Poszanowanie zu¿ycia energii

advertisement
Dr inż. Sławomir Kowalczyk
Mgr inż. Andrzej Nowosad
Poszanowanie zużycia energii
Wstęp
Wdrożenie procesu poszanowania zużycia energii, zazwyczaj poprzedzone jest analizą
możliwości technicznych zarówno tych rozwiązań już funkcjonujących, które po najczęściej
drobnych – mało zaawansowanych przeróbkach technicznych są wykorzystywane w kolejnych
aplikacjach wychodzących naprzeciw szeroko rozumianemu poszanowaniu energii, jak i
zastosowanie zupełnie innych niż dotychczas spotykanych rozwiązań, z czym wiąże się najczęściej
zmiana technologii, urządzeń i dotychczasowo wykorzystywanych metod oceny produkcji i
monitorowania zużycia energii.
Stawiane wysokie wymagania układom regulacji, nakładają na projektantów konieczność
poszukiwania takich rozwiązań, które przy wykorzystaniu istniejących rozwiązań technologicznych
w drodze głębokiej identyfikacji zagadnień problemowych, pozwolą na wdrożenie rozwiązań
szczegółowych. Takim szczegółowym rozwiązaniem jest regulacja temperatury w obiekcie obiegu
centralnego ogrzewania i obiekcie obiegu ciepłej wody użytkowej przy jednoczesnym
wykorzystaniu istniejących instalacji hydraulicznych i związanych z nią elementów automatyki
bezpośredniej. Takie rozwiązanie niewątpliwie stanowi zaletę ponieważ zbudowane jest na bazie
urządzeń i instalacji już funkcjonujących. Koniecznym uzupełnieniem technicznych rozwiązań
hydraulicznych jest stosowanie urządzeń decyzyjnych odpowiedzialnych przede wszystkim za
poprawność przebiegu procesu regulacji i sposobu prowadzenia regulacji. Zmianę sposobu
prowadzenia regulacji łatwo można uzyskać poprzez zastosowanie urządzeń programowalnych, co
pozwala na łatwe modyfikowanie i implementowanie algorytmów sterowania poprzez
wprowadzanie kolejnych iteracji mających na celu uzyskanie akceptowalnego finalnego algorytmu
sterowania, ocenianego za właściwy według wcześniej przyjętych kryteriów oceny.
W opisywanych rozwiązaniach jako urządzenie decyzyjne zastosowano sterownik
programowalny SP1. Sterownik SP1 w podstawowej konfiguracji wyposażony jest w
temperaturowe wejścia analogowe, wejścia cyfrowe i impulsowe, wyjścia przekaźnikowe i
analogowe, oraz niezależne dwa porty komunikacyjne. W proponowanych rozwiązaniach SP1
pracuje pod nadzorem systemu Lumel-Ciepło, który monitoruje i prezentuje zgodnie z
oczekiwaniami użytkownika, kluczowe dla zagadnienia zużycia energii parametry.
Badanymi i analizowanymi obiektami były dwa niezależne układy: centralnego ogrzewania
–c.o., oraz ciepłej wody użytkowej – c.w.u.
CWU. Obiekt ciepłej wody użytkowej. Ciepła woda – ale jaka?
Ciepła woda użytkowa stanowi bardzo ważny element w życiu codziennym każdego
człowieka, tak w miejscu zamieszkania jak i w miejscu pracy.
Parametry określające konsumpcję ciepłej wody jak wielkość zużycia, częstotliwość i czas
rozbioru są zależne od charakteru użytkowania obiektu. Inne wartości uzyskuje się dla obiektów
mieszkalnych, szkół czy instytucji użyteczności publicznej.
Aby odbiorca w każdej chwili miał możliwość korzystania z ciepłej wody przy
wymaganych, odpowiednich parametrach, bez oczekiwania po odkręceniu kranu aż woda dopłynie
z węzła ciepłowniczego do jego baterii, należy zapewnić ciągłą cyrkulację wody znajdującej się w
instalacji hydraulicznej obiektu ciepłej wody użytkowej. Rozległość układu doprowadzania i
cyrkulacji, a także stopień izolowania przewodów oraz temperatura wody krążącej w układzie mają
jednak bardzo istotny wpływ na wielkość nieuniknionych strat energii.
Miejskie Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej w Chełmie Sp. z o. o. podejmuje szereg
działań w celu jak najlepszego zarówno wykorzystania ciepła, jak też zmniejszenia strat na jego
przesyle i wymianie.
W październiku 2003 roku w dwóch węzłach ciepłowniczych przedsiębiorstwa zastosowano
eksperymentalny układ zaproponowany przez inż. A. Nowosada zmniejszający wartość zadaną
temperatury wyjściowej cwu w normalnych warunkach rozbioru, do obniżonej wartości zadanej
temperatury ciepłej wody podczas braku rozbioru.
Jednym z wytypowanych do przetestowania układu obiektów był węzeł ciepłowniczy
W - 009 wybudowany dla potrzeb Zespołu Szkół Ogólnokształcących nr 2 usytuowany w budynku
szkolnym. Zespół szkół należy do odbiorców użytkujących cwu w czasie dnia. W godzinach
wieczornych i nocnych rozbiór całkowicie ustaje.
Układ przewiduje zmniejszenie wartości zadanej temperatury cwu z 49 ºC w normalnych
warunkach rozbioru do 36 ºC w okresie braku rozbioru, oraz powrót do temperatury zadanej 49 ºC
natychmiast po zaistnieniu rozbioru. Elementem sygnalizującym rozbiór cwu jest wodomierz z
wyjściem impulsowym zamontowany na przewodzie doprowadzającym zimną wodę do
wymiennika. Zastosowanie wodomierza z wyjściem impulsowym pozwala precyzyjnie określić
moment faktycznego rozbioru jak i braku rozbioru i obniżyć w czasie jego trwania temperaturę
zasilania cwu. W momencie pojawienia się rozbioru impulsy z wodomierza przesyłane są do
urządzenia regulacyjnego powodując natychmiastowy powrót temperatury zasilania cwu z wartości
36 ºC do wartości wymaganej w warunkach rozbioru czyli 49 ºC.
Urządzeniem decyzyjnym w układzie regulacji cwu jest sterownik SP1 firmy Lumel S.A.
Inżynierowie firmy Lumel, w oparciu o sugestie inż. A. Nowosada, zaimplementowali w
sterowniku algorytm umożliwiający właściwą pracę eksperymentalnego układu zarówno pod
względem właściwej regulacji temperatury cwu jak i pracy członu obniżającego temperaturę.
Sterownik został włączony do zbudowanego na urządzeniach firmy Lumel S.A. i na bazie programu
Lumel – Ciepło, układu wizualizacji miejskiego systemu ciepłowniczego. Schemat technologiczny
rozwiązania przedstawia rysunek 1.
Rysunek 1 Schemat technologiczny węzła cieplnego.
Zaimplementowany w sterowniku SP1 algorytm regulacji ciepłej wody użytkowej polegał
na przełączaniu wartości zadanej ciepłej wody użytkowej z 49 ºC na 36 ºC z programowalnym
opóźnieniem. Obie wartości temperatury zadanej ciepłej wody użytkowej również są wartościami
programowalnymi. Technicznie, rozwiązanie polegało na połączeniu wyjścia impulsowego
wodomierza z wejściem impulsowym sterownika. W momencie pojawienia się na wejściu
sterownika SP1 impulsów w wodomierza, następowało ustawienie temperatury zadanej na 49 ºC i
dalej prowadzenie regulacji do osiągnięcia wyjściowej temperatury ciepłej wody użytkowej równej
temperaturze wartości zadanej. W przypadku braku impulsów z wodomierza, po ustawionym czasie
opóźnienia sterownik SP1 automatycznie obniżał wartość zadaną ciepłej wody na 36 ºC.
Zastosowanie eksperymentalnego rozwiązania w zakresie dostarczania cwu pozwoliło na
zmniejszanie strat na cyrkulację nie tylko w godzinach nocnych, ale także w okresach braku
rozbioru w ciągu dnia jak i w dni wolne od pracy (gdy nikt nie korzysta z ciepłej wody).
W celu przeprowadzenia analizy pracy układu porównano zużycie energii cieplnej i wody
wodociągowej w miesiącach: listopad i grudzień z lat 2003 i 2004.
W listopadzie 2003 r na potrzeby cwu w tym obiekcie zużyto 116,11 GJ (całkowity czas
pomiaru 672 h), w tym 43,7 GJ w okresach bez rozbioru (320 h).
Po zastosowaniu układu obniżenia temperatury w listopadzie 2004 roku dla potrzeb cwu
zużyto 93,76 GJ (całkowity czas pomiaru 792 h), w tym 9,6 GJ w okresach bez rozbioru (387 h).
Praca układu spowodowała zmniejszenie strat w okresie bez rozbioru o 32 GJ w porównaniu
do roku 2003.
W grudniu 2003 roku dla potrzeb cwu zużyto 128,75 GJ (całkowity czas pomiaru 759 h), w
tym 61,8 GJ w okresach bez rozbioru (484 h).
Po zastosowaniu układu obniżenia temperatury w grudniu 2004 roku dla potrzeb cwu zużyto
82,78 GJ (całkowity czas pomiaru 755 h), w tym 6,5 GJ w okresach bez rozbioru (282 h).
Praca układu spowodowała zmniejszenie strat w okresach bez rozbioru o 30 GJ
w porównaniu do analogicznego miesiąca roku 2003.
Do obliczeń bilansu energetycznego wykorzystano zarchiwizowane dane z licznika ciepła
LQM2_U (pomiar energii dla cwu), wskazania liczydła wodomierza, oraz zarchiwizowane w
programie Lumel-Ciepło wartości zmiennych ze sterownika SP1. Założono przy tym, że sprawność
energetyczna zastosowanego wymiennika ciepła jest wystarczająco duża, a szybkość wymiany
ciepła wystarczająco krótka, aby użytkownik nie zauważył obniżenia wartości zadanej ciepłej wody
użytkowej.
CO. Obiekt centralnego ogrzewania . Ograniczać czy nie?
Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 6 października 1998r w sprawie
szczegółowych zasad kształtowania i kalkulacji taryf oraz zasad rozliczeń w obrocie ciepłem, w
tym rozliczeń z indywidualnymi odbiorcami w lokalach (Dz.U.Nr 132, poz 867 art32.3)
„Sprawdzenie dotrzymywania przez sprzedawcę standardów jakościowych obsługi odbiorców i
dotrzymywania przez odbiorcę warunków umowy jest dokonywane na podstawie średniego
natężenia przepływu i temperatury nośnika ciepła:
1. W okresie doby – gdy nośnikiem ciepła jest woda,
2. W ciągu godziny – gdy nośnikiem ciepła jest para.”
Realizację ograniczenia poboru mocy przed przekroczeniem zadeklarowanego limitu również
zrealizowano w oparciu o sterownik SP1, który bezpośrednio współpracuje z licznikami ciepła
różnych producentów. W tym celu jeden z portów sterownika został połączony bezpośrednio z
cyfrowym wyjściem transmisyjnym zastosowanego licznika ciepła. Sterownik w zadeklarowanych
interwałach czasowych odczytuje potrzebne do realizacji funkcji ograniczenia mocy dane jak: moc,
moc chwilową, energię i inne. W sterowniku zaimplementowany został taki algorytm, który oprócz
regulacji pogodowej prowadzi regulację ograniczenie poboru mocy. Funkcja ograniczenia mocy
jest realizowana nadrzędnie w stosunku do funkcji regulacji pogodowej. Realizację funkcji
ograniczenia mocy w obwodzie centralnego ogrzewania ilustruje rysunek 2.
moc rzeczywista
moc z ciepłomierza
hist
czas
ograniczanie mocy
aktywne
wyłączone
czas
Rysunek 2 Realizacja funkcji ograniczenia mocy.
Realizacja algorytmu ograniczenia mocy pobieranej polega na proporcjonalnym zamykaniu
zaworu umiejscowionego na zasilaniu obiektu centralnego ogrzewania, do wartości przekroczenia
zadeklarowanego limitu poboru mocy, podczas wykonywania algorytmu roboczego jakim w tym
wypadku jest funkcja regulacji pogodowej. Limit poboru mocy jest deklarowany przez użytkownika
i wprowadzany z klawiatury sterownika. Z uwagi na to, że ciepłomierz jest urządzeniem zasilanym
bateryjne, odczyt wartości koniecznych wielkości potrzebnych do realizacji funkcji ograniczenia
mocy jest dokonywany co 15 minut i z takim też czasem uaktualniane są parametry algorytmu
ograniczenia mocy. Założono że jeżeli rozliczenie między dostawcą a odbiorcą dokonywane jest w
okresie doby, natomiast funkcja ograniczenia mocy jest realizowana w sposób ciągły, to
dostarczanie danych z ciepłomierza z 15-minutowym interwale czasowym jest dostatecznie
wystarczające, aby funkcja ograniczenia mocy w okresie rozliczeniowym działała poprawnie.
Wnioski
Zaproponowane rozwiązania zarówno dla obiegu ciepłej wody użytkowej jak i centralnego
ogrzewania wykorzystują rozwiązania technologiczne węzłów cieplnych z adaptacją rozwiązań
hydraulicznych i automatyki bezpośredniej, co jest ich niewątpliwą zaletą. Dodatkowo poprzez
zastosowanie urządzenia programowalnego SP1, systemu wizualizacyjnego i archiwizacyjnego
Lumel-Ciepło możliwe było stworzenie takich struktur sterowania które pozwoliły na lepsze
wykorzystanie energii cieplnej, co w efekcie końcowym przełożyło się na wymierne korzyści
finansowe. Oprócz rozwiązań szczegółowych takich jak opisane, firma Lumel S.A. dostarcza
rozwiązań kompleksowych z wykorzystaniem doświadczenia i potencjału inżynierskiego, dla
sprostania wymagań prawnym i użytkowych.
Download
Random flashcards
bvbzbx

2 Cards oauth2_google_e1804830-50f6-410f-8885-745c7a100970

Motywacja w zzl

3 Cards ypy

Pomiary elektr

2 Cards m.duchnowski

Prace Magisterskie

2 Cards Pisanie PRAC

Create flashcards