Miernik COP dla pomp ciepła, ciepłomierz

Współczynnik sprawności pompy ciepła COP (ang. Coefficient Of Performance) jest najważniejszym parametrem opisującym pompę ciepła. Podawany w katalogach, materiałach marketingowych itd.
Problem jest jednak taki, że pompy ciepła z reguły go nie mierzą bo jego rzeczywista wartość znacznie odbiega od katalogu, czasami z przyczyn naturalnych (punkt pracy) a czasami z błędów samego urządzenia czy instalacji.
Pomiar COP z definicji jest prosty. Wystarczy ciepłomierz i miernik mocy. Odczytać oba urządzenia i podzielić moc cieplną przez moc elektryczną. Problemem jest ciepłomierz, którego cena znacznie przekracza 1000zł. Do tego pomiar mocy elektrycznej z jakimś interfejsem (np. MODBUS), potem część elektroniczna i mamy spory koszt.
Jak na razie nie spotkałem gotowych urządzeń do pomiaru COP, nawet w cenie do 2000zł.

W sam miernik COP to proste urządzenie, potrzebny jest pomiar: przepływu, dwóch temperatur i mocy elektrycznej. W mojej konstrukcji do pomiaru przepływu wykorzystałem tanie przepływomierze (chińskie a jakże) cena ok 80zł. Do tego licznik energii elektrycznej jako miernik mocy, taki z wyjściem 1000imp/kWh (150zł) no i dwa DS18B20.






Całość bazuje na programie napisanym dla mikrokontrolera LPC1778. Program mierzy okres impulsów z przepływomierza i licznika energii oraz temperatury. Potem wszystko przelicza. Samo urządzenie nie posiada wyświetlacza, wszystko czytamy przez serwer www umieszczony w samym urządzeniu.

Podstawowe cechy urządzenia:
* pomiar i odczyt: przepływu objętościowego i masowego, pomiar mocy cieplnej, pomiar mocy elektrycznej, pomiar do 6 temperatur
* obliczanie i odczyt COP
* 2 liczniki ciepła i energii elektrycznej, jeden “ulotny” i jeden podtrzymywany baterią (na cały sezon)
* rozbudowane ustawienia i opcje dla dostosowania do różnego sprzętu i czynnika w instalacji CO (często to nie jest sama woda)



Po zainstalowaniu urządzenia, w moim przypadku wyniki były bardzo zbieżne z teoretycznymi szacunkami. Urządzenie pozwoliło też sprawdzić wpływ ustawień instalacji na współczynnik COP. Osobiście uważam, że pomiar energii cieplnej dostarczanej do budynku powinien być w każdym domu. Nawet z kotłem gazowym czy na paliwo stałe, bo tylko tak można się przekonać czy nie “puszczamy pieniędzy z dymem”. Porównanie ciepła oddanego do domu z kaloriami spalonego węgla pokaże doskonale czy to czym palimy jak palimy ma sens!
Elektronika mojego urządzenia to koszt ok 150zł.

Fajne!

Jestem zainteresowany urządzeniem będą może modele na sprzedaż? Jaka cena?

Piękna konstrukcja. Czy to projekt zrobiony również w celach komercyjnych?

"cała" strona www jest napisana w kodzie dla LPC? Takie strony piszę się podobnie jak klasyczne strony, kodem html etc?
150zł wydaje się bardzo tanio jak za to co prezentujesz. profesjonalne płytki, moduł z prockiem, obudowa, przepływomierz... Płytki też z chin?

michcior napisał:

Nawet z kotłem gazowym czy na paliwo stałe, bo tylko tak można się przekonać czy nie “puszczamy pieniędzy z dymem”. Porównanie ciepła oddanego do domu z kaloriami spalonego węgla pokaże doskonale czy to czym palimy jak palimy ma sens!

A konkretnie jak ?
przewływomierz spalin + czujnik temperatury ?

@p.obelix
To nie jest projekt komercyjny. Ale mam jeszcze parę płytek z tej serii i parę części. Mogę odstąpić po kosztach. Jeśli jesteś zainteresowany, proszę o PW. Gdyby ktoś chciał zbudować od początku czy może go rozbudować, również udostępnię wszystko tylko musimy się porozumieć. Publikowanie wszystkiego nie ma najmniejszego sensu, tylko Chińczycy i ruskie pobierają.

@Karol966
Jw. robię sporo prototypów, tak więc płytki jak najbardziej z PRC. Bez transportu to wychodzi 4-7 zł za płytkę.
Wycena na podstawie TME/RS/Elektropark dla małych ilości. Nie ma tam znowu tak wiele części.

Jeśli chodzi o działanie www to jest to po prostu serwer, może nie ma systemu plików ale serwuje stronę i ma proste CGI, przez które można się komunikować. Dane są przesyłane do strony poprzez AJAX, i jest to JSON z nagłówkiem umożliwiającym pobranie z innej domeny. Tak więc jak ktoś ma domowy serwer www do innych celów to może napisać własną szatę graficzną czy zbierać wykresy.

@bogiebog

bogiebog napisał:

przewływomierz spalin + czujnik temperatury ?

Nie, powinno się mierzyć ile ciepła pobiera budynek. Czyli ciepłomierz na instalacji CO+CWU. Ciepło pobrane będzie skorelowane z energią cieplną zużytego opału. Różnica to straty. Znam przypadki, gdzie dobry opał plus wyczyszczony kocioł i sporo godzin spędzonych w kotłowni obniżyły zużycie węgla do 50%!

michcior napisał:

Nie, powinno się mierzyć ile ciepła pobiera budynek. Czyli ciepłomierz na instalacji CO+CWU.

Mam na myśli kominek, z płaszczem powietrzym.

Kelwiny to nie stopnie tylko jednostki
Niby drobiazg, ale razi w oczy.

Qujav napisał:

Kelwiny to nie stopnie tylko jednostki
Niby drobiazg, ale razi w oczy.

Nie bardziej, niż "ZAŚ."
Ale ogólnie bardzo fajny projekcik, oby więcej takich na Elektrodzie. Swoją drogą tęsknię do czasów sprzed >10lat, kiedy takie tematy sypały się po kilka na dzień, a teraz raz na dwa miesiące jak coś fajnego wpadnie to jest święto... Co się stało z tą młodzieżą, że mało komu coś się jeszcze chce? Jak żyć?

Impresive !

Zwrócił bym uwagę na konieczność parowania czujników DS18b20 - wszak domyślenie dokładność +/- 0,5 degC - więc w najgorszym przypadku mamy na starcie rozbieżność 1 degC.
W przypadku energooszczędnych budynków nie jestem pewien czy różnica temperatur wejście/wyjście nie będzie mniejsza - szczególnie przy sprawnym obiegu z pompą.
W takim przypadku im większa rozbieżność wskazań pomiędzy czujnikami tym większe powoduje błędy.
IMHO Na to w szczególności należało by uważać.

__Maciek__ napisał:

Zwrócił bym uwagę na konieczność parowania czujników DS18b20 - wszak domyślenie dokładność +/- 0,5 degC

Nic bardziej mylnego. Brałem to pod uwagę, więc wrzuciłem 20 sztuk to szklanki z wodą, po kilkudziesięciu minutach wszystkie wskazywały tę samą temperaturę +/- 0.1degC!

michcior napisał:

Nie, powinno się mierzyć ile ciepła pobiera budynek. Czyli ciepłomierz na instalacji CO+CWU. Ciepło pobrane będzie skorelowane z energią cieplną zużytego opału. Różnica to straty. Znam przypadki, gdzie dobry opał plus wyczyszczony kocioł i sporo godzin spędzonych w kotłowni obniżyły zużycie węgla do 50%!

Może to ma jakiś sens w nowych instalacjach gonionych pompkami na CO
Dość dużo jest jednak wciąż instalacji pracujących na najprostszej grawitacji - tam taki układ zwyczajnie nie ma sensu. Chociażby z najprostszego ekonomicznego względu.

Konstrukcja super, według mojej oceny - bardzo profesjonalna. Brakuje mi jedynie rejestratora wskazań. Ale to nie jest w zasadzie konieczne do podstawowego działania.

Jednakże przyczepiłbym się do nazewnictwa temperatur:

Temperatura wysoka = Temperatura zasilania
Temperatura niska = Temperatura powrotu

Dlatego, że to odrazu kojarzy się z terminologią: wysoki parametr, niski parametr stosowaną w ciepłownictwie.

A samo określenie temperatura wysoka/niska niewiele mówi.

Dodano po 2 [minuty]:

Ponadto miałbym uwagi co do przepływomierza - czy on naprawdę wytrzyma 2MPa? Ale wiadomo, Chińczyk napisze co tylko będziesz chciał.

W obiegu pomp ciepła ciśnienie jest dużo niższe.

Qujav napisał:

Kelwiny to nie stopnie tylko jednostki

Bezsensowne jest w ogóle użycie Kelwina.
Co będzie gdy (teoretycznie oczywiście) Twoja "temperatura niska", będzie większa od "temperatura wysoka"?

Temperatura zasilania 30°C, powrotu 32°C(teoretycznie możliwe) i co zrobisz wtedy?

Freddy napisał:

Qujav napisał:

Kelwiny to nie stopnie tylko jednostki

Temperatura zasilania 30°C, powrotu 32°C(teoretycznie możliwe) i co zrobisz wtedy?

ΔK



A tak poważnie, dopóki 1K = 1°C to nie ma problemu. Raczej użytkownik skojarzy o co chodzi. Konstrukcja bardzo ciekawa, chociaż czy serwer WWW jest odpowiednim rozwiązaniem do tego celu? Wydaje mi się, że nie. Zakładam, że takie podejście podyktowane jest chęcią podglądu na różnych urządzeniach przez przeglądarkę, ale czy nie właściwszym byłby prosty wyświetlacz lub interfejs USB przekazujący np. dane macierzowe dla sporządzenia wykresu? W końcu do takiego urządzenia nie zagląda się codziennie a co najwyżej kilka razy w roku.

A tak w ogóle to jeszcze ciekawszym rozwiązaniem było by zapisywać wszystko na karcie microSD zbierając dane przez nieograniczony w zasadzie okres czasu. Odpada wtedy bardzo dużo kodowania, a użyteczność diagnostyczna urządzenia wzrasta kilka razy.

Qujav napisał:

ale czy nie właściwszym byłby prosty wyświetlacz lub interfejs USB przekazujący

Zdecydowanie nie. USB to archaizm w takim kontekście, teraz wszytko idzie do sieci, chmury internetu. Niby jak taki USB miałby działać? Jakaś własna klasa, zabawa z drajwerami dla każdego systemu, oprogramowanie? A może jakaś klasa generyczna np. HID - też trzeba oprogramowanie. Mass Storage udostępnia pliki z danymi i co dalej? Plik tekstowy, czy jakiś program specjalny do prezentacji, czy może Excell?
A wyświetlacz to sam napisałeś że zagląda się rzadko. Jak chcemy się poprzyglądać przy pompie, bierzemy komórkę.
Karta SD to w sumie dobry pomysł, jako rejestrator. A poza tym sieć to jedyne rozsądne podejście. Serwer www a tak na prawdę HTTP udostępnia dane w formacie JSON, można czytać przeglądarką, można łatwo odczytać w każdym oprogramowaniu, można udostępniać na zewnątrz i dane zbierać w chmurze, zewnętrznej bazie danych.

Tak sieć to jedyne rozsądne rozwiązanie... najlepiej jak jest spięte z internetem... każdy będzie mógł pogmerać . Pół biedy jak urządzenie może jedynie pokazywać jakieś dane gorzej kiedy można w ten sposób czymś sterować. IoT to może i fajny pomysł, ale nie w takim wykonaniu jak to jest obecnie - wszystko jest w sieci tylko o zabezpieczeniach nikt nie pamięta.

RaStro napisał:

IoT to może i fajny pomysł, ale nie w takim wykonaniu jak to jest obecnie - wszystko jest w sieci tylko o zabezpieczeniach nikt nie pamięta.

Traktuję to jako osobistą "zniewagę" (żart oczywiście)

Takie uogólnione uwagi typy "wszystko to g. " raczej nie do mnie i nie do ogromnej liczby osób które traktują sprawy bezpieczeństwa bardzo serio.

Ponieważ masz już takie urządzenie to proponuje abyś założył wątek i pokazał nam swoje wyliczenia dla Twojej instalacji. A może udałoby się zrobić jeszcze jeden taki model (przechodni) aby odpłatnie udostępnić do testów innych instalacji.

Trochę późno trafiłem na ten wątek. Szkoda. Może jednak autor się wypowie.
Mam pytania:
1. Jaką dokładność ma przepływomierz i czy była weryfikowana choćby nalewaniem wody do wiadra?
2. Gdzie dokładnie jest umiejscowiony przepływomierz, a gdzie sondy temperatury?
3. Jak są zabudowane DS'y. Chodzi o stałe czasowe pomiaru temperatury.
4. Czy algorytm obliczeniowy uwzględnia zmiany gęstości wody w funkcji temperatury?
5. Czy operujesz na mocach czy może tylko na energiach? To ostatnie było by dokładniejsze, choć nie zapewnia chwilowego COP.

ad 1) Tak, przez wodomierz i ciepłomierz, wyszło nam że nie 27 tylko 26.5748 impulsów na litr.
ad 2) Przepływomierz na powrocie do pompy, a sondy powinny mierzyć temperaturę cieczy na wyjściu i wejściu z PC. Tam gdzie pracuje pierwszy prototyp są nurniki. Z praktyki przypięcie do rury z pastą i izolację neoprenem też jest w miarę dobre.
ad 3) To nie jest pomiar real-time, nie tylko ze względu na zwłokę termometrów czy odczytu energii i przepływu. W takim układzie "stany przejściowe" są długie i nie ma sensu żyłować. Zresztą, urządzenie grzeje od godziny do kilku, w czasie grzania temperatury zmieniają się bardzo powoli więc reakcja kilkusekundowa jest do zaakceptowania.
ad 4) Nie, kiedyś robiłem taki system gdzie to uwzględniałem i stwierdziłem że nie warto się męczyć. Głównie dlatego, że w instalacjach często nie jest woda tylko mieszanka z glikolem i to wymagało by precyzyjnej znajomości cieczy i jej zmian gęstości, wpisania tego w system. Zmiany nie są liniowe. A strata dokładności niewielka. Różnica średnich temperatur w instalacji z PC to ok 10 stopni.
ad 5) Na mocach.

Właśnie skończyłem drugą wersję, która mierzy dwie moce cieplne. Można wydzielić CO i CWU. Ma też modbus.