PL182897B1

PL182897B1 - Sposób regulacji temperatury ciepłej wody użytkowej i urządzenie do regulacji temperatury ciepłej wody użytkowej

Info

Publication number: PL182897B1
Application number: PL97329069A
Authority: PL
Inventors: Alf Ottosson
Original assignee: Alf Ottosson
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 2002-03-29
Also published as: DE69709715D1; JP2000507341A; US6051819A; PL329069A1; ATE209321T1; CZ291918B6; EP0890062B1; CA2249983A1; JP3912690B2; AU2314297A; SE9601181D0; WO1997036138A1; EP0890062A1; CN1217051A; AU703631B2; DE69709715T2; CZ308198A3; DK0890062T3; CA2249983C; CN1129737C

Abstract

5 . Urzadzenie do regulacji temperatu ry cieplej wody uzytkowej, w którym obieg glówny wymiennika ciepla jest polaczony z miejska siecia cieplna za pomoca prze- wodu powrotnego i przewodu zasilajacego, na którym jest zamontowany zawór regu- lujacy przeplyw wody podlaczony do re- gulatora, zas w obiegu wtórnym wymienni- ka ciepla jest umieszczony czujnik tempe- ratury, znamienne tym, ze czujnik tempe- ratury (6, 6') jest umieszczony po stronie wylotowej obiegu wtórnego wymiennika ciepla (1) i jest polaczony z regulatorem (5, 5'), zas na przewodzie zasilajacym (7) obiegu wtórnego wymiennika ciepla (1) jest umieszczony czujnik przeplywu (12) cie- plej wody uzytkowej do wykrywania chwilowych wzglednych zmian przeplywu wody i sterowania regulatorem (5, 5'). Fig. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób regulacji temperatury ciepłej wody użytkowej i urządzenie do regulacji temperatury ciepłej wody użytkowej, która jest podgrzewana po stronie wtórnej wymiennika ciepła, w którym mierzona jest temperatura i przepływ ciepłej wody użytkowej, oraz w którym regulator steruje środkami nastawczymi regulującymi przepływ po stronie pierwotnej wymiennika ciepła.

Urządzenie takie jest już znane z opublikowanego niemieckiego zgłoszenia patentowego nr DE 4206074 Al, obejmującego, w obiegu głównym wymiennika ciepła, zamknięty

182 897 obieg cyrkulacyjny zawierający zbiornik pojemnościowy dla wody ciepłej i pompę cyrkulacyjną. Pompa cyrkulacyjna jest sterowana przez regulator w odpowiedzi na spadek temperatury na wymienniku ciepła w obiegu głównym, jak również na spadek temperatury na wymienniku ciepła w obiegu wtórnym, przy czym regulator jest tak zaprogramowany, aby obliczyć ilość energii, którą wymiennik ciepła musi przesyłać w jednostce czasu. Tutaj kolejnym parametrem branym pod uwagę jest przepływ ciepłej wody użytkowej, który jest wykrywany przez czujnik przepływu w obiegu wtórnym. Tak więc do takich obliczeń wymaganych jest kilka (przynajmniej cztery) czujników temperatury, jak również związane z nimi połączenia z regulatorem. Jednak nawet pomimo tego, w tym znanym urządzeniu, trudne jest osiągnięcie dobrej stabilności temperatury w przypadku dużych zmian zużycia ciepłej wody użytkowej.

Podobne układy z wymiennikami ciepła są stosowane także w miejskich sieciach ciepłowniczych, w których przewody zasilające i powrotne sieci są połączone z głównym obiegiem wymiennika ciepła wraz z zespołem nastawczym do regulacji przepływu miejskiej wody gorącej przez wymiennik ciepła.

W zabudowie mieszkaniowej albo podobnej, niezależnie od tego czy występuje kilka jednostek mieszkaniowych czy też duża ilość jednostek, zużycie ciepłej wody użytkowej zmienia się w dużym zakresie i względnie szybko podczas pewnych okresów każdego dnia. Kiedy przepływ się zmienia, czujnik temperatury wyczuwa taką zmianę tylko z pewnym opóźnieniem, kiedy objętość wody w obiegu wtórnym przepłynie dalej i zostanie zastąpiona świeżą wodą, która nie została jeszcze podgrzana do pożądanej nastawionej temperatury. W rezultacie wystąpi znaczny spadek temperatury ciepłej wody użytkowej, zanim regulator będzie miał możliwość zadziałania i sterowania zaworem regulacyjnym w obiegu pierwotnym wymiennika ciepła.

Zgodnie z tym, problemem pojawiającym się podczas podgrzewania ciepłej wody użytkowej w wymienniku ciepła jest utrzymywanie stałej temperatury wody kiedy jej przepływ zmienia się w dużym zakresie.

Próba rozwiązania tego problemu jest opisana w międzynarodowym zgłoszeniu patentowym opublikowanym w WO 86/06459 (Cairenius), w którym obieg wtórny jest połączony z mieszalnikiem, w którym woda gorąca, która przeszła przez wymiennik ciepła i została w nim podgrzana, jest mieszana z wodą zimną (wodą, która nie została jeszcze podgrzana), przy czym proporcje mieszania są sterowane przez zawór termostatyczny. W ten sposób można dopuścić do dużych zmian przepływu, niemniej jednak dynamiczna odpowiedź będzie niewystarczająca. Środek polegający na umożliwieniu termostatowi sterowanie zespołem nastawczym obiegu głównego będzie z zasady powodował taki sam problem jak omówiony powyżej, co jest spowodowane faktem, że stan termostatu jest bezpośrednio zależny od temperatury wody przepływającej w obiegu wtórnym.

W jeszcze jednym znanym urządzeniu, ujawnionym w szwedzkim opisie patentowym nr SE-B-328 388 (Overgaard), woda użytkowa jest podgrzewana w wymienniku ciepła, którego obieg główny jest połączony z miejską siecią ciepłowniczą. Tutaj zdecydowano o nie stosowaniu zaworu termostatycznego albo odpowiedniego czujnika temperatury w obiegu wody użytkowej (ciepłej wody użytkowej). Zamiast tego, zastosowano czujnik przepływu, który bezpośrednio steruje zaworem na przewodzie połączonym z miejską siecią cieplną. Wahania przepływu ciepłej wody użytkowej będą powodowały szybką odpowiedź, ale temperatura bezwzględna ciepłej wody użytkowej w ogóle nie jest regulowana i może się zmieniać wraz z różnymi parametrami, takimi jak temperatura napływającej wody użytkowej, temperatura wody w sieci grzewczej, itd.

Celem wynalazku jest sposób regulacji temperatury ciepłej wody użytkowej.

Celem wynalazku jest urządzenie do regulacji temperatury ciepłej wody użytkowej.

Sposób regulacji temperatury ciepłej wody użytkowej w budynku posiadającym wiele odbiorników z wodą gorącą, w którym wodę użytkową podgrzewa się w obiegu wtórnym wymiennika ciepła, mierzy się temperaturę i przepływ ciepłej wody użytkowej i steruje się przepływem w obiegu głównym wymiennika ciepła, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w obiegu wtórnym wymiennika ciepła, wykrywa się zmiany temperatury ciepłej wody użytkowej po stronie wylotowej wymiennika, oraz chwilowe, względne zmiany przepływu

182 897 ciepłej wody użytkowej, i steruje się przepływem wody w odpowiedzi na wielkość tych chwilowych wykrywanych zmian, utrzymując wcześniej określoną temperaturę ciepłej wody użytkowej.

Korzystnie sygnał czujnika, odpowiadający wykrywanej chwilowej, względnej zmianie przepływu, przesyła się do czujnika wykrywającego temperaturę ciepłej wody użytkowej po wylotowej stronie wymiennika ciepła zaś po zwiększeniu przepływu ciepłej wody użytkowej do regulatora przesyła się sygnał czujnika temperatury odpowiadający temperaturze niższej niż temperatura wykrywana.

Korzystnie wykrywa się także temperaturę wody w głównym obiegu wymiennika ciepła, przy czym za pomocą tej temperatury wody steruje się przepływem wody.

Korzystnie wykrywa się także różnicę ciśnienia w obiegu głównym wymiennika ciepła, przy czym za pomocą tej różnicy ciśnień steruje się przepływem wody.

Urządzenie do regulacji temperatury ciepłej wody użytkowej, w którym obieg główny wymiennika ciepła jest połączony z miejską siecią cieplną za pomocą przewodu powrotnego i przewodu zasilającego, na którym jest zamontowany zawór regulujący przepływ wody podłączony do regulatora, zaś w obiegu wtórnym wymiennika ciepła jest umieszczony czujnik temperatury, według wynalazku charakteryzuje się tym, że czujnik temperatury jest umieszczony po stronie wylotowej obiegu wtórnego wymiennika ciepła i jest połączony z regulatorem, zaś na przewodzie zasilającym obiegu wtórnego wymiennika ciepła jest umieszczony czujnik przepływu ciepłej wody użytkowej do wykrywania chwilowych względnych zmian przepływu wody i sterowania regulatorem.

Korzystnie czujnik przepływu jest połączony z czujnikiem temperatury.

Korzystnie na przewodzie zasilającym obiegu głównego wymiennika ciepła jest umieszczony drugi czujnik temperatury do sterowania regulatorem.

Korzystnie pomiędzy przewodem zasilającym i przewodem powrotnym obiegu głównego jest umieszczony czujnik różnicy ciśnienia do sterowania regulatorem.

W przeciwieństwie do rozwiązań wcześniejszych, wynalazek niniejszy zapewnia szybszą i pewniejszą regulację temperatury ciepłej wody użytkowej podgrzewanej w wymienniku ciepła tak, że temperatura ciepłej wody użytkowej może być utrzymywana zasadniczo stała z niewielkimi wahaniami, nawet kiedy przepływ szybko się zmienia.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia regulacyjnego według wynalazku, w pierwszym przykładzie wykonania; oraz fig. 2 przedstawia schemat urządzenia regulacyjnego w drugim przykładzie wykonania.

Na figurze 1 przedstawiony jest wymiennik ciepła 1, którego główny obieg jest połączony z miejską siecią cieplną za pomocą przewodu zasilającego 2 i przewodu powrotnego 3. Na przewodzie zasilającym 2 znajduje się zawór 4 regulujący przepływ wody 4, który jest sterowany przez regulator 5 w odpowiedzi na sygnał z czujnika temperatury 6. Czujnik temperatury 6 jest umieszczony w obiegu wtórnym ciepłej wody użytkowej wymiennika ciepła 1. Obieg wtórny zawiera przewód zasilający 7 dla wody użytkowej i przewód wylotowy 8 dla ciepłej wody użytkowej. Zakłada się, że przewód wylotowy 8 jest połączony z wieloma kranami w budynku (na rysunku jest pokazany tylko jeden kran 9). Niezmienny przepływ przez wymiennik ciepła 1 jest utrzymywany za pomocą przewodu bocznikowego 10 wyposażonego w pompę cyrkulacyjną 11.

Układ opisany powyżej jest znany ze stanu techniki.

Według wynalazku, czujnik temperatury 6 jest umieszczony na przewodzie wylotowym 8 obiegu wtórnego, korzystnie w sąsiedztwie wymiennika ciepła 1, oraz jest przystosowany do wykrywania chwilowych zmian temperatury wody w przewodzie wylotowym 8.

Ponadto na obiegu wtórnym umieszczony jest czujnik przepływu 12, korzystnie na przewodzie zasilającym 7, tak, aby mierzyć wahania przepływu względnego w obrębie danego, wcześniej nastawionego zakresu obciążenia. Czujnik przepływu 12 jest także połączony z regulatorem 5, który steruje zaworem 4 regulującym przepływ wody na obiegu głównym, zanim temperatura w przewodzie wylotowym 8 spadnie albo wzrośnie po gwałtownym wzroście albo spadku przepływu ciepłej wody użytkowej. W ten sposób proces ustalania może być

182 897 znacznie złagodzony, a temperatura ciepłej wody użytkowej może być utrzymywana zasadniczo na stałym poziomie albo przynajmniej zmieniająca się w wąskim zakresie, nawet kiedy przepływ ciepłej wody użytkowej bardzo się zmienia.

Po chwilowych zmianach obciążenia, wykrywanych przez czujnik przepływu 12 oraz, z pewnym opóźnieniem, przez czujnik temperatury 6, zawór 4 regulujący przepływ wody będzie więc zmieniał swoje położenia, przede wszystkim w odpowiedzi na wielkość względnej zmiany przepływu, ale także uwzględniając właściwości termodynamiczne całego układu. Ta zmiana położenia zaworu regulującego przepływ 4 jest więc zdeterminowana przez algorytm dostosowany do konkretnego układu. Algorytm będzie obliczał wielkość zmiany położenia na podstawie zmiany zapotrzebowania energii dla dostarczanej nie podgrzanej wody użytkowej uwzględniając dynamiczne właściwości układu.

W układach o dużych zmianach temperatury w przewodzie zasilającym 2 i/lub różnicy ciśnienia pomiędzy przewodem zasilającym 2 i przewodem powrotnym 3, czujnik temperatury 13 i/lub czujnik różnicy ciśnienia 14 mogą być przystosowane do automatycznej adaptacji algorytmu regulatora.

Pomiary wykonywane w budynkach mieszkalnych wykazały, że średnie zużycie (w okresie 24 godzinnym) ciepłej wody użytkowej stanowi około 20% wartości szczytowej. Ta wartość szczytowa występuje podczas zakumulowanego względnie krótkiego okresu czasowego wynoszącego około 5 minut, przy czym szczyty są bardzo krótkie i stąd zmiany przepływu są bardzo duże. Pomimo tego, za pomocą urządzenia regulacyjnego według wynalazku możliwe jest utrzymywanie stabilności temperatury rzędu +2°C, nawet jeśli układ jest zwymiarowany na podstawie zużycia zakumulowanego albo średniego, a nie zużycia szczytowego.

Jak dotąd wynalazek umożliwia znaczne oszczędności kosztów inwestycyjnych układu, jak również polepszoną stabilność temperatury ciepłej wody użytkowej, dzięki prostemu ukształtowaniu i szybkiej reakcji urządzenia regulacyjnego. W zasadzie wystarczający jest tylko jeden czujnik przepływu i tylko jeden czujnik temperatury.

Na figurze 2 przedstawiony jest uproszczony przykład wykonania, w którym te same numery odnośników oznaczają składniki odpowiadające tym z fig. 1 jedyną różnicąjest to, że czujnik przepływu 12, czujnik temperatury 13 i czujnik różnicy ciśnienia 14 są połączone z czujnikiem temperatury 6', który będzie przepuszczał poprawiony sygnał czujnika do regulatora 5'. Po zwiększeniu przepływu, czujnik temperatury będzie dostarczał sygnał odpowiadający temperaturze niższej niż temperatura wyczuwana. Taki przykład wykonania jest szczególnie odpowiedni jako uzupełnienie istniejących systemów, gdyż tylko czujniki 12, 13, 14, 6', a nie regulator 5', muszą być zastąpione (albo uzupełnione).

Sposób regulacji temperatury ciepłej wody użytkowej w budynku polega na tym, że w obiegu wtórnym wymiennika ciepła 1, wykrywa się zmiany temperatury ciepłej wody użytkowej po stronie wylotowej wymiennika 1, oraz chwilowe, względne zmiany przepływu ciepłej wody użytkowej i steruje się przepływem wody w odpowiedzi na wielkość tych chwilowych wykrywanych zmian, utrzymując wcześniej określoną temperaturę ciepłej wody użytkowej. Sygnał czujnika 12, odpowiadający wykrywanej chwilowej, względnej zmianie przepływu, przesyła się do czujnika 6 wykrywającego temperaturę ciepłej wody użytkowej po wylotowej stronie wymiennika ciepła 1 zaś po zwiększeniu przepływu ciepłej wody użytkowej do regulatora 5 przesyła się sygnał czujnika temperatury 6 odpowiadający temperaturze niższej niż temperatura wykrywana. Wykrywa się także temperaturę wody w głównym obiegu wymiennika ciepła, przy czym za pomocą tej temperatury wody steruje się przepływem wody. Wykrywa się także różnicę ciśnienia w obiegu głównym wymiennika ciepła, przy czym za pomocą tej różnicy ciśnień steruje się przepływem wody.

Osoby znające temat mogą wdrażać wynalazek na wiele różnych sposobów mieszczących się w zakresie dołączonych zastrzeżeń. Na przykład wymiennik ciepła może składać się z jednostki zawierającej dwa albo więcej wymienników ciepła połączonych szeregowo i/lub równolegle ze sobą.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób regulacji temperatury ciepłej wody użytkowej w budynku posiadającym wiele odbiorników z wodą gorącą, w którym wodę użytkową podgrzewa się w obiegu wtórnym wymiennika ciepła, mierzy się temperaturę i przepływ ciepłej wody użytkowej i steruje się przepływem w obiegu głównym wymiennika ciepła, znamienny tym, że w obiegu wtórnym wymiennika ciepła, wykrywa się zmiany temperatury ciepłej wody użytkowej po stronie wylotowej wymiennika, oraz chwilowe, względne zmiany przepływu ciepłej wody użytkowej i steruje się przepływem wody w odpowiedzi na wielkość tych chwilowych wykrywanych zmian, utrzymując wcześniej określoną temperaturę ciepłej wody użytkowej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnał czujnika, odpowiadający wykrywanej chwilowej, względnej zmianie przepływu, przesyła się do czujnika wykrywającego temperaturę ciepłej wody użytkowej po wylotowej stronie wymiennika ciepła zaś po zwiększeniu przepływu ciepłej wody użytkowej do regulatora przesyła się sygnał czujnika temperatury odpowiadający temperaturze niższej niż temperatura wykrywana.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wykrywa się także temperaturę wody w głównym obiegu wymiennika ciepła, przy czym za pomocą tej temperatury wody steruje się przepływem wody.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że wykrywa się także różnicę ciśnienia w obiegu głównym wymiennika ciepła, przy czym za pomocą tej różnicy ciśnień steruje się przepływem wody.
5. Urządzenie do regulacji temperatury ciepłej wody użytkowej, w którym obieg główny wymiennika ciepła jest połączony z miejską siecią cieplną za pomocą przewodu powrotnego i przewodu zasilającego, na którym jest zamontowany zawór regulujący przepływ wody podłączony do regulatora, zaś w obiegu wtórnym wymiennika ciepła jest umieszczony czujnik temperatury, znamienne tym, że czujnik temperatury (6, 6') jest umieszczony po stronie wylotowej obiegu wtórnego wymiennika ciepła (1) i jest połączony z regulatorem (5, 5'), zaś na przewodzie zasilającym (7) obiegu wtórnego wymiennika ciepła (1) jest umieszczony czujnik przepływu (12) ciepłej wody użytkowej do wykrywania chwilowych względnych zmian przepływu wody i sterowania regulatorem (5, 5').
6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że czujnik przepływu (12) jest połączony z czujnikiem temperatury (6').
7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że na przewodzie zasilającym (2) obiegu głównego wymiennika ciepła (1) jest umieszczony drugi czujnik temperatury (13) do sterowania regulatorem (5, 5’).
8. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że pomiędzy przewodem zasilającym (2) i przewodem powrotnym (3) obiegu głównego jest umieszczony czujnik różnicy ciśnienia (14) do sterowania regulatorem (5, 5').