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Die Erfindung betrifft eine Schwimmbeckenanlage mit zumindest einem Becken und einer Ba- dewasseraufbereitungs- und Umwälzanlage, durch die das Wasser aus dem Becken mit zumindest einer Umwälzpumpe umgewälzt und hygienisch aufbereitet wird, wobei die Schwimmbeckenanlage einen Regelkreis aufweist, in dem die Wassermenge des durch die Badewasseraufbereitungs- und Umwälzanlage geförderten Volumenstroms mit einem Sensor messbar und mit einem Regelele- ment durch Änderung der Leistung der Umwälzpumpe regelbar ist.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regelung eines Wasserkennwerts in einer Schwimmbeckenanlage, bei dem - der Ist-Wert der Wassermenge des durch die Bedewasseraufbereitungs- und Umwälzanlage geförderten Volumenstroms als Regelgrösse durch einen Sensor erfasst wird, - die Regeldifferenz aus der Regelgrösse und dem Sollwert gebildet und als Eingangssignal in ein Regelelement eingespeist wird, und - das Regelelement ein der Regeldifferenz entsprechendes Stellsignal als Ausgangssignal ausgibt.
Eine derartige Schwimmbeckenanlage und ein derartiges Verfahren zur Regelung eines Was- serkennwertes sind aus der DE 44 37 708 A und einer Vielzahl von unterschiedlichen Bauformen in öffentlichen Frei- und Hallenbädern oder auch in Privathaushalten bekannt. Insbesondere in den öffentlichen Bädern sind verschiedenste Hygienevorschriften einzuhalten, die teilweise gesetzlich vorgeschrieben sind. Zur Einhaltung dieser Hygienevorschriften werden Badewasseraufbereitungs- und Umwälzanlagen eingesetzt, mit denen das verschmutzte Wasser aus den Becken mittels Umwälzpumpen umgewälzt und hygienisch aufbereitet werden kann. Das heisst, das verschmutzte Wasser wird aus dem Becken abgezogen, anschliessend beispielsweise durch Adsorption, Flo- ckung, Filterung und Chlorung hygienisch aufbereitet und danach dem Becken wieder zugeführt.
Im Ergebnis muss zur hygienischen Aufbereitung des Badewassers ein kontinuierlicher Volumen- strom von der Umwälzpumpe durch die Aufbereitungsanlage gefördert werden.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Schwimmbeckenanlagen ist es, dass die Förderleistung der Umwälzpumpe und damit die Reinigungsleistung der Aufbereitungsanlage nicht in Abhängigkeit der vorgeschriebenen Wasserkennwerte beeinflusst werden kann. Die Pump- leistung der Umwälzpumpe wird bei den bekannten Anlagen daraufhin ausgelegt, dass die vorge- schriebenen Wasserkennwerte, beispielsweise die umgewälzte Wassermenge, in allen Betriebszu- ständen mit Sicherheit erreicht werden. Dieser Wert für die Pumpleistung wird fest eingestellt und im Normalfall nicht mehr geändert.
Da die Wasserkennwerte von einer Vielzahl von Einflussgrössen abhängen, beispielsweise dem Verschmutzungsgrad der Filteranlage oder der Anzahl von Besu- chern im Badewasser, und daher während des Betriebs der Anlage stark schwanken können, folgte aus dieser starren Festlegung der Pumpleistung auf einen sicheren maximal erforderlichen Wert ein hoher und unnötiger Energiebedarf der Anlage. Da die Pumpen auch bei frisch gereinig- tem Filter oder bei geringer Verschmutzung des Badewassers mit maximaler Leistung betrieben werden, wird ein Grossteil der Pumpenergie unnötig aufgewandt, da mehr Wasser umgewälzt wird, als zur Einhaltung der vorgeschriebenen Kennwerte erforderlich. Unnötige Mehrleistung der Um- wälzpumpe kann bei den meisten bekannten Anlagen nur durch Schliessen eines Schiebers weg- gedrosselt werden, wobei jedoch die eingesetzte Pumpenergie verloren geht.
Einer der wichtigsten Wasserkennwerte beim Betrieb einer Schwimmbeckenanlage ist die Umwälzmenge des durch die Umwälzanlage umgewälzten Volumenstroms, da mit steigender Umwälzmenge die Aufbereitungs- und Filterleistung ansteigt. Der Mindestwert dieser Kennzahl ist in den meisten Fällen bis auf 3 % genau zu garantieren. Dabei ist es zulässig, die Umwälzmenge in Ruhezeiten, in denen die Anlage nicht von Besuchern benutzt wird, beispielsweise in der Nacht, auf 50 % des Normalwertes zu reduzieren. Bei dem in bekannten Anlagen üblichen Zwei- Pumpenbetrieb wird deshalb in diesen Zeiten eine der Pumpen abgeschaltet, um Energie zu sparen. Da der Druckverlust der Anlage jedoch quadratisch mit der Fördermenge abnimmt, bewirkt die Halbierung der Pumpleistung lediglich eine Reduzierung der Umwälzmenge auf ca. 70 % des Normalwertes.
Das heisst auch bie Abschaltung der halben Pumpleistung wird ein Grossteil der durch die verbleibende Umwälzpumpe aufgewandten Pumpenergie verschwendet, da die umge- wälzte Wassermenge erheblich grösser ist, als zur Einhaltung der vorgeschriebenen reduzierten Umwälzmenge erforderlich.
Aus der DE 37 30 220 C ist ein ähnliches Verfahren zur Aufbereitung des Wassers von
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Schwimmbecken bekannt, bei dem die Pumpenleistung in Abhängigkeit von der gemessenen Trübe des Wassers abhängt.
Problematisch dabei ist, dass bei schnell steigender Belastung des Badewassers der Regel- kreis wegen der langen Totzeiten sehr träge reagiert und es so zu Überschwingungen kommen kann. Als Ergebnis wird insbesondere die Pumpenleistung erst so spät erhöht, dass die unzulässi- ge Überschreitung von Hygienegrenzwerten nicht zuverlässig ausgeschlossen werden kann.
Andererseits kann es zu Überdosierungen von Chemikalien kommen, deren Zugabe nur von der Umwälzmenge abhängt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schwimmbeckenanlage zu liefern, in der die jeweilige Pumpleistung der Umwälzpumpe dem erforderlichen Leistungsbedarf in allen Betriebszu- ständen entspricht, um dadurch die jeweils eingesetzte Pumpenergie an den Betriebszustand der Anlage flexibel anzupassen und einen energieoptimierten Betrieb der Anlage zu ermöglichen, der rasch auf Änderungen der Belastung reagiert und so die Überschreitung von Hygienegrenzwerten zuverlässig ausschliesst.
Diese Aufgabe wird bei einer Schwimmbeckenanlage der eingangs defnierten Art erfindungs- gemäss dadurch gelöst, dass in der Schwimmbeckenanlage zusätzlich der pH-Wert und/oder das Redoxpotential des Badewassers und/oder dem Gehalt an freiem und/oder gebundenem Chlor im Badewasser als Hygienehilfsparameter geregelt wird, wobei der Messwert des Hygienehilfspara- meters im Regelkreis zur Regelung des durch die Badewasseraufbereitungs- und Umwälzanlage geförderten Volumenstroms als Störgrösse erfasst wird und die Leistung der Umwälzpumpe durch ein Steuergerät in Abhängigkeit von der Störgrösse veränderbar ist.
Damit ist die Pumpleistung der Umwälzpumpe ist nicht mehr auf einem Wert fest eingestellt, sondern wird von dem Regelelement jeweils so eingestellt, dass der vorgeschriebene Wasserkenn- wert möglichst exakt eingehalten wird. Änderung in der Regelstrecke, wie beispielsweise die zunehmende Verschmutzung der Filteranlage, durch die der Gesamtwiderstand der Anlage bis zu 35 % ansteigen kann, werden durch den Eingriff des Regelelements in den Regelkreis ausgeregelt, so dass die abgegebene Pumpleistung gerade dem tatsächlichen Leistungsbedarf entspricht. Der Sollwert der Regelung kann dabei einen Sicherheitszuschlag im Vergleich zur vorgeschriebenen Kenngrösse aufweisen. Durch diese Massnahme kann ein Grossteil der eingesetzten Pumpenergie eingespart werden, da nicht mehr Wasser umgewälzt wird, als zur Einhaltung der Sollwerte im jeweiligen Betriebszustand erforderlich.
Die besten Regelergebnisse bei den meisten Schwimmbeckenanlagen werden in einer Weiter- bildung der Erfindung erreicht, wenn zur Regelung der Anlage ein PID-Regler eingesetzt wird. Die Reglerparameter sind dabei auf die Streckenparameter und Totzeiten der Schwimmbeckenanlage für die verschiedenen als Regelgrössen verwendeten Wasserkennwerte abzustimmen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die aufgenommene Eingangsleistung durch Verän- derung der Pumpendrehzahl beeinflusst werden, was besonders einfach durchzuführen ist. Zur elektrotechnischen Regelung der Pumpendrehzahl sind eine Vielzahl von technischen Varianten bekannt.
In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass als Störgrösse die ungefähre Anzahl der im Becken befindlichen Besucher messbar ist. Wie bereits ausgeführt, weist wegen des sehr grossen Wasservolumens in den meisten Schwimmbädern die erfindungsgemässe Regelstrecke grosse Totzeiten auf. Wird beispielsweise einer der Hygienehilfsparameter "freies Chlor", "gebundenes Chlor", "Redoxpotential" und "pH-Wert" geregelt, so reagiert der Regelkreis sehr träge mit einer Zeitverzögerung von bis zu 15 Minuten. Da auf die Regelstrecke teilweise schnell wechselnde Störgrössen wirken, beispielsweise kann sich die Anzahl der badenden Besucher sehr schnell ändern, ist das Regelergebnis bei der Regelung der als Regelgrössen verwendeten Wasserkenn- werte wegen der langen Totzeiten in der Regelstrecke nur vielfach nur unzureichend.
Je nach Reglercharakteristik bewirkt eine Störung ein starkes Überschwingen der Regelgrösse oder sehr lange Ausregelzeiten. In beiden Fällen befinden sich die geregelten Wasserkennwerte über lange Zeit in einem unzulässigen Grössenbereich. Um das Reglerergebnis in diesen Fällen zu verbes- sern, sollte zumindest eine die Wasserqualität beeinflussende Störgrösse durch einen Sensor messbar und die Leistung der Umwälzpumpe durch ein Steuergerät in Abhängigkeit von der Stör- grösse veränderbar sein. Dadurch wird im Ergebnis eine Störgrössenaufschaltung erreicht, um den Einfluss der gemessenen Störgrösse auf den erfindungsgemässen Regelkreis herabzusetzen.
Wirkt
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eine Störgrösse auf den Regelkreis, erhöht sich beispielsweise die Anzahl der Badebesucher im Wasser, muss bis zur Erhöhung der Pumpleistung, die dem Einfluss der Störgrösse entgegenwirkt, nicht gewartet werden, bis sich der geregelte Wasserkennwert verschlechtert und dadurch ein Reglereingriff bewirkt wird, die Störgrösse wird statt dessen durch einen Sensor erfasst und die Pumpleistung in Abhängigkeit von der Störgrösse sofort durch das Steuergerät unter Anwendung einer entsprechenden Steuerfunktion erhöht. Der Einfluss der Störgrösse auf die Regelstrecke kann dadurch sehr schnell stark reduziert werden und der Regelkreis weist damit eine bessere Rege- lungsdynamik zur Ausregelung von Störungen auf.
In einer Weiterbildung dieser Variante ist vorgesehen, dass die ungefähre Anzahl der im Becken befindlichen Besucher durch einen Sensor zur Niveaumessung im Ausgleichsbecken der Schwallwasserrinne messbar ist. Die direkte Zählung der im Wasser befindlichen Besucher ist in einem Schwimmbad nur mit unverhältismässig grossem Aufwand möglich. Es müssen deshalb Kennwerte gefunden werden, die mit der Anzahl der im Wasser befindlichen Besucher zumindest grössenordnungsmässig korrelieren und somit die indirekte Messung der Besucherzahl ermöglicht.
Besonders einfach ist dafür ist aus folgenden Gründen die obige Messgrösse: Ist das Schwimm- becken leer, stellt sich zwischen den verschiedenen Volumenströmen, die aus und in das Schwimmbecken fliessen, ein Gleichgewichtszustand ein, so dass eine gleichbleibende Menge Wasser über die Schwallwasserrinne abfliesst. In diesem Zustand stellt sich im Ausgleichsbecken der Schwallwasserrinne ein gleichbleibender Wasserstand ein, dessen Niveau einem leeren Becken entspricht. Sobald sich Besucher im Badewasser befinden, verdrängen diese durch ihr Körpervolumen und durch Wellenbewegungen eine bestimmte, mit der Anzahl der Besucher korre- lierende Wassermenge, die über die Schwallwasserrinne zusätzlich abfliesst.
Da die sonstigen Volumenströme gleich bleiben, bewirkt dieses zusätzlich abfliessende Wasservolumen ein Anstieg des Wasserniveaus im Ausgleichsbecken der Schwallwasserrinne, der ungefähr proportional zur Anzahl der Badenden im Becken ist. Der Wasserstand im Ausgleichsbecken kann mit einfachen Sensoren, beispielsweise Schwimmerelementen, gemessen werden. Die Anzahl der Besucher im Wasser ist durch diese Messmethode selbstverständlich nicht exakt bestimmbar, sondern kann lediglich abgeschätzt werden, was jedoch zur Steuerung der Störgrössenaufschaltung ausreichend ist.
Als Alternative dazu kann die ungefähre Anzahl der im Becken befindlichen Besucher auch durch einen Sensor zur Messung des Volumenstroms in der Schwallwasserleitung gemessen werden, da dieser Volumenstrom proportional zur zusätzlich verdrängten Wassermenge ansteigt.
In einer Ausgestaltung der Grundidee der Erfindung ist vorgesehen, dass als Störgrösse der Öffnungsgrad des Chlorzugabeventils messbar ist. Damit wird auch diese wichtige Störgrösse erfasst und ihren Einfluss durch eine Störgrössenaufschaltung zu reduzieren. Über das Chlorzugabe- ventil wird dem Badewasser Chlorgas zugeführt, was verschiedene Hygienehilfsparameter, insbe- sondere den Gehalt an freiem Chlor im Wasser, unmittelbar beeinflusst. Da die üblicherweise verwendeten Chlorzugabeventile während des Betriebes in schnell wechselnder Folge weit geöff- net und wieder geschlossen werden, kann ein entsprechend träger Regelkreis durch diese schwin- gende Störgrösse in einen kritischen Schwingungszustand versetzt werden. Deshalb sollte der Einfluss der Chlorzugabe auf den Regelkreis durch eine entsprechende Störgrössenaufschaltung reduziert werden.
Das eingangs definierte Verfahren ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass - der pH-Wert und/oder das Redoxpotential des Badewassers und/oder dem Gehalt an freiem und/oder gebundenem Chlor im Badewasser als Störgrösse durch einen Sensor erfasst wird, - die Störgrösse in ein Steuergerät als Eingangssignal eingespeist wird, - das Steuergerät ein der Störgrösse entsprechendes Stellsignal als Ausgangssignal ausgibt und - die Leistung der Umwälzpumpe entsprechend der Summe aus den Stellsignalen eingestellt wird.
Nachfolgend wird eine erfindungsgemässe Schwimmbeckenanlage anhand lediglich bevorzugte Ausführungsformen darstellender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Schwimmbeckenanlage mit einer Badewasseraufbereitungs- und Umwälzanlage in schematischer Darstellung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Regelkreises;
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Fig. 3 ein Blockschaltbild des Regelkreises nach Fig. 2 mit einer zusätzlichen Störgrössen- aufschaltung.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Schwimmbeckenanlage 1 mit einem wassergefüllten Becken 2 und einer Badewasseraufbereitungs- und Umwälzanlage 3. Mittels der Zuflussleitung 4 und der Abflussleitung 5 kann das Wasser aus dem Becken 2 durch Betrieb der Badewasseraufbe- reitungs- Umwälzanlage 3 umgewälzt werden. Zur besseren Erkennbarkeit sind die meisten Kom- ponenten der Badewasseraufbereitungs- und Umwälzanlage 3 nicht dargestellt. Der Rohrleitungs- verlauf in der Badewasseraufbereitungs- und Umwälzanlage 3 ist lediglich schematisch angedeu- tet.
Eine Umwälzpumpe 6 sorgt für den erforderlichen Antriebsdruck bei der Umwälzung des Was- sers. Zur Reinigung des Wassers dient ein Filterelement 7, durch den das Wasser hindurchge- drückt wird. Mit zunehmender Verschmutzung des Filterelements 7 steigt der Filterwiderstand, der der Förderbewegung des Wasserstroms entgegensteht. In der Zuleitung 4 ist ein Durchflussmen- genmesser 8 mit Schaufelradsensor angeordnet, der die Durchflussmenge misst, die durch die Zuleitung 4 in das Becken 2 einströmt. Der von dem Durchflussmengenmesser 8 ermittelte Messwert wird als Eingangssignal in das Regelelement 9 eingespeist, das den Istwert der Durchflussmenge mit einem Sollwert vergleicht und aus der Differenz ein Stellsignal generiert. Entsprechend dem Stellsignal des Regelelements 9 wird die Antriebsleistung der Umwälzpumpe 6 eingestellt.
Steigt wegen Filterverschmutzung der Filterwiderstand an und nimmt deshalb die Durchflussmenge in der Zuleitung 4 ab, so regelt das Regelelement 9 die Antriebsleistung der Umwälzpumpe 6 nach oben, bis der Durchflussmengen-Sollwert wieder erreicht ist.
Der Sollwert der Durchflussmenge kann an dem Regelelement 9 eingestellt werden und wird in den Ruhezeiten der Anlage automatisch durch das Regelelement 9 reduziert.
Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Regelkreises zur Regelung des pH-Wertes in einer Schwimmbeckenanlage. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemässen Regelkreises stellt der pH-Wert des Wassers die Regelgrösse Y dar. Andere denkbare Regelgrö- #en sind die verschiedenen Hygienehilfsparameter, die Umwälzmenge des geförderten Wassers oder eine Kombination der verschiedenen Kennwerte. Die Regelgrösse Y wird durch den Sensor Sy, der im Becken angeordnet ist, gemessen. Aus dem Istwert Y und dem einstellbaren Sollwert Ysoll wird die Regeldifferenz, das heisst die Abweichung des pH-Istwerts vom pH-Sollwert, errechnet und in einen PID-Regler 10 eingespeist.
Entsprechend der Reglerparameter des PID-Reglers 10 wird ein Stellsignal UR ausgegeben und die Leistung einer Umwälzpumpe 11wird in Abhängigkeit vom Stellsignal UR vergrössert oder verkleinert.
Durch die Veränderung der Pumpleistung wird dem Schwimmbecken mehr oder weniger frisch aufbereitetes Wasser aus der nicht dargestellten Aufbereitungsanlage in das Schwimmbecken zugeführt, so dass sich der pH-Wert in Richtung des Sollwertes verändert. Wie sich eine Erhöhung des Pumpendrucks auf die Änderung des pH-Wertes auswirkt, wird von der Übertragungsfunktion 12 der Regelstrecke, d. h. von den Eigenschaften der Schwimmbeckenanlage, insbesondere dem enthaltenen Wasservolumen, bestimmt. Die Übertragungsfunktion 12 wird durch die lediglich beispielhaft eingezeichnete Sprungantwort der Regelstrecke charakterisiert.
Der erfindungsgemässe Regelkreis sorgt dafür, dass durch Variation der Pumpleistung der pH- Wert in dem Schwimmbecken auf den Sollwert eingeregelt wird. Die Pumpleistung ist dabei immer gerade so gross, wie zur Einhaltung des vorgeschriebenen Kennwerts erforderlich. Falls gewünscht, können entsprechende Sicherheitszugaben gemacht werden, da bestimmte Regelabweichungen, insbesondere nach grösseren Störungen des Regelkreises, systembedingt nicht ausgeschlossen werden können.
Wird der Regelkreis durch eine Störgrösse Z, beispielsweise durch einen plötzlichen Anstieg der Anzahl von Badebesuchern, gestört und dadurch der pH-Wert des Wassers aus dem Sollzustand verschoben, so wird die Pumpleistung durch den Eingriff des Reglers 10 so lange erhöht, bis der Sollwert wieder erreicht ist. Stimmen Sollwert und Istwert der Regelgrösse Y überein, so wird die Pumpleistung der Umwälzpumpe 11gleichbleibend beibehalten.
Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild des Regelkreises nach Fig. 2 mit einer zusätzlicher Störgrö- #enaufschaltung. Eine Störgrösse Z, beispielsweise die Anzahl der im Wasser befindlichen Besu- cher, wird durch den Sensor Sz, beispielsweise einen Durchflussmengenmesser in der Schwallwas- serleitung, erfasst. Dieser Messwert wird in ein Steuergerät 12 eingespeist, das entsprechend der
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gespeicherten Steuerfunktion daraus ein Stellsignal Us erzeugt. Das Stellsignal Us des Steuergerä- tes 13 und das Stellsignal UR des PID-Reglers 10 werden addiert und die Leistung der Umwälz- pumpe 11entsprechend der Stellsignalsumme verändert.
Durch das zusätzliche Stellsignal Us des Steuergerätes 13 wird die Pumpleistung entsprechend der Störgrösse Z unmittelbar verändert ohne dass eine unerwünschte Veränderung der Regelgrösse Y, nachdem das Störsignal Z die Regel- strecke 12 durchlaufen hat, abgewartet werden müsste. Durch diese Störgrössenaufschaltung kann der Einfluss der entsprechenden Störgrösse minimiert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schwimmbeckenanlage mit zumindest einem Becken und einer Badewasseraufbereitungs- und Umwälzanlage, durch die das Wasser aus dem Becken mit zumindest einer Umwälz- pumpe umgewälzt und hygienisch aufbereitet wird, wobei die Schwimmbeckenanlage einen Regelkreis aufweist, in dem die Wassermenge des durch die Badewasseraufberei- tungs- und Umwälzanlage (3) geförderten Volumenstroms mit einem Sensor messbar und mit einem Regelelement durch Änderung der Leistung der Umwälzpumpe (6) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schwimmbeckenanlage zusätzlich der pH-Wert und/oder das Redoxpotential des Badewassers und/oder der Gehalt an freiem und/oder gebundenem Chlor im Bade- wasser als Hygienehilfsparameter geregelt wird,
wobei der Messwert des Hygienehilfs- parameters im Regelkreis zur Regelung des durch die Badewasseraufbereitungs- und
Umwälzanlage (3) geförderten Volumenstroms als Störgrösse (Z) erfasst wird und die Leis- tung der Umwälzpumpe (11) durch ein Steuergerät (13) in Abhängigkeit von der Störgrösse (Z) veränderbar ist.