SE530080C2 - Fjärrvärmesystem - Google Patents

Description

lO l5 20 25 30 35 530 ÜBÛ eller ett intag från ett större system. De lokala enheterna, ibland benämnda understationer, är normalt en byggnad. Varje central enhet och lokal enhet (understation) innefattar både utrustningen för att värma och överföra ett medium liksom anordningar för att övervaka och styra varje enhet. Anordningarna för att övervaka och styra innefattar normalt en dator.

Föreliggande uppfinning är utvecklad för att styra energiförbrukningen hos ett antal flerbostadshus och/eller andra byggnader kopplade till ett fjärrvärmesystem. Ett syfte med föreliggande uppfinning är att minska byggnadernas totala energikonsumtion och således minska uppvärmningskostnaderna. Samtidigt skall de upplevda komfortnivåerna i byggnaderna inte reduceras. Ändamålet är att bestämma vilken byggnad i en samling byggnader som är mest lämplig för effektstyrning vid en given tidpunkt. För att göra detta är det nödvändigt att dynamiskt bestämma hur mycket energiinnehållet i en byggnad kan sänkas utan att man kommer under den lägsta, förutbestämda komfortnivån. Regleringen görs genom att minska effektintaget till en understation åt gången.

Enligt föreliggande uppfinning används modeller och idéer avseende intelligenta mjukvaruagenter för lasthantering i ett fjärrvärmesystem. Det är således möjligt att i stor utsträckning övervaka och styra fjärrvärmesystemet. Dessutom gör detta det möjligt att anpassa energiavgivningen till en lägre nivå, utan att användarna upplever en försämrad servicekvalitet.

Föreliggande uppfinning ger en automatisk samverkan mellan samtliga tillgängliga understationer hos en grupp av byggnader.

Fjärrvärmesystemet har möjligheten att dynamiskt bestämma vilka byggnader som vid en given tidpunkt är mest lämpliga för effektstyrning. Detta ger systemet en möjlighet att fördela effektreduceringarna på ett rättvist 10 15 20 25 30 35 530 080 och optimalt sätt inom gruppen med byggnader i fjärrvärmenätet, genom att byggnaderna som har den största kapaciteten för att ta hand om effektstyrning är de som huvudsakligen kommer att utföra effektstyrningen. Detta möjliggörs genom att understationerna kan kommunicera inbördes och är inte möjligt med effektstyrning av varje separat understation.

Enligt föreliggande uppfinning görs skillnad mellan reglering och styrning. Enligt känd teknik regleras understationer, d v s man reagerar på resultatet efter styrning. Vi styr understationerna direkt, d v s vi använder en modell av byggnaden där vi i förväg kan beräkna ideala styrparametrar när vi har de aktuella lokala tillstånden. Energitillförseln styrs således baserat på det beräknade energibehovet för att uppfylla kraven på komfort.

Tester har visat att det ofta är bättre att ha många men små reduktioner än få och kraftfullare reduktioner.

Reduktionerna sprids kontinuerligt över byggnaderna som vid en given tidpunkt ger de största fördelarna.

En ytterligare möjlighet är att förvärma innan större reduktioner, exempelvis innan man kompenserar för nattemperaturnedgångar i byggnader.

Det är en fördel att de största flödena normalt uppträder under tidig kväll. Detta betyder att eventuella stora reduktioner inte märkbart kommer att påverka innetemperaturen förrän på natten.

Eftersom balanseringen och styrningen av lasten inuti byggnader endast baseras på användningen av byggnadens termiska massa, påverkas inte kundens tillgång till varmvatten på något sätt.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning kommer att beskrivas ytterligare nedan med hänvisning till föredragna utföringsformer och de bifogade ritningarna. I ritningarna är, 10 15 20 25 30 35 530 080 fig 1 en förklarande skiss över ett fjärrvärmesystem, där föreliggande uppfinning kan användas, fig 2 en förklarande skiss över en understation hos systemet enligt fig 1, och fig 3 ett schematiskt flödesschema över ett styrsystem för ett fjärrvärmesystem enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Vid exemplet visat i fig 1 visas ett fjärrvärmesystem enligt föreliggande uppfinning. Den har en central enhet 1.

Här är den centrala enheten ett intag från ett större system, men en fackman inser att det även kan vara ett värmekraftverk. Ett antal lokala enheter 2 eller understationer är förbundna med den centrala enheten 1.

Normalt är varje lokal enhet 2 ett flerbostadshus eller annan byggnad. Den centrala enheten 1 tar in ett flöde av varm vätska, normalt vatten, via en ledning 3 och ett returflöde lämnar den centrala enheten 1 via en ledning 4.

De lokala enheterna 2 är förbundna med den centrala enheten 1 via en ledning som bildar en slinga 5. Varje lokal enhet 2 har en ledning 6 för att ta in flöde av varmt vatten från slingan 5 och en ledning 7 som avger returflöde till slingan 5. En pump 8 är placerad i slingan 5. För att styra intaget till varje lokal enhet 2 är en ventil 13 placerad i ledningen 6 som tar in varmt vatten. Ventilen 13 kan styras för att öka eller minska flödet av varmt vatten in i den lokala enheten 2.

Vid exemplet visat i fig 2 har varje lokal enhet 2 en slinga som passerar två värmeväxlare 9, 10. En första värmeväxlare 9 tar ut energi för att värma upp byggnaden, vilket visas med ett antal radiatorer ll i det visade exemplet. Vid andra utföringsformer ersätts radiatorerna med andra uppvärmningsanordningar såsom fläktar eller utrustning som använder varmluft. Den andra värmeväxlaren 10 används för att ta ut varmvatten till varmvattenkranarna 10 15 20 25 30 35 530 080 12 i byggnaden. En fackman inser att antalet radiatorer ll och varmvattenkranar 12 kan variera beroende på storleken och typen av byggnad som bildar en specifik lokal enhet 2.

Det är underförstått att den exakta utformningen och formen av lokala enheter kan variera inom vida gränser utan att det påverkar föreliggande uppfinning.

För att styra uppvärmningen av hela fjärrvärmesystemet är en central dator 21 förbunden med en lokal dator 22 vid varje lokal enhet 2. Både den centrala datorn och varje lokal dator 22 tar emot signaler från flera givare 23, vilka signaler skall användas vid styrningen av energiförbrukningen. Även om givarna 23 visas som förbundna med endast en dator 21, 22 var, är i andra utföringsformer en eller flera givare förbundna med två eller flera datorer 21, 22. En fackman inser att samtliga datorer kan ersättas med en enda dator som tar emot samtliga insignaler och som gör samtliga beräkningar för den centrala enheten l och de lokala enheterna 2. Givarna 23 kan ta emot olika tillstånd avseende miljön, såsom yttre temperatur, vind, solsken, moln, den aktuella effektförbrukningen vid den lokala enheten etc. Dessutom kan även väderprognoser användas för att förutspå plötsliga och/eller extrema temperaturfall etc. I varje lokal dator 22 sparas dessutom en specifik tidskonstant, vilken tidskonstant är ett beräknat värde på hur snabbt den aktuella byggnaden förlorar energi vid olika nivåer på energiinmatning. Som ett exempel beräknades i ett flerbostadshus i Sverige tidskonstanten till att vara ca 300h, vilket betyder att med en inmatning av 90% av den energi som krävs tar det ca 48h att minska byggnadens innetemperatur 1 °C vid en utetemperatur på -20 °C.

I princip fungerar styrsystemet på följande sätt. En beräknad modell görs av varje lokal enhet 2 i varje lokal dator 22. Den lokala enheten 2 beräknar energibufferten hos byggnaden genom att initialt avkänna den faktiska 10 15 20 25 30 35 530 080 yttertemperaturen, en initialt förutspådd, fiktiv innetemperatur, det faktiska energikravet på värmesystemet och byggnadens tidskonstant. Vid beräkning av den fiktiva temperaturen används signalerna från givarna 23. Systemet kommer att kontinuerligt övervaka hur väl den avgivna energin uppfyller energikravet vid den befintliga utetemperaturen. Beroende på den avgivna energin beräknas en komfortnivå dynamiskt för byggnaden, vilket betyder att det är möjligt att kontinuerligt bestämma hur mycket energi som är tillgänglig för effektbegränsning utan att man kommer under en minimal komfortnivå för byggnaden.

Komfortnivån korreleras med den beräknade fiktiva temperaturen. Andra faktorer som kan användas vid beräkning av byggnadens fiktiva temperatur är olika vädertillstånd, både existerande och förutspådda.

Det totala systemet arbetar normalt efter en 24- timmarscykel. Mellan midnatt och ca kl sex på morgonen är effektuttaget relativt konstant. Effektuttaget beräknas normalt baserat på storleken på flödet i ledningen 3 som leder in i det centrala intaget 1 och temperaturen före och efter de lokala enheterna 2. Från den nivån på effektuttag och olika avkända eller beräknade värden med avseende på väderförhållanden och effektuttag både lokalt och totalt beräknas en uppskattad minimal nivå för effektuttaget, d v s flödet i ledningen 3 ut från den centrala enheten 1, under återstoden av de 24 timmarna. Den inställda miniminivån ställs in baserat på de förutbestämda komfortnivåerna hos de lokala enheterna 2. Om effektuttaget ligger ovanför den inställda minimala nivån kommer den centrala datorn 21 att fråga samtliga lokala datorer 22 om det är möjligt för den lokala enheten 2 att minska effektuttaget temporärt. Den centrala datorn 21 kan exempelvis se möjligheten till en reduktion på 10% under 15 minuter. Den lokala enhet 2 som ger det mest positiva svaret, d v s den lokala enhet 2 som har den högsta 10 15 20 25 30 35 530 080 beräknade fiktiva temperaturen i förhållande till komfortnivàn hos den specifika lokala enheten kommer att få en begäran att minska dess effektuttag. Om den centrala datorn 21 noterar att det är möjligt med en ytterligare reduktion kommer den återigen att fråga de lokala datorerna 22 om det är möjligt för dem att temporärt minska deras effektuttag.

Det är således en slags auktion varje gång den centrala datorn 21 registrerar en möjlighet att spara effekt. Vid varje auktion kommer endast en budgivare att få en begäran att minska dess effektuttag. När en lokal enhet 2 har ”vunnit” budgivningen kommer den lokala datorn 22 att strypa ventilen 13 hos ledningen 6 som tar in flödet till den lokala enheten 2, exempelvis minska effektuttaget lokalt med 10%. Vid varje auktion kommer de lokala datorerna 22 att beräkna vad som skulle hända om effektuttaget begränsas exempelvis 10% under 15 minuter.

Baserat på den beräkningen, d v s den beräknade fiktiva temperaturen vid slutet av 15-minutersperioden i förhållande till de inställda begränsningarna för komfortnivån, ger den lokala datorn 22 ett bud till den centrala datorn 21.

Här definieras en reduktion som en sänkning i procent av det inställda värdet på effektintagets sekundära sida.

För att undvika effekttoppar begränsas den hastighet med vilken det inställda värdet tillåts gå tillbaka till det ursprungliga värdet. Det är möjligt att ge begränsningar lokalt, exempelvis en effektbegränsning på maximalt 15% under som mest 20 minuter.

Vid tester har datorerna kopplats ihop med hjälp av bredbandsteknik. En fackman inser emellertid att vilken kommunikationstyp som helst kan användas, såsom olika sladdlösa tekniker.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 530 080 PATENTKRAV

1. Förfarande för att reglera ett fjärrvärmesystem, vilket värmesystem har en central enhet (1), i form av ett centralt intag eller ett kraftverk samt ett antal lokala enheter (2) som tar emot varmt vatten från den centrala (1), vilka lokala enheter (2) från vattnet med hjälp av värmeväxlare (9, 10), varvid enheten tar upp värmeenergi systemet har anordningar för att övervaka och styra den centrala enheten respektive de lokala enheterna, kännetecknat av att data från anordningen för att övervaka och styra den centrala enheten (1) och de lokala enheterna (2) används för regleringen och att fjärrvärmesystemets effektuttag regleras genom reducerat flöde in i en utvald lokal enhet (2)

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att under en kort tidsperiod. anordningen för att övervaka och styra innefattar en (21) vid den centrala enheten lokal dator (22) vid varje lokal enhet (2) och att den (21) (22) kommunicerar inbördes. central dator (1) och en centrala datorn och de lokala datorerna

3. Förfarande enligt krav 2, kânnetecknat av att flödet från den centrala enheten (1) övervakas kontinuerligt, och att det inte tillåts gå under ett inställt minimalt värde samt att den centrala datorn (21) kontinuerligt frågar de lokala datorerna (22) vilken lokal enhet (2) som är bäst lämpad för en reduktion så länge som flödet inte faller under den inställda minimala nivån.

4. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av att varje lokal dator (22) med en fiktiv temperatur vid den lokala enheten (2) om kommer att beräkna vad som händer effektuttaget reduceras en viss procent under en viss tidsperiod, vilket procenttal och vilken tidsperiod baseras på frågan om reducering från den centrala datorn (21) och 10 15 20 30 35 530 080 att den fiktiva temperaturen skall korrelera med den lokala enhetens (2) faktiska temperatur.

5. Förfarande enligt krav 4, kännetecknat av att den lokala enheten (2) som har valts för reduktionen under kort tidsperiod är den som har den bäst beräknade möjligheten att klara av en sådan reduktion utan att komma under en förutbestämd komfortnivå, att den lokala enheten (2) har valts för reduktion kommer att reducera effektintaget SOITI en beräknad andel för en beräknad tidsperiod med hjälp av den lokala datorn (22) och att reduktionen åstadkoms genom att styra en ventil (2).

6. Förfarande enligt krav 4, kännetecknat av att en tidskonstant, d v s ett mått på en lokal enhets (2) förmåga att lagra värme används för att beräkna den fiktiva (13) på en intagsledning (6) till den lokala enheten temperaturen, tillsammans med åtminstone yttertemperaturen avkänd av varje lokal enhet (2), flödesnivån in i den lokala enheten (2) och temperaturen innan och efter den lokala enheten (2) och att givare (23) används separat (21, 22).

7. Förfarande enligt krav 6, kännetecknat av att ytterligare tillstånd förs in i beräkningen för fiktiv temperatur, eller tillsammans av datorerna såsom vind, solsken, väderprognoser.

8. Förfarande enligt krav 4, kännetecknat av att en komfortnivå förutbestäms för varje lokal enhet (2), att varje lokal enhets (2) komfortnivå korreleras med den beräknade fiktiva temperaturen och att den fiktiva temperaturen hos varje lokal enhet (2) inte tillåts gå under den fiktiva temperaturen för den inställda komfortnivàn.

9. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av att den inställda minimala nivån för flödet i den centrala enheten (1) sätts till att hålla de förutbestämda komfortnivàerna hos varje lokal enhet (2) baserat på flödet under en period med relativt stabilt flöde. 530 080 10 lO. Förfarande enligt krav 9, kännetecknat av att den minimala nivån sätts baserat på de beräknade fiktiva temperaturerna hos de lokala enheterna (2), den centrala enhetens flöde, yttertemperaturen, och eventuella ytterligare vädertillstànd eller -prognoser och att den inställda minimala nivån uppdateras regelbundet, normalt en gång under en period på 24 timmar.