Rozwiązania techniczne urządzeń automatyki realizujących sterowanie i monitorowanie systemów energetycznych AGH

Podobne dokumenty
Automatyka i sterowania

Struktura systemów sterowania

dr inż. Sławomir Kowalczyk - Lumel S.A. mgr inż. Andrzej Nowosad - MPEC Chełm Sp. z o.o.

mgr inż. Jakub Grela Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej

Ciepłownictwo. Projekt zbiorczego węzła szeregowo-równoległego, dwufunkcyjnego, dwustopniowego

7. Dlaczego każdy odbiorca musi zamawiać odpowiednią moc cieplną? Jakie są konsekwencje zbyt małej mocy zamówionej?

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

1 Informacje o oprogramowaniu SOZE v przeznaczonym do regulacji, sterowania i zarządzania ciepłem w budynkach

WFS Moduły Numer zamów

Automatyzacja w ogrzewnictwie i klimatyzacji. Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenie 2

CIEPŁOWNICTWO WĘZŁY CIEPŁOWNICZE MIESZKANIOWE

Ocena wpływu systemów automatyki na efektywność energetyczną budynków w świetle normy PN-EN cz. 2

Komfortowa Centrala Solarna CSZ-11/300 CSZ-20/300 CSZ-24/300

MAKING MODERN LIVING POSSIBLE. Idea i korzyści dla indywidualnego klienta. PKL - Mieszkaniowy węzeł cieplny

NODA System Zarządzania Energią

Poprawa efektywności energetycznej budynków mieszkaniowych i użyteczności publicznej w oparciu o rozwiązania Danfoss

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

dr inż. Jan Porzuczek POMIARY MOCY I ENERGII CIEPLNEJ

Modernizacja instalacji centralnego ogrzewania budynku poddanego kompleksowej termomodernizacji. Budynek ul. Dominikańska 10A w Łęczycy.

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Regulacja instalacja centralnego ogrzewania budynków Zespołu Szkół Technicznych przy ul. Sejneńskiej 33, 33A, 35 w Suwałkach

Audyt Węzła Cieplnego

Kolektory słoneczne płaskie - automatyka. SOM 6 plus. Katalog TS 2015

Jako źródło ciepła przewidziano węzeł cieplny, dla instalacji wewnętrznej budynku.

Instalacje grzewcze, technologiczne i przesyłowe. Wentylacja, wentylacja technologiczna, wyciągi spalin.

Dlaczego pompa powinna być "inteligentna"?

Modernizacja instalacji centralnego ogrzewania budynku poddanego kompleksowej termomodernizacji. Budynek ul. M. Konopnickiej 3 w Łęczycy.

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

System monitoringu i sterowania pomp obiegowych

Wpływ sposobu ogrzewania na efektywność energetyczną budynku

Moduł solarny SM1. Moduł solarny SM1. Obsługa systemów solarnych we współpracy z regulatorem kotłowym Vitotronic 100 / 200

13. MODUS BOX / BASIC BOX MIESZKANIOWE STACJE ROZDZIAŁU I POMIARU CIEPŁA

SK Instrukcja instalacji regulatora węzła cieplnego CO i CWU. Lazurowa 6/55, Warszawa

Politechnika Gdańska

Idea i korzyści dla indywidualnego klienta PKL - Mieszkaniowy węzeł cieplny

WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI. Wytyczne do Programu Funkcjonalno-Użytkowego Centrum Nauki Keplera w Zielonej Górze

Moduł kaskady E.Y1203 [do 2-4 kotłów] Moduł kaskady AX 5200 SQ [do 2-5 kotłów] ROZDZIAŁ 14 AUTOMATYKA URZĄDZEŃ GRZEWCZYCH

Doświadczenia audytora efektywności energetycznej w procesach optymalizacji gospodarki energetycznej w przedsiębiorstwach

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

AUTOREFERAT ROZPRAWY DOKTORSKIEJ

Temperatury na klatkach schodowych i w korytarzach

Rys. 1 Otwarty układ regulacji

Nagrzewnica elektryczna LEO EL

WYTYCZNE STOSOWANIA REGULATORÓW POGODOWYCH

Węzły cieplne do 50 kw

TARYFA DLA CIEPŁA. Spis treści: Część I. Objaśnienie pojęć i skrótów używanych w taryfie.

Przyjazne Technologie. Nagrzewnice powietrza LH Piece nadmuchowe WS/WO

Klimakonwektory. 2 lata. wodne Nr art.: , , KARTA PRODUKTU. gwarancji. Ekonomiczne produkty zapewniające maksymalną oszczędność!

System Nadzoru i Sterowania. Lokalnymi Źródłami i Odbiorami Energii.

Opomiarowanie i monitoring zużycia czynników energetycznych

Przykład MPEC S.A. w Tarnowie.

Przedszkole Miejskie nr 14, przy ul. Maya 6/8 w Tomaszowie Mazowieckim

Opracowanie koncepcji wymiany centralnego ogrzewania

Nowy produkt THERMIA VARME AB THERMIA ATRIA. Opracowano w Nordica Engineering za zgodą i z materiałów dostarczonych przez THERMIA VARME AB

Energooszczędność budynku a ZUŻYCIE energii na przygotowanie c.w.u.

TARYFA DLA CIEPŁA. Spis treści:

Zasady doboru układów automatycznej regulacji w węzłach cieplnych

TARYFA DLA CIEPŁA. Barlinek, 2017 r. SEC Barlinek Sp. z o.o.

Wytyczne do projektowania systemów grzewczych z zastosowaniem miniwęzłów cieplnych

Identyfikacja potencjału oszczędności energii jako podstawa w procesie poprawy efektywności energetycznej przedsiębiorstwa

Wykorzystanie pojemności cieplnej dużych systemów dystrybucji energii

BADANIE WYMIENNIKA CIEPŁA TYPU RURA W RURZE

S P I S T R E Ś C I. 1. Część I Objaśnienie pojęć i skrótów używanych w taryfie.

02. WYKAZ DOKUMENTACJI

T A R Y F A D L A C I E P Ł A

Regusol X grupa pompowo-wymiennikowa do instalacji solarnych Dane techniczne

Ćwiczenia audytoryjne

Zastosowanie telemetrii do poprawy efektywności eksploatacji systemu ciepłowniczego. Wykorzystanie sieci ciepłowniczej do akumulacji ciepła.

ZUŻYCIE ENERGII DO OGRZEWANIA LOKALU W BUDYNKU WIELORODZINNYM. Paweł Michnikowski

INSTALACJA CENTRALNEGO OGRZEWANIA I CIEPŁA DLA WENTYLACJI

STACJE MIESZKANIOWE 2015

DOKUMENTACJA TECHNICZNA

Moduł Solarny SM1. Obsługa systemów solarnych we współpracy z regulatorem kotłowym Vitotronic 100 / 200

Regulacja dwupołożeniowa (dwustawna)

Mniejsze zużycie energii wiąże się z niższymi kosztami ogrzewania pomieszczeń, ciepłej wody użytkowej i ciepła technologicznego

Fortum Monitoring. Wiedza i możliwości. Fortum Monitoring. Fortum_folder_monitoring_ _DRUK.indd 1

ĆWICZENIE NR 4 WYMIENNIK CIEPŁA

IR SANIT Usługi Projektowe Ireneusz Piotrowski Lubin, ul. Króla Rogera 8/10 tel: ,

AUTOMATYKA I POMIARY LABORATORIUM - ĆWICZENIE NR 15 WYMIENNIK CIEPŁA CHARAKTERYSTYKI DYNAMICZNE

Regulacja ciśnienia w sieci cieplnej współpracującej z zautomatyzowanymi węzłami ciepłowniczymi

Projekt: Poprawa jakości powietrza poprzez zwiększenie udziału OZE w wytwarzaniu energii na terenie Gminy Hażlach

Audyt energetyczny podstawą dobrej termomodernizacji budynków Źródła finansowania przedsięwzięć termomodernizacyjnych i ekoenergetycznych

SOLARCOMP 971SD-4. Karta katalogowa do wersji wydanie 16, czerwiec 2018 STEROWNIK KOLEKTORA SŁONECZNEGO STEROWANIE ELEKTRONICZNĄ POMPĄ Z WEJŚCIEM PWM

POMPA CIEPŁA DO CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ Z 200 l ZASOBNIKIEM C.W.U. I JEDNĄ WĘŻOWNICĄ

Mieszkaniowy węzeł cieplny Regudis W-HTU Dane techniczne

Informacja o pracy dyplomowej

Audyt energetyczny lokalnego źródła ciepła Budynek administracyjny Starostwa Powiatowego w Kozienicach

BILANS CIEPLNY CZYNNIKI ENERGETYCZNE

AUDYT ENERGETYCZNY podstawa efektywnego projektu. Praktyczne doświadczenia

nr TC - / 2016 / XV / MP z dnia r. Zatwierdził: Krzyż Wlkp., 2016r.

Wstęp. Dowolna lokalizacja budynków Automatyka różnych producentów. Dowolna lokalizacja operatora systemu. Monitoring SySteM

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia III. Pomiar natężenia przepływu za pomocą sondy poboru ciśnienia

Podstawy energetyki cieplnej - ĆWICZENIA Wykład wprowadzający

PROJEKT BUDOWLANY PRZEBUDOWY POMIESZCZEŃ KOTŁOWNI NA SALĘ KONFERENCYJNO- MULTIMEDIALNĄ ORAZ SIŁOWNIĘ

Zarządzanie systemem rozproszonych źródeł i magazynów energii na przykładzie Centrum Energii Odnawialnej w Sulechowie

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Katedra Ciepłownictwa. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

6. Schematy technologiczne kotłowni

Modelowe rozwiązanie budynek wielorodzinny Wspólnota Mieszkaniowa Właścicieli nieruchomości położonej w Krosnowicach

Programowanie i sterowanie pracą systemu ciepłowniczego w Tarnowie z wykorzystaniem systemu monitoringu

CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA BUDYNKU

Transkrypt:

Studia Podyplomowe EFEKTYWNE UŻYTKOWANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ w ramach projektu Śląsko-Małopolskie Centrum Kompetencji Zarządzania Energią Rozwiązania techniczne urządzeń automatyki realizujących sterowanie i monitorowanie systemów energetycznych AGH mgr inż. Wojciech Kreft

Rozwiązania techniczne urządzeń automatyki realizujących sterowanie i monitorowanie systemów energetycznych AGH WOJCIECH KREFT AGH Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie, Katedra Automatyki email: wkreft@agh.edu.pl

Rozwiązania techniczne urządzeń automatyki realizujących sterowanie i monitorowanie systemów energetycznych AGH SZKIC WYKŁADU: Pojęcie sterowania, zadań sterowania, wskaźniki jakości Pomiary w węzłach ciepłowniczych (przykład Miasteczka Studenckiego AGH) Algorytmy sterowania dystrybucją energii cieplnej (przykład kompleksu pawilonów AGH) Model zużycia energii cieplnej przez budynek dla różnych strategii sterowania

POJĘCIE STEROWANIA, ZADAŃ STEROWANIA, WSKAŹNIKI JAKOŚCI Sterowanie jest to takie oddziaływanie na obiekt, które umożliwia uzyskanie określonych, z góry zaplanowanych zachowań obiektu. Rys.1. Obiekt sterowania SISO Sterowanie wywodzi się od słowa STER część statku służąca do utrzymywania jak i zmiany kursu. Zagadnienie sterowania funkcjonowało już w starożytności. Oto nawet okrętom, choć tak są potężne i tak silnymi wichrami miotane, niepozorny ster nadaje taki kierunek, jaki odpowiada woli sternika. (Biblia, Jk 3,4)

POJĘCIE STEROWANIA, ZADAŃ STEROWANIA, WSKAŹNIKI JAKOŚCI Przykładem zadania sterowania jest stabilizacja prędkości obrotowej. W 1788 roku po raz pierwszy wykorzystano regulator Watta w maszynie parowej do stabilizacji prędkości obrotowej. Rys.2. Regulator Watta (źródło Wikipedia)

POJĘCIE STEROWANIA, ZADAŃ STEROWANIA, WSKAŹNIKI JAKOŚCI Regulator Watta jest tzw. regulatorem bezpośredniego działania, czyli takim regulatorem, który nie potrzebuje dodatkowego zasilania z zewnątrz. W ciepłownictwie również wykorzystuje się regulatory bezpośredniego działania, są nimi np. regulatory termostatyczne w grzejnikach. Rys.3. Regulator termostatyczny

POJĘCIE STEROWANIA, ZADAŃ STEROWANIA, WSKAŹNIKI JAKOŚCI Układ sterowania jest to powiązanie ze sobą obiektu sterowania wraz z regulatorem. Układ sterowania może być otwarty lub zamknięty. Rys.4. Otwarty układ sterowania Rys.5. Zamknięty układ sterowania

POJĘCIE STEROWANIA, ZADAŃ STEROWANIA, WSKAŹNIKI JAKOŚCI Podstawowym celem sterowania jest uzyskanie pożądanego przebiegu wyjścia obiektu. Najczęściej oznacza to stabilizację wartości wyjścia na określonym poziomie, choć czasami zdarza się utrzymywanie wyjścia wg wartości zmiennej w czasie funkcji (sterowanie nadążne). W ciepłownictwie najczęściej mamy do czynienia ze stabilizacją temperatury, np. utrzymywanie w pomieszczeniach temperatury 20 0 C. Oprócz zapewnienia podstawowego celu, pojawiają się również kryteria jakości działania układu sterowania, zwane wskaźnikami jakości. Można wyróżnić następujące wskaźniki jakości: 1) czas odpowiedzi 2) czas regulacji 3) przeregulowanie 4) całkowe wskaźniki jakości (najczęściej całka z kwadratu uchybu)

POMIARY W WĘZŁACH CIEPŁOWNICZYCH (PRZYKŁAD MIASTECZKA STUDENCKIEGO AGH) Węzeł ciepłowniczy jest to zestaw instalacji i urządzeń służących do zapewnienia właściwych dostaw ciepła do budynku. Standardem jest, że struktura ta składa się z dwóch niejako odrębnych układów: centralnego ogrzewania (CO) i ciepłej wody użytkowej (CWU). Rys.6. Ekran synoptyczny głównego wymiennika ciepła kompleksu budynków AGH (z archiwum Katedry Automatyki AGH)

POMIARY W WĘZŁACH CIEPŁOWNICZYCH (PRZYKŁAD MIASTECZKA STUDENCKIEGO AGH) W latach 2005-2006 wykonano w ramach Grantu Uczelnianego Zamawianego GUZ 21.10.210.91 inwentaryzację sprzętu automatyki w węzłach ciepłowniczych Miasteczka oraz pomiary wielkości fizycznych poszczególnych węzłów (temperatury, przepływy, moce). W każdym z badanych węzłów ciepłowniczych umieszczono przepływomierz ultradźwiękowy oraz czujniki termoparowe. Rys.7. Wymienniki C.O. i C.W.U. wraz ze zbiornikiem ciepłej wody w węźle ciepłowniczym jednego z akademików Miasteczka Studenckiego AGH

POMIARY W WĘZŁACH CIEPŁOWNICZYCH (PRZYKŁAD MIASTECZKA STUDENCKIEGO AGH) SYSTEM CIEPŁOWNICZY Celem systemu ciepłowniczego jest dostarczanie takiej ilości energii cieplnej aby warunki panujące w pomieszczeniach budynku były komfortowe. Z drugiej jednak strony zadaniem tego systemu jest minimalizacja zużycia energii cieplnej, z czym się oczywiście wiążą oszczędności. System ciepłowniczy na ogół oprócz wymiennika ciepła CO składa się również z wymiennika ciepła CWU, którego zadaniem jest przekazywanie ciepła z miejskiej sieci MPEC do lokalnej sieci budynku, która służy do zaspokajania potrzeb użytkowników w ciepłą wodę użytkową. Rys.8. Schemat dostarczania energii cieplnej do budynków kompleksu uczelnianego AGH oraz Miasteczka Studenckiego AGH

POMIARY W WĘZŁACH CIEPŁOWNICZYCH (PRZYKŁAD MIASTECZKA STUDENCKIEGO AGH) Sterowanie nadrzędne Rys.9. Schemat układu regulacji T z

POMIARY W WĘZŁACH CIEPŁOWNICZYCH (PRZYKŁAD MIASTECZKA STUDENCKIEGO AGH) Rys. 10. Schemat węzła DS Bonus z zaznaczeniem miejsc pomiarowych. 1 zasilanie przed zaworem regulacyjnym, 2 zasilanie za zaworem regulacyjnym, 3 powrót, przed licznikiem przepływu, 4 cyrkulacja C.W,U, 5 połączenie wewnętrzne wymiennika. Przepływomierz ultradźwiękowy Controlotron zamocowany jest w miejscu oznaczonym C

POMIARY W WĘZŁACH CIEPŁOWNICZYCH (PRZYKŁAD MIASTECZKA STUDENCKIEGO AGH) Rys. 11. Przebieg temperatur z rejestratora FDL8 z akademika DS Bonus. Na pionowej osi z lewej strony temperatury podano w 0 C. Na poziomej osi podany jest czas pomiarów

POMIARY W WĘZŁACH CIEPŁOWNICZYCH (PRZYKŁAD MIASTECZKA STUDENCKIEGO AGH) Rys. 12. Dane z wielofunkcyjnego miernika Controlotron. Na pionowej osi z lewej strony temperatury odczytywać należy w 0 C natomiast moc w kw. Przepływ należy odczytywać z prawej strony w m 3 /h. Na poziomej osi podany jest czas pomiarów

ALGORYTMY STEROWANIA DYSTRYBUCJĄ ENERGII CIEPLNEJ (PRZYKŁAD KOMPLEKSU PAWILONÓW AGH) Przedmiotem badań jest system dystrybucji energii cieplnej. Jego cele to: dostarczenie takiej ilości mocy grzewczej, aby warunki panujące w pomieszczeniach były komfortowe optymalizacja zużycia energii, co prowadzi do oszczędności wydatków monitorowanie pracy systemu grzewczego, co prowadzi do wczesnego wykrywania pewnych nieprawidłowości System ten składa się z trzech elementów: źródła wymiennika ciepła między siecią miejską (MPEC) i siecią AGH odbiorców 15 budynków AGH struktury teleinformatycznej umożliwiającej sterowanie i monitorowanie Rys.13. Źródło i odbiorcy

Struktura systemu alarmy SMS inni użytkownicy CO Gramatyka 10 nadzór techniczny internet wg.agh.edu.pl Procesowa baza Serwer zapasowy Serwer g łówny danych SCADA: ifix zawory system magistrala CAN CO B5 4 0 3 0 2 0 1 CO LON-node 0 B6 4 0 3 0 2 0 1 LON-node 0 magistrala LonWorks B2 PCL3 PCL3 PLC1 czujniki zawory zawory czujniki zawory B1 CWU czujniki CO PLC2 pompy zawory PCL3 czujniki A0 Węzeł główny Reymonta

ALGORYTMY STEROWANIA DYSTRYBUCJĄ ENERGII CIEPLNEJ (PRZYKŁAD KOMPLEKSU PAWILONÓW AGH) Zestawy wymienników ciepła c.o.

ALGORYTMY STEROWANIA DYSTRYBUCJĄ ENERGII CIEPLNEJ (PRZYKŁAD KOMPLEKSU PAWILONÓW AGH) Lokalne węzły w y cieplne rozmieszczone na powierzchni ok. 4km 2

ALGORYTMY STEROWANIA DYSTRYBUCJĄ ENERGII CIEPLNEJ (PRZYKŁAD KOMPLEKSU PAWILONÓW AGH) Wady i zalety systemu grzewczego opartego na jednym głównym wymienniku ciepła: Wady: Problemy w niezależnym sterowaniu dostarczaniem mocy grzewczej do poszczególnych budynków, co ma znaczeniu w stanach przejściowych Konieczność budowy długich rurociągów dostarczających moc grzewczą od wymiennika do poszczególnych budynków, a wiąże się to z pewnymi stratami temperatury zasilającej. Jednak przy dobrej izolacji spadki te są niewielkie (rzędu 1 2 0 C) Zalety: Znacznie mniejszy koszt budowy jednego głównego wymiennika ciepła, niż kilku mniejszych Prostszy system sterowania nadrzędnego, wymagający jedynie jednej pętli sprzężenia zwrotnego, realizującego stabilizację temperatury zasilającej

ALGORYTMY STEROWANIA DYSTRYBUCJĄ ENERGII CIEPLNEJ (PRZYKŁAD KOMPLEKSU PAWILONÓW AGH) Sterowanie nadrzędne Celem sterowania nadrzędnego jest zapewnienie określonej temperatury T z na wtórnej stronie wymiennika. Temperatura ta powinna być uzależniona z jednej strony od temperatury zewnętrznej T w, a z drugiej strony od zadanej temperatury pomieszczeń T pom w stanie ustalonym we wszystkich budynkach. Z kolei temperatura T pom powinna być utrzymywana na poziomie komfortowym, czyli 20 0 C, ale w okresach świątecznych i w nocy stosuje się określone obniżki tej temperatury o kilka stopni w celach oszczędności. Rys.17. Schemat układu regulacji T z

ALGORYTMY STEROWANIA DYSTRYBUCJĄ ENERGII CIEPLNEJ (PRZYKŁAD KOMPLEKSU PAWILONÓW AGH) Określenie temperatury T z na podstawie bilansu ciepła w stanie ustalonym Każdy budynek można modelować w przybliżeniu jako jedno duże pomieszczenie z jednym grzejnikiem. Tak więc bilans cieplny składa się jedynie z mocy doprowadzającej z grzejnika oraz mocy traconej na zewnątrz przez ściany i okna [7]. Bilans taki dla stanu ustalonego jest następujący: P = Fc w ( T T ) = ( T T ) K z p pom w (1) gdzie, P moc dostarczona F przepływ masowy wody grzewczej T z temperatura wody zasilającej T p temperatura wody powrotnej C w ciepło właściwe wody T pom średnia temperatura pomieszczeń w budynku T w temperatura zewnętrzna K średni współczynnik wymiany ciepła przez ścianę i okna przemnożony przez powierzchnię wymiany (można go wyznaczyć ze wzoru (1) mierząc takie wartości jak: T z, T p, F, T pom oraz T w )

ALGORYTMY STEROWANIA DYSTRYBUCJĄ ENERGII CIEPLNEJ (PRZYKŁAD KOMPLEKSU PAWILONÓW AGH) Temperatura powrotna T p dla stanu ustalonego nie jest wielkością przychodzącą z zewnątrz do układu. Zależy ona bowiem od wielkości takich jak: T z, T pom, F oraz od parametru lk, lk Fc T ( T w T ) e + Tpom = p z pom (2) gdzie: l długość grzejnika, k współczynnik intensywności wymiany ciepła dla grzejnika razy obwód wymiany. Iloczyn lk można wyznaczyć ze wzoru (2) znając pozostałe wielkości. Oznaczmy pomocniczo iloczyn lk jako L. Ostatecznie z równań (1) i (2) uzyskuje się wzór na temperaturę T z wyrażoną między innymi poprzez parametry budynku takie jak K oraz L: T z = T pom + ( T Fc w T 1 e pom w ) K L Fc w (3) Ostatnia zależność jest spełniona dla każdego budynku podłączonego do systemu ciepłowniczego, co wiąże się z indywidualnymi parametrami K i L oraz wielkością przepływu F. Zależność powyższą można więc zapisać osobno dla każdego budynku, uwzględniając również fakt, że suma przepływów na poszczególnych budynkach jest wielkością stałą, gdyż jest to stały przepływ wymuszany przez pompę cyrkulacyjną znajdującą się po wtórnej stronie wymiennika ciepła.

ALGORYTMY STEROWANIA DYSTRYBUCJĄ ENERGII CIEPLNEJ (PRZYKŁAD KOMPLEKSU PAWILONÓW AGH) Kryzowanie instalacji Uwzględniając parametry K i L dla wszystkich budynków oraz wartość stałego przepływu na pompie cyrkulacyjnej, dochodzimy do wniosku, że istnieje pewne określone ustawienie lokalnych zaworów budynku, zwane kryzowaniem instalacji. Tak więc w stanie ustalonym zawory lokalne powinny być we właściwy sposób ustawione, tak aby było możliwe uzyskanie takiej samej temperatury pokojowej każdego budynku. Obecnie we wszystkich pomieszczeniach budynku B1 są na bieżąco rejestrowane temperatury, a jeśli będą również rejestrowane temperatury w korytarzach to wówczas można by na podstawie średniej temperatury zidentyfikować parametry budynku K i L. Czujniki temperatury mierzące temperatury poszczególnych pomieszczeń bazują na sieci LONWorks i można je rejestrować na serwerze sieciowym. Z kolei wszystkie inne wielkości są rejestrowane na serwerze głównym na którym znajduje się baza danych na bieżąco aktualizowana (co 5 minut), oraz oprogramowanie wizualizacyjne ifix typu SCADA. Z pozycji tego serwera można również sterować zaworami.

ALGORYTMY STEROWANIA DYSTRYBUCJĄ ENERGII CIEPLNEJ (PRZYKŁAD KOMPLEKSU PAWILONÓW AGH) Przykład identyfikacji parametrów budynków Załóżmy w uproszczeniu, że w systemie są trzy budynki kompleksu AGH: A4, B2 i A0. Można wówczas na podstawie danych zarejestrowanych w bazie danych zidentyfikować dla tych budynków parametry K i L. Identyfikacja taka dała następujące wyniki: Dla budynku A4: 16.03.2005 godz. 12:00 T z = 36,979 0 C T p = 33,46 0 C F = 7,6 t/h T w = 10,35 0 C K 1 = 3233,3 W/ 0 C L 1 = 2059,3 W/ 0 C Dla budynku B2: 16.03.2005 godz. 12:00 T z = 36,586 0 C T p = 34,5 0 C F = 16,21 t/h T w = 10,35 0 C K 2 = 4088,1 W/ 0 C L 2 = 2541,9 W/ 0 C Dla budynku A0: 8.12.2004 godz. 15:20 T z = 45,2 0 C T p = 41,5 0 C F = 16 t/h T w = 5 0 C K 1 = 4604,4 W/ 0 C L 1 = 2964,1 W/ 0 C Z kolei na podstawie tych danych można wyznaczyć kryzowanie instalacji. Otrzymuje się wtedy następujące przepływy: F 1 = 7,44 t/h, F 2 = 34,51 t/h, F 3 = 8,05 t/h. W podobny sposób można by uzyskać kryzowanie instalacji obejmującej wszystkie budynki, jednak problem w tym, że nie wszystkie budynki podłączone do głównego wymiennika ciepła są monitorowane.

ALGORYTMY STEROWANIA DYSTRYBUCJĄ ENERGII CIEPLNEJ (PRZYKŁAD KOMPLEKSU PAWILONÓW AGH) Model symulacyjny do sterowania dystrybucją energii cieplnej Rys.18. Model zrealizowany w Matlabie-Simulinku systemu dystrybucji energii cieplej w układzie 3 budynków

ALGORYTMY STEROWANIA DYSTRYBUCJĄ ENERGII CIEPLNEJ (PRZYKŁAD KOMPLEKSU PAWILONÓW AGH) Model dynamiczny budynku jest pewnym rozbudowaniem modelu statycznego (1) do postaci układu 2 równań: Fc ( T gdzie, w pom ( T z T 2T m pom + T ) 1 e w L Fc )2K = M ( T m c pom m T m T M p masa powietrza w całym budynku M m masa murów c p ciepło właściwe powietrza c m ciepło właściwe murów T m temperatura murów w m )2K = M p c p T pom (4)

ALGORYTMY STEROWANIA DYSTRYBUCJĄ ENERGII CIEPLNEJ (PRZYKŁAD KOMPLEKSU PAWILONÓW AGH) Rys.19. Wykres zmian temperatury zasilającej budynek A0. Dane były rejestrowane co minutę Rys.20. Przykład symulacyjny zmian temperatury budynku w czasie, bazujący na modelu dynamicznym budynku Rys.21. Pobór mocy wszystkich budynków

ALGORYTMY STEROWANIA DYSTRYBUCJĄ ENERGII CIEPLNEJ (PRZYKŁAD KOMPLEKSU PAWILONÓW AGH) W stanie ustalonym budynki powinny mieć zawory regulacyjne ustawione tak, aby realizować kryzowanie. Problem pojawia się jednak gdy następuje zmiana wartości zadanej dla T z, po to aby zmienić temperatury panujące w budynkach. Wówczas trzeba wziąć pod uwagę to, że jedne budynki znajdują się bliżej a inne dalej od wymiennika. Wobec tego, gdy chce się uzyskać zmianę temperatur w budynkach o określonej godzinie, trzeba zacząć dostarczać ciepłą wodę wcześniej, biorąc pod uwagę czas transportu wody rurociągami od wymiennika do danego budynku. Pojawia się również inny problem, mianowicie istnieje ograniczenie na chwilową moc wymiennika ciepła. Przy podnoszeniu temperatury budynków nad ranem, następuje przeregulowanie wartości zapotrzebowania na moc, które momentami jest większe niż maksymalna moc pracy wymiennika. Aby jednak można było zrealizować takie przeregulowania na poziomie poszczególnych budynków, należy je zacząć dogrzewać w różnych chwilach, tak aby nie przeciążać wymiennika.

Model zużycia energii cieplnej przez budynek dla różnych strategii sterowania Rozważania będą koncentrować się na analizie pojedynczego budynku. Analiza ta obejmuje budynek B1, w którym znajduje się Katedra Automatyki. Przypuszcza się, że pozostałe budynki mają analogiczne właściwości. Rys.22. Schemat układu grzewczego budynku Przedmiotem dalszych badań jest analiza dwóch strategii sterowania lokalnego: realizacja stałego w czasie przepływu wody grzewczej (I) realizacja maksymalnego przepływu z okresowym otwieraniem i zamykaniem zaworu (II) Obie strategie realizują jednakowy średni w czasie przepływ.

Model zużycia energii cieplnej przez budynek dla różnych strategii sterowania Wadą strategii (I) jest to, że pomieszczenia grzane są nierównomiernie, z deficytem dla pomieszczeń odległych, a z nadmiarem dla pomieszczeń bliskich (rys.3). Strategia (II) realizuje grzanie bardziej równomierne. Wymaga ona jednak ciągłego otwierania i zamykania zaworu, co przyczynia się do jego przedwczesnego zużycia. Tej wady nie posiada strategia (I). Rys.23. Schemat układu grzejników w różnych pomieszczeniach Na drodze teoretycznej wykazano, że istotnie strategia (II) daje grzanie bardziej równomierne pomimo, że w obu strategiach realizowano jednakowy, średni w czasie przepływ. Kluczem do zrozumienia tego jest analiza następującego wzoru na moc dostarczaną z grzejnika w danym pomieszczeniu:

Model zużycia energii cieplnej przez budynek dla różnych strategii sterowania P( F ) = Fcw( Tz Tp ) (5) gdzie, P moc dostarczona F przepływ wody grzewczej T z temperatura wody zasilającej T p temperatura wody powrotnej C w ciepło właściwe wody Formuła (5) wydaje się na pierwszy rzut oka liniowa względem F. Tak jednak nie jest, gdyż zarówno T z jak i T p zależą od F. Zależności te są dość złożone i zostały wyjaśnione w pracy badawczej. W dalszej części pracy badawczej potrzebne było wykonanie eksperymentu polegającego na całkowitym zamknięciu zaworu w budynku B1. Przebieg temperatury zasilającej budynek B1 przedstawia rysunek 24.

Model zużycia energii cieplnej przez budynek dla różnych strategii sterowania Rys.24. Przebieg temperatury T zco1 począwszy od dnia 24.III.2005 14:11. Odstęp między kolejnymi próbkami wynosi 10 minut. Gwiazdkami oznaczono miejsca kiedy zawór był zamknięty

Model zużycia energii cieplnej przez budynek dla różnych strategii sterowania Eksperymenty potwierdzają fakt, że dalsze kaloryfery są słabiej grzane. Gdy realizowana była (I) strategia sterowania, zaobserwowano również, że niektóre pomieszczenia z odległymi grzejnikami były zbyt chłodne. To stało się powodem porzucenia stosowania tejże strategii, być może był to powód niedostatecznie uzasadniony. Celem dalszych badań autora będzie dokładniejsza weryfikacja stosowania strategii (I). Przebadane zostaną możliwości jej stosowania przy innych konfiguracjach zaworów na poszczególnych grzejnikach.

STEROWANIE SIECIAMI CIEPŁOWNICZYMI Dziękuję za uwagę Wojciech Kreft