Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Jag börjar här en ny tråd om ett projekt som jag grubblat på den senaste tiden. Nu efter sommaren är det tid att komma till skott, tidsramen är till början av nästa sommar.
I början av sommaren 2020 tog vi i bruk ett nytt vattenreningssystem som förser oss med färskvatten ute vid sommarstugan i skärgården. Reningen baserar sig på omvänd osmos.
Det förser fem [sommarstug-]hushåll med hushållsvatten och dessutom den gemensamma bastun med tvättvatten.
Systemet är inte ett ”färdigt” system, men nog på platsen sammansatt av ett antal standardkomponenter. Det drivs helt av energi från ett antal solpaneler, eftersom nätström inte finns där ute.
När jag räknade på systemet blev det rätt snabbt klart, att det finns en hel del kunniga mänskor. Det finns folk som är väl insatta i osmosreningen, det finns VVS:are som vet allt om pumpar och flöden och det finns kunniga på solpaneler, laddare och batterier o.s.v. Det som det inte gick att få tag på var någon som på förhand kunde räkna ut hur man passar ihop helheten, hur de olika delarna skall dimensioneras och hur man får systemet att fungera optimalt i praktiken. Där fick man nog göra allt själv.
Dessutom behövde systemet ett skräddarsytt styrsystem så, att användningen skulle vara möjligast enkel för var och en. Den mycket varierande användarskaran sträcker sig nämligen från barn och barnbarn i lågstadieåldern, till åldermän på det 9:onde decenniet. Inte en chans att alla skulle kunna skolas!
Utgående från en på diverse uppskattningar och många lösa antaganden baserad kravspecifikation blev systemet byggt och har nog i stort sett fungerat som planerat och räknat. (Styrsystemet blev uppbyggt runt en Arduino Uno).
Dock har det under åren dykt upp en del tilläggsfaktorer, vilka krävt justeringar och ändringar. Tilläggsfaktorerna omfattar både användareDelvis i själva vattenhanterinsgsprocessen, men främst ändringar vilka påverkat styrelektroniken och hurudana sensorer som behövs. Förändringarna har resulterat i att styrelektroniken idag ser ut som ett råttbo med flere sandwich-kort och en hel drös hoppkablar, nya provisoriska anslutningar, mm.
Nu är det dags att uppdatera styrsystemet. Det är dettta som tråden skall handla om.
Innan jag går vidare till att beskriva systemet närmare så vill jag bara säga, att jag hoppas att läsare frågar, kommenterar, ifrågasätter, tipsar, delar med sig av eventuella egna erfarenheter, mm. mm. Det är svårt att berätt allt sär spontant, så fråga gärna, så berättar jag nog.
Kort beskrivet består systemet av en vattenhanteringsdel, en solenergidel och en styrenhet.
Vattenhanteringsdelen består av:
- Havsvattenintag med bakslagsventil
- Grovfilter
- Insugspump
- Partikelfilter (x3)
- Tryckexpansionstank
- Reninsgssystem för omvänd osmos med dubbla kolfilter, en högtryckspump och dubbla osmosfilter.
- 200 L färskvattentank
- Distributionspump
- Kolfilter och mineraliseringsfilter
- Tappningskranar
Här även ett rörkopplingsschema:
Solenergidelen - Solpaneler 4x 265W => 1060W
- Regulator 45A
- Batterier (2x 210 Ah kopplade i serie för 24V)
- Inverter 1000W ren sinusvåg
Styrenheten - Arduino Uno med en del kringelektronik, reläer, mm.
Inuti är idag ett råttbo: Användarinterfacet är tre tryckknappar: Grön för att starta distributionspumpen och tappa vatten, Blå för att starta vattenreningen och Röd för att sätta systemet i Standby. Systemet är byggt inne i två strandbodar. Vattenhanteringen i den främre till höger, eldelen med solpaneler i den större, bakre. Havsvattenintaget är under bryggan för att vara skyddat också mot solljus (=> mindre växtlighet).
Från reningsverket går ett direkt rör till bastun ca 30 m ifrån. Hushållen hämtar sitt vatten från en kran mellan de små bodarna.
I nästa inlägg skall jag beskriva vad jag är ute efter med optimeringen och vilka nya sensorer som skall komma till för att möjliggöra optimeringen.
I början av sommaren 2020 tog vi i bruk ett nytt vattenreningssystem som förser oss med färskvatten ute vid sommarstugan i skärgården. Reningen baserar sig på omvänd osmos.
Det förser fem [sommarstug-]hushåll med hushållsvatten och dessutom den gemensamma bastun med tvättvatten.
Systemet är inte ett ”färdigt” system, men nog på platsen sammansatt av ett antal standardkomponenter. Det drivs helt av energi från ett antal solpaneler, eftersom nätström inte finns där ute.
När jag räknade på systemet blev det rätt snabbt klart, att det finns en hel del kunniga mänskor. Det finns folk som är väl insatta i osmosreningen, det finns VVS:are som vet allt om pumpar och flöden och det finns kunniga på solpaneler, laddare och batterier o.s.v. Det som det inte gick att få tag på var någon som på förhand kunde räkna ut hur man passar ihop helheten, hur de olika delarna skall dimensioneras och hur man får systemet att fungera optimalt i praktiken. Där fick man nog göra allt själv.
Dessutom behövde systemet ett skräddarsytt styrsystem så, att användningen skulle vara möjligast enkel för var och en. Den mycket varierande användarskaran sträcker sig nämligen från barn och barnbarn i lågstadieåldern, till åldermän på det 9:onde decenniet. Inte en chans att alla skulle kunna skolas!
Utgående från en på diverse uppskattningar och många lösa antaganden baserad kravspecifikation blev systemet byggt och har nog i stort sett fungerat som planerat och räknat. (Styrsystemet blev uppbyggt runt en Arduino Uno).
Dock har det under åren dykt upp en del tilläggsfaktorer, vilka krävt justeringar och ändringar. Tilläggsfaktorerna omfattar både användareDelvis i själva vattenhanterinsgsprocessen, men främst ändringar vilka påverkat styrelektroniken och hurudana sensorer som behövs. Förändringarna har resulterat i att styrelektroniken idag ser ut som ett råttbo med flere sandwich-kort och en hel drös hoppkablar, nya provisoriska anslutningar, mm.
Nu är det dags att uppdatera styrsystemet. Det är dettta som tråden skall handla om.
Innan jag går vidare till att beskriva systemet närmare så vill jag bara säga, att jag hoppas att läsare frågar, kommenterar, ifrågasätter, tipsar, delar med sig av eventuella egna erfarenheter, mm. mm. Det är svårt att berätt allt sär spontant, så fråga gärna, så berättar jag nog.
Kort beskrivet består systemet av en vattenhanteringsdel, en solenergidel och en styrenhet.
Vattenhanteringsdelen består av:
- Havsvattenintag med bakslagsventil
- Grovfilter
- Insugspump
- Partikelfilter (x3)
- Tryckexpansionstank
- Reninsgssystem för omvänd osmos med dubbla kolfilter, en högtryckspump och dubbla osmosfilter.
- 200 L färskvattentank
- Distributionspump
- Kolfilter och mineraliseringsfilter
- Tappningskranar
Här även ett rörkopplingsschema:
Solenergidelen - Solpaneler 4x 265W => 1060W
- Regulator 45A
- Batterier (2x 210 Ah kopplade i serie för 24V)
- Inverter 1000W ren sinusvåg
Styrenheten - Arduino Uno med en del kringelektronik, reläer, mm.
Inuti är idag ett råttbo: Användarinterfacet är tre tryckknappar: Grön för att starta distributionspumpen och tappa vatten, Blå för att starta vattenreningen och Röd för att sätta systemet i Standby. Systemet är byggt inne i två strandbodar. Vattenhanteringen i den främre till höger, eldelen med solpaneler i den större, bakre. Havsvattenintaget är under bryggan för att vara skyddat också mot solljus (=> mindre växtlighet).
Från reningsverket går ett direkt rör till bastun ca 30 m ifrån. Hushållen hämtar sitt vatten från en kran mellan de små bodarna.
I nästa inlägg skall jag beskriva vad jag är ute efter med optimeringen och vilka nya sensorer som skall komma till för att möjliggöra optimeringen.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Ser fram emot denna tråd, intressant projekt!
Ett par detaljer/funderingar direkt nu:
Sitter det en säkring nära batterierna? Kanske inte kom med på bild.
Egentligen bör man kanske vara mer noga med isolationsavstånd mellan klenspänning och starkström i styrburken.
Hur är jordning/åskskydd löst? Jordtag i vattnet eller i marken på land, eller bara använder vattenintaget som det är som ledare?
Ett par detaljer/funderingar direkt nu:
Sitter det en säkring nära batterierna? Kanske inte kom med på bild.
Egentligen bör man kanske vara mer noga med isolationsavstånd mellan klenspänning och starkström i styrburken.
Hur är jordning/åskskydd löst? Jordtag i vattnet eller i marken på land, eller bara använder vattenintaget som det är som ledare?
- MadModder
- Co Admin
- Inlägg: 31120
- Blev medlem: 6 september 2003, 13:32:07
- Ort: MadLand (Enköping)
- Kontakt:
Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Hur snabb är distributionspumpen på att hålla trycket när man öppnar en dricksvattenkran?
Spontant vill jag ha en trycktank precis som en hydrofor, men man kanske inte märker att det är tanklöst med nya fina pumpar.
Kranen på väggen där spelar det ju ingen roll för. Tänkte på borta i bastun.
Gillar de stora arkadspelslika knapparna.
Spontant vill jag ha en trycktank precis som en hydrofor, men man kanske inte märker att det är tanklöst med nya fina pumpar.

Kranen på väggen där spelar det ju ingen roll för. Tänkte på borta i bastun.
Gillar de stora arkadspelslika knapparna.

Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
MiaM: De stora säkringarna på 20A, 50A och 70A (solpanel till regulator, regulator till batteri, resp. batteri till förbrukning) finns inne i den triangelformade boxen med huvudströmbrytarna (bild Solenergidelen). De är säkrade i skyddshöljen.
För styrelektroniken räcker en liten 1A...
På 230 VAC -sidan (förbrukningen efter invertern) har varje förbrukarapparat (sugpump, rening, resp. distr.pump) en egen säkring i elektronikboxen.
Det du säger om isolationsavståndet är precis riktigt! Med tiden bara blev det trångt. Det är en av orsakerna till att jag vill ändra och optimera. Jag har för avsikt att byta ut de stora (breda) Finder-reläna till en betydligt smalare variant och på så sätt få rum med en isolerande mellanvägg. Ev. också en tredje box, ifall det fortfarande skulle bli trångt.
Jag har litet undrat om det finns behov/orsak till jordfelsbrytare också(?) Fn finns det inte.
Jordkabeln går under bodarna ner i havet, men ingen skild åskledare.
MadModder: Pumpen startar mycket mjukt och håller trycket "i ett kick". Inga problem, faktiskt. Den är en Grundfos Scala 2 med inbyggd elektronik och är tänkt att köras utan trycktank.
Jag försökte först köra med en inverter typ billigare, dvs en som gör trappstegsformad sinus, men det tyckte Grundfosens elektronik inte alls om. Kontrolljusen på pumpen blinkade och fladdrade
helt meningslöst och ingenting försökte ens hända. Den var alltså orsaken till att jag bytte till en [betydligt dyrare] inverter som gör ren sinus.
Lyckligtvis tog pumpen ändå inte någon skada.
För styrelektroniken räcker en liten 1A...
På 230 VAC -sidan (förbrukningen efter invertern) har varje förbrukarapparat (sugpump, rening, resp. distr.pump) en egen säkring i elektronikboxen.
Det du säger om isolationsavståndet är precis riktigt! Med tiden bara blev det trångt. Det är en av orsakerna till att jag vill ändra och optimera. Jag har för avsikt att byta ut de stora (breda) Finder-reläna till en betydligt smalare variant och på så sätt få rum med en isolerande mellanvägg. Ev. också en tredje box, ifall det fortfarande skulle bli trångt.
Jag har litet undrat om det finns behov/orsak till jordfelsbrytare också(?) Fn finns det inte.
Jordkabeln går under bodarna ner i havet, men ingen skild åskledare.
MadModder: Pumpen startar mycket mjukt och håller trycket "i ett kick". Inga problem, faktiskt. Den är en Grundfos Scala 2 med inbyggd elektronik och är tänkt att köras utan trycktank.
Jag försökte först köra med en inverter typ billigare, dvs en som gör trappstegsformad sinus, men det tyckte Grundfosens elektronik inte alls om. Kontrolljusen på pumpen blinkade och fladdrade
helt meningslöst och ingenting försökte ens hända. Den var alltså orsaken till att jag bytte till en [betydligt dyrare] inverter som gör ren sinus.
Lyckligtvis tog pumpen ändå inte någon skada.
Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Jag är kanske överdrivet rädd för att kortsluta batterier, men jag tänker på kablage från batterier till box med säkringar osv, och att det kanske vore bra med en riktigt stark säkring direkt vid batterierna (kanske på kabeln mellan de två batterierna).
Budgettips för klenspänningskablar: Julgransbelysning av halvgammal nätdriven seriekopplad typ har dubbelisolerad enkelledare, och är därför nog rätt lämplig för klenspänning som dras blandat med starkström i samma kapsling. Det finns garanterat "bättre" kablar, men denna typ av julgransbelysning som hade ett antal lampor i serie kan/kunde man hitta i elektronikåtervinning eller på loppisar, eller i folks låda med saker de inte riktigt mäktat med att kasta fast det är skrot
Förresten, hur gör ni med vinter? Är solanläggningen igång för att underhållsladda batterierna, men vattnet rimligtvis helt tömt?
Budgettips för klenspänningskablar: Julgransbelysning av halvgammal nätdriven seriekopplad typ har dubbelisolerad enkelledare, och är därför nog rätt lämplig för klenspänning som dras blandat med starkström i samma kapsling. Det finns garanterat "bättre" kablar, men denna typ av julgransbelysning som hade ett antal lampor i serie kan/kunde man hitta i elektronikåtervinning eller på loppisar, eller i folks låda med saker de inte riktigt mäktat med att kasta fast det är skrot

Förresten, hur gör ni med vinter? Är solanläggningen igång för att underhållsladda batterierna, men vattnet rimligtvis helt tömt?
-
- Tidigare PP3DP_SE
- Inlägg: 283
- Blev medlem: 18 mars 2012, 11:50:08
- Ort: Södermanland
Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Snyggt, skall följas
Lite OT, är ni nöjda med Scala'n, tänkt att byta tlll den i nya huset
Tar gärna input
Lite OT, är ni nöjda med Scala'n, tänkt att byta tlll den i nya huset
Tar gärna input
Senast redigerad av PatrickOhlson 19 september 2024, 21:41:27, redigerad totalt 1 gång.
Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Mia: I stugan har jag ett nästan identiskt elsystem med två 210 Ah batterier i serie. Där har jag säkring både mellan batterierna och på pluspolen direkt efter.
Jag har inte tyckt att det behövs här, säkringarna är rätt nära och kablarna är dubbelisolerade.
MEN, ifall det blir kortslutning före säkringen, så kan de där batterierna nog skapa en ganska präktig ljusbåge. Eftersom jag nu ändå uppgraderar, så kunde ju en säkring mellan batterierna sitta bra...
Beträffande klenspänningskablarna så var det där ett bra inslag. fast jag får nog enkelt tag på lämpliga kablar av industrikvalitet. På det lokala Hacklabbet finns det mängder av kablar i olika typer, grader, klasser och färger - allt donerat som surplus-material av olika företag. För kablar gäller regeln "Om du rör den måste du ta den".
Bodarna är inte uppvärmda, så hela systemet måste tömmas och tvättas på hösten före den första nattfrosten. Elsystemet håller igång året runt. Batterier, även AGM-typ som dessa, tycker vanligtvis inte om att stå länge ens på sparladdning, utan gymnastik. Det värsta som kan hända i ett system med seriekopplade batterier är, att det ena åldras tidigare så, att de har olika spänning. (Inte tycker parallellkopplade om det heller, men de är aningen enklare att balansera t.ex mha dioder). Händer det kommer batteriet att brännas sönder mycket snabbt, och så måste man byta båda batterierna.
Regulatorn har den inbyggda funktionen, att den med 30 dagars mellanrum startar en speciell laddningsrutin som skall motverka de negativa följderna av att batteriet står på sparladdning. Vet inte hur bra det hjälper, men efter fem säsonger är skillnaden på batteriernas spänning under 0.1V även vid belastning.
Patrick: Jo, jag är nog mycket nöjd med Scalan. Vår användning är ju ganska blygsam, men den gör precis det den skall. Det hade förstås varit önskvärt, att den inte varit så kräsen med sinusvågen, men det är nu som det är.
Jag har inte tyckt att det behövs här, säkringarna är rätt nära och kablarna är dubbelisolerade.
MEN, ifall det blir kortslutning före säkringen, så kan de där batterierna nog skapa en ganska präktig ljusbåge. Eftersom jag nu ändå uppgraderar, så kunde ju en säkring mellan batterierna sitta bra...

Beträffande klenspänningskablarna så var det där ett bra inslag. fast jag får nog enkelt tag på lämpliga kablar av industrikvalitet. På det lokala Hacklabbet finns det mängder av kablar i olika typer, grader, klasser och färger - allt donerat som surplus-material av olika företag. För kablar gäller regeln "Om du rör den måste du ta den".
Bodarna är inte uppvärmda, så hela systemet måste tömmas och tvättas på hösten före den första nattfrosten. Elsystemet håller igång året runt. Batterier, även AGM-typ som dessa, tycker vanligtvis inte om att stå länge ens på sparladdning, utan gymnastik. Det värsta som kan hända i ett system med seriekopplade batterier är, att det ena åldras tidigare så, att de har olika spänning. (Inte tycker parallellkopplade om det heller, men de är aningen enklare att balansera t.ex mha dioder). Händer det kommer batteriet att brännas sönder mycket snabbt, och så måste man byta båda batterierna.
Regulatorn har den inbyggda funktionen, att den med 30 dagars mellanrum startar en speciell laddningsrutin som skall motverka de negativa följderna av att batteriet står på sparladdning. Vet inte hur bra det hjälper, men efter fem säsonger är skillnaden på batteriernas spänning under 0.1V även vid belastning.
Patrick: Jo, jag är nog mycket nöjd med Scalan. Vår användning är ju ganska blygsam, men den gör precis det den skall. Det hade förstås varit önskvärt, att den inte varit så kräsen med sinusvågen, men det är nu som det är.
Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Detta med batterier i ej uppvärmda lokaler är ju en inte helt lätt övervägningsfråga. Det finns ju litiumbaserade batterier med inbyggd elvärme och skydd mot laddning vid för låg temperatur, men för att de ska kunna underhållsladdas på vintern måste solenergin räcka för att komma över gränsen för att de kan laddas säkert. Å andra sidan har de väl i övrigt bättre egenskaper på alla sätt. En variant om man vill värma sådana batterier på vintern kan väl vara att bygga en enkel solfångare som bara värmer luft för självcirkulation, typ som de där som folk bygger av läsk/ölburkar i ett glasskåp.
Fungerar underhållsladdning ens på vintern? Eller ligger det snö på panelerna mesta tiden? De är kanske hala nog att snön halkar av då och då?
Fungerar underhållsladdning ens på vintern? Eller ligger det snö på panelerna mesta tiden? De är kanske hala nog att snön halkar av då och då?
Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Mia: Jag har inte sett och vet inte hur bra snön ev. halkar av eller om det efter töväder blir någon isskorpa på. Solpanelerna är förstås rakt mot söder, och utanför ligger öppna havet, så blåsten putsar också vad den kommer åt.
Min stuga (50 m vänster om bodan) har plåttak, också i 30 graders vinkel som solpanelerna bå bodan, och åsen i öst-västlig riktning. Jag har aldrig sett snö på södra flanken, på den norra har snön rivit ner takstegarna.
Förr i tiden gjorde vi nästan varje vinter dagsutfärder över isen, numera är det mest menföre hela tiden. Ön ligger 4 km ut från närmaste udde på fastlandet.
År 2005 parkerade jag bilen vid stranden på ön...
Min stuga (50 m vänster om bodan) har plåttak, också i 30 graders vinkel som solpanelerna bå bodan, och åsen i öst-västlig riktning. Jag har aldrig sett snö på södra flanken, på den norra har snön rivit ner takstegarna.
Förr i tiden gjorde vi nästan varje vinter dagsutfärder över isen, numera är det mest menföre hela tiden. Ön ligger 4 km ut från närmaste udde på fastlandet.
År 2005 parkerade jag bilen vid stranden på ön...
Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Energin i en fristående, soldriven anläggning är i sig gratis och tillgången s.a.s oändlig. Solpanelernas effekt begränsar förstås hur mycket man kan plocka ner och batteriernas kapacitet hur mycket man kan lagra. Produktionskapaciteten bestäms av osmosmembranen/-filtren, och i slutändan inverkar även den kapacitet man har att lagra rent vatten. Ju större anläggning, desto dyrare investering, plus att alla filter måste bytas varje år.
M.a.o var redan dimensioneringen av hela systemet en fråga om noggrann optimering.
Så här i efterhand, efter fem säsonger, kan jag nog konstatera, att resultatet i stort sett motsvarar planerna och beräkningarna. Lyckligtvis hade jag räknat in en säkerhetsmarginal litet här och där och det har nog visat sig behövligt. Tillverkarnas och leverantörenas angivelser på egenskaper och kapacitet är nog alltid överoptimistiska, eller gäller bara i särskilt gynnsamma förhållanden, vilka dessvärre vanligen inte motsvarar de verkliga. Man får bara ta det som det är.
Däremot har jag märkt, att ifall man kan förbättra – eller optimera – samverkan mellan systemets delar och också mellan systemet och användare, så förbättras också resultatet avsevärt.
Optimeringen är därmed inte bara tekniska lösningar. Även användarnas beteende har en stor inverkan på hur effektivt systemet arbetar.
Grovt sett finns det två huvudmål med optimeringen:
1) Minimera energiförbrukningen under rening (=> så att batterikapaciteten räcker så länge som möjligt)
- Detta är främst tekniska lösningar
2) Maximera utnyttjandet av energitillgången, (=> se till att det alltid finns fri lagringskapacitet (vatten) då när energitillgången är som störst)
- Detta omfattar både användare (instruktioner) och tekniska lösningar
Det där med användarinstruktioner kan låta litet kryptiskt, men är i själva verket enkelt att beskriva med ett exempel:
I bastun, uppe under taknocken har vi två stycken vattenbehållare (”blåa plasttunnor”) á 125 liter. Från vattenreningen pumpar man upp vatten i tunnorna och därifrån rinner det sedan med självtryck ner till kranarna i bastun. Inne i bastun finns förutom bastu-ugnen en vedeldad vattenbehållare ca 80 liter, och i den en värmeväxlare (kopparslinga). Vi har både varmt och kallt rinnande vatten.
Efter en bastukväll skall bastutunnorna fyllas genast/senast på morgonen så, att man utnyttjar dagsljuset för att producera mera rent vatten. Enkelt att förstå så här, men ack så svårt att lära ut!
Då, i den här tråden skall vi inte koncentrera oss på utomstående personers inlärningssvårigheter, utan i stället fundera över hur tekniken kan förbättras.
Så kommer vi då till själva vattenreningen
För att den omvända osmosen skall ske, skall trycket mot osmosmembranen vara mellan 6 och 8 bar. Det trycket skapas av en särskild membranpump på 100W i osmosenheten. Den pumpen går hela tiden då reningen är igång, där finns inte något att ändra på.
Membranpumpen kräver i sig ett matningstryck på minst 2 bar, vilket skapas av sugpumpen.
Sugpumpen är en vanlig tryckautomat (780W) som startar då trycket sjunker under ca 2.1 bar och stoppar då den nått ca 4 bar.
I praktiken betyder det alltså, att sugpumpen går en stund och bygger upp trycket, så stoppar den och pausar medan osmospumpen fortgående arbetar av trycket/vattnet.
Då trycket sjunker under 2.1 startar sugpumpen igen och hela pumpcykeln upprepas.
Tiden för en pumpcykel [tc] är då summan av gångtiden [tr] och paustiden [tp], och förhållandet mellan gångtiden och cykeln kan användas för att uttrycka hur energieffektiv reningen är:
Rc [%] = tr/tc. Ju lägre Rc, desto lägre energiåtgång, dvs. desto bättre verkningsgrad och ekonomi.
En dylik tryckautomat skall i princip inte behöva något expansionskärl och därför fanns detta inte heller från början. Första sommaren fungerade systemet precis enligt beräkningarna, och fastän jag inte då ännu räknade ut några Rc så noterade jag ändå gång-/paustiderna. Gångtiden höll sig kring 35 sekunder, pausen varade ca 45 sek. Rc var ungefär 38%.
Redan andra sommaren började gångtiden öka, samtidigt som pauserna blev kortare. Förhållandet steg till först 50%, senare ännu högre. Ifall det inföll flera mulna dagar efter varanndra ville batterikapaciteten inte räcka till och som värst fick vi lappa på genom att köra systemet m.h.a ett aggregat.
Efter mycket funderande och räknande satte jag till tryckexpansionskärlet den tredje sommaren, och då var det igen bättre – en tid. Tiderna var 35 s gång och 65 s paus (Rc =~31%).
En helt acceptabel förbättring jämfört med det tidigare.
Men så, i medlet på den fjärde sommaren började tiderna återigen förskjutas till det sämre.
Till saken hör, och det bör i det här sammanhanget nämnas, att vädret (molnigheten) har så stor inverkan på hur systemet alstrar/lagrar energi, att det är mycket svårt att göra bedömningar över kort tid. Det kan komma många riktigt soliga dagar efter varandra, eller det kan var många mycket mörka dagar. Tre soliga/molniga dagar denna vecka kanske inte alls motsvara tre liknande nästa vecka. Man kan nästan påstå, att en fullständig mätperiod är en hel sommar.
Återstoden av sommaren 2023 följde jag noggrant med och antecknade hur systemet betedde sig i olika förhållanden. Jag noterade start- och stopptider, trycket och hur det byggdes upp och tiden det tog, o.s.v. Jag kopplade till mätare för både spänning och ström till batterierna och följde med förbrukningen under olika förhållanden. Som värst blev tiderna 50 s gång och 10 s paus. (Rc = ~83%!!!). Resultatet av undersökningen var två avgörande observationer:
För det första: den största orsaken till att gång/stopptiderna ändras så mycket är avlagringar i sugpumpen. Varje år vid säsongslut, då hela systemet måste tömmas och putsas, har jag sköljt sugpumpen med färskvatten. Det visar sig, att det inte räcker. Jag öppnade pumpen och konstaterade, att överallt inuti pumpen, förutom på själva skovelhjulet, bildats en nästan slemmig beläggning. Denna beläggning gör, att bakslagsventilen [efter pumpen] med tiden ”läcker bakåt”. Det å sin sida gör, att pumpen får jobba betydligt längre för att nå stopptrycket, men dessutom sjunker trycket snabbare.
Tyvärr kan man man mej veterligen inte förhindra slembildningen, men man kan inte heller öppna och putsa pumpen var och varannan vecka.
Den andra observationen var hur sugpumpen bygger upp trycket (kurvan är bara ungefärlig. Lodrätt trycket [bar], vågrätt tiden ). Vatten går inte att pressa ihop, så kurvan anger i själva verket hur luften (mottrycket) i tryckexpansionskärlet byggs upp. Under de första tio sekunderna pumpas mest vatten, men efter det är mängden vatten som kommer till minimal.
Slutsatsen av det blev då, att sugpumpens automatik, vilken dittills autonomt styrt start och stopp, inte passar in i helheten.
På pumpen i fråga kan start/stopptryck inte ställas, därför måste man avbryta pumpningen utifrån.
Till senaste säsong satte jag då till en avkänning som för hela vattenreningens automatik talade om när pumpen startar. Jag ställde gångtiden till 10 sekunder. Och det gav önskat resultat! Gångtiden är fixerad, men paustiden har hållit sig mellan 52 och 55 s, vilket ger förhållandet ca 15%. En avsevärd förbättring jämfört med 83%.
Jag tog upp saken med pumptillverkaren och han sade, att observationerna är nog riktiga, och att 4 bar är absolut max vad den pumpkonstruktionen kan åstadkomma. Maxet begränsas av det, att pumpen är konstruerad för att tåla en del orenheter och partiklar i vattnet. Toleranserna är m.a.o inte så tajta. (Att jämföra: distributionspumpen i det här systemet, en Grundfos Scala 2 på 550W, kan bygga upp ett tryck på 10 bar. Det påpekas dock uttryckligen, att vattnet inte får innehålla några orenheter).
Pumptillverkaren sade också, att pumpen nog bör klara 3,8..3,9 bar, även ifall bakslagsventilen inte är riktigt tät. Någonstans i den regionen bör man alltså hitta den optimala gräns som fungerar hela säsongen.
Dessutom så gav han mig en ny tryckkontakt (Danfoss) på vilken båda gränsvärdena kan ställas in, och föreslog att helt ersätta den nuvarande och experimentera mera. Får se hur jag nu gör, men det tål definitivt att tänka på som option.
Så ser läget ut idag. Det blev klart vad som i första hand skall åtgärdas och dessutom har det givit en uppfattning om vad man kan uppnå.
Som tidigare nämnt, så har det efter hand tillkommit några givare vilka bidragit till ”råttboet”. Därmed är det motiverat att också bygga om elektroniken helt, och inkludera inte bara de senare tillkomna sensorerna, utan också utveckla vidare, för att om möjligt finslipa ännu mera.
Nu är ju avsikten ändå inte sådan, att försöka hitta det extremt optimala. Då kan de gå som för hästskojarens häst.
Målet är "bara" att göra det tillräckligt bra. Men, nyfiken som man är, vill man också gärna förstå bättre hur det hela hänger ihop, d.v.s vad allt det lönar sig att sensorera och hur kan man utnyttja informationen för att förbättra slutresultatet.
Hittills har det handlat om sådant som redan är gjort och undersökt.
Sensorer nästa. Då är det dags att utveckla nytt.
M.a.o var redan dimensioneringen av hela systemet en fråga om noggrann optimering.
Så här i efterhand, efter fem säsonger, kan jag nog konstatera, att resultatet i stort sett motsvarar planerna och beräkningarna. Lyckligtvis hade jag räknat in en säkerhetsmarginal litet här och där och det har nog visat sig behövligt. Tillverkarnas och leverantörenas angivelser på egenskaper och kapacitet är nog alltid överoptimistiska, eller gäller bara i särskilt gynnsamma förhållanden, vilka dessvärre vanligen inte motsvarar de verkliga. Man får bara ta det som det är.
Däremot har jag märkt, att ifall man kan förbättra – eller optimera – samverkan mellan systemets delar och också mellan systemet och användare, så förbättras också resultatet avsevärt.
Optimeringen är därmed inte bara tekniska lösningar. Även användarnas beteende har en stor inverkan på hur effektivt systemet arbetar.
Grovt sett finns det två huvudmål med optimeringen:
1) Minimera energiförbrukningen under rening (=> så att batterikapaciteten räcker så länge som möjligt)
- Detta är främst tekniska lösningar
2) Maximera utnyttjandet av energitillgången, (=> se till att det alltid finns fri lagringskapacitet (vatten) då när energitillgången är som störst)
- Detta omfattar både användare (instruktioner) och tekniska lösningar
Det där med användarinstruktioner kan låta litet kryptiskt, men är i själva verket enkelt att beskriva med ett exempel:
I bastun, uppe under taknocken har vi två stycken vattenbehållare (”blåa plasttunnor”) á 125 liter. Från vattenreningen pumpar man upp vatten i tunnorna och därifrån rinner det sedan med självtryck ner till kranarna i bastun. Inne i bastun finns förutom bastu-ugnen en vedeldad vattenbehållare ca 80 liter, och i den en värmeväxlare (kopparslinga). Vi har både varmt och kallt rinnande vatten.
Efter en bastukväll skall bastutunnorna fyllas genast/senast på morgonen så, att man utnyttjar dagsljuset för att producera mera rent vatten. Enkelt att förstå så här, men ack så svårt att lära ut!
Då, i den här tråden skall vi inte koncentrera oss på utomstående personers inlärningssvårigheter, utan i stället fundera över hur tekniken kan förbättras.
Så kommer vi då till själva vattenreningen
För att den omvända osmosen skall ske, skall trycket mot osmosmembranen vara mellan 6 och 8 bar. Det trycket skapas av en särskild membranpump på 100W i osmosenheten. Den pumpen går hela tiden då reningen är igång, där finns inte något att ändra på.
Membranpumpen kräver i sig ett matningstryck på minst 2 bar, vilket skapas av sugpumpen.
Sugpumpen är en vanlig tryckautomat (780W) som startar då trycket sjunker under ca 2.1 bar och stoppar då den nått ca 4 bar.
I praktiken betyder det alltså, att sugpumpen går en stund och bygger upp trycket, så stoppar den och pausar medan osmospumpen fortgående arbetar av trycket/vattnet.
Då trycket sjunker under 2.1 startar sugpumpen igen och hela pumpcykeln upprepas.
Tiden för en pumpcykel [tc] är då summan av gångtiden [tr] och paustiden [tp], och förhållandet mellan gångtiden och cykeln kan användas för att uttrycka hur energieffektiv reningen är:
Rc [%] = tr/tc. Ju lägre Rc, desto lägre energiåtgång, dvs. desto bättre verkningsgrad och ekonomi.
En dylik tryckautomat skall i princip inte behöva något expansionskärl och därför fanns detta inte heller från början. Första sommaren fungerade systemet precis enligt beräkningarna, och fastän jag inte då ännu räknade ut några Rc så noterade jag ändå gång-/paustiderna. Gångtiden höll sig kring 35 sekunder, pausen varade ca 45 sek. Rc var ungefär 38%.
Redan andra sommaren började gångtiden öka, samtidigt som pauserna blev kortare. Förhållandet steg till först 50%, senare ännu högre. Ifall det inföll flera mulna dagar efter varanndra ville batterikapaciteten inte räcka till och som värst fick vi lappa på genom att köra systemet m.h.a ett aggregat.
Efter mycket funderande och räknande satte jag till tryckexpansionskärlet den tredje sommaren, och då var det igen bättre – en tid. Tiderna var 35 s gång och 65 s paus (Rc =~31%).
En helt acceptabel förbättring jämfört med det tidigare.
Men så, i medlet på den fjärde sommaren började tiderna återigen förskjutas till det sämre.
Till saken hör, och det bör i det här sammanhanget nämnas, att vädret (molnigheten) har så stor inverkan på hur systemet alstrar/lagrar energi, att det är mycket svårt att göra bedömningar över kort tid. Det kan komma många riktigt soliga dagar efter varandra, eller det kan var många mycket mörka dagar. Tre soliga/molniga dagar denna vecka kanske inte alls motsvara tre liknande nästa vecka. Man kan nästan påstå, att en fullständig mätperiod är en hel sommar.
Återstoden av sommaren 2023 följde jag noggrant med och antecknade hur systemet betedde sig i olika förhållanden. Jag noterade start- och stopptider, trycket och hur det byggdes upp och tiden det tog, o.s.v. Jag kopplade till mätare för både spänning och ström till batterierna och följde med förbrukningen under olika förhållanden. Som värst blev tiderna 50 s gång och 10 s paus. (Rc = ~83%!!!). Resultatet av undersökningen var två avgörande observationer:
För det första: den största orsaken till att gång/stopptiderna ändras så mycket är avlagringar i sugpumpen. Varje år vid säsongslut, då hela systemet måste tömmas och putsas, har jag sköljt sugpumpen med färskvatten. Det visar sig, att det inte räcker. Jag öppnade pumpen och konstaterade, att överallt inuti pumpen, förutom på själva skovelhjulet, bildats en nästan slemmig beläggning. Denna beläggning gör, att bakslagsventilen [efter pumpen] med tiden ”läcker bakåt”. Det å sin sida gör, att pumpen får jobba betydligt längre för att nå stopptrycket, men dessutom sjunker trycket snabbare.
Tyvärr kan man man mej veterligen inte förhindra slembildningen, men man kan inte heller öppna och putsa pumpen var och varannan vecka.
Den andra observationen var hur sugpumpen bygger upp trycket (kurvan är bara ungefärlig. Lodrätt trycket [bar], vågrätt tiden ). Vatten går inte att pressa ihop, så kurvan anger i själva verket hur luften (mottrycket) i tryckexpansionskärlet byggs upp. Under de första tio sekunderna pumpas mest vatten, men efter det är mängden vatten som kommer till minimal.
Slutsatsen av det blev då, att sugpumpens automatik, vilken dittills autonomt styrt start och stopp, inte passar in i helheten.
På pumpen i fråga kan start/stopptryck inte ställas, därför måste man avbryta pumpningen utifrån.
Till senaste säsong satte jag då till en avkänning som för hela vattenreningens automatik talade om när pumpen startar. Jag ställde gångtiden till 10 sekunder. Och det gav önskat resultat! Gångtiden är fixerad, men paustiden har hållit sig mellan 52 och 55 s, vilket ger förhållandet ca 15%. En avsevärd förbättring jämfört med 83%.
Jag tog upp saken med pumptillverkaren och han sade, att observationerna är nog riktiga, och att 4 bar är absolut max vad den pumpkonstruktionen kan åstadkomma. Maxet begränsas av det, att pumpen är konstruerad för att tåla en del orenheter och partiklar i vattnet. Toleranserna är m.a.o inte så tajta. (Att jämföra: distributionspumpen i det här systemet, en Grundfos Scala 2 på 550W, kan bygga upp ett tryck på 10 bar. Det påpekas dock uttryckligen, att vattnet inte får innehålla några orenheter).
Pumptillverkaren sade också, att pumpen nog bör klara 3,8..3,9 bar, även ifall bakslagsventilen inte är riktigt tät. Någonstans i den regionen bör man alltså hitta den optimala gräns som fungerar hela säsongen.
Dessutom så gav han mig en ny tryckkontakt (Danfoss) på vilken båda gränsvärdena kan ställas in, och föreslog att helt ersätta den nuvarande och experimentera mera. Får se hur jag nu gör, men det tål definitivt att tänka på som option.
Så ser läget ut idag. Det blev klart vad som i första hand skall åtgärdas och dessutom har det givit en uppfattning om vad man kan uppnå.
Som tidigare nämnt, så har det efter hand tillkommit några givare vilka bidragit till ”råttboet”. Därmed är det motiverat att också bygga om elektroniken helt, och inkludera inte bara de senare tillkomna sensorerna, utan också utveckla vidare, för att om möjligt finslipa ännu mera.
Nu är ju avsikten ändå inte sådan, att försöka hitta det extremt optimala. Då kan de gå som för hästskojarens häst.
Målet är "bara" att göra det tillräckligt bra. Men, nyfiken som man är, vill man också gärna förstå bättre hur det hela hänger ihop, d.v.s vad allt det lönar sig att sensorera och hur kan man utnyttja informationen för att förbättra slutresultatet.
Hittills har det handlat om sådant som redan är gjort och undersökt.
Sensorer nästa. Då är det dags att utveckla nytt.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
- farbrorvattenmelon
- Inlägg: 282
- Blev medlem: 29 januari 2009, 21:38:21
Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Mycket intressant att ta del av. Framgår inte på bilderna, men har ni en bra arbetsbelysning i bodarna som kan underlätta felsökning som enligt murphys lag inträffar på sämsta möjliga tidpunkt?
Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Jag har mest skummat, men varför måste sugpumpen vara på så hög effekt som 780 W när de andra pumparna är på lägre effekt? Jag funderar på om det ger bättre verkningsgrad med en klenare pump som slipper start och stopp? För start drar väl alltid lite extra för att överkomma friktionen?
Fyllningen av tunnorna i bastun borde väl kunna göras semi-automatiskt? Timer (eller styrning från styrenheten) som öppnar fyllningsventil när det är "lämpligt" att fylla, och flottörer/nivågivare för att stoppa när det är fullt?
Fyllningen av tunnorna i bastun borde väl kunna göras semi-automatiskt? Timer (eller styrning från styrenheten) som öppnar fyllningsventil när det är "lämpligt" att fylla, och flottörer/nivågivare för att stoppa när det är fullt?
-
- Inlägg: 6998
- Blev medlem: 31 augusti 2006, 16:42:43
- Ort: Jamtland
Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Fyllningen ska inte vara något problem att automatisera. Det bör behövas en vippa en bit ner i tanken och en vippa när tanken är full. Tiden ska kanske styras av ett astrour, om du inte har kontakt med internet.
Det borde väl gå att hitta någon kemi som kan få bort avlagringarna som gör att sugpumpen inte pumpar som den ska. En enkel krets med ventiler som kopplar till en tank med denna kemi till sugpumpen. Om rörsystemet också behöver rengöring får man inkludera detta. Efter rengöringscykeln får man spola ur så att reningsvätskan ej förorenar vattnet som ska renas.
Grundfors har ju pumpar som har inbyggd styrning och låga effekter en sådan bör vara mycket effektivare än den befintliga sugpumpen. Deras pumpar har inbyggd styrning på tryck och en hel del annat. De kan också tala om vad du ska rengöra med för att inte pumpen ska tappa kapacitet och du skadar pumpen. Kan också finnas andra lösningar.
Det borde väl gå att hitta någon kemi som kan få bort avlagringarna som gör att sugpumpen inte pumpar som den ska. En enkel krets med ventiler som kopplar till en tank med denna kemi till sugpumpen. Om rörsystemet också behöver rengöring får man inkludera detta. Efter rengöringscykeln får man spola ur så att reningsvätskan ej förorenar vattnet som ska renas.
Grundfors har ju pumpar som har inbyggd styrning och låga effekter en sådan bör vara mycket effektivare än den befintliga sugpumpen. Deras pumpar har inbyggd styrning på tryck och en hel del annat. De kan också tala om vad du ska rengöra med för att inte pumpen ska tappa kapacitet och du skadar pumpen. Kan också finnas andra lösningar.
Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
Även om utbildning inte var tänkt att vara del av tråden, så kan det kanske vara läge att göra nån slags planscher som en tecknad serie som visar de steg som sker, gravt förenklat. D.v.s. man eldar i bastun och bastar och sen duschar osv på kvällen, och sen kommer solen på morgonen och drar igång systemet och återfyller med vatten. Typ rita som rutor i en cirkel med pilar mellan rutorna som visar hur det är ett kretslopp.
Angående pumpen som suger från havet: Hur långt kan man komma med partikelfilter FÖRE pumpen? Tänker att då kan man använda en effektivare pump som har snävare toleranser.
Också: Ingen aning om priser och tillgång osv, men om det går att få tag på en pump som tål att sänkas i havsvatten så vore det kanske än bättre att ha en sådan, med filter före pumpen, som ligger nere vattnet, och som är kopplad till en slang som fyller tanken uppifrån så att säga? Kanske i en ränna om man vill undvika att vattnet blandas för mycket med luften? (Vet inte om det är bra eller dåligt att få med extra syre osv i vattnet?). Då skulle du inte behöva backventil. Dessutom om den tanken placeras högre upp så kanske den kan ge självtryck till den starkare pumpen?
"Bäst" vore väl om det skulle gå att ha en tank såpass högt upp att ni får de behövda 6-8 bar till den omvända osmosprocessen? Som bonus så skulle solen kunna köra pumpar så mycket det går under dagen för att hålla denna tank så full som möjligt, och sen kan den omvända osmosprocessen fortsätta när solen gått ner eller gått i moln. Vet inte om det skulle innebära bättre eller sämre effektivitet att göra så dock. En viss bonus är att den tanken kan förses med trädgårdsslangskoppling och hjälpa till något ifall ni behöver släcka en brand på ön. Med tanken högt upp så skulle det väl i princip vara fråga om att köra två pumpar i serie med den prestanda som sjövattenpumpen ni har verkar ha. D.v.s. en placerad som nu, och en som är placerad högre upp där dessa 2-4 bar sjunkit till 0-2 bar, eller liknande.
Funderar på om det kan vara värt att ha nån halvautomatisk metod att kunna spola igenom sjövattenpumpen mer regelbundet för att bli av med sunk i den? En kulventil efter den som stänger av ordinarie utgång, en kulventil som kan mata tillbaka renat vatten baklänges genom pumpen, och en kulventil som släpper ut renat vatten på ingången. Som bonus så kan detta användas för att fylla pumpen ifall den behöver fyllas för att kunna suga (om backventilen läckt för länge).
Angående backventilen så kan det kanske vara värt att överväga någon motordriven ventil. Typ tänker en shuntmotor fast snabbare och starkare som driver en rätt grov kulventil? En sån har ju större chans att inte läcka.
Hur som helst, projektet/bygget är klart intressant att läsa om!
Angående pumpen som suger från havet: Hur långt kan man komma med partikelfilter FÖRE pumpen? Tänker att då kan man använda en effektivare pump som har snävare toleranser.
Också: Ingen aning om priser och tillgång osv, men om det går att få tag på en pump som tål att sänkas i havsvatten så vore det kanske än bättre att ha en sådan, med filter före pumpen, som ligger nere vattnet, och som är kopplad till en slang som fyller tanken uppifrån så att säga? Kanske i en ränna om man vill undvika att vattnet blandas för mycket med luften? (Vet inte om det är bra eller dåligt att få med extra syre osv i vattnet?). Då skulle du inte behöva backventil. Dessutom om den tanken placeras högre upp så kanske den kan ge självtryck till den starkare pumpen?
"Bäst" vore väl om det skulle gå att ha en tank såpass högt upp att ni får de behövda 6-8 bar till den omvända osmosprocessen? Som bonus så skulle solen kunna köra pumpar så mycket det går under dagen för att hålla denna tank så full som möjligt, och sen kan den omvända osmosprocessen fortsätta när solen gått ner eller gått i moln. Vet inte om det skulle innebära bättre eller sämre effektivitet att göra så dock. En viss bonus är att den tanken kan förses med trädgårdsslangskoppling och hjälpa till något ifall ni behöver släcka en brand på ön. Med tanken högt upp så skulle det väl i princip vara fråga om att köra två pumpar i serie med den prestanda som sjövattenpumpen ni har verkar ha. D.v.s. en placerad som nu, och en som är placerad högre upp där dessa 2-4 bar sjunkit till 0-2 bar, eller liknande.
Funderar på om det kan vara värt att ha nån halvautomatisk metod att kunna spola igenom sjövattenpumpen mer regelbundet för att bli av med sunk i den? En kulventil efter den som stänger av ordinarie utgång, en kulventil som kan mata tillbaka renat vatten baklänges genom pumpen, och en kulventil som släpper ut renat vatten på ingången. Som bonus så kan detta användas för att fylla pumpen ifall den behöver fyllas för att kunna suga (om backventilen läckt för länge).
Angående backventilen så kan det kanske vara värt att överväga någon motordriven ventil. Typ tänker en shuntmotor fast snabbare och starkare som driver en rätt grov kulventil? En sån har ju större chans att inte läcka.
Hur som helst, projektet/bygget är klart intressant att läsa om!
Re: Optimering av styrsystem för soldriven vattenrening
1) byt till mindre matarpump , kör med lägre tryck kanske 1,5 -2,5 bar. skulle nog spara rätt mycket. (kanske testa att varvtalsreglera den du harHesabon skrev: ↑24 september 2024, 15:06:05
Grovt sett finns det två huvudmål med optimeringen:
1) Minimera energiförbrukningen under rening (=> så att batterikapaciteten räcker så länge som möjligt)
- Detta är främst tekniska lösningar
2) Maximera utnyttjandet av energitillgången, (=> se till att det alltid finns fri lagringskapacitet (vatten) då när energitillgången är som störst)

I manualen står 2-5 men lågtrycksbrytaren stoppar på 0,4 bar, dom vill nog bara vara säkra på att inte få kavitation i högtryckspumpen.
2) automatisera så "bastu fyllning" startar automatiskt när 200 liters tanken är full och batteriet laddat
Ställ dit en till 200 literstank om det är svårt med många mulna dagar i sträck
