СИСТЕМА ИСТОЧНИКА ТЕПЛА СО ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМИ НАСОСАМИ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОМ ТЕПЛА СО ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМИ НАСОСАМИ
SYSTEM OF HEAT SOURCE WITH AUXILIARY PUMPS AND METHOD TO CONTROL HEAT SOURCE WITH AUXILIARY PUMPS

Настоящее изобретение относится к системе источника тепла со вспомогательными насосами и способу управления системой источника тепла со вспомогательными насосами.
В случае если множество систем внутри помещения (змеевиков с вентиляторным обдувом) устанавливается в таком месте, как, например, крупный завод или здание, использована система источника тепла, в которой вода источника тепла (холодная или горячая вода) подается из источника тепла в эти системы внутри помещения для кондиционирования воздуха в нескольких областях кондиционирования воздуха. Эта система источника тепла примерно разделяется на сторону источника тепла и сторону системы нагрузки (сторону системы внутри помещения), которые соединяются друг с другом через трубу подачи воды и трубу возврата воды, чтобы формировать один контур. Посредством трубы подачи воды вода источника тепла подается из источника тепла в систему нагрузки и посредством трубы возврата воды, вода источника тепла снова возвращается через систему нагрузки в источник тепла.
Например, вода источника тепла, подвергнутая теплообмену в источнике тепла, подается посредством первичного насоса через трубу подачи воды в системы нагрузки, к примеру системы кондиционирования воздуха или змеевики с вентиляторным обдувом. Эта вода источника тепла подвергается теплообмену в системах нагрузки и затем подается во вспомогательный насос через трубу возврата воды. Вода источника тепла, поданная во вспомогательные насосы, проходит через источник тепла снова, тем самым циркулируя в контуре. В данном документе, в общем, система источника тепла содержит обводную трубу, которая обходит трубы подачи и возврата воды между стороной источника тепла и стороной системы нагрузки, чтобы справляться с дисбалансом между расходом воды источника тепла, протекающей на стороне источника тепла, и расходом воды источника тепла, протекающей на стороне системы нагрузки.
В это время, чтобы задавать температуру воды источника тепла, поданной в системы нагрузки, равной заданному значению или управлять источником тепла с более высокой эффективностью, желательно регулировать и корректировать расход воды источника тепла, протекающей на стороне источника тепла, и расход воды источника тепла, протекающей на стороне системы нагрузки. В целях измерения расхода воды источника тепла, протекающей на стороне источника тепла или на стороне системы нагрузки, во многих случаях предоставляются расходомеры как на стороне источника тепла, так и на стороне системы нагрузки (см. патентный документ 1 ниже) или только на стороне системы нагрузки (см. патентный документ 2 ниже).
Список библиографических ссылок
Патентный документ PTL 1. Выложенная патентная публикация (Япония) № 2006-275397
Патентный документ PTL 2. Выложенная патентная публикация (Япония) № 2004-101104
Тем не менее, в изобретении, раскрытом в патентном документе 1 или 2 выше, необходимо устанавливать расходомер в любом одном месте. Установка расходомера безусловно требует затрат на установку. Кроме того, более крупной системе источника тепла требуется более крупный расходомер, и дорогой расходомер увеличивает полную стоимость всей системы.
В изобретении, раскрытом в патентном документе 2, вышеуказанный расходомер устанавливается только на стороне системы нагрузки. В этом отношении данное изобретение позволяет в некоторой степени упрощать проблемы полной стоимости и т.п. Тем не менее, необходимо анализировать соотношение между расходом воды источника тепла и производительностями вспомогательных и первичных насосов на каждой площадке, где установлена система источника тепла, и управлять системой на основе результата, что приводит к сложности.
Настоящее изобретение предназначено для решения вышеуказанной проблемы, и задача настоящего изобретения состоит в обеспечении системы источника тепла со вспомогательными насосами и способа управления источником тепла со вспомогательными насосами, которые допускают надлежащее реагирование на изменения на стороне системы нагрузки без расходомера и выполнение эффективного управления, чтобы способствовать экономии энергии.
Первым аспектом согласно варианту осуществления настоящего изобретения является система источника тепла со вспомогательными насосами, включающая в себя: множество источников тепла, которые соединены параллельно и формируют воду источника тепла; систему нагрузки, в которой протекает вода источника тепла; первичный насос, подающий воду источника тепла в систему нагрузки; трубу подачи воды, соединяющую выход источника тепла и систему нагрузки; вспомогательный насос, который предоставляется для каждого источника тепла и подает воду источника тепла, подвергнутую теплообмену в системе нагрузки, в источник тепла; трубу возврата воды, соединяющую выход системы нагрузки и вспомогательные насосы; обводную трубу, предоставляющую возможность трубе подачи воды и трубе возврата воды сообщаться друг с другом; датчик температуры воды, определяющий температуру воды источника тепла; и контроллер источника тепла, вычисляющий расход воды источника тепла, протекающей на стороне источника тепла, и расход воды источника тепла, протекающей на стороне системы нагрузки, посредством назначения результата измерения от датчика температуры воды рабочей характеристике каждого из источников тепла и управления работой вспомогательных насосов на основе результата вычисления.
Вторым аспектом согласно варианту осуществления настоящего изобретения является способ управления источником тепла со вспомогательными насосами, включающим в себя: множество источников тепла, которые соединяют параллельно и формируют воду источника тепла; систему нагрузки, в которой протекает вода источника тепла; первичный насос, подающий воду источника тепла в систему нагрузки; трубу подачи воды, соединяющую выход источника тепла и систему нагрузки; вспомогательный насос, который предоставляется для каждого источника тепла и подает воду источника тепла, подвергнутую теплообмену в системе нагрузки, в источник тепла; трубу возврата воды, соединяющую выход системы нагрузки и вспомогательные насосы; и обводную трубу, предоставляющую возможность трубе подачи воды и трубе возврата воды сообщаться друг с другом. Способ включает в себя: вычисление расхода воды источника тепла, протекающей на стороне источника тепла, и расхода воды источника тепла, протекающей на стороне системы нагрузки, на основе температуры воды источника тепла; и определение того, увеличивать или сокращать число работающих вспомогательных насосов, чтобы уменьшать разность между расходом воды на стороне источника тепла и расходом воды на стороне системы нагрузки, на основе вычисленных расходов воды на стороне источника тепла и стороне системы нагрузки.
Согласно настоящему изобретению можно предоставлять систему источника тепла со вспомогательными насосами и способ управления системой источника тепла со вспомогательными насосами, которые допускают точное реагирование на изменения на стороне системы нагрузки без расходомеров и выполнение высокоэффективного управления, чтобы способствовать экономии энергии.
Сущность изобретения поясняется на чертежах
Фиг.1 является общим видом, показывающим систему источника тепла со вспомогательными насосами согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 является блок-схемой, показывающей внутреннюю конфигурацию контроллера источника тепла согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 является блок-схемой последовательности операций способа, примерно показывающей последовательность операций относительно способа управления системой источника тепла со вспомогательными насосами согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность операций вычисления полного расхода воды источника тепла, протекающей на стороне системы нагрузки в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность операций контроллера источника тепла, управляющего источником тепла так, что он корректирует полный расход воды источника тепла, протекающей на стороне системы нагрузки, и полный расход воды источника тепла, протекающей на стороне источника тепла, в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 является графиком, показывающим соотношение между тремя величинами из среднего расхода воды, рабочей частоты и высоты подъема при вычислении высоты подъема из среднего расхода воды и рабочей частоты в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7 является графиком, показывающим соотношение между высотой подъема, средним расходом воды и начальной частотой при вычислении начальной частоты из высоты подъема и расхода воды в расчете на вспомогательный насос, когда число работающих вспомогательных насосов сокращается в варианте осуществления настоящего изобретения.
Ниже приводится подробное описание варианта осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.
Фиг.1 является общим видом, где показана система S источника тепла со вспомогательными насосами согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Система S источника тепла со вспомогательными насосами примерно разделяется на сторону A источника тепла и сторону B системы нагрузки, как указано посредством пунктирной линии по фиг.1.
На стороне A источника тепла предоставляются источники 1 тепла, формирующие воду источника тепла, и вспомогательные насосы (насосы на стороне источника тепла) 2, подающие циркулирующую воду источника тепла в источники 1 тепла. Каждый источник 1 тепла включает в себя компрессор, четырехходовой клапан, теплообменник, дроссельный механизм и водяной теплообменник, которые соединяются с трубами и не показаны на чертежах. Трубы заполнены охладителем. Охладитель циркулирует последовательно в компрессоре, теплообменнике, дроссельном механизме и водяном теплообменнике, тем самым составляя охлаждающий контур.
Конкретно, компрессор всасывает и сжимает охладитель и выпускает охладитель при высокой температуре и давлении. Конец компрессора на стороне выпуска соединяется с теплообменником, включающим в себя вентилятор. В теплообменнике охладитель обменивается теплом с воздухом через вентиляцию посредством вентилятора. Водяной теплообменник соединяется с дроссельным механизмом, и охладитель, проходящий через дроссельный механизм, затем проходит через водяной теплообменник. В водяном теплообменнике охладитель обменивается теплом с водой, протекающей через трубу, отдельно соединенную с водяным теплообменником, чтобы формировать воду источника тепла. Охладитель затем снова входит в компрессор. Четырехходовой клапан переключается, чтобы изменять на противоположное направление потока охладителя, так что охладитель, выпускаемый из компрессора, протекает в водяной теплообменник, дроссельный механизм и теплообменник и затем возвращается в компрессор. Источник тепла, следовательно, формирует любую из холодной воды для охлаждения/замораживания и горячей воды для нагрева/подогрева.
Вспомогательные насосы 2, подающие воду источника тепла в источники 1 тепла, по отдельности предоставляются для соответствующих источников 1 тепла. Вспомогательные насосы 2 соединяются с соответствующими инверторами 3 вспомогательных насосов и управляются посредством инверторов 3 вспомогательных насосов на основе инструкции из нижеописанного контроллера источника тепла так, что их скорость изменяется. Вспомогательные насосы 2 имеют идентичную спецификацию (характеристику входного расхода воды). Кроме того, чтобы упрощать управление, производительности работающих вспомогательных насосов 2 или выводы инверторов 3 вспомогательных насосов управляются так, что они являются идентичными.
Датчики 4 и 5 температуры воды на входе и выходе источника тепла соединяются с входом и выходом каждого источника 1 тепла соответственно. Датчик 4 температуры воды на входе источника тепла измеряет температуру воды источника тепла, которая должна подаваться в источник 1 тепла. Датчик 5 температуры воды на выходе источника тепла измеряет температуру воды источника тепла, выпускаемой из источника 1 тепла, которая должна подаваться в системы нагрузки.
На фиг.1 три источника 1 тепла соединяются параллельно (в дальнейшем в этом документе они совместно упоминаются как источники 1 тепла, если не требуется иное), и число соединенных источников 1 тепла должно составлять, по меньшей мере, два или более. Кроме того, поскольку каждый источник 1 тепла обязательно соединяется с одним из вспомогательных насосов 2, число источников 1 тепла является идентичным числу вспомогательных насосов 2. Кроме того, каждый вспомогательный насос 2 соединяется с одним из инверторов 3 вспомогательных насосов. Каждый источник 1 тепла соединяется с соответствующими датчиками 4 и 5 температуры воды на входе и выходе источника тепла, как описано выше. В дальнейшем в этом документе источник 1 тепла, вспомогательный насос 2, инвертор 3 вспомогательного насоса, датчики 4 и 5 температуры воды на входе и выходе источника тепла совместно упоминаются как модуль источника тепла.
Вода источника тепла, сформированная в источниках 1 тепла, подается на сторону B системы нагрузки через трубу 6 подачи воды с концом, соединенным с выходом каждого источника 1 тепла. Другой конец трубы 6 подачи воды соединяется с первичным насосом (насосом на стороне нагрузки) 7 и инвертором 8 первичного насоса, управляющим первичным насосом 7. Вода источника тепла тем самым подается в системы 9 нагрузки.
Первичный насос 7 возбуждается посредством инвертора 8 первичного насоса так, что его скорость изменяется, так что расход воды источника тепла, которая должна подаваться в системы 9 нагрузки, управляется. Выход (расход воды) первичного насоса 7 управляется согласно производительности охлаждения и нагрева, требуемой посредством систем 9 нагрузки, независимо от работы на стороне источника тепла. Системы 9 нагрузки являются кондиционерами, такими как, например, змеевики с вентиляторным обдувом. На фиг.1 две системы 9a и 9b нагрузки соединяются параллельно (в дальнейшем в этом документе системы 9a и 9b нагрузки совместно упоминаются как системы 9 нагрузки). Число соединенных систем 9 нагрузки может быть любым.
Вода источника тепла, подвергнутая теплообмену в системах 9 нагрузки, протекает в трубе 11 возврата воды через двухходовые клапаны 10, соединенные с выходом каждой из систем 9 нагрузки, чтобы подаваться во вспомогательные насосы 2 на стороне A источника тепла.
Между источниками 1 тепла и первичным насосом 7 предоставляется датчик 12 температуры подаваемой воды, измеряющий температуру воды источника тепла, протекающей в трубе 6 подачи воды. Между системами 9 нагрузки и вспомогательными насосами 2 предоставляется датчик 13 температуры возвратной воды, измеряющий температуру воды источника тепла, протекающей в трубе 11 возврата воды. Обводная труба 14 предоставляется так, что она дает возможность трубе 6 подачи воды между источниками 1 тепла и датчиком 12 температуры подаваемой воды сообщаться с трубой 11 возврата воды между датчиком 13 температуры возвратной воды и вспомогательными насосами 2.
Другими словами, датчик 13 температуры возвратной воды присоединен к трубе 11 возврата воды на стороне системы 9 нагрузки соединения между трубой 11 возврата воды и обводной трубой 14, а датчик 12 температуры подаваемой воды присоединен к трубе 6 подачи воды на стороне системы 9 нагрузки соединения между трубой 6 подачи воды и обводной трубой 14.
Контроллер 15 источника тепла является контроллером, выполненным с возможностью регулировать и управлять каждым устройством, установленным на стороне A источника тепла. На фиг.1 три соединенных источника 1 тепла, например, по отдельности регулируются и управляются на основе инструкции из контроллера 15 источника тепла. Результаты измерений из датчиков 12 и 13 температуры подаваемой и возвратной воды собираются в контроллере 15 источника тепла, и информация о температуре, измеренной посредством датчиков 4 и 5 температуры воды на входе и выходе источника тепла, также собирается в контроллере 15 источника тепла через источники 1 тепла.
Фиг.2 является блок-схемой, показывающей внутреннюю конфигурацию контроллера 15 источника тепла. Контроллер 15 источника тепла включает в себя приемный модуль 15a, модуль 15b хранения, модуль 15c вычисления, модуль 15d управления, модуль 15e создания инструкций и передающий модуль 15f.
Приемный модуль 15a принимает информацию температуры воды, например, из температурных датчиков, включающих в себя датчики 12 и 13 температуры подаваемой и возвратной воды и датчики 4 и 5 температуры воды на входе и выходе источника тепла для каждого источника 1 тепла через источник 1 тепла. Модуль 15b хранения сохраняет уравнения, выражающие рабочие характеристики источников 1 тепла, которые должны подвергаться нижеописанному управлению. Модуль 15c вычисления назначает результат измерений, передаваемый из каждого температурного датчика, уравнениям, сохраненным в модуле 15b хранения, чтобы вычислять расход воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла, и расход воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки.
Модуль 15d управления задает управляющую инструкцию для каждого источника 1 тепла или каждого вспомогательного насоса 2 на основе результата, вычисляемого посредством модуля 15c вычисления. Модуль 15e создания инструкций создает фактическую инструкцию в каждый источник 1 тепла на основе инструкции из модуля 15d управления. Передающий модуль 15f выполняет роль передачи инструкции в каждый источник 1 тепла и инвертор 3 каждого вспомогательного насоса 2.
Далее приводится описание способа, посредством которого контроллер 15 источника тепла управляет системой S источника тепла со вспомогательными насосами в варианте осуществления настоящего изобретения, вместе с работой каждого из вышеуказанных модулей в контроллере 15 источника тепла.
Фиг.3 является блок-схемой последовательности операций способа, примерно показывающей последовательность операций относительно способа управления системой S источника тепла со вспомогательными насосами. Управление системой S источника тепла со вспомогательными насосами выполняется примерно за два этапа. На первом этапе (ST1) вычисляется полный расход воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки. На втором этапе (ST2), на основе вычисленных расходов воды на сторонах A и B системы нагрузки и источника тепла, контроллер 15 источника тепла определяет производительности (расходы воды) вспомогательных насосов 2, а также то, увеличивать или сокращать число работающих вспомогательных насосов 2 так, чтобы минимизировать разность между расходами воды на стороне A источника тепла и стороне B системы нагрузки, и управляет инверторами 3 вспомогательных насосов.
Блок-схема последовательности операций способа, показанная на фиг.4, служит для того, чтобы подробно описывать последовательность операций (ST1) вычисления полного расхода воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки. Во-первых, производительность каждого источника 1 тепла вычисляется (ST11). Установленные источники 1 тепла не обязательно являются устройствами идентичного типа. Даже если источники 1 тепла являются устройствами идентичного типа, источники 1 тепла имеют немного отличающиеся производительности во многих случаях. Соответственно, сначала распознается производительность каждого источника 1 тепла.
Конкретно, каждый источник 1 тепла управляется, и производительность замораживания или нагрева вычисляется на основе температуры насыщения при конденсации и температуры насыщения при испарении. Тем не менее неэффективным является вычисление производительности каждого источника 1 тепла каждый раз, когда источник 1 тепла управляется. Соответственно, источники 1 тепла экспериментально управляются заранее, и соотношение между рабочей производительностью, температурой насыщения при конденсации и температурой насыщения при испарении получается и выражается, например, как уравнение. Поскольку такие уравнения сохраняются в модуле 15b хранения, модуль 15c вычисления может вычислять производительности источников 1 тепла при приеме информации относительно температуры насыщения при конденсации и температуры насыщения при испарении из источников 1 тепла.
После того как производительности источников 1 тепла вычисляются, расход воды источника тепла, протекающей в каждом источнике 1 тепла, вычисляется с использованием следующего уравнения (ST12). Конкретно, информация температуры, измеренная посредством датчиков 4 и 5 воды на входе и выходе источника тепла, принимается посредством приемного модуля 15a и затем передается в модуль 15c вычисления. Модуль 15c вычисления извлекает уравнение, сохраненное в модуле 15b хранения, согласно рабочему режиму источника 1 тепла и назначает информацию температуры, измеренную посредством датчиков 4 и 5 воды на входе и выходе источника тепла, для извлеченного уравнения, чтобы вычислять расход воды источника тепла, протекающей в источнике 1 тепла. Это вычисление расхода воды выполняется для каждого источника 1 тепла (каждого модуля источника тепла), соединенного с системой S источника тепла со вспомогательными насосами. Соответственно, можно знать отдельный расход воды каждого источника 1 тепла (каждого модуля источника тепла).
В случае если источники 1 тепла выполняют операцию охлаждения, используется следующее уравнение, описанное в уравнении 1. С другой стороны, в случае если источники 1 тепла выполняют операцию нагрева, используется следующее уравнение, описанное в уравнении 2. В данном документе q - это расход воды источника тепла, протекающей через каждый источник 1 тепла (литр/мин); Wc - это производительность замораживания источника 1 тепла (кВт); Wh - это производительность нагрева источника 1 тепла (кВт); Te - это температура воды (°C), измеренная на входе источника тепла посредством датчика 4 температуры воды на входе источника тепла; и T1 - это температура воды (°C), измеренная на выходе источника тепла посредством датчика 5 температуры воды на выходе источника тепла.
Уравнение 1
Уравнение 2
Источники 1 тепла формируют воду источника тепла на основе возвратной воды, подаваемой из вспомогательных насосов 2. Это выполняется, поскольку работают оба из источника 1 тепла и вспомогательного насоса 2 идентичного модуля источника тепла. В таком случае расход воды источника тепла, протекающей через интересующий источник тепла, может вычисляться.
Тем не менее, в определенных временных рабочих режимах системы S источника тепла со вспомогательными насосами существуют определенные модули источников тепла, в каждом из которых вспомогательный насос 2 работает, а источник 1 тепла не работает. Это состояние возникает, когда требуемая производительность стороны B системы нагрузки снижается. Вышеуказанное уравнение 1 или 2 не может использоваться в этом случае, и расход воды источника тепла, протекающей через источник 1 тепла, не может вычисляться.
Соответственно, в этом состоянии, расходы q воды, вычисляемые для модулей источников тепла, в которых работают оба из источника 1 тепла и вспомогательного насоса 2, суммируются. Расход воды, вычисляемый посредством сложения, делится на число модулей источников тепла, в которых источник 1 тепла и вспомогательный насос 2 работают, тем самым вычисляя средний расход воды источника тепла, протекающей в источниках 1 тепла модулей источников тепла, в которых источник 1 тепла и вспомогательный насос 2 работают. Этот средний расход воды рассматривается в качестве расхода q воды в модуле источника тепла, в котором вспомогательный насос 2 работает, в то время как источник 1 тепла не работает.
В данном документе все вспомогательные насосы 2 выполнены так, чтобы иметь идентичные технические характеристики, и инверторы 3, возбуждающие работающие вспомогательные насосы 2, выполнены с возможностью иметь идентичную выходную частоту. Соответственно, нет большой ошибки, даже если вспомогательный насос 2 предположительно работает со средним расходом воды источника тепла, протекающей через источники 1 тепла работающих модулей источников тепла, а средний расход воды предположительно является расходом воды в модуле источника тепла, в котором источник 1 тепла не работает.
С другой стороны, в модуле источника тепла, в котором не работают ни источник 1 тепла, ни вспомогательный насос 2, расход q воды источника тепла рассматривается как равный 0.
Расходы q воды источников 1 тепла (модулей источников тепла), которые вычисляются посредством вышеописанного вычисления посредством модуля 15c вычисления, суммируются посредством модуля 15c вычисления, чтобы вычислять полный расход Q1 воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла (ST13).
Затем средние температур воды на входе и выходе источников 1 тепла вычисляются (ST14). Модуль 15c вычисления принимает через приемный модуль 15a информацию относительно температур воды на входе и выходе, измеренных посредством датчиков 4 и 5 температуры воды на входе и выходе источника тепла, и вычисляет средние. Средние температуры воды на входе и выходе источников 1 тепла вычисляются так, как описано выше, поскольку средние необходимы для вычисления расхода воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки, без использования расходомера.
В данном документе, независимо от того, работают или нет источники 1 тепла, температуры воды на входе и выходе, используемые, чтобы вычислять средние, ограничены температурами, измеренными посредством датчиков 4 и 5 температуры на входе и выходе источника тепла модулей источников тепла, в которых работают вспомогательные насосы 2. Это обусловлено тем, что вода источника тепла протекает через трубу 6 подачи воды, чтобы подаваться на сторону B системы нагрузки, когда вспомогательные насосы 2 работают независимо от того, работают или нет источники 1 тепла.
Средняя температура воды на выходе источников 1 тепла, вычисляемая посредством модуля 15c вычисления, передается в модуль 15d управления. Контроллер 15d собирает также информацию относительно температуры подаваемой воды, измеренной посредством датчика 12 температуры подаваемой воды. Модуль 15d управления сравнивает среднюю температуру воды на выходе с температурой подаваемой воды (ST15).
Как результат сравнения, если средняя температура воды на выходе равна температуре подаваемой воды ("Да" на этапе ST2616), определяется то, что вода источника тепла, выпускаемая из источника 1 тепла и протекающая через трубу 6 подачи воды (в дальнейшем в этом документе такая вода источника тепла надлежащим образом упоминается как подаваемая вода), протекает непосредственно в системы 9 нагрузки через первичный насос 7. В данном документе, очевидно, что температура подаваемой воды отличается от температуры возвратной воды (температура подаваемой воды ниже или выше температуры возвратной воды), и возвратная вода, протекающая в трубу 6 подаваемой воды через обводную трубу 14 (возвратная вода протекает в обводной трубе 14, показанной на фиг.1, справа налево), приводит к разности между температурой подаваемой воды и средней температурой воды на выходе.
Тем не менее, средняя температура воды на выходе, равная температуре подаваемой воды, не всегда означает, что расход воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла, равен расходу воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки. Средняя температура воды на выходе может быть равной температуре подаваемой воды, когда расход воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла, превышает расход воды на стороне B системы нагрузки, в дополнение к случаю, когда расход воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла, равен расходу воды на стороне B системы нагрузки. Если расход воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла, превышает расход воды на стороне B системы нагрузки, подаваемая вода протекает в трубу 11 возврата воды через обводную трубу 14 (подаваемая вода протекает в обводной трубе 14, показанной на фиг.1, слева направо).
Как описано выше, если средняя температура воды на выходе равна температуре подаваемой воды ("Да" на этапе ST2616), модуль 15 вычисления вычисляет полный расход Q2 воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки, с использованием уравнения, выражаемого в уравнении 3 ниже (ST17). В этом случае полный расход Q2 воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки, равен разности между полным расходом Q1 воды стороны A источника тепла и расходом воды источника тепла, протекающей в обводной трубе 14. Кроме того, температуры воды источника тепла, протекающей в источники 1 тепла через трубу 11 возврата воды, т.е. температуры, измеренные посредством датчиков 4 температуры воды на входе источника тепла, ниже температур, измеренных посредством датчика 13 температуры возвратной воды, когда источники 1 тепла выполняют операцию охлаждения (замораживания), и выше температур, измеренных посредством датчика 13 температуры возвратной воды, когда источники 1 тепла выполняют операцию нагрева (подогрева). Соответственно, используется следующее уравнение, выражаемое в уравнении 3.
Уравнение 3
С другой стороны, когда средняя температура воды на выходе не равна температуре подаваемой воды ("Нет" на этапе ST2616), определяется то, что возвратная вода вытекает из трубы 11 возврата воды в трубу 6 подачи воды через обводную трубу 14. Это означает, что полный расход воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки, выше полного расхода воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла. Соответственно, полный расход Q2 воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки, получается посредством прибавления полного расхода Q1 воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла, к расходу воды источника тепла, протекающей в обводной трубе 14.
Случаи, когда средняя температура воды на выходе не равна температуре подаваемой воды, включают в себя как случай, когда средняя температура воды на выходе выше температуры подаваемой воды, так и случай, когда средняя температура воды на выходе ниже температуры подаваемой воды. В первом случае источники 1 тепла выполняют операцию охлаждения (замораживания), а во втором случае источники 1 тепла выполняют операцию нагрева (подогрева). Соответственно, модуль 15c вычисления извлекает уравнение, выраженное как уравнение 4 ниже, из модуля 15c хранения и вычисляет полный расход Q2 воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки (ST18).
Уравнение 4
Посредством вышеуказанной процедуры может вычисляться полный расход Q2 воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки.
Далее приводится описание способа определения и управления тем, увеличивать или сокращать число работающих вспомогательных насосов 2 так, чтобы минимизировать разность между полным расходом Q2 воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки, и полным расходом Q1 воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла. Это второй этап ST2, показанный на фиг.3, и конкретно, он выполняется согласно процедуре, показанной в блок-схеме последовательности операций способа по фиг.5.
Модуль 15d управления определяет то, равен или нет полный расход Q2 воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки, полному расходу Q1 воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла (ST21). Если полный расход Q2 воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки, равен полному расходу Q1 воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла ("Да" на этапе ST2621), модуль 15d управления определяет то, что вода источника тепла не протекает в обводной трубе 14, и источники 1 тепла системы S источника тепла со вспомогательными насосами эффективно работают. Соответственно, контроллер 15 источника тепла управляет вспомогательными насосами 2 так, что они сохраняют состояние.
С другой стороны, если полный расход Q2 воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки, не равен полному расходу Q1 воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла ("Нет" на этапе ST2621), модуль 15d управления определяет то, удовлетворяется или нет требование по сокращению числа работающих вспомогательных насосов 2 (ST22). Если модуль 15d управления определяет то, что требование по сокращению числа работающих вспомогательных насосов 2 (в дальнейшем в этом документе называемое требованием по сокращению числа насосов) не удовлетворяется ("Нет" на этапе ST2622), модуль 15d управления затем определяет то, удовлетворяется или нет требование по увеличению числа работающих вспомогательных насосов 2 (ST23). Если модуль управления 15c определяет то, что требование по увеличению числа работающих вспомогательных насосов 2 (в дальнейшем в этом документе называемое требованием по увеличению числа насосов) не удовлетворяется ("Нет" на этапе ST2623), рабочая частота вспомогательных насосов 2 или выходная частота инверторов 3 вспомогательных насосов регулируется (ST24).
Если ни требования по сокращению, ни требования по увеличению числа насосов не удовлетворяются, полный расход воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла, может задаваться равным полному расходу воды источника тепла, протекающей на стороне B системы нагрузки, только посредством регулирования рабочей частоты вспомогательных насосов 2 без увеличения или сокращения числа работающих вспомогательных насосов 2. Это означает, что источники 1 тепла могут эффективно и надлежащим образом управляться согласно потребностям систем 9 нагрузки. В данном документе число работающих вспомогательных насосов 2 сокращается или увеличивается при условии, что работающие вспомогательные насосы 2 имеют идентичную рабочую частоту.
В таком случае модуль 15d управления регулирует частоту вспомогательных насосов 2 на основе выходной частоты инверторов 3 вспомогательных насосов, используемых в данный момент, чтобы управлять вспомогательными насосами 2. Эта регулировка частоты не может быть завершена за один раз в некоторых случаях ("Нет" на этапе ST2625) и повторяется до тех пор, пока надлежащая частота не определяется. В данном документе, например, предпочтительно используется PID-управление и т.п.
С другой стороны, если требование по сокращению числа насосов удовлетворяется ("Да" на этапе ST2622), модуль 15d управления подтверждает, что несколько вспомогательных насосов 2 в настоящее время работают ("Да" на этапе ST2626), и затем инструктирует модулю 15c вычисления вычислять частоту (начальную частоту), используемую для того, чтобы управлять источниками 1 тепла после того, как число работающих вспомогательных насосов 2 сокращается (ST27).
В данном документе подтверждается то, что несколько вспомогательных насосов 2 в настоящее время работают и включают в себя вспомогательный насос 2, который может останавливаться, поскольку невозможно останавливать все вспомогательные насосы 2 в системе S источника тепла со вспомогательными насосами. Конкретно, если все вспомогательные насосы 2 останавливаются, то вода источника тепла не протекает на стороне B системы нагрузки, и рабочее состояние на стороне B системы нагрузки не может быть известным. Это не допускает соответствующей работы модулей источников тепла так, чтобы они реагировали на изменения на стороне B системы нагрузки. Соответственно, если число в настоящее время работающих вспомогательных насосов 2 меньше предварительно определенного числа, например, двух ("Нет" на этапе ST2626), число работающих вспомогательных насосов 2 не может сокращаться, и работа продолжается без изменений.
Кроме того, примеры требования по сокращению числа насосов включают в себя следующие требования: существует модуль источника тепла, в котором вспомогательный насос 2 работает, в то время как источник 1 тепла останавливается с неработающим компрессором в источнике 1 тепла; и частота, инструктированная для вспомогательного насоса 2, достигает минимальной частоты, при которой вспомогательные насосы 2 могут работать так, что они уменьшают расход воды в расчете на источник 1 тепла до минимального расхода воды источника 1 тепла.
Во-первых, когда существует модуль источника тепла, в котором вспомогательный насос 2 работает, но источник 1 тепла останавливается, вспомогательный насос 2 работает только для того, чтобы поддерживать расход воды, и остановка вспомогательного насоса 2 не приводит к проблеме. С другой стороны, расход воды может уменьшаться посредством уменьшения частоты вспомогательных насосов 2 на этапе ST2624, если частота, инструктированная для вспомогательных насосов 2, не достигает минимальной частоты, на которой вспомогательный насос 2 может работать так, что он минимизирует расход воды в расчете на источник 1 тепла.
В варианте осуществления настоящего изобретения число работающих вспомогательных насосов 2 сокращается, когда удовлетворяются следующие требования, и при этом несколько вспомогательных насосов 2 работают, когда определяется то, удовлетворяются или нет вышеуказанные требования по сокращению числа насосов, и два требования по сокращению числа насосов удовлетворяются. Эти требования по сокращению числа насосов являются просто примерами и могут произвольно задаваться согласно состоянию вспомогательных насосов, установленных в системе S источника тепла со вспомогательными насосами, и т.п.
Если требование по сокращению числа насосов удовлетворяется, модуль 15c вычисления вычисляет частоту (начальную частоту), используемую для того, чтобы управлять источниками 1 тепла после того, как число работающих вспомогательных насосов 2 сокращается. Эта начальная частота вычисляется согласно выполняющей процедуре.
Во-первых, полный расход Q1 воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла, делится на число работающих вспомогательных насосов при этом вычислении. Расход воды в расчете на работающий вспомогательный насос 2 (средний расход q0 воды) тем самым вычисляется. Затем, на основе вычисленного среднего расхода q0 воды и рабочей частоты f0 вспомогательных насосов 2 при вычислении, высота h0 подъема источника 1 тепла вычисляется.
Фиг.6 является графиком, показывающим соотношение между тремя величинами из среднего расхода q0 воды, рабочей частоты f0 и высоты h0 подъема для вычисления высоты h0 подъема на основе среднего расхода q0 воды и рабочей частоты f0. График по фиг.6 показывает высоту подъема на вертикальной оси и расход воды на горизонтальной оси. Модуль 15b хранения может сохранять аппроксимированное уравнение, представляющее график или таблицу дискретных значений. Как показано на фиг.6, если средний расход q0 воды и рабочая частота f0 являются известными, высота h0 подъема источника 1 тепла может вычисляться.
В данном документе вычисление начальной частоты использует высоту подъема по следующим причинам. Допустим, что несколько вспомогательных насосов 2, установленных на стороне A источника тепла, работают на одной частоте. Это обусловлено тем, что если вспомогательные насосы 2 работают на различных частотах, их производительности отличаются друг от друга, и их управление является очень трудным. Это затрудняет осуществление плавного управления работой, тем самым приводя к малоэффективной работе. Тем не менее, если источники 1 тепла работают с использованием рабочей частоты, идентичной предыдущей рабочей частоте, после того как число источников 1 тепла увеличивается или сокращается, не допускается такая подача воды источника тепла, чтобы точно реагировать на изменения на стороне B системы нагрузки.
С другой стороны, даже когда число работающих вспомогательных насосов 2 увеличивается или сокращается, полный расход воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла, не изменяется. Поскольку полный расход воды источника тепла не изменяется, сопротивления в трубах 6 и 7 подачи и возврата воды не изменяются, и высота подъема, требуемая для вспомогательных насосов 2, не изменяется.
Соответственно, высота подъема вспомогательных насосов 2 при вычислении начальной частоты один раз вычисляется, и частота, которая дает возможность поддержания идентичной высоты подъема после того, как число работающих вспомогательных насосов 2 увеличивается или сокращается, затем вычисляется. Это позволяет плавно управлять вспомогательными насосами 2 с использованием частоты, допускающей точное реагирование на изменения в работе стороны B системы нагрузки. Как очевидно на фиг.6, если средний расход q0 воды является известным, высота h0 подъема каждого источника 1 тепла может вычисляться на основе точки, указываемой посредством рабочей частоты f0 и среднего расхода q0 воды.
Когда число работающих вспомогательных насосов 2 сокращается, расход воды источника тепла, протекающей в каждом вспомогательном насосе 2, вычисляется. Для этого случая сокращения числа работающих вспомогательных насосов 2, число вспомогательных насосов 2, управляемых с использованием начальной частоты, задается равным числу, полученному посредством вычитания единицы из числа до этого работающих вспомогательных насосов 2. Конкретно, полный расход Q1 воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла, делится на число, полученное посредством вычитания единицы из числа до этого работающих вспомогательных насосов 2, чтобы получать расход q1 воды в расчете на работающий вспомогательный насос 2 на начальной частоте.
Вышеуказанная процедура предоставляет высоту h0 подъема и расход Q1 воды источника тепла в расчете на вспомогательный насос 2 после того, как число работающих вспомогательных насосов 2 сокращается. Частота, проходящая через точку, указываемую посредством высоты h0 подъема и расхода q1 воды, вычисляется с использованием графика, показанного на фиг.7. Эта частота соответствует начальной частоте f1.
Когда начальная частота f1, используемая, когда число работающих вспомогательных насосов 2 сокращается, вычисляется посредством модуля 15c вычисления (ST27), модуль 15d управления определяет вспомогательный насос 2, который должен останавливаться, и инструктирует модулю 15e создания инструкций отправлять инструкцию сокращения числа насосов в соответствующий модуль источника тепла. На основе инструкции модуль 15e создания инструкций отправляет инструкцию сокращения числа насосов в соответствующий модуль источника тепла через передающий модуль 15f (ST28).
Что касается модулей источников тепла, отличных от модуля источника тепла, в котором останавливается вспомогательный насос 2, начальная частота f1, вычисляемая посредством модуля 15c вычисления, передается в инверторы 3 вспомогательных насосов 2 через модуль 15d управления, модуль 15e создания инструкций и передающий модуль 15f (ST29). Вспомогательные насосы 2 работают на передаваемой начальной частоте f1.
Когда требование по сокращению числа насосов не удовлетворяется, в то время как требование по увеличению числа насосов удовлетворяется ("Да" на этапе ST2623), модуль 15d управления подтверждает, что вспомогательные насосы 2 включают в себя неработающий вспомогательный насос 2 ("Да" на этапе ST2630), модуль 15d управления затем инструктирует модулю 15c вычисления вычислять частоту (начальную частоту), используемую для того, чтобы управлять источниками 1 тепла после того, как число вспомогательных насосов 2 увеличивается (ST31). Если все вспомогательные насосы 2 работают, текущая операция продолжается без изменений ("Нет" на этапе ST2630).
Подтверждается то, что существует неработающий вспомогательный насос 2, поскольку число работающих вспомогательных насосов 2 не может быть увеличено, даже когда требование по увеличению числа насосов удовлетворяется, если отсутствует неработающий вспомогательный насос 2.
Примеры требований по увеличению числа насосов включают в себя следующие требования: рабочая производительность всех источников 1 тепла с работающими вспомогательными насосами 2 превышает точки максимальной эффективности, и расход воды источника тепла в расчете на источник 1 тепла не ниже минимального расхода воды, если число вспомогательных насосов 2 увеличивается; и частота, инструктированная для вспомогательных насосов 2, достигает максимальной частоты, при которой вспомогательные насосы 2 могут работать так, что они увеличивают расход воды в расчете на источник 1 тепла до максимального расхода воды источника 1 тепла.
В варианте осуществления настоящего изобретения число работающих вспомогательных насосов 2 увеличивается, когда требование, что, по меньшей мере, один из вспомогательных насосов 2 не работает при определении того, удовлетворяются или нет требования по увеличению числа насосов, и любое из вышеуказанных двух требований по увеличению числа насосов удовлетворяется. Требования по увеличению числа насосов являются просто примерами и могут произвольно задаваться согласно состоянию вспомогательных насосов, установленных в системе S источника тепла со вспомогательными насосами.
Если требования по увеличению числа насосов удовлетворяются, модуль 15c вычисления вычисляет частоту (начальную частоту), используемую для того, чтобы управлять вспомогательными насосами 2 после того, как число работающих вспомогательных насосов 2 увеличивается. Способ вычисления начальной частоты является идентичным вышеуказанному способу для требований по сокращению числа насосов.
Во-первых, полный расход Q1 воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла, делится на число работающих вспомогательных насосов 2 при вычислении. Расход воды в расчете на работающие вспомогательные насосы 2 (средний расход q0 воды) вычисляется. Затем, на основе вычисленного среднего расхода q0 воды и рабочей частоты f0 вспомогательных насосов 2 при вычислении, высота h0 подъема источника 1 тепла вычисляется.
Расход Q1 воды источника тепла, протекающей в каждом вспомогательном насосе 2, вычисляется в случае, если число работающих вспомогательных насосов 2 увеличивается. Конкретно, полный расход Q1 воды источника тепла, протекающей на стороне A источника тепла, делится на число, полученное посредством прибавления единицы к числу до этого работающих вспомогательных насосов 2, чтобы получать расход q1 воды в расчете на вспомогательный насос 2, управляемый с использованием начальной частоты. На основе высоты h0 подъема и расхода q1 воды начальная частота f1, используемая, чтобы управлять вспомогательными насосами 2, вычисляется в случае, если число работающих вспомогательных насосов 2 увеличивается.
Когда начальная частота f1, используемая, когда число работающих вспомогательных насосов 2 увеличивается, вычисляется посредством модуля 15c вычисления (ST31), модуль 15d управления определяет модуль источника тепла, который должен запускаться, и инструктирует модулю 15e создания инструкций отправлять инструкцию увеличения числа насосов в модуль источника тепла. На основе инструкции модуль 15e создания инструкций отправляет инструкцию увеличения числа насосов в модуль источника тепла через передающий модуль 15f (ST32).
Что касается модулей источников тепла, включающих в себя модуль источника тепла, который должен запускаться, начальная частота f1, вычисляемая посредством модуля 15c вычисления, передается в инверторы 3 вспомогательных насосов 2 через модуль 15d управления, модуль 15e создания инструкций и передающий модуль 15f (ST33). Вспомогательные насосы 2 работают на передаваемой начальной частоте f1.
При помощи вышеуказанной конфигурации и способа управления можно предоставлять систему источника тепла со вспомогательными насосами и способ управления источником тепла со вспомогательными насосами, которые допускают точное реагирование на изменения на стороне системы нагрузки без установки дорогих расходомеров и выполнение высокоэффективного управления, чтобы способствовать экономии энергии.
Согласно системе источника тепла со вспомогательными насосами и способу его управления, в частности, расход s воды источника тепла, протекающей на стороне источника тепла и стороне системы нагрузки, может вычисляться при помощи только температурных датчиков вместо расходомеров. Соответственно, вся система может конструироваться при небольших затратах. Кроме того, можно управлять источниками тепла при одновременном точном реагировании во всех случаях на изменения на стороне системы нагрузки при помощи вычисленных расходов воды источника тепла, протекающей на стороне источника тепла и стороне системы нагрузки. Следовательно, можно эффективно управлять источниками тепла при одновременной экономии энергии.
Настоящее изобретение не ограничено вышеуказанным вариантом осуществления и может быть осуществлено посредством модификации составляющих компонентов без отступления от своего объема. Кроме того, множество составляющих компонентов, раскрытых в вышеописанном варианте осуществления, надлежащим образом комбинируется, чтобы формировать различные виды изобретения. Например, некоторые из всех составляющих компонентов, показанных в варианте осуществления, могут быть удалены. Кроме того, некоторые составляющие компоненты различных вариантов осуществления надлежащим образом комбинируются.
Выше описывается вариант осуществления настоящего изобретения. Вышеприведенное описание просто иллюстрирует конкретный пример и не ограничивает настоящее изобретение. Конкретная конфигурация каждой части и т.п. может быть надлежащим образом изменена. Операции и преимущества, описанные в варианте осуществления, являются просто самыми предпочтительными, предоставляемыми посредством изобретения, и операции и преимущества настоящего изобретения не ограничены посредством описания варианта осуществления настоящего изобретения. Настоящее изобретение используется в месте, требующем кондиционирования воздуха в нескольких областях кондиционирования воздуха, таком как, например, крупный завод или здание.