SE444065B - Effektuttagsbegrensning for abonnentcentral vid fjerrvermesystem - Google Patents

Description

8404711-7 2 och returledningen. E I en konventionell abonnentcentral hos en fjärrvärmeabonnent överförs värme från fjärrvärmesystemet via en eller flera värme- växlare till fastighetens interna värmesystem för uppvärmning av lokaler och ventilationsluft samt för bredning av tappvarmvatten.

Reglering av värmeeffektuttaget från fjärrvärmesystemet till fastighetens interna värmesystem regleras på så vis att till varje värmeväxlare i abonnentcentralen tas ett så stort flöde från fjärr- värmesystemets framledning att önskade framledningstemperaturer i det interna värmesystemet erhålls. Detta gäller såväl för värme- växlare för överföring av värme till fastighetens radiatorer eller ventilationssystem, som för tappvarmvattenberedning. I det förra fallet är den önskade framledningstemperaturen lämpligen utetem- peraturberoende. I det senare fallet önskas framledningstempera- turen konstant oberoende av lasten liksom att viss oreglerad för- värmning av det inkommande kallvattnet sker.

Mätning av till fastigheten överförd värmeenergi sker genom integrering av momentana uppgifter om volymflöde multiplicerat med temperaturdifferens mellan fjärrvärmesystemets fram- och returled- ningar. Den utrustning som vanligtvis används är en konventionell mätare för genomlupen volym av fjärrvärmevatten, temperaturgivare för fram- och returtemperatur till respektive från den aktuella abonnentcentralen samt ett elektroniskt integreringsverk för be- räkning och integrering av förbrukad värmeenergi.

Den situation som är dimensionerande för fjärrvärmesystemet i sin helhet vad gäller produktion, distribution och konsumtion av värme, är vintertid vid extremt låga utetemperaturer då uppvärmnings- behovet av lokaler och ventilationsluft är som störst. Denna situa- tion sammanfaller med den då maximalt flöde fordras för distribution av fjärrvärme. I ett fjärrvärmesystem med ett stort antal abonnenter är det totala effektbehovet för beredning av tappvarmvatten mycket litet i förhållande till det maximala effektbehovet för uppvärmning av lokaler och ventilationsluft. Därför kommer vid höglastsituationer lasten och därmed flödetii ett fjärrvärmesystem så gott som ute- slutande att vara bestämd av uppvärmningsbehovet av lokaler och ventilationsluft.

De dimensionerande förhållandena för de interna värmesystemen i fastigheter är enligt SBN 80 de som uppträder vid en utetemperatur motsvarande LUT (lägsta utetemperatur) för den aktuella orten. För byggnader med stor värmetröghet (av exempelvis sten och betong) tillämpas LUT 5, medan för byggnader med liten värmetröghet (av 3 6404711-7 exempelvis trä tillämpas LUT 1. Definitionsmässigt är LUT 5 och 1 den medeltemperatur som underskrids med 3 respektive 4°C under en 5-dygns- respektive 1-dygnsperiod endast en gång per 30 år.

Genom att tillåta att fastigheters interna värmesystem dimensio- neras för värmebehov lägre än dem som kan inträffa på orten ifråga accepteras att under extrema uteförhållanden viss effektbrist upp- står.

I de fall effektbrist i ett konventionellt konstruerat värme- system uppstår kommer bristen normalt att fördelas relativt lika mellan olika värmebehov och delar av fastigheten. Bristen yttrar sig vanligtvis i att samtliga lokaler får en något lägre tempera- tur, får något kallare ventilationsluft och tappvarmvatten. På så vis blir den genomsnittliga effektbristen så liten att den kan an- ses som acceptabel under kortare perioder under extrema uteför- hållanden.

Om ett fjärrvärmesystems produktionsapparat och distributions- ledningar dimensioneras för förhållanden motsvarande den vid LUT, uppkommer på samma vis som för uppvärmningsystemet inom en fas- tighet en kalkylerad bristsituation vid utetemperaturer lägre än LUT. I ett fjärrvärmesystem kommer, i motsats till i fastigheternas interna uppvärmningssystem, inte automatiskt att ske någon jämn för- delning av effektbristen mellan fjärrvärmesystemets abonnenter.

I stället kommer, beroende på det sätt på vilket abonnenterna reg- lerar sitt uttag av värme från fjärrvärmesystemet, en effektbrist i praktiken till övervägande del endast att drabba de abonnenter som vid normal drift har lägst differenstryck. Anledningen till detta är att det i praktiken är omöjligt att fördela ett givet flöde på ett önskat sätt mellan abonnenterna medelst fast instryp- ning, då kontinuerlig anslutning av nya abonnenter normalt sker, vilket ständigt förändrar förutsättningarna för en önskad flödes- fördelning. Vidare sker ofta i fjärrvärmesystem samdrift av flera produktionsanläggningar i ett och samma ledningsnät, vilket gör att det för en given abonnentcentral tillgängliga differenstrycket kan variera högst avsevärt (upptill förhållandet 1:10). Dessa förhål- landen omöjliggör inställning av en fast instrypning i syfte att fördela ett givet flöde. I stället måste en dynamiskt variabel in- strypning ske så att alltid anpassning sker till den aktuella tryck- och flödessituationen.

Vad som inträffar vid en effektbrist i ett fjärrvärmesystem är således att samtliga abonnentcentralers reglerventiler kommer att öppna fullt och en okontrollerbar flödesfördelning kommer att upp- 8404711-7 4 stå.

Den normala åtgärden för att undvika dylika situationer i ett fjärrvärmesystem är att dimensionera dess produktionsapparat för en sådan kapacitet att någon effektbrist beroende på ett allt- för stort värmebehov hos abonnenterna inte uppstår. Svenska Värme- verksföreningen rekommenderar därför att fjärrvärmesystem dimen- sioneras inte för det effektbehov som beräknas uppstå vid LUT utan vid FDUT (Dimensionerande UteTemperatur för Fjärrvärme). Denna temperatur ligger ca 3°C under LUT, vilket motsvarar ca 10% större effektbehov.

Om vid värmeeffektbehovlägreän de dimensionerande ett plöts- ligt bortfall av produktionskapacitet uppstår orsakar detta att framledningstemperaturen från den aktuella anläggningen sjunker.

För en dylik situation finns följande två alternativa handlings- sätt: _ Distributionspumparnas kapacitet tvångsstyrs ned på ett sådant sätt att endast så mycket vatten distribueras ut som motsvarar den kvarvarande effekten i anläggningen. Detta innebär att den önskade framledningstemperaturen bibehålles. Genom tvångsnedstyrning av distributionspumparna kommer det för abonnentcentralerna tillgäng- liga differenstrycket att minska. Därigenom kommer deras reglerven- tiler att öppna fullt. Beroende på det sänkta differenstrycket kommer endast de abonnenter som ligger i omedelbar närhet av produktions- anläggningen att få värme medan de längst bort belägna i praktiken blir helt utan.

Distributionspumparna får gå som förut och framledningstempera- turen sjunker. Detta innebär att abonnenterna, efterhand som den sänkta framledningstemperaturen når dem, kommer att försöka kompen- sera denna genom att öppna sina reglerventiler fullt. Detta kommer att orsaka flödesmässigt motsvarande situation som vid värmeeffekt- behov och därmed flödesbehov utöver det systemet är dimensionerat ¿ för. Således kommer huvudsakligen de abonnenter med vid normal drift lägst differenstryck att drabbas av effektbrist medan övriga närmare produktionsanläggningen får avsevärt större del och i vissa fall hela sitt värmeffektbehov tillfredställt; Ovan har följande problemställningar beskrivits: Avsiktlig och nödvändig överdimensionering av fjärrvärme- systemets produktionsapparat i förhållande till värmeeffektbehovet vid för abonnenterna dimensionerande förhållande. Detta i syfte att undvika situationer med okontrollerbar fördelning av flöde och 8404711-7 effekt vid värmebehov högre än de vid dimensionerande förhållanden för fastigheternas interna värmesystem.

Okontrollerbar fördelning av flöde och effekt vid effektbrist beroende på bortfall av värmeproduktionskapacitet.

Ovanstående problemställningar kan lösas genom utnyttjande av en i varhe abonnentcentral placerad utrustning för aktiv begräns- ning av i varje abonnentcentral från fjärrvärmesystemet uttagbart flöde och/eller effekt. Styrutrustningen enligt uppfinningen upp- visar därför en flödes- och/eller effektbegränsningsenhet, inne- fattande ett avkänningsdon som är anslutet till flödesmätaren och/ /eller integreringsverket för avkänning av flödet av fjärrvärme- vatten genom abonnentcentralen och/eller den ur fjärrvärmesystemet uttagna effekten, ett jämförelsedon som jämför värdet för flödet och/eller den uttagna effekten med ett förutbestämt högsta värde härför samt ett styrdon som är anslutet till reglerventilen och som, då flödet och/eller den uttagna effekten överstiger nämnda förutbestämda högsta värde p.g.a. exempelvis att fjärrvärmesyste- mets värmeproduktionsanläggning inte täcker effektbehovet för samtliga abonnenter anslutna till fjärrvärmesystemet, reducerar flödet och/eller effekten till nämnda högsta värde genom reducering av flödet genom reglerventilen.

En aktiv flödesbegränsande funktion erhålles enligt ett för- delaktigt utförande således genom att från befintlig flödesmätare hämta signal om aktuellt flöde och om detta överstiger ett förut- bestämt högsta värde övertar utrustningen styrning av befintliga reglerventiler för värmeväxlare för uppvärmning av lokaler (och eventuellt också de för uppvärmning av ventilationsluft och tapp- varmvatten) och styr därefter ner det totala flödet till den önskade nivån. Vid värmeeffektbehov överstigande det fjärrvärme- systemet dimensionerats för samt vid bortfall av produktionskapa- citet och vid handhavande enligt det senare av ovan beskrivna g alternativ, bibehålls härvid en önskad fördelning av flödet och därmed av den kvarvarande effekten och bristen fördelas mellan samtliga abonnenter på ett önskat sätt.

Ett lämpligt utförande för aktiv begränsning av den från en abonnent uttagbara värmeeffekten kan erhållas på motsvarande vis.

Detta sker då genom att från befintlig värmemängdsmätutrustning hämta signal för uttagen effekt alternativt hämta pulser för indi- kering av förbrukad energi och med hjälp av mätning av tidsinter- vallen mellan dessa eller mätning av antalet pulser per tidsinter- vall bestämma det aktuella effektuttaget. överstiger det aktuella 8404711-7 6 effektuttaget det förutbestämda högsta värdet härför, tvångsstyrs befintliga reglerventiler ned på ett sådant sätt att den förut- bestämda maximala effekten inte överskrides. Pâ så vis kan det totala effektbehovet i fjärrvärmesystemet alltid begränsas till summan av samtliga abonnenters förutbestämda maximieffekt. Här- igenom kan fjärrvärmesystemets produktionsapparat också dimensio- neras för detta. På så vis kan den totala produktionskapaciteten i fjärrvärmesystemet minskas med i storleksordningen 10%.

Någon fastställd definition av nämnda förutbestämda högsta flöde eller effekt finns inte, utan värdena härför får fastställas genom schablon baserad på t.ex. uppvärmd area, tidigare års energi- konsumtion eller av fastighetsägaren genomförd beräkning av effektbehovet. Det senare gäller framförallt vid anslutning av ny- byggnation.

Uppfinningen skall nedan närmare beskrivas med hänvisning till bifogad ritning, på vilken den enda figuren är en principskiss över en till ett fjärrvärmesystem ansluten abonnentcentral med envärmemängds- mätutrustning av konventionellt slag, en styrutrustning enligt uppfinningen och en styrautomatik av konventionell typ.

Den i figuren visade abonnentcentralen 1 innefattar minst en värmeväxlare för radiatorvatten, eventuellt flera värmeväxlare för radiatorvatten, ventilationsluft, tappvarmvatten, etc. Abonnent- centralen 1 är ansluten till fjärrvärmesystemet via en framledning 2 och en returledning 3 och till fastighetens värmesystem via en framledning 4 och en returledning 5, och överför värme från fjärr- värmevattnet till radiatorvattnet i fastighetens värmesystem. För att mäta mängden överförd värmeenergi användes en flödesmätare 6, som är kopplad till returledningen 3, samt temperaturgivare 7 och 8, som är kopplade till framledningen 2 respektive returledningen 3. Erhâllna flödes- och temperaturvärden matas via ledningar 17, respektive 18 och 19 in i ett elektroniskt integreringsverk 9, som med ledning därav beräknar och integrerar förbrukad värmeenergi.

En reglerventil 10 användes till att reglera flödet av fjärrvärme- vatten genom abonnentcentralen 1. Reglerventilen 10, som är monterad på returledningen 3, är manuellt eller automatiskt styrd för att i n beroende av utetemperaturen ge radiatorvattnet den temperatur som erfordras för optimal uppvärmningseffekt.

I syfte att vid effektbrist p.g.a. exempelvis haveri i fjärr- värmeproduktionsanläggningen eller alltför stort effektbehov, be- gränsa flödet genom abonnentcentralen och/eller begränsa den uttagna effekten samt fördela bristen över alla till fjärrvärmesystemet an- ¿i 8404711-7 slutna abonnenter, är en styrutrustning 11 enligt uppfinningen ansluten till respektive abonnentcentral. Styrutrustningen 11 inne- fattar härvid en flödes- och/eller effektbegränsningsenhet 12, som, då flödet av fjärrvärmevatten genom abonnentcentralen 1 och/eller ur fjärrvärmesystemen uttagen effekt överstiger ett förutbestämt högsta värde, reducerar flödet och/eller effekten till detta värde. Olika sätt att erhålla detta maximivärde anges ovan. För att förenkla tillverkning och montering av styrutrust-_ ningen 11 samt medge utnyttjande av i abonnentcentralen redan be- fintlig utrustning, uppvisar flödes-och/eller effektbegränsnings- enheten 12 ett avkänningsdon, vilket via en ledning 20-är anslutet till flödesmätaren 6 i värmemängdsmätutrustningen för avkänning av det aktuella flödet av fjärrvärmevatten genom abonnentcentralen 1, samt ett jämförelsedon som,jämför värdet för flödet med det förutbestämda högsta värdet härför. Denna jämförelse bestämmer sedan om flödes- och/eller effektbegränsningsenheten 12 skall aktiveras för att reducera det aktuella flödet eller ej. Processen är alltså kontinuerlig. Reducering av flödet till det förutbestämda högsta värdet åstadkommes med hjälp av ett till reglerventilen 10 via en ledning 21 anslutet styrdon, för att när så erfordras, strypa flödet genom ventilen. Dessutom, eller istället för anslutningen till flödesmätaren 6, är enhetens 12 avkänningsdon via en ledning 22 ansluten till integreringsverket 9 för att hämta signal för uttagen effekt eller pulser för förbrukad eller överförd energi, varvid tidsintervallet mellan pulserna eller antalet pulser per tidsinter- vall anger det aktuella effektuttaget.

Såsom framgår av utförandet enligt figuren styrs reglerventilen nprmalt via en ledning 23 av en automatik bestående av en tempera- turregulator 13, som via ledningar 24 och 25 är kopplad till givare 14 och 15 för att hämta information om aktuell utetemperatur respek- tive radiatorvattnets framledningstemperatur och med ledning av denna information reglera flödet genom ventilen 10 så att radiator- vattnet får rätt temperatur. För att förhindra att temperaturregu- latorn 13 vid en uppkommen bristsituation varaktigt håller regler- ventilen 10 i huvudsak helt öppen så att flödet därigenom och/eller den uttagna effekten blir större än det förutbestämda högsta värdet härför, uppvisar flödes- och-/eller effektbegränsningsenheten 12 ett frånkopplingsdon 16 (här på ledningen 21), som kopplar bort tempera- turregulatorn och medger övertagande av styrningen av reglerventilen för reducering av flödet ned till nämnda maximivärde för flödet

Claims (3)

i ,.-,.,,._ 8404711-7 och/eller uttagen effekt. Skulle en uppkommen bristsituation och därmed ett reducerat flöde och/eller reducerad effekt kvarstå under en längre tids- period, uppvisar flödes- och/eller effektbegränsningsenheten 12 i de fall abonnentcentralen 1 även innefattar en värmeväxlare för tappvarmvatten, ett tiddon, som efter ett givet tidsintervall bryter värmetillförseln till värmeväxlaren för tappvarmvatten genom att helt stänga tillhörande reglerventil. Styrutrustningen enligt uppfinningen har ovan angivits att aktiveras särskilt då det maximala värmeeffektbehovet är större än det som fjärrvärmesystemet dimensionerats för, d.v.s. vid ute- temperaturer lägre än FDUT, eller vid eventuella uppkommande brist- situationer p.g.a. haveri i fjärrvärmesystemets värmeproduktions- anläggning. Det bör därför noteras att styrutrustningen naturligtvis också träder i funktion då värmeeffektuttaget i någon abonnent- central, under normal drift, överstiger det förutbestämda högsta värdet för flödet och/eller uttagen effekt. Det är för fackmannen uppenbart att föreliggande uppfinning kan ha många applikationer samt inom ramen för efterföljande patent- krav uppvisa många konstruktiva utföringsformer utan att frångå uppfinningens idë och ändamål. Patentkrav

1. Styrutrustning för en till ett fjärrvärmesystem ansluten abonnentcentral, varvid till abonnentcentralen (1) är kopplad dels en mätutrustning bestående av en flödesmätare (6) som mäter flödet av fjärrvärmevatten genom abonnentcentralen, temperaturgivare (7, 8) för mätning av fjärrvärmevattnets fram- och returlednings- temperatur och ett integreringsverk (9) för beräkning och integ- rering av förbrukad värmeenergi med ledning av uppmätta flödes- och temperaturvärden, samt dels en variabel, flödesreglerande ventil (10) för reglering av flödet av fjärrvärmevatten genom abonnentcentralen, k ä n n e t e c k n a d a v en flödes- och/eller effektbegränsningsenhet (12), uppvisande ett avkännings- don som är anslutet till flödesmätaren (6) och/eller integrerings- verket (9) för avkänning av flödet av fjärrvärmevatten.genom abonnentcentralen (1) och/eller den ur fjärrvärmesystemet uttagna effekten, ett jämförelsedon som jämför värdet för flödet och/eller w den uttagna effekten med ett förutbestämt högsta värde härför samt ett styrdon som är.anslutet till reglerventilen (10) och som, då 9 8404711-7 flödet och/eller den uttagna effekten överstiger nämnda förut- bestämda högsta värde p.g.a. exempelvis att fjärrvärmesystemets värmeproduktionsanläggning inte täcker effektbehovet för samtliga abonnenter anslutna till fjärrvärmesystemet, reducerar flödet och/eller effekten till nämnda högsta värde genom reducering av flödet genom reglerventilen.

2. Styrutrustning enligt patentkrav 1, varvid en temperatur- regulator (13) med givare (14, 15) för utetemperatur och radia- torvatten är kopplad till flödesregleringsventilen (10) för styr- ning därav, k ä n n e t e c k n a d a v att flödes- och/eller effektbegränsningsenheten (12) dessutom uppvisar ett frånkopplings- don (16), som, då flödet och/eller den uttagna effekten över- stiger nämnda förutbestämda högsta värde, kopplar bort temperatur- regulatorn (13) och medger Övertagande av styrningen av flödesreg- leringsventilen (10) för reducering av flödet därigenom.

3. Styrutrustving enligt patentkrav 1 eller 2, varvid abonnent- innefattar separata värmeväxlare för radiatorvatten att centralen (1) respektive tappvarmvatten, k ä n n e t e c k n a d a v flödes- och/eller effektbegränsningsenheten (12) uppvisar ett tid- don, som efter en förutbestämd tidsperiod av reducerat flöde och/eller reducerad effekt bryter värmetillförseln till värme- växlaren för tappvarmvatten.'