Optimalizace zařízení pro získávání vody ze vzduchu

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá tématem generování vody ze vzduchu. Především na optimalizaci jednoho takové zařízení za získávání vody ze vzduchu zvané AWG-DW. Hlavním cílem této práce je modelovat, kalibrovat řídit toto zařízení na generování vody tak, aby byla maximalizována produkce vody. Nejprve jsme vytvořili modely jednotlivých komponent zařízení a porovnali jejich výsledky s naměřenými daty. I přes problémy nalezené v naměřených datech jsme vytvořili nejlepší možný model. Možná vysvětlení nekonzistence dat byla navržena, ale bez dalšího měření nebylo možné jednoznačně určit příčinu. Popis systému jsme doplnili o limity jednotlivých komponent. Optimalizační úloha byla rozdělena na tři částí – hledání ustálených stavů a hledání optimální setpointů pro maximalizaci produkce vody při připojení přístroje ke zdroji omezenému nebo neomezenému elektřiny. Výsledky ukázaly, že pokud je zdroj elektřiny omezený, tak zařízení je nejúčinnější (produkce vody na elektrický příkon), pokud elektrický ohřívač není používat a hlavním omezujícím faktorem je prevence namrzaní výparníku nebo maximální tlak chladiva v kondenzátoru. Pokud je zařízení připojeno k neomezenému zdroji elektřiny, tak je elektrický ohřívač používán, dokud není dosažena maximální teplota desikačního kola.

This thesis investigates the topic of generating water from the air. In particular, a control optimization of one exact realization of an air-water-generator (AWG) called AWG-DW, where DW stands for desiccant wheel. The main goal of the thesis is to model, calibrate and control AWG-DW such that the production of water is maximized. First, models of the individual AWG-DW components are created and validated by available measured data. Despite some inconsistencies in the provided data, the best possible complete model of AWG-DW was derived. Possible explanations for the errors were proposed, however, further investigation is needed. The component and system constraints were added to complete the system description. The water production maximization task was broken down into three parts - finding a steady state operating point and setpoint optimization for on-grid and off-grid conditions. The results show that for an off-grid operation the device is most efficient (production per watt) when the electric heater is not in use. The overall limiting factor is often the freeze build-up prevention on the evaporator or the maximal refrigerant pressure in the condenser. For on-grid usage, the heater is activated up to the limit of the desiccant wheel upper temperature constraint for maximum water production per hour.