAM e ROM; la Documentazione e la Certificazione dei Consumi di Calore necessitano invece di un Personal Computer. For the functions of Measurement, Calculation and Data Transmission, commercial 8-bit microcontrollers with low clock frequency and reduced RAM and ROM dimensions are suitable; the Documentation and Certification of Heat Consumption require a Personal Computer instead.
Le Misure delle grandezze fisiche legate ai consumi di Calore impiegano Trasduttori Elettronici ed Amplificatori dei segnali alla loro- uscita, consistenti in repliche elettriche degli enti fisici (Trasduttori Analogici) o in impulsi di frequenza proporzionale all’ampiezza dell’ ente, misurabile come numero di Impulsi in Intervalli Temporali di Durata Calibrata (Trasduttori Digitali). Measurements of physical quantities related to heat consumption use Electronic Transducers and Signal Amplifiers at their output, consisting of electrical replicas of physical bodies (Analog Transducers) or in pulses of frequency proportional to the amplitude of the body, measurable as a number of Pulses in Time Intervals of Calibrated Duration (Digital Transducers).
La precisione delle misure è legata all’incertezza della definizione della caratteristica di trasduzione del componente utilizzato: l’impiego di trasduttori non selezionati raramente garantisce errori entro il 20 %, riducibili all’1% con il rilievo della caratteristica in uno o più punti dell’ intervallo di misura. La validità delle Misure risiede nella difficile accessibilità ai componenti e nei collegamenti di guardia delle loro custodie, la cui continuità elettrica viene controllata dal Microcontrollore. Il Calcolo dei Consumi di Calore consiste nell’ esecuzione di algoritmi aritmetici in base alle grandezze misurate, ai valori delle Resistenze Adduttive dei Radiatori e ai fattori di riduzione della loro efficienza a medio (o stagionale, per via delle melme di deposito nell’acqua) e a lungo termine (invecchiamento per incrostazioni interne, degrado della verniciatura esterna del Radiatore). The accuracy of the measurements is linked to the uncertainty of the definition of the transduction characteristic of the component used: the use of unselected transducers rarely guarantees errors within 20%, which can be reduced to 1% with the detection of the characteristic in one or more points of the 'measurement range. The validity of the Measures lies in the difficult accessibility to the components and in the guard connections of their enclosures, whose electrical continuity is controlled by the Microcontroller. The calculation of heat consumption consists in the execution of arithmetic algorithms based on the measured quantities, the values of the adductive resistances of the radiators and the factors for reducing their efficiency in the medium (or seasonal, due to the sludge deposited in the water) and in the long term (aging due to internal encrustations, deterioration of the external paint of the radiator).
Sono prospettati 2 Criteri di Calcolo dei Consumi di Calore: Two Heat Consumption Calculation Criteria are proposed:
- Criteriol, basato sui valori di Misura della Portata Volumetrica d’ acqua e delle sue Temperature in entrata e in uscita, secondo la (1); - Criteriol, based on the measurement values of the volumetric flow rate of water and its inlet and outlet temperatures, according to (1);
- Criterio2, basato su sole misure termiche (Temperature d’entrata e di uscita dell’acqua, Temperatura del Radiatore) e sulla Resistenza Adduttiva Acqua-Radiatore, senza ricorso al valore della Temperatura Ambiente il cui sensore termico è esposto a facili manomissioni per scopi fraudolenti. Il Calcolo secondo il Criterio 1 prescinde dai valori parametrici e di riduzione d’efficienza, necessari invece con il Criterio 2. - Criterion 2, based only on thermal measurements (water inlet and outlet temperatures, radiator temperature) and on the water-radiator adductive resistance, without resorting to the ambient temperature value whose thermal sensor is exposed to easy tampering for purposes fraudulent. The calculation according to Criterion 1 is independent of the parametric and efficiency reduction values, which are necessary instead with Criterion 2.
La Trasmissione Dati bidirezionale tra il Radiatore e il Centro Contabile è su tratte di LAN Condominiale (in_ essere per tutte le altre funzioni domotiche del Condominio, e -consistente in canali di comunicazione disposti sulla Distribuzione Elettrica Monofase d’ Appartamento e su quella Trifase di Condominio) e di Telefonia Pubblica fissa o cellulare. Almeno 2 Nodi LAN sono necessari per i Dati di Servizio e di Consumo del Calore : il Concentratore d’ Appartamento, nel quale convergono i Dati dei Radiatori di una stessa Abitazione, ed il Concentratore Condominiale che raccoglie i Dati di Calore di tutti gli Appartamenti. In dipendenza della grandezza del condominio possono però essere disposti Concentratori Intermedi (di Scala, di Pertinenza, etc.) di diversa complessità. In tale struttura trasmissiva fluiscono Dati di Consumo e di Servizio (Interruzioni, Manutenzione, Tentativi Fraudolenti, etc.) verso il Centro Contabile; da questo e verso i Radiatori vengono trasmessi i valori delle Resistenze Adduttive dei Radiatori, i fattori di riduzione di efficienza a medio e lungo termine e i Dati Temporali (data, orario) necessari alla Documentazione Certificata. The bidirectional Data Transmission between the Radiator and the Accounting Center is on sections of the Condominium LAN (in place for all the other home automation functions of the Condominium, and - consisting of communication channels arranged on the Single-Phase Electric Distribution of the Apartment and on the Three-Phase of the Condominium ) and fixed or mobile public telephony. At least 2 LAN Nodes are required for the Service and Heat Consumption Data: the Apartment Concentrator, in which the Data of the Radiators of the same House converge, and the Condominium Concentrator which collects the Heat Data of all the Apartments. Depending on the size of the condominium, however, intermediate concentrators (of scale, of relevance, etc.) of different complexity can be arranged. In this transmission structure, Consumption and Service Data (Interruptions, Maintenance, Fraudulent Attempts, etc.) flow to the Accounting Center; from this and towards the radiators the values of the adductive resistances of the radiators, the medium and long term efficiency reduction factors and the time data (date, time) necessary for the certified documentation are transmitted.
Lo scambio informativo tra i Nodi della LAN è governato da Protocolli di Scansione in polling e di Controllo degli Errori di Trasmissione in base al rinvio dell’ informazione ricevuta (Indirizzi e Dati) al Nodo emittente e sua ritrasmissione in caso di mismatching dei Dati. The information exchange between the LAN Nodes is governed by Polling Scanning and Transmission Error Control Protocols based on the return of the information received (Addresses and Data) to the issuing Node and its retransmission in the event of Data mismatching.
La Documentazione dei Consumi di Calore con i dati temporali di data e ora, è disponibile, nei vari momenti della stagione ed a scopo sia consultivo che documentale, al Personal Computer collegato al Concentratore Condominiale tramite interfaccia seriale RS232 o USB. The Heat Consumption Documentation with date and time data is available, at various times of the season and for both consultative and documentary purposes, to the Personal Computer connected to the Condominium Concentrator via RS232 or USB serial interface.
4, IL SISTEMA AUTOMATICO DI MISURA, CALCOLO, 4, THE AUTOMATIC SYSTEM OF MEASUREMENT, CALCULATION,
DOCUMENTAZIONE E TRASMISSIONE DEI CONSUMI DI DOCUMENTATION AND TRANSMISSION OF CONSUMPTIONS OF
CALORE HEAT
La TAVOLA 1 mostra i Blocchi Funzionali del Sistema Automatico di Misura, Calcolo, Trasmissione e Documentazione Certificata dei Consumi di Calore nel Condominio. TABLE 1 shows the Functional Blocks of the Automatic System of Measurement, Calculation, Transmission and Certified Documentation of Heat Consumption in the Condominium.
Ciascuno degli N Radiatori R di una stessa unità abitativa è provvisto di un Misuratore M delle grandezze fisiche (Portata, Temperature) che vengono trasmessi al Concentratore d’Appartamento CA tramite il link m ricavato sulla linea elettrica monofase dell’unità. A CA pervengono anche, dal Centro Contabile, i valori parametrici, temporali e di efficienza che gli consentono il Calcolo dei Consumi di Calore di ciascun Radiatore da esso dipendente. Un Display collegato a CA può = così indicare la Potenza Termica Media (Cal/h) e il Consumo di Calore (Cai) nell’ Ultimo Intervallo di Misura e quello Totale nel periodo intercorso dall’ ultimo collegamento con il Centro Contabile. La Potenza e i Consumi sono affetti dall’errore risultante dal Criterio di Misura, dall’ approssimazione di Calcolo, dalla precisione di misura delle grandezze fisiche e da quella dei parametri. Each of the N Radiators R of the same housing unit is equipped with a Meter M of the physical quantities (Flow, Temperatures) which are transmitted to the Apartment Concentrator CA through the link m obtained on the unit's single-phase power line. CA also receives, from the Accounting Center, the parametric, temporal and efficiency values that allow it to calculate the heat consumption of each radiator dependent on it. A Display connected to AC can = thus indicate the Average Thermal Power (Cal / h) and the Heat Consumption (Cai) in the Last Measurement Interval and the Total in the period since the last connection with the Accounting Center. The Power and Consumption are affected by the error resulting from the Measurement Criterion, the calculation approximation, the measurement precision of the physical quantities and that of the parameters.
I Dati in uscita da CA (Consumi, Interruzioni di Servizio per Esclusione, Manutenzione, Manomissione, etc.) convergono (attraverso eventuali Concentratori Intermedi CI) insieme a quelli delle altre unità del condominio, nel Concentratóre Condominiale CC sul link t ricavati sui rami dell’ intera Distribuzione Elettrica Trifase Condominiale. The data coming out of the CA (Consumption, Service Interruptions for Exclusion, Maintenance, Tampering, etc.) converge (through any Intermediate CI Concentrators) together with those of the other units of the condominium, in the Condominium Concentrator CC on the link t obtained on the branches of the entire three-phase condominium electricity distribution.
All’uscita di CC vengono registrati in un computer C, collegato in RS232 o in USB e accessibile„al condomino per la Certificazione che lo riguarda, ed inviati al Centro di Contabilizzazione per mezzo del collegamento telefonico T sulla Rete Telefonica fissa o cellulare, periodicamente iniziabile sia dal Concentratore Condominiale che dal Centro. Da questo vengono inviati i parametri dei Radiatori e di riduzione della loro efficienza, e i dati temporali di Data ed Ora che, memorizzati nella RAM del Microcontrollore di CA, servono al càlcolo dei Consumi di Calore. At the output of CC they are recorded in a computer C, connected in RS232 or USB and accessible to the condominium for the Certification that concerns him, and sent to the Accounting Center by means of the telephone connection T on the fixed or cellular telephone network, periodically it can be started both from the Condominium Concentrator and from the Center. From this, the parameters of the Radiators and their efficiency reduction are sent, and the time data of Date and Time which, stored in the RAM of the CA Microcontroller, are used to calculate the Heat Consumption.
La struttura di un Gruppo di Misura valido per il calcolo della Potenza Termica con i Criteri 1 e 2 è mostrata in TAVOLA 2, nella quale il tratteggio dei Blocchi indica la loro protezione contro i tentativi fraudolenti, eventualmente realizzata con fili di guardia controllati dal Microcontrollore. In essa F/T rappresenta il Trasduttore Impulsivo o Analogico della Portata d’acqua nel Radiatore e I/A il relativo The structure of a Measurement Group valid for the calculation of the Thermal Power with Criteria 1 and 2 is shown in TABLE 2, in which the hatching of the Blocks indicates their protection against fraudulent attempts, possibly made with guard wires controlled by the Microcontroller . In it F / T represents the Impulsive or Analog Transducer of the water flow rate in the Radiator and I / A the relative
Adattatore/ Amplificatore per l Interfaccia Im del link m. Le Adapter / Amplifier for the IM interface of the link m. The
Temperature dell’ acqua in entrata e in uscita al Radiatore e dello stesso sono misurate dai Blocchi Te, Tu e Tr ed amplificate da Ae, Au e Ar per essere immesse, attraverso le interfacce Im, sul link m. In dipendenza dell’adozione del Criterio di calcolo 1 o 2 risulta mancante il Blocco di Misura della Temperatura del Radiatore o quello della Portata. Water temperatures entering and leaving the radiator and of the same are measured by the Te, Tu and Tr blocks and amplified by Ae, Au and Ar to be introduced, through the interfaces Im, on the link m. Depending on the adoption of Calculation Criterion 1 or 2, the Radiator Temperature Measurement Block or the Flow Rate Measurement Block is missing.
Tramite l’interfaccia Im il Microcontrollore M del Concentratore d’Appartamento scansiona in sequenza i 3 enti di Misura acquisendone i valori necessari ai calcoli di Potenza e Consumo eseguiti in routine Assembler del software A di M e presentati sul Display D. Through the Im interface, the Microcontroller M of the Apartment Concentrator scans the 3 measurement entities in sequence, acquiring the values necessary for the Power and Consumption calculations performed in the Assembler routine of software A of M and presented on Display D.
M comunica anche, attraverso l interfaccia It del link t, con il Concentratore Condominiale dal quale riceve dati parametrici e temporali, e al quale consegna -i dati di calcolo dei Consumi destinati al Centro Contabile ed alla Certificazione locale. M also communicates, through the It interface of link t, with the Condominium Concentrator from which it receives parametric and temporal data, and to which it delivers the consumption calculation data intended for the Accounting Center and for local Certification.
Lo stesso Microcontrollore M genera le portanti di canale per le comunicazioni sui link m e t della Rete Elettrica. The same Microcontroller M generates the channel carriers for communications on links m and t of the Electricity Grid.
5. MISURE TERMICHE E DI PORTATA SUI RADIATORI 5. THERMAL AND FLOW MEASUREMENTS ON RADIATORS
5.1 MISURE DI TEMPERATURA DELL’ACQUA E DEL RADIATORE 5.1 WATER AND RADIATOR TEMPERATURE MEASUREMENTS
Sono eseguite con Metodo Analogico e con l’impiego di diodi al Silicio come trasduttore Temperatura - Tensione : alimentati a corrente costante, presentano il coefficiente termico tipico di -2 mV/°C sull’ intero campo di misura (da 50 a 95 °C per Γ Acqua, da 0 a 55 °C per il Radiatore). They are performed with Analog Method and with the use of Silicon diodes as Temperature - Voltage transducer: powered at constant current, they have a typical thermal coefficient of -2 mV / ° C over the entire measuring range (from 50 to 95 ° C for Γ Water, from 0 to 55 ° C for the Radiator).
La scelta di tipo consente precisioni del 10%, migliorabili fino all’ 1 % con il rilievo e la memorizzazione in ROM della caratteristica di trasduzione. Per le misure termiche dell’Acqua i diodi sono annegati nei condotti di entrata e di uscita del Radiatore, e i relativi reofori e cablaggio al Microcontrollore isolati. Il diodo sensore termico del Radiatore è avvitato su esso ed isolato; il controllo di continuità della sua corrente ne garantisce la validità di misura contro azioni fraudolente. The choice of type allows accuracies of 10%, which can be improved up to 1% by surveying and storing the transduction characteristic in ROM. For the thermal measurements of the water, the diodes are embedded in the inlet and outlet ducts of the radiator, and the relative leads and wiring to the microcontroller are isolated. The thermal sensor diode of the radiator is screwed onto it and isolated; the continuity check of its current guarantees its validity as a measure against fraudulent actions.
5.2 MISURE DI PORTATA VOLUMETRICA D’ACQUA 5.2 MEASUREMENTS OF WATER VOLUMETRIC FLOW
5.2.1 MISURATORI IMPULSIVI A ELICA, VENTOLA, MULINELLO I comuni contatori d’acqua, dotati di Trasduttore Elettronico Impulsivo al posto degli indicatori decadici meccanici, risultano idonei alla misura della Portata Volumetrica dell’ acqua nel Radiatore. 5.2.1 PROPELLER, FAN, REEL IMPULSIVE METERS The common water meters, equipped with an Electronic Impulsive Transducer instead of mechanical decadic indicators, are suitable for measuring the volumetric flow rate of the water in the radiator.
In essi la velocità di rotazione di un Dispositivo Meccanico (elica, ventola, mulinello) mosso dall’ acqua risulta proporzionale a quella dell’ acqua e quindi alla sua Portata Volumetrica Pv : In them, the rotation speed of a Mechanical Device (propeller, fan, reel) moved by the water is proportional to that of the water and therefore to its Volumetric Flow Rate Pv:
pv= K*Vd*S (K fattore di proporzionalità, Vd angolare del Dispositivo Meccanico) (9) pv = K * Vd * S (K proportionality factor, angular Vd of the Mechanical Device) (9)
I Trasduttori Elettronici utilizzabili sono : The electronic transducers that can be used are:
- TRASDUTTORE A FOTOACCOPPIATORE : è un Dispositivo di ridotte dimensioni a forcella contenente un diodo LED e un FOTOTRANSISTORE, ad esso otticamente accoppiato e posto nello stato di corruzione dall’ illuminazione del LED. Un’ espansione non trasparente del Dispositivo Meccanico interessa lo spazio della forcella, interrompendo periodicamente la conduzione del Fototransistore e generando così gli impulsi elettrici registrati in un contatore elettronico del Microcontrollore. Il numero di impulsi in un intervallo di tempo calibrato è in relazione, quindi, con la Portata Volumetrica Pv secondo: - PHOTO COUPLER TRANSDUCER: it is a small fork device containing an LED diode and a PHOTOTRANSISTOR, optically coupled to it and placed in the state of corruption by the LED lighting. A non-transparent expansion of the Mechanical Device affects the space of the fork, periodically interrupting the conduction of the Phototransistor and thus generating the electrical impulses recorded in an electronic counter of the Microcontroller. The number of pulses in a calibrated time interval is therefore related to the Volumetric Flow Rate Pv second:
Pv = Kv*N (Kv fattore strumentale di misura, N numero di impulsi conteggiati nell’ Intervallo Temporale Calibrato) (10) - TRASDUTTORI ELETTROMAGNETICI : la cella di HALL è un Dispositivo Integrato che genera in uscita impulsi di Forza Elettromotrice indotti dal movimento, nelle sue vicinanze, di un magnete permanente. La magnetizzazione dell’espansione del Dispositivo Meccanico consente la generazione di impulsi periodici di frequenza proporzionale alla Portata Volumetrica, linearmente commisurata al loro numero nell’ intervallo temporale calibrato. Pv = Kv * N (Kv instrumental measurement factor, N number of pulses counted in the Calibrated Time Interval) (10) - ELECTROMAGNETIC TRANSDUCERS: the HALL cell is an Integrated Device that generates electromotive force pulses induced by movement at the output, in its vicinity, of a permanent magnet. The magnetization of the expansion of the Mechanical Device allows the generation of periodic pulses of frequency proportional to the Volumetric Flow, linearly commensurate with their number in the calibrated time interval.
Alternativamente, gli impulsi possono essere generati dall’accoppiamento magnetico di una bobina con un magnete permanente solidale con il Dispositivo Meccanico. Per entrambi i tipi è valida la caratteristica di trasduzione (10). Alternatively, the pulses can be generated by the magnetic coupling of a coil with a permanent magnet integral with the Mechanical Device. The transduction characteristic (10) is valid for both types.
5.2.2 MISURATORI ANALOGICI A TUBO DI VENTURI 5.2.2 ANALOGUE TUBE METERS BY VENTURI
Il principio del Tubo di Venturi è stato da sempre alla base delle Misure di Portata; qui se ne danno applicazioni consistenti : The principle of the Venturi tube has always been the basis of Flow Measurements; consistent applications are given here:
- nella presenza all’ interno del Tubo di un diodo per la variazione della sezione e per la misura della temperatura dell’acqua; - in the presence inside the tube of a diode for the variation of the section and for the measurement of the water temperature;
- nell’ utilizzo di dispositivi elettronici per la trasduzione elettrica della velocità dell’ acqua e, quindi, della sua Portata Volumetrica. - in the use of electronic devices for the electrical transduction of the speed of the water and, therefore, of its volumetric flow rate.
Indicata con A2 area della sezione ristretta rispetto a quella di area Al, il Tubo è caratterizzato dal Fattore d’Area Fa : Indicated with A2 area of the section restricted with respect to that of area Al, the Pipe is characterized by the Area Factor Fa:
Fa = (Α1*Α2)<Λ>2/(Α1<Λ>2-Α2<Λ>2) (11) Vengono di seguito prospettate 2 soluzioni di Misura della Portata Volumetrica con Tubi di Venturi completati da Dispositivi Elettronici; per entrambe occorre linearizzare T uscita elettrica del Trasduttore, che è in relazione con il quadrato della Portata, con un Amplificatore Logaritmico, la cui uscita Vu risulta in relazione alla Portata Pv secondo : Fa = (Α1 * Α2) <Λ> 2 / (Α1 <Λ> 2-Α2 <Λ> 2) (11) Two solutions for Volumetric Flow Measurement with Venturi Tubes completed by Electronic Devices are presented below; for both it is necessary to linearize the electrical output of the Transducer, which is in relation to the square of the Flow, with a Logarithmic Amplifier, whose output Vu results in relation to the Flow Pv according to:
Vu -K*Pv (K costante strumentale comprensiva del Guadagno dell’ Amplificatore) (12) Vu -K * Pv (instrumental constant K including the Amplifier Gain) (12)
Soluzione con Trasduttore di Pressione Differenziale Solution with Differential Pressure Transducer
Dalla (8) si ricava, in funzione della differenza di pressione nelle sezioni di area Al e A2 del Tubo, la Portata- Pv: From (8) we obtain, as a function of the pressure difference in the sections of area A1 and A2 of the Pipe, the Flow-Pv:
Pv - V1*A1 = K*(2g*Fa*(Pl-P2))<A>0.5 (K, fattore di perdita del Tubo pari a circa 0,98, P1-P2 differenza di pressione dell’ acqua nelle sezioni Al, A2 del Tubo) (13) La Cella Piezoresistiva Integrata su Silicio è un Trasduttore impermeabile all’ acqua che, alimentato in corrente continua, sviluppa piccole Forze Elettromotrici lineari con la differenza di pressione P1-P2 applicata alle 2 facce della Cella. Pv - V1 * A1 = K * (2g * Fa * (Pl-P2)) <A> 0.5 (K, pipe loss factor equal to about 0.98, P1-P2 water pressure difference in the Al sections , A2 of the Tube) (13) The Integrated Piezoresistive Cell on Silicon is a watertight transducer which, powered by direct current, develops small linear electromotive forces with the pressure difference P1-P2 applied to the 2 faces of the Cell.
Collegata alle 2 sezioni del Tubo ed amplificata, trasduce staticamente il valore di Pv nella Tensione Vu all’ uscita dell’amplificatore Logaritmico secondo la (12). Connected to the 2 sections of the tube and amplified, it statically transduces the value of Pv in the voltage Vu at the output of the Logarithmic amplifier according to (12).
Soluzione con Trasduttore a Elettrodi Solidi e Dielettrico Liquido La Tavola 3, che evidenzia anche la restrizione di sezione causata dal diodo D di misura della temperatura dell’ acqua, illustra il principio di funzionamento di questo Trasduttore Statico di Portata Volumetrica. Solution with Solid Electrode and Liquid Dielectric Transducer Table 3, which also highlights the section restriction caused by the water temperature measuring diode D, illustrates the operating principle of this Static Volume Flow Transducer.
In corrispondenza delle sezioni di area Al e A2 del Tubo T orizzontale è innestato ad esso, verticalmente e verso il basso, un Tubo ausiliario V ripiegato a U, di materiale non conduttore, contenente, per metà circa della sua altezza, un liquido dielettrico di peso specifico maggiore dell’acqua e non miscelabile con essa e per l’intera altezza-2 elettrodi resistivi E1 e E2 (resistenza dell’ ordine dei KOhm), fissati sul fondo del Tubo V e in contatto, superiormente, con l’acqua del Tubo T. In correspondence with the sections of area A1 and A2 of the horizontal tube T, an auxiliary tube V folded in a U shape, of non-conductive material, is grafted to it, vertically and downwards, containing, for about half of its height, a dielectric liquid of greater specific weight than water and not miscible with it and for the entire height-2 resistive electrodes E1 and E2 (resistance of the order of KOhm), fixed on the bottom of the Tube V and in contact, at the top, with the water of the T.
2 Generatori di Corrente Continua I (10 mA circa, resistenza interna dell’ordine delle decine di KOhm), sono connessi al Tubo T da un lato e dall’altro agli estremi inferiori degli elettrodi, ai quali sono collegati anche gli ingressi dell’ Amplificatore Logaritmico Differenziale L. 2 Direct Current Generators I (about 10 mA, internal resistance of the order of tens of KOhm), are connected to the Tube T on one side and on the other to the lower ends of the electrodes, to which the inputs of the Amplifier are also connected Logarithmic Differential L.
La depressione causata nella zona di D dal movimento dell’acqua provoca in essa la salita di livello del dielettrico e l’aumento di resistenza e di tensione misurate su E2, con riduzioni di pari entità della tensione misurata su El, causata dalla maggior porzione di esso cortocircuitata dall’ acqua. La Tensione sviluppata all’ ingresso di L risulta proporzionale al dislivello H del dielettrico secondo una costante dipendente dalla resistività degli elettrcfdi e dalla corrente dei generatori I. The depression caused in the zone of D by the movement of water causes the dielectric level to rise and the resistance and voltage measured on E2 to increase, with equal reductions in the voltage measured on El, caused by the greater portion of it shorted by water. The voltage developed at the input of L is proportional to the difference in level H of the dielectric according to a constant dependent on the resistivity of the electrodes and the current of the generators I.
La Portata Volumetrica Pv è in relazione ad H secondo : The Volumetric Flow Pv is in relation to H according to:
Pv - ( 2*g *(Psr -l)*Fa*H)<A>0.5 (Psr, peso specifico del dielettrico relativo all’acqua) (14) La tensione d’uscita Vu di L è quindi in relazione con la Portata Volumetrica secondo la (12). Pv - (2 * g * (Psr -l) * Fa * H) <A> 0.5 (Psr, specific gravity of the dielectric relative to water) (14) The output voltage Vu of L is therefore related to the Volumetric flow rate according to (12).
Claims (1)
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| IT000172A ITRM20110172A1 (en) | 2011-04-04 | 2011-04-04 | AUTOMATIC MEASUREMENT METHODS CALCULATION CERTIFICATION AND DATA TRANSMISSION FOR THE ACCOUNTING OF HEAT CONSUMPTION IN CONDOMINIAL PLANTS IN THERMOSIPHONE |
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