Měření teplot ve vrtech pro tepelná čerpadla

Václav Kubíček

Master's thesis

Temperature Measurement in Borehole Heat Exchangers

Abstract:

Diplomová práce se zabývá sestavením měřicího a řídicího (monitorovacího) systému pro podzemní zásobník tepla, jeho naprogramováním a uvedením do provozu. Nejprve byl proveden rozbor současného měření teplot v geotermálních výměnících pro tepelná čerpadla a na základě získaných zkušeností byl vytvořen monitorovací systém pro budovaný zásobník. Podzemní zásobník tepla je vytvořen šestnácti energetickými vrty pro vytápění zemské kůry a pěti monitorovacími vrty pro sledování tepelného profilu. Naměřená data jsou odesílána a ukládána na server umístěný v areálu Vysoké školy báňské a budou dále využívána pro další zpracování a vyhodnocování. Podzemní zásobník je provozován ve dvou režimech – režim nabíjení a režim vybíjení. v režimu nabíjení je zásobník vytápěn přebytečným teplem z plynové kogenerační jednotky a naopak v režimu vybíjení je ochlazován chladicím okruhem. Úkolem monitorovacího systému je měření teplot v monitorovacích vrtech v požadovaných hloubkách, měření uloženého a odebraného tepla ze zásobníku a jednoduché řízení systému nabíjení a vybíjení. Pro monitorování a řízení byl vybrán programovatelný logický automat B&R X20 od firmy Bernecker&Rainer. K tomuto automatu jsou připojeny dva druhy teplotních čidel. Pro měření teplot v systému a na vstupech a výstupech vytápěných vrtů jsou použita odporová teplotní čidla PT1000. Pro měření v monitorovacích vrtech jsou použita digitální čidla DALAS komunikující po sběrnici 1 Wire. Měření uložené a odebrané energie se provádí kalorimetrem CALOR 40. Pro komunikaci automatu s kalorimetrem byl vybrán komunikační protokol M-Bus provozovaný na lince RS485. Předmětem řízení tohoto systému je průtok, teplota media vracejícího se do kogenerační jednotky a ovládání čerpadel a ventilátorů. V současné době je systém v záběhu a testování. Systém je poměrně rozsáhlý a navazuje na jiné systémy, nebylo tedy možné provést jednorázové testování.

Abstract:

The task of this diploma thesis was to assemble a measuring and control (monitoring) system for an underground heat accumulator, create a control program for it and put it into operation. First, an analysis of presently used methods of measuring temperature in geothermal exchangers for heat pumps was carried out and based on data obtained a monitoring system for the currently constructed accumulator was designed. The heat accumulator is formed by 16 energetic boreholes for heating the Earth’s crust and 5 monitoring boreholes for observing the thermal profile. The measured data are sent to and stored at a server located at VŠB. The data will be used for further processing and evaluation. The underground heat accumulator will operate in two modes – charging mode and discharging mode. During the charging mode the accumulator is heated by the redundant heat from the gas cogeneration unit. On the other hand, during the discharging mode it is cooled by the cooling circuit. The tasks of the monitoring system are: measurement of temperatures in the monitoring boreholes at the specified depths, measurement of the heat stored at and taken from the accumulator and a simple control system for charging and discharging. A programmable logic controller B&R X20 was chosen for monitoring and control of the flow rate, the temperature of the medium returning to the cogeneration unit and manipulation with the pumps and ventilators. Two different types of heat sensors are connected to the controller. Resistance temperature sensors PT1000 are used for measuring the temperatures in the system and on the inputs and outputs of the heated boreholes. Digital sensors DALAS communicating over the 1-Wire bus are used for measuring in monitoring boreholes. Calorimeter CALOR 40 was chosen to measure the amount of stored and taken energy. Communication between the controller and the calorimeter is carried out according to the M-Bus protocol on the RS485 line. The system is being tested under normal operation at the moment. Due to the fact that it is quite extensive and is linked to other systems, it was not possible to carry out a single one-time testing.

Keywords

Programovatelný logický automat, Měření, Regulace

Keywords

Programmable Logic Controller, Measurement, Control

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 5. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 30. 5. 2012
• Supervisor: Jiří Koziorek
• Reader: Zdeněk Rozehnal

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Master programme / field:
Elektrotechnika / Měřicí a řídicí technika