СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ СРОКА СЛУЖБЫ ФИЛЬТРА МЕЖДУ ЗАМЕНАМИ И СИСТЕМА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ФИЛЬТРОВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2020 года по МПК G05B23/02 F24F11/39 

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение

Предлагаемое изобретение относится к способу и системе для оптимизации срока службы фильтра в фильтровентиляционных системах между его заменами.

Предлагаемое изобретение обеспечивает создание способа, сокращающего общие затраты, связанные с фильтром, и (или) сокращение негативного действия диоксида углерода (углекислого газа) фильтровентиляционных систем.

Предлагаемое изобретение может также найти применение в системах для отделения твердых частиц от потока воздуха, содержащего твердые частицы.

Предпосылки создания предлагаемого изобретения

Фильтровентиляционные системы, используемые в зданиях, на кораблях или в других крупных сооружениях, обычно содержат фильтровентиляционные воздуховоды и вентилятор, выполненный с возможностью перемещать воздух по этим фильтровентиляционным воздуховодам. Однако во многих случаях фильтровентиляционные системы содержат также и другие компоненты, такие как теплообменники и влагообменники, необходимые для обеспечения микроклимата помещения.

Чтобы уменьшить воздействие твердых частиц как на людей, так и на компоненты фильтровентиляционной системы, в состав фильтровентиляционной системы обычно вводят один или большее число фильтров, выполненных с возможностью фильтровать входящий и (или) выходящий воздух.

Такие фильтры обычно являются безвозвратно расходуемыми деталями и требуют периодической замены. Определенные затраты связаны с фильтром как таковым, кроме того, определенные трудозатраты связаны с заменой фильтра, поэтому есть мотивация заменять фильтр как можно реже, предпочтительно - в самом конце его технического срока службы.

В процессе эксплуатации фильтр постепенно наполняется твердыми частицами, отделенными от проходящего воздушного потока. По мере наполнения этими частицами фильтр оказывает все большее сопротивление протекающему через него воздушному потоку, заставляя, тем самым, вентилятор работать с большей нагрузкой. А когда вентилятор работает с большей нагрузкой, он потребляет больше энергии. Следовательно, есть также мотивация заменять фильтр как можно чаще, - чтобы уменьшить расход энергии.

Различные способы текущего контроля состояния фильтра раскрыты в документах FR 2770788 A, US 2005247194 A, US 2008014853 А, JP 2011191017 A, US 6035851 A, US 2007146148 А и US 5036698 А. Однако эти способы направлены на прогнозирование технического срока службы фильтра, то есть, времени, в течение которого фильтр будет работать достаточно хорошо. Эти способы не принимают в расчет того, что, хотя фильтр и работает достаточно хорошо, то есть, обеспечивает достаточно хорошее фильтрование и достаточно малый перепад давления на фильтре, все же действительное общее потребление ресурсов было бы ниже при заблаговременной замене фильтра до завершения его технического срока службы.

Предлагаемое изобретение создано в развитие способа и системы, раскрытых в документе SE 537506 С2, и это изобретение хорошо работает.

На фиг. 5 в качестве иллюстративного примера приведен график перепада давления на фильтре на протяжении трехнедельного периода. Как можно видеть из этого графика, перепад давления резко меняется, что свидетельствует о том, что вентилятор работает в режиме так называемого адаптивного вентилирования. Это значит, что вентилятор работает только тогда, когда в этом есть необходимость. Такая стратегия применена для экономии энергии, в отличие от более старых фильтровентиляционных систем, в которых вентилятор работал непрерывно или в течение заданных периодов времени. Следовательно, вентилятор может работать, например, только когда в вентилируемом помещении находятся люди или осуществляется какая-либо деятельность.

Однако такая система адаптивного вентилирования влияет на оптимизацию срока службы фильтра. С точки зрения оценки оптимального срока службы фильтра представляется желательным также измерять как перепад давления, так и расход воздуха.

Таким образом, в отрасли существует потребность в еще более усовершенствованном способе оптимизации временного интервала между заменами фильтра для улучшения показателя общего ресурсопотребления.

Краткое описание предлагаемого изобретения

Цель предлагаемого изобретения состоит в создании способа и системы для оптимизации срока службы фильтра между заменами в системе вентиляции.

Объем предлагаемого изобретения определен прилагаемой формулой изобретения, при этом в формуле изобретения, в последующем описании и на прилагаемых чертежах описаны варианты осуществления предлагаемого изобретения.

Согласно первому аспекту осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено создание способа определения оптимального срока службы фильтра фильтровентиляционной системы между его заменами. Предлагаемый способ предусматривает выполнение следующих стадий в устройстве обработки данных: получают по меньшей мере один параметр затрат, связанных с предметной частью фильтра, представляющий количество ресурса, связанного по меньшей мере с изготовлением фильтра, получают по меньшей мере один параметр затрат, связанных с эксплуатацией фильтра, представляющий количество или размер упомянутого ресурса, связанного с использованием фильтра, получают совокупность элементов данных, полученных в результате измерений (далее «измеренные элементы данных»), каждый из которых представляет измеренное значение перепада давления на фильтре в соответствующий момент времени, и определяют оптимальный срок службы фильтра путем минимизации общего потребления ресурса фильтра, складывающегося из первой составляющей, согласно которой потребление ресурса обратно пропорционально сроку службы фильтра, и второй составляющей, согласно которой потребление ресурса прямо пропорционально сроку службы фильтра, обеспечивают совокупность прогнозируемых элементов данных, каждый из которых представляет прогнозируемый перепад давления на фильтре в соответствующий момент времени в будущем, группируют последовательные измеренные элементы данных в окна, каждое из которых содержит по меньшей мере один из измеренных элементов данных, при этом для каждого окна устанавливают максимальный перепад давления и назначают этот установленный максимальный перепад давления в качестве максимального перепада давления для всех измеренных элементов данных этого окна, для каждого измеренного элемента данных оценивают расход воздуха на основе этого максимального перепада давления и измеренного перепада давления соответствующего измеренного элемента данных и выводят упомянутую вторую составляющую на основе параметра затрат, связанных с эксплуатацией фильтра, измеренных элементов данных, прогнозируемых элементов данных и оценки воздушных потоков.

Под термином «фильтр» в настоящем описании следует понимать конструктивный узел, который фактически подвергается замене, и фильтр в этом смысле может включать только фильтрующую среду, или же фильтрующую среду и раму, на которой установлена эта фильтрующая среда. Кроме того, термин «фильтр» может относиться как к единичному фильтровальному узлу, так и к фильтровальному узлу из двух или более отдельных фильтров, соединенных последовательно и (или) параллельно.

Под термином «параметр затрат, связанных с предметной частью фильтра» в настоящем описании следует понимать как потребление ресурсов, связанное с заменой фильтра, то есть, прежде всего затраты (или другое потребление ресурсов, такое как углеродный след (в CO₂-эквиваленте) на сам фильтр, но оно может быть распространено также на такие затраты, как затраты на транспортировку фильтра от места приобретения до места эксплуатации, затраты на оператора, осуществляющего замену фильтра, возможно даже с учетом его затрат на дорогу, и затраты на утилизацию использованного фильтра.

Термин «параметр затрат, связанных с эксплуатацией фильтра» в настоящем описании следует понимать как потребление того же ресурса, что и упомянутый выше ресурс статьи затрат, связанных с предметной частью фильтра, но связанное с фактической эксплуатацией фильтра, то есть, прежде всего затраты (или другое потребление ресурсов, такое как углеродный след (в СО₂-эквиваленте) на энергию, потребленную для перемещения воздуха сквозь фильтр.

Под термином «измеренное значение перепада давления на фильтре» в настоящем описании следует понимать измеренное значение перепада давления на конкретном фильтре, когда он установлен на своем месте.

Таким образом, предлагаемое изобретение основано на признании того, что с точки зрения связанных с фильтром затрат представляется желательным заменять фильтры как можно реже, однако с точки зрения энергии, затрачиваемой на приведение в действие вентилятора, представляется желательным заменять фильтры чаще.

Кроме того, помимо подхода с точки зрения затрат существует также подход с точки зрения учета фактора диоксида углерода (углекислого газа), поскольку производство (и транспортировка) фильтра как такового порождает некоторый углеродный след (в СО₂-эквиваленте), как это имеет место для энергии, потребляемой на приведение в действие вентилятора.

Таким образом, предлагаемым изобретением предусмотрено создание способа, обеспечивающего возможность планировать замены фильтра из соображений минимизации потребления ресурсов, таких как затраты или углеродный след (в СО₂-эквиваленте).

В частности, предлагаемое изобретение устраняет необходимость использовать в системе адаптивного вентилирования отдельный расходомер для воздуха и обеспечивает возможность оценивать расход воздуха по результатам измерения перепада давления. Затем полученную оценку расхода воздуха используют как основу для оценки срока службы фильтра.

При осуществлении предлагаемого способа стадия, на которой обеспечивают совокупность прогнозируемых элементов данных, может состоять в вычислении соответствующего прогнозируемого перепада давления по формуле где start_Pa - это начальный перепад давления прогноза, выбранный из точек результатов измерений, b - это показатель влияния внешней среды, и t - это время от момента, когда был измерен начальный перепад давления start_Pa до момента, для которого перепад давления прогнозируется.

В частности, начальный перепад давления start_Pa может представлять собой величину, выведенную на основе измеренного перепада давления в позднейшем из имеющихся измеренных элементов данных.

Начальный перепад давления start_Pa может также представлять собой величину, выведенную на основе максимального перепада давления в самом последнем по времени из имеющихся измеренных элементов данных или в самом последнем по времени из имеющихся окон.

При осуществлении предлагаемого способа каждое окно может содержать по меньшей мере два, предпочтительно - по меньшей мере три или четыре измеренных элемента данных.

На практике каждое окно может содержать все измеренные элементы данных в течение заданного периода времени, например, в течение часа, суток (24 часов), недели, месяца и т.п.

Окна могут содержать как заданное статическое, так и динамическое количество измеренных элементов данных.

Окно может содержать максимальное количество измеренных элементов данных, например, все элементы данных, полученные путем измерений в течение 24 часов.

Максимальный перепад давления для каждого окна может быть определен в отношении среднего значения из измеренных значений перепада давления по меньшей мере нескольких из измеренных элементов данных окна.

Например, максимальный перепад давления может быть определен как максимальный перепад давления всех или части измеренных перепадов давления окна, если только этот максимальный перепад давления не отклоняется от среднего значения перепада давления на величину больше заданной, например, на 30%, 50%, 70% или 100% от среднего значения перепада давления.

Для достижения более точного значения максимального перепада давления из упомянутой заданной величины убирают выбросы, шумы и другие нежелательные значения, получаемые при проведении измерений.

Для каждого окна максимальный перепад давления определяют в отношении измеренного перепада давления и (или) максимального перепада давления по меньшей мере одного из предшествующих окон.

Например, значение максимального перепада давления может быть задано таким, чтобы оно было по меньшей мере так же велико, как максимальный перепад давления и (или) максимальный измеренный перепад давления окна, непосредственно предшествующего данному окну.

При осуществлении предлагаемого способа стадия оценки расхода воздуха для каждого измеренного элемента данных может заключаться в получении оценки расхода воздуха для каждого измеренного элемента данных на основе измеренного элемента данных и характеристической функции фильтра, при этом упомянутая характеристическая функция описывает расход воздуха как функцию от перепада давления на данном фильтре.

При осуществлении предлагаемого способа стадия оценки расхода воздуха для каждого измеренного элемента данных может заключаться в получении коэффициента масштабирования на основе максимального перепада давления и измеренного перепада давления измеренных элементов данных и использовании полученного коэффициента масштабирования для коррекции характеристической функции фильтра, когда он чист.

Кроме того, предлагаемый способ может включать прогнозирование расхода воздуха по меньшей мере для одного, предпочтительно - для нескольких прогнозируемых элементов данных.

Прогнозируемый расход воздуха прогнозируемых элементов данных может быть фиксированной величиной, полученной на основе оценки значений расхода воздуха по меньшей мере для нескольких из измеренных элементов данных.

Прогнозируемый расход воздуха прогнозируемых элементов данных может быть также соответствующей величиной, полученной на основе по меньшей мере одного, предпочтительно - для нескольких прогнозируемых элементов данных.

При осуществлении предлагаемого способа текущий расход воздуха в каждый момент измерения может быть оценен на основе измеренного перепада давления. Таким образом, предлагаемая система может сообщать и перепад давления, и расход воздуха посредством только одного прибора для измерения перепада давления, благодаря чему обеспечено снижение затрат, связанных с системой для текущего контроля состояния фильтра в фильтровентиляционной системе.

При осуществлении предлагаемого способа упомянутая вторая составляющая может быть получена на основе оценки расхода воздуха каждого измеренного элемента данных и (или) прогнозируемого расхода воздуха для прогнозируемых элементов данных.

Эта вторая составляющая может быть рассчитана как сумма потреблений ресурса на каждом интервале между измеренными элементами данных.

При осуществлении предлагаемого способа упомянутая первая составляющая может быть определена как произведение параметра затрат, связанных с предметной частью фильтра, обратной величины времени и факультативно одной или большего числа констант.

Упомянутая вторая составляющая может быть определена как сумма произведений параметра затрат, связанных с предметной частью фильтра, расхода воздуха, интервала, обратной величины кпд вентилятора, обратной величины времени и факультативно одной или большего числа констант.

Упомянутые константы могут представлять собой величины, направленные на обеспечение желательного масштаба. То есть, результирующие значения могут относиться к любой единице времени, например, к секундам, минутам, часам, дням или неделям.

Вторая составляющая может быть определена по следующей формуле:

где Price_kWh - это цена киловатт-часа энергии, M[i]_t - это соответствующий момент времени, а

где M[i]p - это перепад давления, M[i+1]_t-M[i]_t - это временной интервал между измеренными элементами данных M[i+1] and M[i], η - это кпд вентилятора, a CurrentQ - это оценка расхода воздуха (Q[i]) измеренного элемента данных (M[i]) или среднее значение по меньшей мере из нескольких оценок расхода воздуха (Q[i]).

Оптимальный срок службы фильтра может быть определен минимизацией следующей формулы:

в отношении времени M[i]_t.

Согласно второму аспекту осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено создание системы для текущего контроля фильтра в фильтровентиляционной системе, содержащей средство для получения параметра затрат, связанных с предметной частью фильтра, представляющего количество ресурса, связанного по меньшей мере с изготовлением фильтра, средство для получения параметра затрат, связанных с эксплуатацией фильтра, представляющего количество упомянутого ресурса, связанного с использованием фильтра, измерительное средство для измерения перепада давления на фильтре в процессе эксплуатации фильтровентиляционной системы и средство обработки данных для определения оптимального срока службы фильтра способом по любому из пунктов формулы изобретения, относящихся к способу.

Краткое описание прилагаемых графических материалов

На фиг. 1 схематично изображена фильтровентиляционная система 1, в которой может быть использовано предлагаемое изобретение.

На фиг. 2 на графике изображены характеристические кривые фильтра для чистого фильтра и масштабированные кривые для фильтра после эксплуатации и для фильтра с продленным сроком службы.

На фиг. 3 на графике изображена масштабированная кривая для фильтра, иллюстрирующая расход воздуха Q(p) в зависимости от перепада давления на фильтре.

На фиг. 4 на графике изображена характеристическая кривая фильтра, иллюстрирующая расход воздуха Q(p) в зависимости от перепада давления на фильтре.

На фиг. 5 приведен график перепада давления на фильтре в течение времени эксплуатации.

Подробное описание предлагаемого изобретения

На фиг. 1 схематично изображена фильтровентиляционная система 1, которая может быть использована для подачи воздуха в помещения и (или) отведения воздуха из помещений, например, зданий. Система 1 содержит фильтровентиляционные воздуховоды 20 и 22, вентилятор 21 для перемещения воздуха по этим фильтровентиляционным воздуховодам и фильтровальный модуль 10, выполненный с возможностью вмещать сменный фильтровальный картридж 11. В фильтровальном модуле 10 установлено измерительное устройство 12а, 12b для измерения перепада давления на фильтре. Это измерительное устройство может содержать, например, первый датчик давления 12а и второй датчик давления 12b. Измерительное устройство может быть соединено с управляющим устройством 30, которое может быть выполнено с возможностью принимать данные измерений от датчиков давления 12а и 12b.

Управляющее устройство 30 может быть выполнено с возможностью принимать от датчиков давления 12а и 12b соответствующие значения давления и вычислять перепад давления. В альтернативном варианте датчики могут быть выполнены с возможностью измерять непосредственно перепад давления и подавать на управляющее устройство 30 одно значение.

Управляющее устройство 30 может быть выполнено с возможностью считывать данные с датчиков 12а и 12b непрерывно или через заданные интервалы времени и хранить считанные данные в запоминающем устройстве. В альтернативном варианте управляющее устройство 30 может быть выполнено с возможностью считывать данные с датчиков только по запросу.

Управляющее устройство 30 может быть выполнено с возможностью обмениваться данными с удаленным устройством 31, которое может представлять собой компьютер, мобильный терминал и т.п.

Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, управляющее устройство 30 может быть выполнено в виде специализированного терминала, имеющего сенсорный интерфейс и устройство связи, которое может быть выполнено с возможностью обмениваться данными, например, через службу текстовых сообщений ("SMS" - Short Message Service - служба коротких сообщений) или по электронной почте посредством таких протоколов обмена информацией, как 2G, 3G, 4G, 5G (G - начальная буква слова Generation - поколение; имеются в виду второе, третье, четвертое и пятое поколения мобильной связи), Bluetooth® («Блутус»), Wi-Fi («Вай-фай»), Zigbee («Зигби»), WLAN (Wireless Local Area Network - беспроводная локальная вычислительная сеть) и т.д. Этот специализированный терминал может быть выполнен с возможностью посылать данные датчиков черев заданные интервалы времени или только по запросу. Например, этот специализированный терминал может быть выполнен с возможностью автоматически отвечать на входящее текстовое сообщение путем отправки текущих данных с датчиков. Таким образом, этот специализированный терминал вообще не нуждается в запоминающем устройстве, достаточно просто необходимых интерфейсов и аналого-цифрового преобразователя для преобразования полученных от сенсоров данных в данные для дальнейшей обработки и (или) обмена. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения хранение и обработка данных могут полностью осуществляться в удаленном устройстве 31, возможно, с обеспечением функции резервного копирования.

Согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения, для осуществления раскрываемых здесь способов может быть использовано программное обеспечение, которое хранится либо в управляющем устройстве, либо в компьютере, соединенном с управляющим устройством с возможностью обмена данными и доступном для удаленного устройства, например, посредством интернет-браузера.

В качестве альтернативы такое программное обеспечение может представлять собой загружаемую прикладную программу (такие известны также под термином «приложение»), которую загружают в удаленное устройство. Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, программное обеспечение представляет собой прикладную программу, приспособленную для работы на мобильном терминале, таком как iPhone® («айфон») или персональный компьютер типа «планшет», который соединен с управляющим устройством с возможностью обмена данными, при этом обеспечена функция резервного копирования либо с помощью функции фиксации на главном компьютере, либо с помощью службы облачных вычислений (например, iCloud®).

В дальнейшем изложении будут использованы следующие условные обозначения:

М - перечень измеренных значений перепада давления во времени (t, р), упорядоченных по времени.

P_max - максимальное значение перепада давления.

Price_kWh - затраты на киловатт-час.

Pricefilter - общие затраты на установку фильтра, включая стоимость работы по замене.

Q_max - максимальный расход воздуха, который может обеспечить система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

η - кпд вентилятора.

Перечень М сгруппирован в окна с границами, имеющими размер MaxWindowTime. Это сделано с целью определения рабочего цикла. MaxWindowTime установлен на значение 24 часа, но для лучшего соответствия данной фильтровентиляционной установке это значение может быть изменено. Ниже приводится один пример измеренных элементов данных (точек) M[i] и окон W.

Для каждой точки M[i] определяют максимальное значение max_values[i], которое представляет собой значение, рассматриваемое для этого времени как максимальное. Как говорилось выше, измеренные значения сгруппированы в окна. Для каждого окна анализируют, содержит ли это окно значение, которое должно считаться новым максимальным значением перепада давления. Это делают путем перебора значений окна и сравнения этих значений с предыдущим максимальным значением. Еще один критерий, который должен быть соблюден, состоит в том, что максимальное значение не должно быть намного выше, чем среднее значение для данного окна. Этот критерий введен для устранения выбросов и шума.

Параметр AverageScale установлен на 130%, но чтобы обеспечить или меньшую разницу максимальных значений, этому параметру могут быть заданы другие значения.

Параметр PreMaxScale установлен на 60%, но чтобы обеспечить или меньшую разницу максимальных значений, этому параметру могут быть заданы другие значения. Причина, по которой старое максимальное значение вообще подвергается масштабированию, состоит в том, чтобы уменьшить максимальное значение, поскольку для определенных состояний фильтровентиляционной установки это обычное протекание процесса.

Идентифицированные значения max_values[i] использованы для экспоненциальной регрессии с целью прогнозирования будущих значений перепада давления. Вместо того, чтобы использовать все идентифицированные значения max_values, используют только самые последние значения max_values. Это делается с целью придания самым последним данным большего веса, так как они больше говорят о том, как будет изменяться перепад давления. Может использоваться динамичное количество максимальных значений, однако оптимальное количество близко к 14, что, при условии что перепад давления продолжает повышаться в каждом окне, соответствует 14 дням.

Для расчета будущего перепада давления используют формулу которая получена экспоненциальной регрессией, и прибавляют к параметру М с шагом t=24 часа. Параметр P_max используют как наивысший предел вычисленного перепада давления. Если это вычисленное значение превышает P_max, то его принимают равным P_max. Это делается для того, чтобы избежать чрезмерно больших значений.

Изготовители фильтров обычно измеряют перепад давления на чистых фильтрах при определенных уровнях расхода воздуха. Это можно рассматривать как характеристику фильтров в отношении перепада давления.

Характеристическая функция задается множественными линейными регрессиями на наборе значений чистого фильтра. Это могло бы быть сделано также с помощью многочлена, но этот метод выбран, чтобы обеспечить 100%-ное совпадение с данными.

Значения расхода воздуха даны в процентах от Q_nominal (номинальный расход воздуха для фильтра, например, 3400 м³/час).

n=длина Q=длина Р

На фиг. 2 на графике изображены характеристические кривые фильтра для чистого фильтра и масштабированные характеристические кривые для фильтров после эксплуатации в течение разных сроков.

Значения характеристической функции даны для чистого фильтра, но значения перепада давления затем масштабированы таким образом, что значение 100% расхода воздуха дает значение текущей величины, считающейся максимальным перепадом давления.

Чтобы определить расход воздуха Q[i] в момент времени M[i], измеренные перепад давления, M[i]p и max_values[i] используют вместе с характеристическими значениями.

Чтобы определить расход воздуха Q[i], вместо того чтобы рассматривать давление в зависимости от расхода воздуха (функция P(Q)), отношение между Р и Q обратили, рассматривая расход воздуха в зависимости от давления (функция Q(p)). Это может быть записано как Q(M[i]p).

n=длина Q=длина P_scaled

Вся процедура в виде одного выражения:

В приводимой ниже Таблице 1 в качестве примера приведены данные для характеристической функции фильтра (значения перепада давления и расхода воздуха), при этом расход воздуха приведен в процентах от номинального значения.

На фиг. 3 на графике изображена масштабированная кривая, иллюстрирующая расход воздуха Q(p) в зависимости от перепада давления на фильтре.

Когда фильтр чистый, предполагается, что перепад давления при 100%-ном расходе воздуха составляет 90 Па. В процессе эксплуатации фильтр забивается уловленными твердыми частицами, в результате чего перепад давления растет. Перепад давления, считающийся за 100%, изменяется, и другие значения для характеристической функции масштабируются для адаптации к нему.

Номинальный расход воздуха: 3400 м³/час.

Новое максимальное значение перепада давлений (max_values[i]): 143 Па.

Перепад давления для расчета расхода воздуха для (M[i]p): 66 Па.

Масштаб: 143/90=1,588889.

Масштабированные значения Таблицы 1 приведены в Таблице 2 ниже:

На фиг. 4 на графике изображена характеристическая кривая фильтра, иллюстрирующая расход воздуха Q(p) в зависимости от перепада давления на фильтре.

Масштабированное значение Q(p) дает расход воздуха 51,5% от номинального, который при номинальном значении 3400 м³/час составляет 1734 м³/час.

Для расчета годовых затрат полного срока эксплуатации для интервала между заменами до того момента использовано каждое измеренное значение перепада давлений и прогнозируемые значения перепада давлений на шесть месяцев вперед. Для прогнозируемых значений давления использовано среднее значение Q.

Уравнение 23 характеризует энергетические затраты за период времени от M[i]_t до M[i+1]_t.

Уравнение 24 характеризует общее годовое потребление энергии в течение интервала замены M[i]_t.

Уравнение 25 характеризует общие годовые затраты на фильтры в течение интервала замены M[i]_t.

Уравнение 26 характеризует общие годовые затраты на установку в течение интервала замены M[i]_t.

Величину Tot_annual__cost рассчитывают по уравнению 26, после чего определяют минимальные затраты Tot_annucal__cost [index_of_min] и из этого определяют оптимальный интервал замены M[index_of_min]_t.

Следует заметить, что при выполнении описанных выше вычислений кпд вентилятора принимался за постоянную величину, однако в действительности он разный для разных значений расхода воздуха. Для повышения точности алгоритма можно было бы либо делать вычисления для каждого измеренного элемента данных путем добавления характеристик используемого оборудования, либо путем подключения к вентилятору ваттметра.

Изобретение относится к фильтровентиляционным системам. В способе определения оптимального срока службы фильтра между заменами фильтра в фильтровентиляционной системе, получают параметр затрат, связанных с предметной частью фильтра и параметр затрат, связанных с эксплуатацией фильтра. Затем получают совокупность измеренных элементов данных, каждый из которых представляет измеренное значение перепада давления на фильтре в соответствующий момент времени и определяют оптимальный срок службы фильтра путем минимизации общего потребления ресурса фильтра. Оптимизируется срок службы фильтра между заменами. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 ил.

1. Способ определения оптимального срока службы фильтра между заменами фильтра в фильтровентиляционной системе, включающий следующие стадии, выполняемые в устройстве обработки данных:

получают по меньшей мере один параметр затрат, связанных с предметной частью фильтра (C_filter), представляющий количество ресурса, связанного по меньшей мере с изготовлением фильтра,

получают по меньшей мере один параметр затрат, связанных с эксплуатацией фильтра (C_use), представляющий количество или размер упомянутого ресурса, связанного с использованием фильтра,

получают совокупность измеренных элементов данных (M[i]), каждый из которых представляет измеренное значение перепада давления (M[i]_p) на фильтре в соответствующий момент времени (M[i]_t), и

определяют оптимальный срок службы фильтра путем минимизации общего потребления ресурса фильтра, складывающегося из

первой составляющей (Filter_annual__cost[i]), согласно которой потребление ресурса обратно пропорционально сроку службы фильтра,

второй составляющей (Energy_annual__cost[i]), согласно которой потребление ресурса прямо пропорционально сроку службы фильтра,

обеспечивают совокупность прогнозируемых элементов данных, каждый из которых представляет прогнозируемый перепад давления на фильтре в соответствующий момент времени в будущем,

группируют последовательные измеренные элементы данных (M[i]) в окна (W), каждое из которых содержит по меньшей мере один из измеренных элементов данных (M[i]),

при этом для каждого окна (W)

устанавливают максимальное значение перепада давления и

назначают это установленное максимальное значение перепада давления в качестве максимального перепада давления (max_values[i]) для всех измеренных элементов данных (M[i]) этого окна, для каждого измеренного элемента данных (M[i]),

оценивают расход воздуха (Q[i]) на основе этого максимального перепада давления (max_values[i]) и измеренного перепада давления (M[i]_p) соответствующего измеренного элемента данных (M[i]), и

выводят упомянутую вторую составляющую (Energy_annual__cost[i]) на основе параметра затрат, связанных с эксплуатацией фильтра (C_use), измеренных элементов данных, прогнозируемых элементов данных (M[i]) и оценки воздушных потоков (Q[i]).

2. Способ по п. 1, в котором стадия, на которой обеспечивают совокупность прогнозируемых элементов данных, состоит в вычислении соответствующего прогнозируемого перепада давления по формуле где start_Pa - это начальный перепад давления прогноза, выбранный из измеренных значений перепада давления (M[i]_p), b - это показатель влияния внешней среды, и t - это время от момента, когда был измерен начальный перепад давления (start_Pa) до момента, для которого перепад давления прогнозируют.

3. Способ по п. 2, в котором начальное значение перепада давления (start_Pa) - это величина, выведенная на основе измеренного перепада давления в позднейшем из имеющихся измеренных элементов данных.

4. Способ по п. 2, в котором начальное значение перепада давления (start_Pa) - это величина, выведенная на основе максимального перепада давления в самом последнем по времени из имеющихся измеренных элементов данных или в самом последнем по времени из имеющихся окон.

5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором каждое окно (W) содержит по меньшей мере два, предпочтительно - по меньшей мере три или четыре измеренных элемента данных (M[i]).

6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором окна содержат заданное статическое или динамическое количество измеренных элементов данных (М[i]).

7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором максимальный перепад давления для каждого окна (W) определяют в отношении среднего значения из измеренных значений перепада давления (M[i]_p) по меньшей мере нескольких из измеренных элементов данных (M[i]) окна.

8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором максимальный перепад давления для каждого окна (W) определяют в отношении измеренного перепада давления (M[i]_p) и (или) максимального перепада давления по меньшей мере одного из предшествующих окон.

9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором на стадии оценки расхода воздуха для каждого измеренного элемента данных (M[i])

получают оценку расхода воздуха (Q[i]) для каждого измеренного элемента данных (M[i]) на основе измеренного элемента данных (M[i]_p) этого измеренного элемента данных и характеристической функции фильтра,

при этом упомянутая характеристическая функция описывает расход воздуха (Q) как функцию от перепада давления (Р) на фильтре.

10. Способ по п. 9, в котором на стадии оценки расхода воздуха для каждого измеренного элемента данных (M[i])

получают коэффициент масштабирования на основе максимального перепада давления (max_values[i]) и измеренного перепада давления (M[i]_p) измеренных элементов данных (M[i]) и

используют полученный коэффициент масштабирования для коррекции характеристической функции фильтра, когда он чист.

11. Способ по любому из пп. 1-10, в котором дополнительно выполняют стадию прогнозирования расхода воздуха по меньшей мере для одного, предпочтительно - для нескольких прогнозируемых элементов данных.

12. Способ по п. 11, в котором в качестве прогнозируемого расхода воздуха прогнозируемых элементов данных принимают фиксированную величину, полученную на основе оценки значений расхода воздуха (Q[i]) по меньшей мере для нескольких из измеренных элементов данных.

13. Способ по п. 11, в котором в качестве прогнозируемого расхода воздуха прогнозируемых элементов данных принимают соответствующую величину, полученную на основе по меньшей мере одного, предпочтительно - для нескольких, прогнозируемых элементов данных.

14. Способ по любому из пп. 1-13, в котором вторую составляющую (Energy_annual__cost[i]) получают на основе оценки расхода воздуха (Q[i]) каждого измеренного элемента данных (M[i]) и (или) прогнозируемого расхода воздуха для прогнозируемых элементов данных.

15. Способ по любому из пп. 1-14, в котором упомянутую вторую составляющую (Energy_annual__cost[i]) рассчитывают как сумму потреблений ресурса на каждом интервале (M[i+1]_t-M[i]_t) между измеренными элементами газа.

16. Способ по любому из пп. 1-15, в котором упомянутую первую составляющую (Filter_annual__cost[i]) определяют как произведение параметра затрат, связанных с предметной частью фильтра (C_filter), обратной величины времени (M[i]_t) и факультативно одной или большего числа констант.

17. Способ по любому из пп. 1-16, в котором вторую составляющую (Energy_annual__cost[i]) определяют как сумму произведений параметра затрат, связанных с предметной частью фильтра (C_use), расхода воздуха (Q[i]), интервала (M[i+1]_t-M[i]_t), обратной величины кпд вентилятора (η), обратной величины времени (M[i]_t) и факультативно одной или большего числа констант.

18. Способ по любому из пп. 1-17, в котором вторую составляющую (Energy_annual__cost[i]) определяют по формуле

где Price_kwh - это цена киловатт-часа энергии, M[i]_t - это соответствующий момент времени, а

где M[i]p - это перепад давления, M[i+1]_t-M[i]_t - это временной интервал между измеренными элементами данных M[i+1] и M[i], η - это кпд вентилятора, a CurrentQ - это оценка расхода воздуха (Q[i]) измеренного элемента данных (M[i]) или среднее значение по меньшей мере из нескольких оценок расхода воздуха (Q[i]).

19. Способ по любому из пп. 1-18, в котором оптимальный срок службы [фильтра] определяют минимизацией следующей формулы:

в отношении времени M[i]_t.

20. Система для текущего контроля фильтра в фильтровентиляционной системе, содержащая

средство для получения параметра затрат, связанных с предметной частью фильтра, представляющих количество ресурса, связанного по меньшей мере с изготовлением фильтра,

средство для получения параметра затрат, связанных с эксплуатацией фильтра, представляющих количество упомянутого ресурса, связанного с использованием фильтра,

измерительное средство для измерения перепада давления на фильтре в процессе эксплуатации фильтровентиляционной системы и

средство обработки данных для определения оптимального срока службы фильтра способом по любому из пп. 1-19.