УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОТКРЫТИЕМ КЛАПАНА В СИСТЕМЕ HVAC Российский патент 2016 года по МПК F24F3/06 F24D19/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству и способу управления открытием клапана в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). В особенности, настоящее изобретение относится к способу и управляющему устройству для управления открытием клапана в системе HVAC для регулирования потока текучей среды через устройство обмена тепловой энергией системы HVAC и, для тем самым регулирования количества энергии, переданной устройством обмена тепловой энергией.

Уровень техники изобретения

Регулированием потока текучей среды через устройства обмена тепловой энергией системы HVAC возможно регулировать количество энергии, переданной устройствами обмена тепловой энергией, например, регулировать количество энергии, поставляемой теплообменником для нагревания или охлаждения комнаты в здании, или количество энергии, отведенной охладителем в целях охлаждения. В то время как перемещение текучей среды через контур текучей среды системы HVAC приводится в действие одним или более насосами, поток обычно регулируется изменением открытия или положения клапанов, например, вручную или с помощью приводов. Известно, что эффективность устройств обмена тепловой энергией уменьшается при высоких скоростях потока, когда текучая среда устремляется при увеличенной скорости через устройства обмена тепловой энергией, не приводя к соответствующему увеличению обмена энергией.

Патент США 6,352,106 описывает самобалансирующийся клапан, имеющий датчик температуры для измерения температуры текучей среды, проходящей через этот клапан. Согласно патенту США 6,352,106 диапазон и таким образом максимальное открытие клапана регулируются динамически в зависимости от измеренной температуры. Открытие клапана моделируется, основываясь на сохраненном пороговом значении температуры, текущей температуре текучей среды и командном сигнале позиционирования от контроллера нагрузки. В особенности, диапазон открытия клапана устанавливается периодически контроллером позиционирования, основываясь на пороговом значении температуры, хранящемся в контроллере позиционирования, текущей температуре текучей среды и разнице между предварительно измеренной температурой текучей среды и текущей температурой текучей среды. Патент США 6,352,106 дополнительно описывает альтернативный вариант выполнения с двумя датчиками температуры, одним, размещенным на подающей линии, и другим, размещенным на возвратной линии, для измерения фактической разности температур в пределах нагрузки, т.е. устройства обмена тепловой энергией. Согласно патенту США 6,352,10, в этом альтернативном варианте выполнения пороговая температура является пороговой разностью температур поперечно нагрузке, определенной системными требованиями нагрузки. Таким образом, патент США 6,352,106 описывает управление потоком, основываясь на изменении температуры текучей среды или изменении разности температур над нагрузкой. Соответственно, поток регулируется, основываясь на сравнении определенных изменений температуры для постоянных пороговых температур или пороговой разности температур, соответственно, которые должны задаваться и храниться в контроллере позиционирования клапана. В результате, для исключения ошибочных и неэффективных настроек клапана, должно быть обеспечено, во время первоначальной установки системы и всегда, когда устройства обмена тепловой энергией заменяют новыми моделями, что хранящиеся пороговые температуры или пороговые разности температур, соответственно, соответствуют типу и параметрам конструкции устройств обмена тепловой энергией, используемых в системе HVAC.

Документ DE 10 2009 004 319 A1 раскрывает способ работы системы нагревания или охлаждения, посредством которой регулируется разность температур между температурой подачи и температурой возврата или только температура возврата так, что достигается основанная на температуре гидравлическая балансировка каждого теплообменника системы нагревания или охлаждения, при этом указанная балансировка заново регулируется и оптимизируется при каждом изменении условий работы. Несмотря на то, что разность температур между температурой подачи и температурой возврата используется для управления, ни раскрытый расходомер, ни измерение потока энергии через теплообменник, ни определение функциональной зависимости потока энергии от потока массы нагреваемой или охлаждаемой среды, ни использование градиента такой функции отношения потока энергии к потоку массы не может использоваться в качестве управляющего параметра.

Сущность изобретения

Задачей этого изобретения является обеспечение способа и управляющего устройства для управления открытием клапана в системе HVAC, при этом способ и управляющее устройство не имеют по меньшей мере некоторых из недостатков известного уровня техники. В частности, задачей настоящего изобретения является обеспечение способа и управляющего устройства для управления открытием клапана в системе HVAC, без требования наличия хранить постоянные пороговые температуры или пороговые разности температур, соответственно.

Согласно настоящему изобретению эти задачи решаются посредством признаков независимых пунктов формулы изобретения. В дополнение, дополнительные предпочтительные варианты выполнения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения и описания.

Согласно настоящему изобретению, вышеотмеченные задачи особенно решаются тем, что для управления открытием (или положением) клапана в системе HVAC, чтобы регулировать поток φ текучей среды через устройство обмена тепловой энергией системы HVAC и чтобы тем самым регулировать количество энергии E, переданной устройством обмена тепловой энергией, определяется градиент энергии по потоку , и открытие (или положение) клапана регулируется в зависимости от градиента энергии по потоку . Таким образом, открытие клапана регулируется в зависимости от наклона кривой энергии по потоку, т.е. количества энергии E, переданной устройством обмена тепловой энергией, как функции от потока текучей среды через устройство обмена тепловой энергией. В то время как этот градиент (наклон) энергии по потоку может зависеть в некоторой степени от типа устройства обмена тепловой энергией, его характеристики для специального типа устройства обмена тепловой энергией могут быть определены динамически крайне эффективно. В особенности, возможно легко и эффективно определить для специального типа устройства обмена тепловой энергией его характеристики градиента (наклона) энергии по потоку в по существу линейном диапазоне кривой энергии по потоку, где энергия эффективно передается устройством обмена тепловой энергией. Соответственно, для специальных устройств обмена тепловой энергией пороговые значения наклона могут быть вычислены динамически, основываясь на характерном градиенте (наклоне) энергии по потоку , определенного для этих устройств обмена тепловой энергией. В результате отсутствует необходимость хранения постоянных пороговых значений.

В предпочтительном варианте выполнения градиент энергии по потоку определяется измерением, в первый момент времени, потока через клапан, и определением количества энергии E₁, переданной устройством обмена тепловой энергией в этот первый момент времени; измерением, в последующий второй момент времени, потока через клапан, и определением количества энергии E₂, переданной устройством обмена тепловой энергией в этот второй момент времени; и вычислением градиента энергии по потоку из потока , и переданной энергии E₁, E₂, определенных для первого и второго моментов времени.

В варианте выполнения количество энергии, переданной устройством обмена тепловой энергией, определяется измерением потока φ через клапан, определением, между входной температурой T_in текучей среды, входящей в устройство обмена тепловой энергией, и выходной температурой T_out текучей среды, выходящей из устройства обмена тепловой энергией, разности температур, и вычислением, основываясь на потоке φ через клапан и разности ΔT температур, количества энергии , переданной устройством обмена тепловой энергией.

В дополнительном варианте выполнения эффективность перемещения учитывается измерением энергии перемещения E_T, используемой для перемещения текучей среды через систему HVAC; определением количества энергии E, переданной устройством обмена тепловой энергией; определением, основываясь на энергии перемещения E_T и количестве энергии E, переданной устройством обмена тепловой энергией, энергетического баланса ; сравнением энергетического баланса E_B с эффективным пороговом; и управлением открытием клапана в зависимости от этого сравнения.

В случае, если устройство обмена тепловой энергией системы HVAC является теплообменником, для нагревания или охлаждения комнаты открытие клапана регулируется c возможностью регулирования потока φ текучей среды через теплообменник системы HVAC тем, что определяется градиент энергии по потоку , в то время как открытие клапана увеличивается; и открытие клапана регулируется сравнением градиента энергии по потоку с порогом наклона, и остановкой увеличения открытия, когда градиент энергии по потоку ниже порога наклона.

В случае, если устройство обмена тепловой энергией системы HVAC является охладителем, открытие клапана регулируется с возможностью регулирования потока φ текучей среды через охладитель системы HVAC тем, что определяется градиент энергии по потоку , в то время как открытие клапана увеличивается или уменьшается; и открытие клапана регулируется сравнением градиента энергии по потоку с нижним пороговым значением наклона и верхним пороговым значением наклона, и остановкой уменьшения или увеличения открытия, когда градиент энергии по потоку ниже нижнего порогового значения наклона или выше верхнего порогового значения наклона, соответственно.

В варианте выполнения порог наклона определяется определением градиента энергии по потоку в начальный момент времени, когда клапан открывается из закрытого положения, и установкой порогового значения наклона, основываясь на градиенте энергии по потоку , определенном в начальный момент времени. Например, пороговое значение наклона определяется, как определенный процент градиента энергии по потоку , определенного для начального момента времени. Соответственно, нижнее пороговое значение наклона и/или верхнее пороговое значение наклона определяются, как определенный процент градиента энергии по потоку , определенного для начального момента времени. Градиент энергии по потоку , определенный в начальный момент времени, представляет характерный градиент (наклон) энергии по потоку устройства обмена тепловой энергией в по существу линейном диапазоне кривой энергии по потоку, где энергия эффективно передается устройством обмена тепловой энергией.

В дополнительном варианте выполнения калибруются уровни управляющего сигнала, которые используются для управления приводом клапана для открытия клапана, установкой управляющего сигнала на определенное максимальное значение для размещения клапана в положение максимального открытия, уменьшением значения управляющего сигнала для уменьшения открытия клапана, при этом определяя градиент энергии по потоку , и присвоением максимального значения управляющего сигнала настройке открытия клапана, при которой градиент энергии по потоку становится равным или большим порогового значения наклона.

В дополнение к способу управления открытием клапана в системе HVAC, настоящее изобретение также относится к управляющему устройству для управления открытием клапана, причем управляющее устройство содержит генератор градиента, выполненный с возможностью определения градиента энергии по потоку , и управляющий модуль, выполненный с возможностью управления открытием клапана в зависимости от градиента энергии по потоку .

Более того, настоящее изобретение также относится к компьютерному программному продукту, содержащему компьютерный программный код для управления одним или более процессорами управляющего устройства для управления открытием клапана, причем предпочтительно компьютерный программный продукт содержит материальный машиночитаемый носитель, имеющий хранящийся на нем компьютерный программный код. В особенности, компьютерный программный код выполнен с возможностью управления управляющим устройством так, что управляющее устройство определяет градиент энергии по потоку , и управляет открытием клапана в зависимости от градиента энергии по потоку .

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет объяснено более подробно путем примера со ссылкой на чертежи, на которых:

Фигура 1 показывает блок-схему, схематически иллюстрирующую систему HVAC с контуром текучей среды, содержащей насос, клапан и устройство обмена тепловой энергией, и управляющее устройство для управления открытием клапана для регулирования количества энергии, переданной устройством обмена тепловой энергией.

Фигура 2 показывает блок-схему, иллюстрирующую примерную последовательность этапов для управления открытием клапана.

Фигура 3 показывает блок-схему, иллюстрирующую примерную последовательность этапов для определения градиента энергии по потоку устройства обмена тепловой энергией.

Фигура 4 показывает блок-схему, иллюстрирующую примерную последовательность этапов для определения энергии, переданной устройством обмена тепловой энергией в заданный момент времени.

Фигура 5 показывает блок-схему, иллюстрирующую примерную последовательность этапов для управления открытием клапана, включающую проверку эффективности перемещения энергии в контуре текучей среды.

Фигура 6 показывает блок-схему, иллюстрирующую примерную последовательность этапов для проверки эффективности перемещения энергии в контуре текучей среды.

Фигура 7 показывает блок-схему, иллюстрирующую примерную последовательность этапов для определения пороговых значений и/или калибровки управляющих сигналов, используемых для управления открытием клапана.

Фигура 8 показывает блок-схему, иллюстрирующую примерную последовательность этапов для определения пороговых значений, используемых для управления открытием клапана.

Фигура 9 показывает блок-схему, иллюстрирующую примерную последовательность этапов для калибровки управляющих сигналов, используемых для управления приводом клапана.

Фигура 10 показывает блок-схему, иллюстрирующую примерную последовательность этапов для управления открытием клапана в контуре текучей среды с теплообменником.

Фигура 11 показывает блок-схему, иллюстрирующую примерную последовательность этапов для управления открытием клапана в контуре текучей среды с охладителем.

Фигура 12 показывает график, иллюстрирующий пример кривой энергии по потоку с различными моментами времени для определения градиента энергии по потоку для различных уровней потока и соответствующих количеств энергии, переданной устройством обмена тепловой энергией.

Фигура 13 показывает график, иллюстрирующий пример кривой энергии по потоку с различными моментами времени для определения различных градиентов энергии по потоку в процессе калибровки управляющих сигналов, используемых для управления приводом клапана.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения

На Фигуре 1 ссылочная позиция 100 относится к системе HVAC с контуром 101 текучей среды, содержащей насос 3, клапан 10, устройство 2 обмена тепловой энергией, например, теплообменник для нагревания или охлаждения комнаты, и возможно дополнительное устройство обмена тепловой энергией в виде охладителя 5, которые взаимно соединены посредством труб. Клапан 10 обеспечен приводом 11, например, электрическим двигателем, для открытия и закрытия клапана 10 и таким образом управления потоком через контур 101 текучей среды, используя различные положения клапана 10. Дополнительно, насос(ы) 3 может(гут) сам(и) изменять поток через контур 101 текучей среды. Как проиллюстрировано схематически, система 100 HVAC дополнительно содержит систему 4 управления зданием, соединенную с клапаном 10 или приводом 11, соответственно. Специалист в области техники поймет, что изображение системы 100 HVAC очень упрощено, и что система 100 HVAC может включать множество контуров 101 текучей среды, имеющих в каждом случае один или более насосов 3, клапанов 19, устройств 2 обмена тепловой энергией и дополнительных охладителей 5.

Как проиллюстрировано схематически на Фигуре 1, устройство 2 обмена тепловой энергией обеспечено двумя датчиками 21, 22 температуры, размещенными на впуске устройства 2 обмена тепловой энергией, для измерения входной температуры T_in текучей среды, входящей в устройство 2 обмена тепловой энергией, и на выходе устройства 2 обмена тепловой энергией, для измерения выходной температуры T_out текучей среды, выходящей из устройства 2 обмена тепловой энергией. Например, текучая среда является жидкой теплопередающей средой, такой как вода.

Контур 101 текучей среды дополнительно содержит датчик 13 потока для измерения потока φ, т.е. скорости потока текучей среды, через клапан 10 или контур 101 текучей среды, соответственно. В зависимости от варианта выполнения, датчик 13 потока размещается в или на клапане 10, или в или на участке 12 трубы, соединенном с клапаном 10. Например, датчик 13 потока является ультразвуковым датчиком или датчиком на основе переноса теплопередачи.

На Фигуре 1 ссылочная позиция 1 относится к управляющему устройству для управления клапаном 10 или приводом 11, соответственно, чтобы регулировать открытие (или положение) клапана 10. Соответственно, управляющее устройство 1 регулирует поток φ, т.е. скорость потока текучей среды, через клапан 10 и, таким образом, через устройство 2 обмена тепловой энергией. В результате, управляющее устройство 1 регулирует количество тепловой энергии, переданной устройством 2 обмена тепловой энергией с его окружающей средой. В зависимости от варианта выполнения, управляющее устройство 1 размещается на клапане 10, например, как неотъемлемая часть клапана 10 или крепится к клапану 10, или управляющее устройство 1 размещается на участке 12 трубы, соединенном с клапаном 10.

Управляющее устройство 1 содержит микропроцессор с памятью программ и данных, или другим программируемым блоком. Управляющее устройство 1 содержит различные функциональные модули, включающие генератор 14 градиента, управляющий модуль 15 и модуль 16 калибровки. Предпочтительно, функциональные модули осуществляются как запрограммированные модули программного обеспечения. Запрограммированные модули программного обеспечения содержат машинный код для управления одним или более процессорами или другим программируемым блоком управляющего устройства 1, как будет объяснено далее более подробно. Машинный код сохраняется на машиночитаемом носителе, который соединяется с управляющим устройством 1 неподвижным или удаляемым образом. Специалист в области техники поймет, однако, что в альтернативных вариантах выполнения функциональные модули могут быть осуществлены частично или полностью с помощью компонентов аппаратного обеспечения.

Как проиллюстрировано на Фигуре 1, датчик 13 потока соединен с управляющим устройством 1 для обеспечения значений измерения в указанное или в текущее время потока φ для управляющего устройства 1. Более того, управляющее устройство 1 соединено с приводом 11 для подачи управляющих сигналов Z в привод 11 для управления приводом 11, чтобы открывать и/или закрывать клапан 10, т.е. для регулирования открытия (или положения) клапана 10.

Более того, датчики 21, 22 температуры устройства 2 обмена тепловой энергией соединены с управляющим устройством 1 для обеспечения управляющему устройству 1 значений измерения в указанное или в текущее время входной температуры T_in и выходной температуры T_out текучей среды, входящей или выходящей из устройства 2 обмена тепловой энергией, соответственно.

Предпочтительно, управляющее устройство 1 дополнительно соединено с системой 4 управления зданием для приема от системы 4 управления зданием параметров управления, например, пользовательских настроек для требуемой комнатной температуры и/или значений измерения, например, требуемой нагрузки (от нулевого BTU до максимального BTU) или энергии перемещения E_T, в настоящее время используемой насосом 3 для перемещения текучей среды через контур 101 текучей среды, которая измеряется блоком 31 измерения энергии. Основываясь на энергии перемещения E_T, используемой множеством насосов 3 и принимаемой системой 4 управления зданием от множества контуров 101 текучей среды (через передачу в режиме толкания или возвращения в режиме тяги), система 4 управления зданием выполнена с возможностью оптимизации общей эффективности системы 100 HVAC, например, настройкой потока φ через клапан 10 одного или более контуров 101 текучей среды, основываясь на суммарном значении энергии перемещения E_T, используемой всеми насосами 3 системы 100 HVAC. В альтернативном или дополнительном варианте выполнения датчик энергии, размещенный на насосе 3 соединен непосредственно с управляющим устройством 1 для обеспечения текущего значения измерения энергии перемещения E_T для управляющего устройства 1.

В следующих далее параграфах, описанных со ссылкой на Фигуры 2-11, возможны последовательности этапов, выполненные функциональными модулями управляющего устройства 1 для управления открытием (или положением) клапана 10 для регулирования потока φ через устройство 2 обмена тепловой энергией.

Как проиллюстрировано на Фигуре 2, на этапе S3 управляющее устройство 1 управляет открытием клапана 10. В особенности, на этапе S31, генератор 14 градиента определяет градиент энергии по потоку . На этапе S32, управляющий модуль 15 управляет открытием клапана 10 в зависимости от градиента энергии по потоку .

Как проиллюстрировано на Фигурах 3 и 12, для определения градиента энергии по потоку на этапе S311 генератор 14 градиента определяет поток через клапан 10 в определенное время . В зависимости от варианта выполнения, генератор 14 градиента определяет поток выборкой, опросом или считыванием датчика 13 потока в определенное время , или считыванием массива данных, содержащего поток , измеренный датчиком 13 потока в определенное время .

На этапе S312 генератор 14 градиента определяет количество энергии , переданной устройством 2 обмена тепловой энергией 2 в определенное время .

На этапе S313 генератор 14 градиента определяет по датчику 13 потока поток φ_n через клапан 10 в определенное последующее время t_n.

На этапе S314 генератор 14 градиента определяет количество энергии E_n, переданной устройством 2 обмена тепловой энергией в определенное последующее время t_n.

На этапе S315, основываясь на потоке , и переданной энергии , , определенной для определенных моментов , времени, генератор 14 градиента вычисляет градиент энергии по потоку для определенного времени .

В дальнейшем, генератор 14 градиента продолжает действовать на этапах S313 и S314, определяя поток и переданную энергию для определенного времени , и вычисляет градиент энергии по потоку для определенного времени на этапе S315. Таким образом, как проиллюстрировано на Фигуре 12, градиент энергии по потоку повторно и непрерывного определяется для последовательных временных интервалов измерения или , соответственно, посредством чего длина временного интервала измерения, т.е. продолжительность между моментами времени измерения , , находится, например, в диапазоне от 1 с до 30 с, например, 12 с.

Как проиллюстрировано на Фигуре 4, для определения количества энергии , переданной устройством 2 обмена тепловой энергией в определенное время , на этапах S3141 и S3142, генератор 14 градиента определяет входную и выходную температуры , , измеренные на впуске или выпуске, соответственно, устройства 2 обмена тепловой энергией в определенное время . В зависимости от варианта выполнения, генератор 14 градиента определяет входную и выходную температуры , выборкой, опросом или считыванием датчиков 21, 22 температуры в определенное время , или считыванием массива данных, содержащего входные и выходные температуры , , измеренные датчиками 21, 22 температуры в определенное время .

На этапе S3143 генератор 14 градиента вычисляет разность температур между входной температурой и выходной температурой .

На этапе S3144 генератор 14 градиента вычисляет количество энергии , переданной устройством 2 обмена тепловой энергией от потока , и разность температур , определенную для определенного времени .

В варианте выполнения согласно Фигуре 5, до того как градиент энергии по потоку определяется на этапе S31, управляющий модуль 15 проверяет эффективность перемещения энергии на этапе S30 и, в дальнейшем, управляет открытием клапана в зависимости от эффективности перемещения энергии. Если эффективность перемещения энергии является достаточной, обработка продолжается на этапе S31; в противном случае, дополнительное открытие клапана 10 останавливается и/или открытие клапана 10 уменьшается, например, уменьшением управляющего сигнала Z на определенный декремент.

Как проиллюстрировано на Фигуре 6, для проверки эффективности перемещения энергии на этапе S301 управляющий модуль 15 измеряет энергию перемещения , используемую насосом 3 для перемещения текучей среды через контур 101 текучей среды к устройству 2 обмена тепловой энергией. В зависимости от варианта выполнения, управляющий модуль 15 определяет энергию перемещения опросом или считыванием блока 31 измерения энергии в определенное время , или считыванием массива данных, содержащего энергию перемещения , измеренную блоком 31 измерения энергии в определенное время .

На этапе S302 управляющий модуль 15 или генератор 14 градиента, соответственно, определяет количество энергии , переданной устройством 2 обмена тепловой энергией в определенное время .

На этапе S303 управляющий модуль 15 вычисляет энергетический баланс от определенной энергии перемещения и количества переданной энергии .

На этапе S305 управляющий модуль 15 проверяет эффективность перемещения энергии сравнением вычисленного энергетического баланса с порогом эффективности . Например, энергоэффективность считается положительной, если энергетический баланс превышает порог эффективности >, например, =0. В зависимости от варианта выполнения, пороговое значение эффективности является постоянным значением, хранящимся в управляющем устройстве 1 или введенным из внешнего источника.

В варианте выполнения согласно Фигуре 7 этап S3 для управления открытием клапана предшествует возможным этапам S1 и/или S2 для определения одного или более пороговых значений наклона и/или калибровки значений управляющего сигнала Z для управления приводом 11, чтобы открывать и/или закрывать клапан 10. Предпочтительно, для непрерывной оптимизации точности системы последовательность калибровки, включая этапы S1 и/или S2, выполняется не только первоначально, во время запуска, но и повторно начинается автоматически при возникновении определенных событий, в особенности, при изменениях определенных параметров системы, например, изменениях входной температуры , которое воспринимается датчиком 21 температуры; быстрых и/или значительных изменениях различных входных параметров от системы 4 управления зданием, например, температуры возвратного воздуха, температуры наружного воздуха, перепада температуры через воздушную сторону теплообменника 2; или любом сигнале, который представляет изменение в условиях нагрузки.

Как проиллюстрировано на Фигуре 8, для определения порогового(ых) значения(ий) наклона для управления открытием клапана на этапе S10 управляющий модуль 15 открывает клапан из первоначального закрытого положения. В особенности, на этом первоначальном этапе клапан 10 открывается до определенного уровня открытия и/или на определенный прирост значения управляющего сигнала Z.

На этапе S11 во время этой первоначальной фазы генератор 14 градиента определяет градиент энергии по потоку в начальный момент времени (см. Фигуру 12), как описано выше со ссылкой на Фигуру 3.

На этапе S12 управляющий модуль 15 устанавливает пороговое(ые) значение(я) наклона, основываясь на градиенте энергии по потоку , определенном для начального момента времени . Например, для теплообменника пороговое значение наклона устанавливается как определенный процент C от градиента энергии по потоку , например, C=10%. Соответственно, для охладителя 5 нижнее пороговое значение наклона и верхнее пороговое значение наклона устанавливаются в каждом случае как определенный процент C, D от градиента энергии по потоку , например, D=1%, и , например, C=10%. Как проиллюстрировано на Фигуре 12, пороговое значение наклона определяет точку , где для потока и количества энергии , переданной устройством 2 обмена тепловой энергией, градиент энергии по потоку равен пороговому значению наклона .

В альтернативном менее предпочтительном варианте выполнения пороговые значения наклона , , определяются (постоянными) значениями, присвоенными в особенности устройству 2 обмена тепловой энергией, например, константами специального типа, введенными и/или хранящимися в массиве данных управляющего устройства 1 или устройства 2 обмена тепловой энергией.

Как проиллюстрировано на Фигурах 9 и 13, для калибровки значений управляющего сигнала Z на этапе S21 модуль 16 калибровки устанавливает управляющий сигнал Z на определенное максимальное значение управляющего сигнала , например, 10 В. Соответственно, на этапе калибровки привод 11 приводит клапан 10 в максимальное положение открытия, например, в полностью открытое положение с максимальным потоком , соответствующим максимальному BTU (Британская тепловая единица).

На этапе S22 генератор 14 градиента определяет градиент энергии по потоку , как описано выше со ссылкой на Фигуру 3, для текущего открытия клапана.

На этапе S23 модуль 16 калибровки проверяет, если определенный градиент энергии по потоку больше определенного порогового значения наклона , если >, обработка продолжается на этапе S25; в противном случае, если , обработка продолжается на этапе S24.

На этапе S24 модуль 15 калибровки уменьшает открытие клапана, например, уменьшением управляющего сигнала Z на определенный декремент, например на 0,1 В, до нижнего уровня управляющего сигнала , и продолжает, определяя градиент энергии по потоку для уменьшенного открытия клапана 10 с уменьшенным потоком , .

На этапе S25 когда клапан 10 установлен открытым, когда градиент энергии по потоку превышает определенный порогов наклона , например, для управляющего сигнала с потоком , модуль 16 калибровки калибрует управляющий сигнал Z присвоением максимального значения для управляющего сигнала для текущего уровня открытия клапана 10. Например, если достигается с управляющим сигналом 8 В при уровне открытия клапана 10-80% с потоком , максимальное значение , например, 10 В для управляющего сигнала Z присваивается при уровне открытия 80%. Когда управляющий сигнал Z в дальнейшем устанавливается на его максимальный уровень , например, как необходимо требуемой нагрузке от системы 4 управления зданием, клапан 10 устанавливается на уровень открытия с потоком , который приводит к тому, что градиент энергии по потоку равен или больше определенного порогового значения наклона .

Фигура 10 иллюстрирует примерную последовательность этапов S3H для управления открытием клапана для преобразователя 2 тепловой энергии в виде теплообменника.

На этапе S30H управляющий модуль 15 открывает клапан 10 из первоначального закрытого положения. В особенности, на этом первоначальном этапе клапан 10 открывается до определенного уровня открытия и/или на определенный прирост значения управляющего сигнала Z.

На этапе S31H генератор 14 градиента определяет градиент энергии по потоку , как описано выше со ссылкой на Фигуру 3, для текущего открытия клапана.

На этапе S32H управляющий модуль 15 проверяет, меньше ли определенный градиент энергии по потоку определенного порогового значения наклона .

Если градиент энергии по потоку больше или равен определенному пороговому значению наклона , обработка продолжается на этапе S30H, продолжая увеличивать управляющий сигнал Z для дополнительного открытия клапана 10. В противном случае, если градиент энергии по потоку ниже определенного порогового значения наклона , обработка продолжается на этапе S33H остановкой дополнительного открытия клапана 10 и/или уменьшением открытия клапана 10, например, уменьшением управляющего сигнала Z на определенный декремент.

Фигура 11 иллюстрирует примерную последовательность этапов S3C для управления открытием клапана для преобразователя тепловой энергии в виде охладителя 5.

На этапе S30C управляющий модуль 15 открывает клапан 10 из первоначального закрытого положения или уменьшает открытие от первоначального открытого положения. В особенности, на этом первоначальном этапе клапан 10 открывается или его открытие уменьшается, соответственно, до определенного уровня открытия и/или на определенный прирост (или декремент) значения управляющего сигнала Z.

На этапе S31C, генератор 14 градиента определяет градиент энергии по потоку , как описано выше со ссылкой на Фигуру 3, для текущего открытия клапана.

На этапе S32C управляющий модуль 15 проверяет, меньше ли определенный градиент энергии по потоку определенного нижнего порогового значения наклона или больше определенного верхнего порогового значения наклона .

Если градиент энергии по потоку больше или равен определенного нижнего порогового значение наклона и меньше или равен верхнего порогового значения наклона , обработка продолжается на этапе S30C, продолжая увеличивать управляющий сигнал Z для дополнительного открытия клапана 10 или продолжая уменьшать управляющий сигнал Z для дополнительного закрытия клапана 10, соответственно. В противном случае, если градиент энергии по потоку меньше определенного нижнего порогового значения наклона или больше определенного верхнего порогового значения наклона , обработка продолжается на этапе S33C остановкой дополнительного открытия или закрытия клапана 10, соответственно, когда охладитель 5 больше не работает в эффективном диапазоне.

Следует отметить, что в описании компьютерный программный код связан с конкретными функциональными модулями и последовательность этапов представлена в конкретном порядке, однако, специалист в области техники поймет, что компьютерный программный код может быть структурирован по-другому и, что порядок по меньшей мере некоторых из этапов может быть изменен, без отклонения от объема охраны изобретения.

Настоящее изобретение относится к устройству и способу управления открытием клапана в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Способ управления открытием клапана в системе HVAC для регулирования потока текучей среды через устройство обмена тепловой энергией системы HVAC и регулирования количества энергии, переданной устройством обмена тепловой энергией, причем способ содержит этапы, на которых: определяют градиент энергии по потоку и управляют открытием клапана в зависимости от градиента энергии по потоку. Это позволяет осуществлять регулирование и при этом не хранить постоянные пороговые температуры или пороговые разности температур. 2 н и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Способ управления открытием (S3) клапана (10) в системе (100) HVAC для регулирования потока φ текучей среды через устройство (2) обмена тепловой энергией системы (100) HVAC и регулирования количества энергии E, переданной устройством (2) обмена тепловой энергией, причем способ содержит этапы, на которых:
определяют (S31) градиент энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ ; и
управляют открытием (S32) клапана (10) в зависимости от градиента энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ .

2. Способ по п. 1, в котором определение (S31) градиента энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ содержит этапы, на которых измеряют (S311), в первый момент времени, поток $${\varphi }_1$$ через клапан (10), и определяют (S312) количество энергии E₁, переданной устройством (2) обмена тепловой энергией в этот первый момент времени; измеряют (S313), в последующий второй момент времени, поток $${\varphi }_2$$ через клапан (10), и определяют (S314) количество энергии E₂, переданной устройством (2) обмена тепловой энергией в этот второй момент времени; и вычисляют (S315) градиент энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }=\frac{E_2-E_1}{{\varphi }_2-{\varphi }_1}$$ из потока $${\varphi }_1$$ , $${\varphi }_2$$ и переданную энергию E₁, E₂, определенные для первого и второго моментов времени.

3. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором определение (S314) количества энергии, переданной устройством (2) обмена тепловой энергией, содержит этапы, на которых измеряют поток φ (S313) через клапан (10), определяют (S3143) между входной температурой $$T_{in}$$ текучей среды, входящей в устройство (2) обмена тепловой энергией, и выходной температурой $$T_{out}$$ текучей среды, выходящей из устройства (2) обмена тепловой энергией, разность температур $$\Delta T=T_{in}-T_{out}$$ , и вычисляют (S3144), основываясь на потоке φ через клапан (10) и разности $$\Delta T$$ температур, количество энергии $$E=\Delta T\cdot \varphi$$ , переданной устройством (2) обмена тепловой энергией.

4. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых измеряют (S301) энергию перемещения $$E_T$$ , используемую для перемещения текучей среды через систему (100) HVAC; определяют (S302) количество энергии E, переданное устройством (2) обмена тепловой энергией; определяют (S303), основываясь на энергии перемещения $$E_T$$ и количестве энергии E, переданной устройством (2) обмена тепловой энергией, энергетический баланс $$E_B=E-E_T$$ ; сравнивают (S304) энергетический баланс $$E_B$$ с пороговым значением эффективности; и управляют открытием клапана (10) в зависимости от сравнения.

5. Способ по п. 1, в котором открытие клапана (10) регулируют (S3H) с возможностью регулирования потока φ текучей среды через теплообменник системы (100) HVAC; градиент энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ определяют (S31H), в то время как открытие клапана (10) увеличивается; и открытие клапана (10) регулируют сравнением (S32H) градиента энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ с порогом наклона и остановкой (S33H) увеличения открытия, когда градиент энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ ниже порога наклона.

6. Способ по п. 1, в котором клапан (10) регулируют (S3C) с возможностью регулирования потока φ текучей среды через охладитель (5) системы (100) HVAC; градиент энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ определяют (S31C), в то время как открытие клапана (10) увеличивается или уменьшается; и открытие клапана (10) регулируют сравнением (S32C) градиента энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ с нижним пороговым значением наклона и верхним пороговым значением наклона, и остановкой (S33C) уменьшения или увеличения открытия, когда градиент энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ ниже нижнего порогового значения наклона или выше верхнего порогового значения наклона, соответственно.

7. Способ по п. 5, дополнительно содержащий этап, на котором определяют (S1) порог наклона определением (S11) градиента энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ в начальный момент времени, когда клапан (10) открывается из закрытого положения, и установкой (S12) порогового значения наклона, основываясь на градиенте энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ , определенном в начальный момент времени.

8. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором калибруют (S2) уровни управляющего сигнала (Z), которые используются для управления приводом (11) клапана (10) для открытия клапана (10), установкой (S21) управляющего сигнала (Z) на определенное максимальное значение для размещения клапана (10) в положении максимального открытия, уменьшением (S24) значения управляющего сигнала (Z) для уменьшения открытия клапана (10), в то время как определяют градиент энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ , и присваивают (S25) максимальное значение управляющего сигнала настройке открытия клапана (10), при которой градиент энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ становится равным или больше порогового значения наклона.

9. Управляющее устройство (1) для управления открытием клапана (10) в системе (100) HVAC для регулирования потока φ текучей среды через устройство (2) обмена тепловой энергией системы (100) HVAC и регулирования количества энергии E, переданной устройством (2) обмена тепловой энергией, причем управляющее устройство (1) содержит:
генератор (14) градиента, выполненный с возможностью определения градиента энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ ; и
управляющий модуль (15), выполненный с возможностью управления открытием клапана (10) в зависимости от градиента энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ .

10. Управляющее устройство (1) по п. 9, в котором генератор (14) градиента выполнен с возможностью вычисления градиента энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }=\frac{E_2-E_1}{{\varphi }_2-{\varphi }_1}$$ из потока $${\varphi }_1$$ через клапан (10), определенного в первый момент времени, количества энергии E₁,
переданной устройством (2) обмена тепловой энергией в первый момент времени, потока $${\varphi }_2$$ через клапан (10), определенного в последующий второй момент времени, и количества энергии E₂, переданной устройством (2) обмена тепловой энергией в этот второй момент времени.

11. Управляющее устройство (1) по любому из п.п. 9 или 10, в котором генератор (14) градиента выполнен с возможностью вычисления количества энергии $$E=\Delta T\cdot \varphi$$ , переданной устройством (2) обмена тепловой энергией, из измерения потока φ через клапан (10), и разности температур $$\Delta T=T_{in}-T_{out}$$ , определенной между входной температурой $$T_{in}$$ текучей среды, входящей в устройство (2) обмена тепловой энергией, и выходной температурой $$T_{out}$$ текучей среды, выходящей из устройства (2) обмена тепловой энергией.

12. Управляющее устройство (1) по п. 9, в котором для регулирования потока φ текучей среды через теплообменник системы (100) HVAC управляющий модуль (15) выполнен с возможностью управления открытием клапана (10) определением с помощью генератора (14) градиента градиента энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ , в то время как открытие клапана (10) увеличивается, сравнением градиента энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ с порогом наклона, и остановкой увеличения открытия, когда градиент энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ ниже порогового значения наклона.

13. Управляющее устройство (1) по п. 9, в котором для регулирования потока φ текучей среды через охладитель (5) системы (100) HVAC управляющий модуль (15) выполнен с возможностью управления открытием клапана (10) определением с помощью генератора (14) градиента градиента энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ , в то время как открытие клапана (10) увеличивается или уменьшается, сравнением градиента энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ c нижним пороговым значением наклона и верхним пороговым значением наклона, и остановкой уменьшения или увеличения открытия, когда градиент энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ ниже нижнего порогового значения наклона или выше верхнего порогового значения наклона, соответственно.

14. Управляющее устройство (1) по п. 12, в котором управляющий модуль (15) дополнительно выполнен с возможностью определения порога наклона определением с помощью генератора (14) градиента градиента энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ в начальный момент времени, когда клапан (10) открывается из закрытого положения, и установкой порогового значения наклона, основываясь на градиенте энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ , вычисленном в начальный момент времени.

15. Управляющее устройство (1) по п. 9, дополнительно содержащее модуль (16) калибровки, выполненный с возможностью калибровки уровней управляющего сигнала (Z), которые используются для управления приводом (11) клапана (10) для открытия клапана (10), установкой управляющего сигнала (Z) на определенное максимальное значение для размещения клапана (10) в положении максимального открытия, уменьшением значение управляющего сигнала (Z) для уменьшения открытия клапана (10), при этом определяя с помощью генератора (14) градиента градиент энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ , и присваиванием максимального значения управляющего сигнала (Z) настройке открытия клапана (10), при которой градиент энергии по потоку $$\frac{dE}{d\varphi }$$ становится равным или большим порогового значения наклона.