Способ регулирования заданного значения температуры теплопередающей среды

Способ регулирования заданного значения температуры теплопередающей среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу регулирования заданного значения температуры теплопередающей среды и к системе отопления.

В предшествующем уровне техники тепловые насосы применяются в системах отопления для обогрева внутренних пространств в зданиях. Для того чтобы максимально увеличивать эффективность теплового насоса или, например, так называемый коэффициент полезного действия (КПД), должна выбираться система отопления, которая требует только низкой конечной температуры воды, так как более горячая вода, доставляемая тепловым насосом, будет приводить к более низкому КПД. Таким образом, обычно тепловые насосы устанавливаются так, чтобы подавать воду настолько холодной, насколько это возможно, при этом все-таки обеспечивая необходимую тепловую энергию для того, чтобы обеспечивать требуемую комнатную температуру в области, обогреваемой системой отопления.

Однако потребление тепла для обогрева внутренних пространств или комнат в здании изменяется при изменении погодных условий. Таким образом, заданное значение температуры воды также должно быть изменено соответственно в зависимости от наружной температуры, причем заданное значение температуры воды определяется по тепловой кривой исходя из наружной температуры. Таким образом, нормальная управляющая структура тепловым насосом, например, для семейного дома является такой, что наружная температура T_out сопоставляется с заданным значением температуры T_w,ref воды посредством тепловой кривой, и компрессор регулируется так, что температура воды достигает заданного значения, и достигается определенная комнатная температура T_n. Однако так как форма тепловой кривой зависит от таких факторов, как система отопления и изоляция, пользователь должен вручную регулировать тепловую кривую для каждой системы для того, чтобы достигать требуемой комнатной температуры.

Для того чтобы обеспечивать обратную связь комнатной температуры, в предшествующем уровне техники известно применение одного температурного датчика. Температурный датчик обеспечивает обратную связь комнатной температуры в одном конкретном местоположении в доме или комнате, соответственно эта обратная связь используется для регулирования заданного значения температуры воды. Это увеличивает комфорт в области, окружающей местоположение температурного датчика, и обеспечивает способность компенсировать изменения температуры.

Однако этот способ имеет недостаток в том, что он обеспечивает обратную связь относительно только одного местоположения. Если температура вблизи датчика поднимается из-за свободного тепла, компенсация температуры воды может приводить к воде, которая является слишком холодной для обогрева областей с меньшим свободным теплом, чем в местоположении, где размещен температурный датчик.

EP 0 594 886 A1 раскрывает способ и устройство для управления средней скоростью потока тепла, подаваемого в индивидуальные пространства центральной отопительной установки, состоящей из множества пространств и/или групп пространств, в этой системе измеряется степень открытия клапанов управления согласовывается с нагревательными телами индивидуальных пространств, и эта степень открытия учитывается для управления средней скорость потока тепла. Скорость потока тепла, подаваемого в пространства, тем самым изменяется согласно сигналам требования тепла.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение улучшенного способа автоматического регулирования заданного значения температуры теплопередающей среды, циркулирующей в системе отопления, и соответствующей системы отопления.

Эта задача решается согласно настоящему изобретению способом регулирования заданного значения температуры теплопередающей среды, имеющим признаки согласно пункту 1 формулы изобретения, и системой отопления, имеющей признаки согласно пункту 12 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно настоящему изобретению обеспечен способ регулирования заданного значения температуры теплопередающей среды, циркулирующей в системе отопления или охлаждения внутри здания или по меньшей мере внутри окружающей части здания, причем контур отопления или охлаждения содержит множество теплопередающих блоков, каждый из которых оборудован температурно-управляемым клапаном, отличающийся тем, что суммарную степень открытия всех температурно-управляемым клапанов определяют зависимым от времени образом, а заданным значением температуры теплопередающей среды управляют согласно предварительно определенной суммарной степени открытия всех температурно-управляемых клапанов. Согласно способу изобретения тепловая кривая автоматически адаптируется на основании состояния жидкостной системы отопления, посредством чего требуемая внутренняя температура поддерживается во всем доме, т.е. во всех областях, к которым доставляется тепло, а не только в одном местоположении. Согласно способу изобретения обеспечивают обратную связь от системы отопления, которая используется для адаптации заданного значения температуры воды для достижения требуемой комнатной температуры согласно наружной температуре. Точнее говоря, оценка потока и напора в системе отопления обеспечивает обратную связь среднего открытия всех клапанов радиатора или, соответственно, напольных клапанов в системе отопления. Обратная связь посредством оценок потока и напора используется для изменения заданного значения температуры воды на основании фактической потребности системы отопления. Температура воды медленно регулируется, чтобы удерживать температурно-управляемые клапаны в степени открытия, в которой они обеспечивают оптимальное рабочее состояние. Также автоматическая адаптация исключает необходимость для пользователя вручную регулировать тепловую кривую.

Согласно предпочтительному варианту осуществления зависимая от времени суммарная степень открытия клапана основывается на фактическом оцененном сопротивлении гидравлической системы по сравнению с оцененным минимальным и/или максимальным сопротивлением гидравлической системы.

Дополнительно оценка минимального и/или максимального сопротивления гидравлической системы может быть основана на оцененных клапанах гидравлических систем, зарегистрированных, например, в течение последних 5-25 дней.

Также предпочтительно если оценку минимального и/или максимального сопротивления гидравлической системы выполняют посредством фильтрации пиковых значений непрерывно определяемого сопротивления гидравлической системы.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления заданное значение температуры также регулируют согласно наружной температуре здания. Для этого измерение наружной температуры обеспечивают для теплового насоса, который далее оценивает поток и напор системы и использует это для изменения выхода так, что система отопления поддерживается в оптимальном рабочем состоянии.

Предпочтительно теплопередающая система содержит кривую компенсации тепла, которая выводит заданное значение температуры относительно наружной температуры здания.

Более того, заданное значение температуры может быть управляемым на основании суммарной степени открытия клапана и кривой компенсации тепла.

Кривая компенсации тепла может быть адаптирована в зависимости от наружных температур и суммарной степени открытия клапана.

Также предпочтительно если суммарную степень открытия всех температурно-управляемым клапанов определяют исходя из потока и/или напора через контур отопления или охлаждения.

Согласно еще одному дополнительному предпочтительному варианту осуществления суммарную степень открытия всех температурно-управляемых клапанов определяют насосом системы отопления, в особенности датчиком на основании данных и/или электрических данных насоса.

Предпочтительно имеется первый этап, когда оценивают минимальное и максимальное сопротивления гидравлической системы, и второй этап, когда определяют суммарную степень открытия всех температурно-управляемых клапанов.

Согласно изобретению также обеспечивается система отопления для подачи тепла в здание или часть здания посредством жидкой теплопередающей среды, циркулируемой в контуре, причем система отопления содержит множество теплопередающих блоков, каждый из которых оборудован температурно-управляемым клапаном, причем система является управляемой согласно описанному выше способу. Система отопления, которая осуществляет автоматическую адаптацию тепловой кривой согласно изменениям свободного тепла, обеспечивает преимущества, уже обсужденные выше. Конкретно система отопления может всегда функционировать с максимизированным КПД при поддержании комфортной температуры во всех областях, обогреваемых в доме или здании.

Система отопления предпочтительно содержит насос, в котором реализован алгоритм адаптации, причем насос имеет вход температурного датчика для температуры, измеряемой наружным температурным датчиком.

Дополнительно насос может иметь выход для температуры, которая указывает компенсируемую наружную температуру.

Согласно предпочтительному варианту осуществления температурно-управляемым клапаны представляют собой термостатические клапаны. Термостатические клапаны используются для управления комнатной температурой во всех областях здания. Это обеспечивает обратную связь комнатной температуры и тем самым способность компенсировать изменения температуры, полученные, например, от свободного тепла.

Изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления, которые могут быть преобразованы многими путями. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны более конкретно путем примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг.1 показывает нормальную управляющую структуру тепловым насосом согласно предшествующему уровню техники;

Фиг.2 показывает общую схему системы управления для выполнения способа согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 показывает управляющую структуру для теплового насоса системы отопления согласно настоящему изобретения;

Фиг.4 показывает управляющую структуру для теплового насоса системы отопления согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.5 показывает управляющую структуру для теплового насоса системы отопления согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.6 показывает графическое представление адаптации тепловой кривой согласно потребности системы отопления.

Фиг.1 показывает нормальную управляющую структуру теплового насоса 1, которая может быть реализована в односемейном доме согласно предшествующему уровню техники. Наружная температура T_out сопоставляется с заданным значением температуры воды T_w,ref посредством тепловой кривой, и компрессор 2 регулируется так, что температура воды T_w достигает заданного значения, а комнатная температура T_n достигается, когда система 3 отопления функционирует. Однако согласно этому варианту реализации пользователь должен вручную регулировать тепловую кривую для достижения требуемой комнатной температуры, так как форма кривой зависит помимо прочего от используемого типа системы отопления и изоляции дома.

Фиг.2 показывает общую схему системы управления для выполнения способа согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Вариант осуществления, показанный на Фиг.2, иллюстрирует основной принцип системы управления для выполнения способа изобретения. Заданное значение температуры воды T_w,ref, которая подается тепловому насосу 6 системы отопления, вычисляется на основании наружной температуры T_out, измеренной, например, температурным датчиком, размещенным снаружи здания, а степень OD открытия системы отопления оценивается средствами 4 оценки степени открытия. Конкретно степень открытия вычисляется на основании оценки потока Q и напора H, которые вводятся в средства 4 оценки степени открытия. Таким образом, оба значения, степень OD открытия и наружная температура T_out, затем используются как входная информация для адаптации адаптивной тепловой кривой 5. Таким образом, тепловая кривая 5 автоматически адаптируется к потребности системы отопления.

Фиг.3 показывает управляющую структуру для теплового насоса 6 системы 9 отопления согласно изобретению. Здесь выход из регулятора 7, который использует опорное значение степени OD_ref открытия и степень OD открытия от средств 4 оценки степени открытия, расположенных в петле обратной связи для вывода заданного значения температуры воды T_w,ref, которая далее подается управлению 8 компрессора теплового насоса 6, который в свою очередь выводит значение T_w температуры воды системы 9 отопления.

Фиг.4 показывает управляющую структуру для теплового насоса 6 системы 9 отопления согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно этому варианту осуществления обратная связь от всей системы 9 отопления используется для автоматической адаптации тепловой кривой 5, причем Q обозначает измерение или оценку потока, а H обозначает измерение или оценку напора системы для того, чтобы вычислять или оценивать степень OD открытия радиаторов в средствах 4 оценки OD.

Фиг.5 показывает управляющую структуру для теплового насоса 6 системы 9 отопления согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Это снова представляет собой управляющую структуру тепловым насосом с обратной связью от всей системы отопления. Насос 10 выдает альтернативную температуру T’_out тепловому насосу 6. Тепловой насос 6 использует альтернативную температуру T’_out в качестве входных данных для его тепловой кривой 5.

Оба варианта осуществления, которые проиллюстрированы на Фиг.4 и Фиг.5, обеспечивают краткосрочную адаптацию к потребности в тепле. Внезапные изменения температуры, например, из-за свободного тепла побуждают клапаны радиатора изменять степень OD открытия. Это в свою очередь вызывает изменения потока и напора, которые обнаруживаются и используются для корректировки ссылочной T_w,ref температуры воды, с помощью температуры T_cor коррекции. С помощью температуры коррекции также обеспечивается возможность для выполнения долгосрочной адаптации к дому или зданию. Тепловая кривая согласно текущей наружной температуре T_out регулируется до текущего заданного значения T_w,ref температуры воды, тем самым тепловая кривая регулируется для дома или здания в течение времени. Это исключает нежелательные высокие температуры воды и обеспечивает требуемую тепловую энергию с оптимальным КПД.

Фиг.6 показывает графическое представление адаптации тепловой кривой согласно потребности системы отопления, причем отображены тепловая кривая при запуске, тепловая кривая после года и тепловая кривая каждые 4 недели. Тепловая кривая автоматически адаптируется к потребности системы отопления. Тепловая кривая адаптируется к потребности в тепле дома согласно текущей наружной температуре в течение всего года.

Описанные выше варианты осуществления изобретения могут использоваться в системах отопления с изменением температур среды. Система управления также работает с системами отопления с напольным отоплением вместо радиаторов, так как система напольного отопления обеспечивает такую же обратную связь комнатных температур. Дополнительно система управления не ограничивается тепловыми насосами, но также может быть реализована в других типах устройств отопления или охлаждения.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 тепловой насос согласно предшествующему уровню техники

2 компрессор согласно предшествующему уровню техники

3 система отопления согласно предшествующему уровню техники

4 средства оценки степени открытия

5 тепловая кривая

6 тепловой насос

7 регулятор

8 управление компрессора

9 система отопления

10 насос

1. Способ регулирования заданного значения температуры теплопередающей среды, циркулирующей в системе (9) отопления или охлаждения внутри здания или, по меньшей мере, внутри окружающей части здания, причем контур отопления или охлаждения содержит множество теплопередающих блоков, каждый из которых оборудован температурно-управляемым клапаном, отличающийся тем, что суммарную степень (OD) открытия всех температурно-управляемых клапанов определяют зависимым от времени образом, а заданным значением температуры T_w,ref теплопередающей среды управляют согласно предварительно определенной суммарной степени OD открытия всех температурно-управляемых клапанов, причем зависимую от времени суммарную степень OD открытия клапана основывают на фактически оцененном сопротивлении гидравлической системы по сравнению с оцененным минимальным и/или максимальным сопротивлением гидравлической системы, и при этом оценку минимального и/или максимального сопротивления гидравлической системы основывают на оцененных сопротивлениях гидравлических систем, зарегистрированных в течение последних 5-25 дней.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценку минимального и/или максимального сопротивления гидравлической системы выполняют посредством фильтрации пиковых значений непрерывно определяемого сопротивления гидравлической системы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданное значение температуры T_w,ref также регулируют согласно наружной температуре Т_out здания.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что теплопередающая система содержит кривую компенсации тепла, которая выводит заданное значение температуры T_w,ref относительно наружной температуры T_out здания.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что заданным значением температуры T_w,ref управляют на основании суммарной степени OD открытия клапана и кривой компенсации тепла.

6. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что кривую компенсации тепла адаптируют в зависимости от наружных температур T_out и суммарной степени OD открытия клапана.

7. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что суммарную степень OD открытия всех температурно-управляемых клапанов определяют на основании потока и/или напора через контур отопления или охлаждения.

8. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что суммарную степень открытия всех температурно-управляемых клапанов определяют насосом системы отопления, в особенности датчиком на основании данных и/или электрических данных насоса.

9. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что имеется первый этап, когда оценивают минимальное и максимальное сопротивления гидравлической системы, и второй этап, когда определяют суммарную степень OD открытия всех температурно-управляемых клапанов.

10. Система (9) отопления для подачи тепла в здание или часть здания посредством жидкой теплопередающей среды, циркулирующей в контуре, причем система (9) отопления содержит множество теплопередающих блоков, каждый из которых оборудован температурно-управляемым клапаном, отличающаяся тем, что система является управляемой согласно способу по пп.1-9.

11. Система (9) отопления по п.10, отличающаяся тем, что система (9) отопления содержит насос (10), в котором реализован алгоритм адаптации, причем насос (10) имеет вход температурного датчика для температуры, измеряемой наружным температурным датчиком.

12. Система (9) отопления по п.11, отличающаяся тем, что насос (10) дополнительно имеет выход для температуры, которая указывает компенсируемую наружную температуру.

13. Система (9) отопления по любому из пп.10-12, отличающаяся тем, что температурно-управляемые клапаны представляют собой термостатические клапаны.