Hydronické soustavy: Koncepty a řízení

Abstract

Otopné (hydronické) sítě slouží k distribuci tepla ze zdroje do teplotních zón. Pokrok u současných otopných sítí zaostává za probíhající rapidní digitalizací budov. Tradiční mechanické řídicí prvky neposkytují nové možnosti a začínají se prosazovat elektronická, softwarová řešení. Nasazení optimalizačních algoritmů je v současnosti investičně náročné a centralizovaná řešení mají vysoké nároky na údržbu. Tato práce reviduje otopné systémy od komponent polní instrumentace až po systémový pohled na úrovni celé budovy. Navrhovaný koncept ‘Hydronics 4.0’ přináší snížené investiční náklady na materiál a práci díky zjednodušenému automatickému nasazení a vzdálené diagnostice. Nově navržené hydronické aktuátory s teplotní zpětnou vazbou navíc potlačují vzájemné vazby v síti a linearizují dodávku tepla. Optimalizační úloha úspory energie je formulovaná modulárně a řešena přímo na koncových zařízeních, aktuátorech, díky decentralizované komunikaci. Takto je zvýšena robustnost proti poruchám jednotlivých bodů a umožněno optimalizační úlohy snadno udržovat a překonfigurovávat. Prezentovány jsou pokroky v modelování komponent, simulačních nástrojích a síťových řešičích, až po analýzy síťového chování, stability, distribuované kalibrace modelu budovy a návrhu distribuovaného optimálního řízení.

Hydronic networks distribute heat from a source to thermal zones with heat demand. Present hydronic networks evolve only fractionally and don't keep up with the ongoing rapid digitization of buildings. Only so much can be done with traditional mechanical feedback, and electronic software-based control solutions are taking place. The cost of energy minimization algorithms is probitive, and centralized solutions suffer from maintenance issues. This thesis rethinks hydronic network control from field components to the building-wide system level. A ‘Hydronics 4.0' concept is formulated to enable economic, self-commissioning, remote self-diagnosing hydronic heat delivery. On top of this, the newly developed temperature-feedback hydronic actuators provide decoupling and power delivery linearization. Energy optimization is formulated in a plug-and-play manner and solved on the edge devices (actuators) via node-to-node communication, thus providing resistance to single-point failures and enhancing the maintenance and reconfiguration capabilities.Advances in components modelling, simulation tools and network solvers, up to network stability, analysis, distributed building model calibration and the concept of distributed optimal control are presented within the thesis.