Ένας «έξυπνος» κυκλοφορητής ανακυκλοφορίας ο οποίος θα διασφαλίζει ζεστό νερό στα σημεία υδροληψίας μιας εγκατάστασης, με την ελάχιστη δυνατή κατανάλωση ενέργειας.
Του Βασίλη Κασίμη*
Η γενικότερη ιδέα ήταν η κατασκευή ενός «έξυπνου» κυκλοφορητή ανακυκλοφορίας, ο οποίος να διασφαλίζει ζεστό νερό στα σημεία υδροληψίας μιας εγκατάστασης με την ελάχιστη δυνατή κατανάλωση ενέργειας. Στον όρο «ελάχιστη δυνατή κατανάλωση ενέργειας» συμπεριλαμβάνεται η ελαχιστοποίηση της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνει ο κυκλοφορητής και της θερμικής ενέργειας που παράγεται από το σύστημα θέρμανσης της εγκατάστασης.
Το κύκλωμα ζεστού νερού χρήσης αποτελείται από την πηγή θερμότητας, την παροχή νερού και τα σημεία υδροληψίας. Ο ρόλος του κυκλοφορητή είναι να διασφαλίζει την παροχή ζεστού νερού στα σημεία υδροληψίας χωρίς καθυστερήσεις. Οι καθυστερήσεις αυτές είναι αναπόφευκτες λόγω της απόστασης των πηγών υδροληψίας από την πηγή θερμότητας. Μια λύση θα ήταν ενδεχομένως ο κυκλοφορητής ανακυκλοφορίας του ζεστού νερού χρήσης να λειτουργούσε διαρκώς. Αυτό όμως θα μεταφραζόταν δυστυχώς σε μεγάλη σπατάλη θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας. Παραδοσιακά, αυτό το πρόβλημα αντιμετωπιζόταν τοποθετώντας χρονοδιακόπτη στον κυκλοφορητή, δίνοντας τη δυνατότητα στο χρήστη να επιλέγει πότε θα λειτουργεί τον κυκλοφορητή. Αυτό όμως που προτείνεται εδώ είναι η χρήση ενός αλγορίθμου που θα ελέγχει αυτόματα τη λειτουργία του κυκλοφορητή, βάσει της κατανάλωσης ζεστού νερού χρήσης της εκάστοτε εγκατάστασης.
Για να τεθεί σε λειτουργία αυτός ο «έξυπνος έλεγχος» είναι απαραίτητο ένα επιπλέον αισθητήριο θερμοκρασίας τοποθετημένο στο δίκτυο. Αυτό το αισθητήριο, σε συνδυασμό με ένα αισθητήριο ενσωματωμένο στον κυκλοφορητή, ελέγχει τη θερμοκρασία του νερού στο δίκτυο και αντιλαμβάνονται πότε γίνεται χρήση ζεστού νερού στο σύστημα. Κάθε φορά που θα ανοίξει μια βρύση και υπάρχει κατανάλωση, γίνεται αντιληπτό από τους αισθητήρες και αποθηκεύεται ως γεγονός (συμβάν) σε ένα ημερολόγιο.
Αυτές οι καταχωρίσεις γεγονότων υδροληψίας χρησιμοποιούνται για την πρόγνωση της επόμενης υδροληψίας. Αυτομάτως λοιπόν και σταδιακά γίνεται η ρύθμιση του χρονοδιακόπτη που ελέγχει τον κυκλοφορητή, εξασφαλίζοντας τη λειτουργία του μόνο όταν αυτό είναι απαραίτητο, εξοικονομώντας ηλεκτρική και θερμική ενέργεια.
Στην αγορά υπάρχουν παρόμοια συστήματα για τον «έξυπνο έλεγχο» της αντλίας-κυκλοφορητή με τη χρήση αισθητηρίων θερμοκρασίας. Όμως ο έλεγχος μέσω αισθητηρίων θερμοκρασίας βασίζεται σε στατιστική ανάλυση για τη δημιουργία ενός «προφίλ χρήσης» ζεστού νερού. Αυτό το προφίλ χρησιμοποιείται εν συνεχεία για τον έλεγχο του κυκλοφορητή. ?λλοι έχουν χρησιμοποιήσει την ίδια ιδέα για τον έλεγχο του συστήματος ζεστού νερού. Αυτό διαφέρει από την προσέγγιση που περιγράφεται εδώ, μια και κάθε γεγονός υδροληψίας αποθηκεύεται σε ημερολόγιο βάσει του οποίου γίνεται ο έλεγχος του κυκλοφορητή. Παρόμοια χρήση ημερολογίου έχει γίνει για τον έλεγχο του καυστήρα όσον αφορά τα κυκλώματα ζεστού νερού. Το λογισμικό που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο μέσω αισθητηρίων θερμοκρασίας είναι διαφορετικό απ’ αυτό για τον έλεγχο όσον αφορά τα κυκλώματα ζεστού νερού αλλά αποσκοπεί στο ίδιο αποτέλεσμα. Εδώ χρησιμοποιούμε τη δεύτερη περόπτωση, αλλά για τον έλεγχο του κυκλοφορητή.
Ο «έξυπνος έλεγχος»
Το σύστημα ζεστού νερού υπό εξέταση αποτελείται από πηγή θέρμανσης, σωλήνωση τροφοδοσίας ζεστού νερού και σωλήνωση επιστροφής, καθώς και από βρύσες (υδροληψίες, βλέπε σχήμα 1). Ο κυκλοφορητής ζεστού νερού χρήσης τοποθετείται στην επιστροφή και το επιπλέον αισθητήριο θερμοκρασίας στην προσαγωγή. Η ιδέα πίσω από τον αλγόριθμο είναι να ενεργοποιηθεί ο κυκλοφορητής λίγο πριν από τη ζήτηση από το χρήστη, ούτως ώστε να γεμίσει με ζεστό νερό τον σωλήνα προσαγωγής ζεστού νερού σε όλο του το μήκος μέχρι τη βρύση. Αυτό εξασφαλίζει ότι με το που θα γίνει μια υδροληψία, το ζεστό νερό θα είναι ήδη στη βρύση μηδενίζοντας τις καθυστερήσεις, τουλάχιστον ως προς το χρήστη.
Σχήμα 1. Σχεδιάγραμμα σωληνώσεων κυκλώματος ζεστού νερού χρήσης
Για να καταστεί δυνατόν να εκκινήσει ο κυκλοφορητής πριν συμβεί η υδροληψία ζεστού νερού, χρειάζεται να μπορούμε να προβλέψουμε τη χρονική στιγμή που θα συμβεί. Αυτό επιτυγχάνεται με τον αλγόριθμο αυτό, απομνημονεύοντας παλαιότερες υδροληψίες και ενημερώνοντας διαρκώς ένα εσωτερικό ημερολόγιο με γεγονότα υδροληψίας. Μόλις το ημερολόγιο δείξει ότι έχει γίνει παλαιότερα υδροληψία τη δεδομένη στιγμή της ημέρας, ο κυκλοφορητής ελέγχεται ώστε να παρέχει ζεστό νερό στις βρύσες. Ο έλεγχος αυτός επιμερίζεται σε τρεις διαφορετικές λειτουργίες, οι οποίες είναι:
- Αναγνώριση υδροληψίας
- Ενημέρωση ημερολογίου
- Έλεγχος κυκλοφορητή
Οι συγκεκριμένες λειτουργίες παρουσιάζονται αναλυτικά παρακάτω.
1. Αναγνώριση υδροληψίας
Η αναγνώριση για το πότε γίνεται υδροληψία βασίζεται στον αισθητήρα θερμοκρασίας που βρίσκεται στη γραμμή τροφοδοσίας. Η θερμοκρασία που αντιλαμβάνεται το αισθητήριο αλλάζει κάθε φορά που γίνεται υδροληψία, καθώς ο αγωγός τροφοδοσίας γεμίζει ζεστό νερό.
SeparatorBetweenMainTexts Αυτό το φαινόμενο γίνεται αντιληπτό από ένα ειδικά σχεδιασμένο φίλτρο και αποθηκεύεται στο ημερολόγιο. Δυστυχώς η θερμοκρασία θα μεταβληθεί και όταν τεθεί σε λειτουργία ο κυκλοφορητής. Για το λόγο αυτό ο συγκεκριμένος αλγόριθμος εμπεριέχει έναν δεύτερο αλγόριθμο, χάρη στον οποίο διαπιστώνεται αν η αύξηση της θερμοκρασίας που παρατηρεί το αισθητήριο οφείλεται σε λειτουργία του κυκλοφορητή ή στο άνοιγμα κάποιας παροχής υδροληψίας. Τελικά στο ημερολόγιο καταχωρούνται μόνο τα γεγονότα που οφείλονται σε υδροληψία.
2. Ενημέρωση ημερολογίου
Κάθε υδροληψία καταχωρείται στο ημερολόγιο, τουλάχιστον επί μια εβδομάδα (βλέπε σχήμα 2). Κάθε ημέρα της εβδομάδας είναι χωρισμένη σε έναν αριθμό χρονικών περιόδων (κελιά) διάρκειας 15 λεπτών η κάθε μία. Κάθε φορά που συμβαίνει μια υδροληψία, σημειώνεται με ένα (Τ) στο αντίστοιχο κελί. Εάν δεν σημειωθεί καμία υδροληψία στο χρονικό διάστημα του κελιού, τότε αυτό σημειώνεται με ένα (0). Από το περιεχόμενο του κάθε κελιού, είναι εύκολο να διαπιστώσουμε σε ποιες χρονικές περιόδους μέσα στη μέρα και εβδομάδα είναι πιο πιθανό να γίνεται κατανάλωση ζεστού νερού.
Από το παράδειγμα που φαίνεται στο σχήμα 2 υπάρχουν έξι χρονικές περίοδοι (Τ) στο διάστημα 7:15 – 7:30 (πρωινό μπάνιο) και δύο χρονικές περίοδοι στο διάστημα 7:30 – 7:45. Αυτό συνεπάγεται ότι ο κυκλοφορητής θα λειτουργήσει έτσι ώστε να εξασφαλίσει ότι θα έχουμε ζεστό νερό στη βρύση την επόμενη μέρα το πρωί πριν τις 7:15. Αντίστοιχα η θερμοκρασία του νερού πρέπει να είναι ζεστή στις 7:45 και στις 23:30, οπότε ο κυκλοφορητής θα ελεγχθεί ώστε να εξασφαλίσει τα παραπάνω.
Στο παράδειγμα που φαίνεται στο σχήμα 2 χρησιμοποιούνται δεδομένα για μία εβδομάδα, οπότε στο ημερολόγιο αποθηκεύονται μόνοαυτά. Σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας, όμως, θα αποθηκεύονται δεδομένα 2 εβδομάδων. Έτσι μας δίνεται η δυνατότητα να διακρίνουμε τις διαφορές στο προφίλ της κατανάλωσης κατά τις εργάσιμες ώρες και μέρες και κατά τα Σαββατοκύριακα.
Κατά τις εργάσιμες ημέρες ο κυκλοφορητής ελέγχεται με βάση τα δεδομένα που έχουν αποθηκευτεί αυτές τις μέρες, ενώ κατά τη διάρκεια των Σαββατοκύριακων ο κυκλοφορητής ελέγχεται με βάση τα στοιχεία που έχουν αποθηκευθεί μόνο κατά τα Σαββατοκύριακα. Ουσιαστικά ο έλεγχος κατά τη διάρκεια του Σαββατοκύριακου και τις εργάσιμες ημέρες είναι ίδιος, εκτός από τις πληροφορίες που χρησιμοποιούνται από το ημερολόγιο.
3. Έλεγχος κυκλοφορητή
Ο κυκλοφορητής ελέγχεται βάσει του περιεχομένου του ημερολογίου (βλ. σχήμα 2) και της θερμοκρασίας στους σωλήνες. Ο έλεγχος της θερμοκρασίας είναι σχεδιασμένος έτσι ώστε η θερμοκρασία στον κυκλοφορητή να είναι εντός κάποιων αποδεκτών τιμών για το ζεστό νερό χρήσης. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω ενός ελέγχου με υστέρηση.
Ο έλεγχος θερμοκρασίας με υστέρηση είναι ενεργός μόνο όταν το ημερολόγιο υδροληψίας δείξει ότι υπάρχει μεγάλη πιθανότητα για χρήση ζεστού νερού κατά τα επόμενα 30 λεπτά. Στην περίπτωση που φαίνεται στο σχήμα 2, ο έλεγχος με υστέρηση ενεργοποιείται στις 7:00 και συνεχίζει μέχρι τις 7:45, όπου δεν αναμένεται περαιτέρω κατανάλωση.
Απολύμανση και πλύση
Μία φορά την εβδομάδα γίνεται ένας κύκλος απολύμανσης διάρκειας 15 λεπτών. Αν κάποια άλλη στιγμή της εβδομάδας μετρηθεί μια υψηλότερη θερμοκρασία, τότε ο κύκλος απολύμανσης θα μεταφερθεί.
Αν η αντλία είναι απενεργοποιημένη για 8 ώρες, τότε θα ενεργοποιηθεί για να κάνει μια πλύση του βρόχου ανακυκλοφορίας με διάρκεια 15 λεπτών.
Σφάλματα – Βλάβες
Η κόκκινη ένδειξη σφάλματος φωτίζεται: α) όταν το εξωτερικό αισθητήριο θερμοκρασίας παρουσιάσει σφάλμα ενώ ο κυκλοφορητής βρίσκεται σε λειτουργία Autoadapt, β) όταν το ενσωματωμένο αισθητήριο στον κυκλοφορητή παρουσιάσει σφάλμα ενώ ο κυκλοφορητής βρίσκεται σε λειτουργία Autoadapt ή σε λειτουργία με έλεγχο θερμοκρασίας.
Συμπέρασμα
Στο άρθρο αυτό γίνεται σύντομη περιγραφή των λειτουργιών Autoadapt. Ο αλγόριθμος που χρησιμοποιείται βασίζεται σε συμβάντα υδροληψίας στο παρελθόν. Αυτά τα συμβάντα καταχωρούνται σε ένα ημερολόγιο και αξιοποιούνται από το λογισμικό του κυκλοφορητή, το οποίο χρησιμοποιεί αυτές τις πληροφορίες και αποφασίζει πότε να ελέγξει την θερμοκρασία έτσι ώστε να εξασφαλίζει ζεστό νερό στα σημεία υδροληψίας πριν το χρειαστούμε.
* Ο κ. Βασίλης Κασίμης είναι Μηχανικός Εσωτερικών Πωλήσεων στην Grundfos Ελλάς AEBE.
