Procedimiento y sistema para controlar una pluralidad de máquinas frigoríficas.

Un procedimiento para controlar una pluralidad de máquinas frigoríficas (2) de un sistema de climatización (1) que comprende medios de convección (3) conectados a las máquinas frigoríficas (2) a través de un circuito de servicio (4),

que comprende un conducto de suministro (5) dentro del cual el fluido de servicio fluye desde las máquinas frigoríficas (2) hasta los medios de convección (3), un conducto de retorno (6) dentro del cual el fluido de servicio fluye en sentido contrario y un conducto de desviación (9) que conecta un punto (5a) del conducto de suministro (5) y un punto (6a) del conducto de retorno (6); estando caracterizado el procedimiento porque comprende:

- medir, mediante medios de detección de temperatura (12-14), una primera temperatura (TDLV) del fluido de servicio en el conducto de suministro (5) aguas arriba del conducto de desviación (9), una segunda temperatura (TRET) del fluido de servicio en el conducto de retorno (6), y una tercera temperatura (TLIN) del fluido de servicio en el conducto de suministro (5) aguas abajo del conducto de desviación (9);

- determinar una estimación de la carga térmica (PLE) del circuito de servicio (4) en función de dichas primera, segunda y tercera temperaturas (TDLV, TRET, TLIN);

- determinar estados de funcionamiento (STi) y relaciones de carga parcial (PLRi) a fijar para las máquinas frigoríficas (2) para permitir que las máquinas frigoríficas (2) proporcionen una capacidad de enfriamiento global que satisfaga la carga térmica estimada con un consumo mínimo de potencia eléctrica; y

- controlar el encendido y el funcionamiento de carga parcial de las máquinas frigoríficas (2) en función de los estados de funcionamiento (STi) respectivos y las relaciones de carga parcial (PLRi).

Procedimiento y sistema para controlar una pluralidad de máquinas frigoríficas

La presente invención se refiere a un procedimiento y un sistema para controlar una pluralidad de máquinas frigoríficas de una instalación de climatización.

En particular, la presente invención está destinada de manera ventajosa, aunque no exclusivamente, a usarse para controlar instalaciones HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) domésticas que comprenden una pluralidad de máquinas frigoríficas que consisten en enfriadores de fluido y/o bombas de calor hidrónicas conectados en paralelo, a las que la siguiente descripción se refiere específicamente pero sin perder su carácter general.

En la técnica anterior se conocen instalaciones de climatización (véase, por ejemplo, el documento de patente US-A- 4463574) que comprenden una pluralidad de máquinas frigoríficas conectadas en paralelo y una o más unidades de convección, por ejemplo ventiloconvectores o radiadores de agua corrientes, dispuestas de manera apropiada en un edificio en el que va a controlarse el acondicionamiento de aire y conectadas de manera hidráulica a las máquinas frigoríficas a través de un circuito hidrónico, dentro del cual fluye un fluido de servicio, consistiendo dicho fluido en un refrigerante basado en agua, y presentando dicho circuito un conducto de suministro dentro del cual el fluido de servicio fluye desde las máquinas frigoríficas hasta las unidades de convención, y un conducto de retorno dentro del cual el fluido de servicio fluye en sentido contrario.

Dicha instalación de climatización comprende una pluralidad de bombas, cada una de las cuales está conectada a una máquina frigorífica respectiva para hacer que el fluido de servicio fluya a través de dicha máquina cuando está encendida, y al menos una bomba adicional dispuesta en el conducto de suministro para distribuir un flujo constante del fluido de servicio a las unidades de convección. El circuito hidrónico comprende normalmente un conducto de desviación que conecta el conducto de suministro, aguas arriba de la bomba de distribución, directamente al conducto de retorno para desconectar, en lo que se refiere al flujo de fluido de servicio, la parte de la instalación con las máquinas frigoríficas con respecto a la parte con las unidades de convención. Normalmente, cada máquina frigorífica puede tener un funcionamiento de carga parcial, es decir, puede proporcionar una capacidad de enfriamiento según una pluralidad de etapas de capacidad.

La instalación de climatización comprende un sistema de control para controlar el funcionamiento de las máquinas frigoríficas. En la técnica anterior se conocen sistemas de control que comprenden un sensor de temperatura para medir la temperatura de suministro o la temperatura de retorno del fluido de servicio y una unidad de control para controlar el encendido y/o el funcionamiento de carga parcial de las máquinas frigoríficas de modo que la temperatura medida siga un punto de ajuste prefijado que es el mismo en toda la instalación.

En la técnica anterior se conocen dos procedimientos para controlar las máquinas frigoríficas. En un primer procedimiento, una máquina frigorífica adicional se enciende solamente si aquéllas que ya están encendidas ya están funcionando a su máxima capacidad de enfriamiento. Este procedimiento también se conoce como la estrategia de saturación de máquina. En el segundo procedimiento, todas las máquinas frigoríficas se llevan a la misma etapa de capacidad antes de llevar otra máquina frigorífica a la siguiente etapa de capacidad. Este procedimiento también se conoce como la estrategia de saturación por etapas.

Sin embargo, ninguna de las estrategias anteriores consigue una eficacia energética óptima, ya que no sacan partido de la máxima eficacia de cada máquina frigorífica. Cada máquina frigorífica tiene un nivel de eficacia, expresado como la relación entre la capacidad de enfriamiento suministrada y la potencia eléctrica consumida, que varía con el porcentaje del funcionamiento de carga parcial y que tiene un valor máximo para un porcentaje del funcionamiento de carga parcial que es normalmente inferior al 100% y que depende del número de compresores activos en la máquina frigorífica, la arquitectura del circuito hidrónico y la lógica de control de la máquina. Además, las máquinas frigoríficas puede diferir entre sí y, por tanto, tienen un valor de máxima eficacia para diferentes porcentajes del funcionamiento de carga parcial.

El objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para controlar una pluralidad de máquinas frigoríficas de un sistema de climatización y proporcionar un sistema de control relacionado que superen los inconvenientes descritos anteriormente y que, al mismo tiempo, sean fáciles y económicos de producir.

Según la presente invención se proporciona un procedimiento y un sistema de control para controlar una pluralidad de máquinas frigoríficas para una instalación de climatización, como se describe en las reivindicaciones adjuntas.

Según la presente invención también se proporciona una instalación de climatización, como se describe en las reivindicaciones adjuntas.

Para entender mejor la presente invención, a continuación se describirá una realización no limitativa de la misma a modo de ejemplo con referencia a las figuras adjuntas, en las que:

la figura 1 es una ilustración esquemática de una instalación de climatización dotada de un sistema de control que implementa el procedimiento para controlar una instalación de climatización según la presente invención; y la figura 2 ilustra un ejemplo de una función que relaciona dos parámetros usados por el procedimiento para controlar una instalación de climatización según la invención.

Con referencia a la figura 1, el número de referencia 1 indica de manera genérica una instalación de climatización, en su conjunto, que comprende una pluralidad de máquinas frigoríficas 2 conectadas en paralelo y una o más unidades de convección 3 que consisten, por ejemplo, en ventiloconvectores, y conectadas a las máquinas frigoríficas 2 a través de un circuito hidrónico 4, dentro del cual fluye un fluido de servicio que consiste en un refrigerante basado en agua. El circuito hidrónico 4 comprende un conducto de suministro principal 5 dentro del cual el fluido de servicio fluye desde las máquinas frigoríficas 2 hasta las unidades de convección 3, y un conducto de retorno principal 6 dentro del cual el fluido de servicio fluye en sentido contrario.

La instalación 1 comprende una pluralidad de bombas 7, cada una de las cuales está conectada a una máquina frigorífica respectiva 2 para hacer que el fluido de servicio fluya a través de dicha máquina 2 cuando esta última está encendida, estando dispuesta al menos una bomba adicional 8 en el conducto de suministro 5 para distribuir un flujo constante del fluido de servicio hacia las unidades de convección 3. El circuito hidrónico 4 comprende además un conducto de desviación 9 que conecta un punto 5a del conducto de suministro 5, aguas arriba de la bomba 8, y un punto 6a del conducto de retorno 6 para desconectar, en lo que se refiere al flujo de fluido de servicio, la parte de la instalación con las máquinas frigoríficas 2 con respecto a la parte con las unidades de convección 3.

La instalación 1 comprende un tanque de almacenamiento 10 dispuesto en el conducto de suministro 5 aguas abajo del conducto de desviación 9 para generar una inercia térmica en el circuito hidrónico 4, ralentizando la dinámica de la instalación 1 para impedir cualquier oscilación no deseable en las válvulas de control (no ilustradas) de las unidades de convección 3. Sin embargo, la presencia del tanque de almacenamiento es opcional.

Cada una de las máquinas frigoríficas 2 puede tener un funcionamiento de carga parcial, es decir, puede proporcionar una capacidad de enfriamiento según una pluralidad de etapas de capacidad. Por ejemplo, cada máquina frigorífica 2 comprende varios compresores de un tipo conocido que pueden encenderse en un número creciente.

La instalación 1 comprende un sistema de control 11 para controlar el funcionamiento de las máquinas frigoríficas 2. El sistema de control 11 implementa el procedimiento para controlar una instalación de climatización de la invención, como se describe posteriormente.

El sistema de control 11 comprende medios de detección de temperatura que están dispuestos a lo largo del circuito hidrónico 4 y comprenden un sensor de temperatura 12 para medir una temperatura TDLV del fluido de servicio en el conducto de suministro 5 aguas arriba del conducto de desviación 9, un sensor de temperatura... [Seguir leyendo]

1.- Un procedimiento para controlar una pluralidad de máquinas frigoríficas (2) de un sistema de climatización (1) que comprende medios de convección (3) conectados a las máquinas frigoríficas (2) a través de un circuito de servicio (4), que comprende un conducto de suministro (5) dentro del cual el fluido de servicio fluye desde las máquinas frigoríficas (2) hasta los medios de convección (3), un conducto de retomo (6) dentro del cual el fluido de servicio fluye en sentido contrario y un conducto de desviación (9) que conecta un punto (5a) del conducto de suministro (5) y un punto (6a) del conducto de retorno (6); estando caracterizado el procedimiento porque comprende:

medir, mediante medios de detección de temperatura (12-14), una primera temperatura (TDLV) del fluido de servicio en el conducto de suministro (5) aguas arriba del conducto de desviación (9), una segunda temperatura (TRET) del fluido de servicio en el conducto de retorno (6), y una tercera temperatura (TLIN) del fluido de servicio en el conducto de suministro (5) aguas abajo del conducto de desviación (9);

determinar una estimación de la carga térmica (PLE) del circuito de servicio (4) en función de dichas primera, segunda y tercera temperaturas (TDLV, TRET, TLIN);

determinar estados de funcionamiento (ST¡) y relaciones de carga parcial (PLR¡) a fijar para las máquinas frigoríficas (2) para permitir que las máquinas frigoríficas (2) proporcionen una capacidad de enfriamiento global que satisfaga la carga térmica estimada con un consumo mínimo de potencia eléctrica; y controlar el encendido y el funcionamiento de carga parcial de las máquinas frigoríficas (2) en función de los estados de funcionamiento (ST¡) respectivos y las relaciones de carga parcial (PLR¡).

2.- El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dichos estados de funcionamiento (ST¡) y dichas relaciones de carga parcial (PLR¡) a fijar para las máquinas frigoríficas (2) se determinan minimizando una función objetivo (OBJ) definida mediante una suma de al menos un primer y un segundo término, donde el primer término depende de una diferencia entre la carga térmica estimada (PLE) y una suma de las capacidades de enfriamiento (PC¡) proporcionadas por todas las máquinas frigoríficas (2), y el segundo término depende de una suma de las potencias eléctricas (PE¡) consumidas por todas las máquinas frigoríficas (2) a las capacidades de enfriamiento (PC¡) respectivas.

3.- El procedimiento según la reivindicación 2, en el que cada una de dichas capacidades de enfriamiento (PC¡) se define como el producto de una capacidad de enfriamiento máxima (PCmax¡) que puede proporcionarse por la máquina frigorífica (2) respectiva multiplicada por la relación de carga parcial (PLR¡) asociada a la máquina frigorífica (2), y cada una de dichas potencias eléctricas (PE¡) se define por el producto de una potencia eléctrica nominal máxima (PEmax¡) de la máquina frigorífica (2) respectiva multiplicada por una fracción de potencia eléctrica (Z¡) correspondiente a la relación de carga parcial (PLR¡) asociada a la máquina frigorífica (2).

4.- El procedimiento según la reivindicación 2 ó 3, en el que dicha función objetivo (OBJ) se minimiza mediante un algoritmo de optimización de múltiples fases que consiste en un algoritmo genético de múltiples fases, que actúa en individuos definidos por soluciones potenciales de estado de funcionamiento (ST¡) y de relación de carga parcial (PLR¡) y tiene un índice de adecuación de los individuos definido según la función objetivo (OBJ), o mediante un algoritmo de enjambre de partículas de múltiples fases que actúa en partículas definidas por soluciones potenciales de estado de funcionamiento (ST¡) y de relación de carga parcial (PLR¡) y tiene un índice de adecuación de las partículas definido según la función objetivo (OBJ).

5.- El procedimiento según la reivindicación 4, en el que la última fase de dicho algoritmo de optimización de múltiples fases actúa en un conjunto inicial de soluciones, que comprende primeras soluciones que implementan una estrategia de saturación de máquina para controlar las máquinas frigoríficas (2) y segundas soluciones que implementan una estrategia de saturación por etapas para controlar las máquinas frigoríficas (2).

6.- El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además:

determinar, para cada máquina frigorífica (2), un punto de ajuste de temperatura de suministro de máquina (TSET¡) respectivo en función de dicha carga térmica estimada (PLE), dicha primera temperatura (TDLV) y la relación de carga parcial (PLR¡) fijada para la máquina frigorífica (2);

controlándose dicho funcionamiento de carga parcial de las máquinas frigoríficas (2) en función de los puntos de ajuste de temperatura de suministro de máquina (TSET¡) respectivos.

7.- El procedimiento según la reivindicación 6, en el que determinar, para cada máquina frigorífica (2), un punto de ajuste de temperatura de suministro de máquina (TSET¡) respectivo comprende:

calcular un punto de ajuste intermedio (TSETM¡) en función de dicha carga térmica estimada (PLE), dicha primera temperatura (TDLV) y dicho valor de carga parcial (PLR¡) fijado;

calcular un error (ERR) en función de dicha tercera temperatura (TLIN) y de un punto de ajuste de temperatura de suministro de instalación prefijado;

determinar un factor de corrección (ATSET) en función de dicho error (ERR) mediante un control proporcional- integral-derivativo; y

calcular el punto de ajuste de temperatura de suministro de máquina (TSET¡) en función del punto de ajuste intermedio (TSETM¡) y el factor de corrección ((ATSET).

8 - Un sistema de control para controlar una pluralidad de máquinas frigoríficas (2) de un sistema de climatización (1) que comprende medios de convección (3) conectados a las máquinas frigoríficas (2) a través de un circuito de servicio (4), que presenta un conducto de suministro (5) dentro del cual un fluido de servicio fluye desde las máquinas frigoríficas (2) hasta los medios de convección (3), un conducto de retorno (6) dentro del cual un fluido de servicio fluye en sentido contrario y un conducto de desviación (9) que conecta un punto (5a) del conducto de suministro (5) y un punto (6a) del conducto de retorno (6); estando caracterizado el sistema de control (11) porque comprende: medios de detección de temperatura (12-14) dispuestos a lo largo del circuito de servicio (4) para medir una primera temperatura (TDLV) del fluido de servicio en el conducto de suministro (5) aguas arriba del conducto de desviación (9), una segunda temperatura (TRET) del fluido de servicio en el conducto de retomo (6) y una tercera temperatura (TLIN) del fluido de servicio en el conducto de suministro (5) aguas abajo del conducto de desviación (9); medios de supervisión (15) configurados para implementar un módulo de estimación de carga (16) para proporcionar una estimación de la carga térmica (PLE) del circuito de servicio (4) en función de dichas primera, segunda y tercera temperaturas (TDLV, TRET, TLIN) y un módulo de optimización (17) para determinar estados de funcionamiento (ST¡) y relaciones de carga parcial (PLR¡) a fijar para las máquinas frigoríficas (2) para permitir que las máquinas frigoríficas (2) proporcionen una capacidad de enfriamiento global que satisfaga la carga térmica estimada (PLE) con un consumo mínimo de potencia eléctrica; y medios de control (19) para controlar el encendido y el funcionamiento de carga parcial de las máquinas frigoríficas (2) en función de los estados de funcionamiento (ST¡) respectivos y las relaciones de carga parcial (PLRj).

9 - El sistema de control según la reivindicación 8, en el que dicho módulo de optimización (17) es adecuado para determinar dichos estados de funcionamiento (ST¡) y dichas relaciones de carga parcial (PLR¡) minimizando una función objetivo (OBJ) definida como la suma de términos que dependen de una suma de las capacidades de enfriamiento (PC¡) proporcionadas por todas las máquinas frigoríficas (2), de dicha carga térmica estimada (PLE) y de una suma de las potencias eléctricas (PE¡) consumidas por todas las máquinas frigoríficas (2) a las capacidades de enfriamiento (PC¡) respectivas.

- El sistema de control según la reivindicación 9, en el que dicho módulo de optimización (17) implementa un algoritmo de optimización de múltiples fases que consiste en un algoritmo genético de múltiples fases, que actúa en individuos definidos por soluciones potenciales de estado de funcionamiento (ST¡) y de relación de carga parcial (PLR¡) y tiene un índice de adecuación de los individuos definido según dicha función objetivo (OBJ) que va a minimizarse, o mediante un algoritmo de enjambre de partículas de múltiples fases que actúa en partículas definidas por soluciones potenciales de estado de funcionamiento (ST¡) y de relación de carga parcial (PLR¡) y tiene un índice de adecuación de las partículas definido según la función objetivo (OBJ).

11.- El sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que dichos medios de supervisión (15) están configurados para implementar un módulo de cálculo (18) adecuado para determinar, para cada máquina frigorífica (2), un punto de ajuste de temperatura de suministro de máquina (TSET¡) respectivo en función de dicha carga térmica estimada (PLE), dicha primera temperatura (TDLV) y la relación de carga parcial (PLR¡) fijada para la máquina frigorífica

(2) ; estando configurados dichos medios de control (19) para controlar el funcionamiento de carga parcial de las máquinas frigoríficas (2) en función de los puntos de ajuste de temperatura de suministro de máquina (TSET¡) respectivos.

12.- El sistema de control según la reivindicación 11, en el que dichos medios de control (19) comprenden una pluralidad de controladores locales (20), cada uno de los cuales está conectado a una máquina frigorífica (2) respectiva para controlar el funcionamiento de carga parcial de dicha máquina frigorífica (2) en función del punto de ajuste de temperatura de suministro de máquina (TSET¡) respectivo.

13.- El sistema de control según la reivindicación 11 ó 12, en el que dicho módulo de cálculo (18) comprende un módulo de control proporcional-integral-derivativo (23) para determinar un factor de corrección (ATSET) en función de un error (ERR), que se calcula en función de dicha tercera temperatura (TLIN) y de un punto de ajuste de temperatura de suministro de instalación prefijado (TSETP); estando configurado el módulo de cálculo (18) para determinar cada dicho punto de ajuste de temperatura de suministro de máquina (TSET¡) en función del factor de corrección (ATSET).

14.- Una instalación de climatización que comprende: una pluralidad de máquinas frigoríficas (2); medios de convección

(3) conectados a las máquinas frigoríficas (2) a través de un circuito de servicio (4), que presenta un conducto de suministro (5) dentro del cual un fluido de servicio fluye desde las máquinas frigoríficas (2) hasta los medios de convección (3), un conducto de retorno (6) dentro del cual el fluido de servicio fluye en sentido contrario y un conducto de desviación (9) que conecta un punto (5a) del conducto de suministro (5) y un punto (6a) del conducto de retorno (6); y un sistema de control (11) para controlar las máquinas frigoríficas (2); estando caracterizada la instalación de climatización (1) porque el sistema de control (11) es del tipo dado a conocer en una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13.