Die Erfindung betrifft eine Schwimmbeckenanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regelung eines Wasserkennwerts in einer Schwimmbeckenanlage.
Derartige Schwimmbeckenanlagen werden in einer Vielzahl von unterschiedlichen Bauformen in öffentlichen Frei- und Hallenbädern oder auch in Privathaushalten eingebaut. 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, Flockung, Filterung und Chlorung hygienisch aufbereitet und danach dem Becken wieder zugeführt.
Im Ergebnis muss zur hygienischen Aufbereitung des Badewassers ein kontinuierlicher Volumenstrom 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 Pumpleistung der Umwälzpumpe wird bei den bekannten Anlagen daraufhin ausgelegt, dass die vorgeschriebenen Wasserkennwerte, beispielsweise die umgewälzte Wassermenge, in allen Betriebszuständen 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 Besuchern im Badewasser, und daher während des Betriebs der Anlage stark schwanken können, folgt 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 gereinigtem 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 ist. Eine unnötige Mehrleistung der Umwälzpumpe kann bei den meisten bekannten Anlagen nur durch Schliessen eines Schiebers weggedrosselt werden, wobei jedoch die eingesetzte Pumpenergie verloren geht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schwimmbeckenanlage zu liefern, in der die jeweilige Pumpleistung der Umwälzpumpe dem erforderlichen Leistungsbedarf in allen Betriebszuständen entspricht, um dadurch die jeweils eingesetzte Pumpenergie an den Betriebszustand der Anlage flexibel anzupassen und einen energieoptimierten Betrieb der Anlage zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Schwimmbeckenanlage nach der Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Erfindungsgemäss weist die Schwimmbeckenanlage einen Regelkreis auf, in dem zumindest ein Wasserkennwert mit einem Sensor messbar und mit einem Regelelement durch Änderung der Leistung der Umwälzpumpe regelbar ist. Die Pumpleistung der Umwälzpumpe ist nicht mehr auf einem Wert fest eingestellt, sondern wird von dem Regelelement jeweils so eingestellt, dass der vorgeschriebene Wasserkennwert möglichst exakt eingehalten wird. Änderungen 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, sodass die abgegebene Pumpleistung gerade dem tatsächlichen Leistungsbedarf entspricht.
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 ist. Der Sollwert der Regelung kann dabei einen Sicherheitszuschlag im Vergleich zur vorgeschriebenen Kenngrösse aufweisen.
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 Zweipumpenbetrieb 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 bei Abschaltung der halben Pumpleistung wird ein Grossteil der durch die verbleibende Umwälzpumpe aufgewandten Pumpenergie verschwendet, da die umgewälzte Wassermenge erheblich grösser ist, als zur Einhaltung der vorgeschriebenen reduzierten Umwälzmenge erforderlich.
Es ist deshalb besonders vorteilhaft, wenn in der erfindungsgemässen Schwimmbeckenanlage die Umwälzmenge des durch die Umwälzanlage umgewälzten Volumenstroms geregelt werden kann. In den Ruhezeiten kann dann der vorgeschriebene Wert für die reduzierte Umwälzmenge exakt eingestellt werden, und die abgegebene Pumpleistung wird durch das Regelelement auf das erforderliche Mass begrenzt, das zur Erzielung der reduzierten Umwälzmenge notwendig ist. Dabei nimmt die aufgewandte Pumpenenergie quadratisch mit der Reduzierung der Umwälzmenge ab, woraus sich ein überproportionaler Energiespareffekt ergibt.
Die Wasserqualität des Badewassers einer Schwimmbeckenanlage wird durch eine Vielzahl von Hygienehilfsparametern gekennzeichnet, deren Einhaltung teilweise gesetzlich vorgeschrieben ist. Die meisten dieser Hygienehilfsparameter hängen mittelbar oder unmittelbar von der Pumpleistung der Umwälzpumpe ab, da die Reinigungsleistung der Aufbereitungsanlage zum grossen Teil vom umgewälzten Wasservolumen bestimmt wird. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn zumindest ein Hygienehilfsparameter des Wassers durch den Regelkreis der Schwimmbeckenanlage geregelt wird. Selbstverständlich kann auch eine Kombination mehrerer Hygienehilfsparameter und/oder anderer Kennwerte, beispielsweise die Umwälzmenge der Umwälzpumpe, als Regelgrösse des Regelkreises eingesetzt werden.
Vorzugsweise erfolgt die Regelung der Schwimmbeckenanlage nach dem pH-Wert und/oder dem Redoxpotenzial des Badewassers und/oder dem Gehalt an freiem und/oder gebundenem Chlor im Badewasser, da dies die wichtigsten Hygienehilfsparameter sind und deshalb bei den meisten bekannten Schwimmbeckenanlagen bereits als Kontrollgrössen erfasst werden.
Die besten Regelergebnisse bei den meisten Schwimmbeckenanlagen werden 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.
Erfindungsgemäss wird in der Schwimmbeckenanlage zur Regelung der Wasserkennwerte die Pumpleistung der Umwälzpumpe vergrössert oder verkleinert. Diese Massnahme dient insbesondere der Einsparung von Pumpenergie, weshalb dazu die aufgenommene Eingangsleistung der Umwälzpumpe und nicht deren abgegebene Ausgangsleistung reduziert werden muss. Besonders einfach kann die aufgenommene Eingangsleistung durch Veränderung der Pumpendrehzahl beeinflusst werden. Zur elektrotechnischen Regelung der Pumpendrehzahl sind eine Vielzahl von technischen Varianten bekannt.
Wegen des sehr grossen Wasservolumens in den meisten Schwimmbädern weist die erfindungsge-mässe Regelstrecke grosse Totzeiten auf. Wird beispielsweise einer der Hygienehilfsparameter "freies Chlor", "gebundenes Chlor", "Redoxpotenzial" 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 Wasserkennwerte wegen der langen Totzeiten in der Regelstrecke 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 Regelergebnis in diesen Fällen zu verbessern, sollte zumindest eine die Wasserqualität beeinflussende Störgrösse durch einen Sensor messbar und die Leistung der Umwälzpumpe durch ein Steuergerät in Abhängigkeit von der Störgrösse veränderbar sein.
Dadurch wird im Ergebnis eine Störgrössenaufschaltung erreicht, um den Einfluss der gemessenen Störgrösse auf den erfindungsgemässen Regelkreis herabzusetzen. Wirkt 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 Regelungsdynamik zur Ausregelung von Störungen auf.
Da eine dominierende Störgrösse in einer Schwimmbeckenanlage, die auf die Wasserkennwerte einwirkt, die Anzahl der im Becken befindlichen Besucher ist, sollte diese Kennzahl entweder direkt oder indirekt durch einen Sensor messbar sein, um eine entsprechende Störgrössenaufschaltung zu ermöglichen.
Die direkte Zählung der im Wasser befindlichen Besucher ist in einem Schwimmbad nur mit unverhältnismässig 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 ermöglichen. Besonders einfach ist es, die ungefähre Anzahl der im Becken befindlichen Besucher durch einen Sensor zur Niveaumessung im Ausgleichsbecken der Schwallwasserrinne zu messen. Ist das Schwimmbecken leer, stellt sich zwischen den verschiedenen Volumenströmen, die aus und in das Schwimmbecken fliessen, ein Gleichgewichtszustand ein, sodass eine gleich bleibende Menge Wasser über die Schwallwasserrinne abfliesst.
In diesem Zustand stellt sich im Ausgleichsbecken der Schwallwasserrinne ein gleich bleibender 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 korrelierende Wassermenge, die über die Schwallwasserrinne zusätzlich abfliesst. Da die sonstigen Volumenströme gleich bleiben, bewirkt dieses zusätzlich abfliessende Wasservolumen einen 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.
Alternativ zur Messung des Wasserstands im Ausgleichsbehälter der Schwallwasserrinne 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.
Eine weitere wichtige Störgrösse bei der erfindungsgemässen Regelung der Schwimmbeckenanlage ist der \ffnungsgrad des Chlorzugabeventils, weshalb es vorteilhaft ist, auch diese Störgrösse zu erfassen und ihren Einfluss durch eine Störgrössenaufschaltung zu reduzieren. Über das Chlorzugabeventil wird dem Badewasser Chlorgas zugeführt, was verschiedene Hygienehilfsparameter, insbesondere den Gehalt an freiem Chlor im Wasser, unmittelbar beeinflusst. Da die üblicherweise verwendeten Chlorzugabeventile während des Betriebes in schnell wechselnder Folge weit geöffnet und wieder geschlossen werden, kann ein entsprechend träger Regelkreis durch diese schwingende Störgrösse in einen kritischen Schwingungszustand versetzt werden. Deshalb sollte der Einfluss der Chlorzugabe auf den Regelkreis durch eine entsprechende Störgrössenaufschaltung reduziert werden.
Weiter wird ein Verfahren zur Regelung eines Wasserkennwerts in einer Schwimmbeckenanlage mit und ohne Störgrössenaufschaltung vorgeschlagen.
Nachfolgend wird eine erfindungsgemässe Schwimm-beckenanlage 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;
Fig. 3 ein Blockschaltbild des Regelkreises nach Fig. 2 mit einer zusätzlichen Störgrössenaufschaltung.
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 Badewasseraufbereitungs- und Umwälzanlage 3 umgewälzt werden. Zur besseren Erkennbarkeit sind die meisten Komponenten der Badewasseraufbereitungs- und Umwälzanlage 3 nicht dargestellt. Der Rohrleitungsverlauf in der Badewasser-aufbereitungs- und Umwälzanlage 3 ist lediglich schematisch angedeutet.
Eine Umwälzpumpe 6 sorgt für den erforderlichen Antriebsdruck bei der Umwälzung des Wassers. Zur Reinigung des Wassers dient ein Filterele ment 7, durch welches das Wasser hindurchgedrückt wird. Mit zunehmender Verschmutzung des Filterelements 7 steigt der Filterwiderstand, der der Förderbewegung des Wasserstroms entgegensteht. In der Zuleitung 4 ist ein Durchflussmengenmesser 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 Regelgrössen 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 der Regelgrösse 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,1 und die Leistung einer Umwälzpumpe 11 wird 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, sodass 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 11 gleichbleibend beibehalten.
Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild des Regelkreises nach Fig. 2 mit einer zusätzlichen Störgrössenaufschaltung. Eine Störgrösse Z, beispielsweise die Anzahl der im Wasser befindlichen Besucher, wird durch den Sensor Sz, beispielsweise einen Durchflussmengenmesser in der Schwallwasserleitung, erfasst. Dieser Messwert wird in ein Steuergerät 13 eingespeist, das entsprechend der gespeicherten Steuerfunktion daraus ein Stellsignal US erzeugt. Das Stellsignal US des Steuergerätes 13 und das Stellsignal UR des PID-Reglers 10 werden addiert und die Leistung der Umwälzpumpe 11 entsprechend 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 Übertragungsfunktion der Regelstrecke 12 durchlaufen hat, abgewartet werden müsste. Durch diese Störgrössenaufschaltung kann der Einfluss der entsprechenden Störgrösse minimiert werden.
The invention relates to a swimming pool system according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a method for regulating a water parameter in a swimming pool system.
Such swimming pool systems are installed in a variety of different designs in public outdoor and indoor pools or in private households. In public baths in particular, a wide variety of hygiene regulations must be observed, some of which are required by law. To comply with these hygiene regulations, bath water treatment and circulation systems are used, with which the polluted water from the pools can be circulated and circulated hygienically using circulation pumps. This means that the contaminated water is drawn off from the basin, then hygienically processed, for example by adsorption, flocculation, filtering and chlorination, and then returned to the basin.
As a result, a continuous volume flow from the circulation pump must be promoted through the treatment system for the hygienic treatment of the bathing water.
A disadvantage of the swimming pool systems known from the prior art is that the delivery rate of the circulation pump and thus the cleaning performance of the treatment system cannot be influenced as a function of the prescribed water parameters. In the known systems, the pumping capacity of the circulation pump is designed so that the prescribed water parameters, for example the amount of water circulated, can be achieved with certainty in all operating states. This value for the pump power is fixed and normally not changed.
Since the water parameters depend on a large number of influencing factors, for example the degree of pollution of the filter system or the number of visitors in the bathing water, and can therefore fluctuate greatly during the operation of the system, this rigid determination of the pump output to a safe maximum required value results in a high and unnecessary energy consumption of the system. Since the pumps are operated at maximum output even when the filter is freshly cleaned or the pool water is slightly contaminated, a large part of the pump energy is used unnecessarily, since more water is circulated than is necessary to comply with the prescribed parameters. In most known systems, an unnecessary additional output of the circulation pump can only be throttled away by closing a slide valve, but the pump energy used is lost.
The object of the present invention is to provide a swimming pool system in which the respective pump output of the circulating pump corresponds to the required power requirement in all operating states, in order thereby to flexibly adapt the pump energy used in each case to the operating state of the system and to enable energy-optimized operation of the system.
This object is achieved by a swimming pool system according to the teaching of claim 1.
Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
According to the invention, the swimming pool system has a control circuit in which at least one water parameter can be measured with a sensor and regulated with a control element by changing the output of the circulation pump. The pumping capacity of the circulation pump is no longer set to a fixed value, but is set by the control element in such a way that the prescribed water parameter is maintained as precisely as possible. Changes in the control system, such as the increasing contamination of the filter system, which can increase the total resistance of the system by up to 35%, are compensated for by the intervention of the control element in the control circuit, so that the pump power output corresponds exactly to the actual power requirement.
This measure saves a large part of the pump energy used, since no more water is circulated than is required to maintain the setpoints in the respective operating state. The setpoint of the control can have a safety margin compared to the prescribed parameter.
One of the most important water parameters in the operation of a swimming pool system is the circulating volume of the volume flow circulated by the circulating system, since the treatment and filter performance increases with an increasing circulating volume. In most cases, the minimum value of this key figure must be guaranteed to within 3%. It is permissible to reduce the circulation volume to 50% of the normal value during idle times when the system is not being used by visitors, for example at night. In the two-pump operation customary in known systems, one of the pumps is therefore switched off during these times in order to save energy. However, since the pressure loss in the system decreases quadratically with the flow rate, halving the pump output only reduces the circulation volume to approx. 70% of the normal value.
This means that even if half of the pump power is switched off, a large part of the pump energy used by the remaining circulation pump is wasted, since the amount of water circulated is considerably larger than is required to comply with the prescribed reduced circulation amount.
It is therefore particularly advantageous if the circulation quantity of the volume flow circulated by the circulation system can be regulated in the swimming pool system according to the invention. During the rest periods, the prescribed value for the reduced circulation quantity can then be set exactly, and the pumping power output is limited by the control element to the required amount, which is necessary to achieve the reduced circulation quantity. The pump energy used decreases quadratically with the reduction of the circulation volume, which results in a disproportionate energy saving effect.
The water quality of the bathing water in a swimming pool system is characterized by a large number of hygiene aid parameters, compliance with which is sometimes required by law. Most of these auxiliary hygiene parameters depend directly or indirectly on the pumping capacity of the circulation pump, since the cleaning capacity of the treatment plant is largely determined by the volume of water circulated. It is therefore advantageous if at least one auxiliary hygiene parameter of the water is regulated by the control loop of the swimming pool system. Of course, a combination of several auxiliary hygiene parameters and / or other characteristic values, for example the circulation quantity of the circulation pump, can also be used as the control variable of the control loop.
The swimming pool system is preferably regulated according to the pH value and / or the redox potential of the bathing water and / or the content of free and / or bound chlorine in the bathing water, since these are the most important auxiliary hygiene parameters and are therefore already recorded as control variables in most known swimming pool systems become.
The best control results with most swimming pool systems are achieved if a PID controller is used to control the system. The controller parameters are to be matched to the route parameters and dead times of the swimming pool system for the various water parameters used as control parameters.
According to the invention, the pumping capacity of the circulating pump is increased or decreased in the swimming pool system for regulating the water parameters. This measure serves in particular to save pump energy, which is why the input power input of the circulating pump and not its output power must be reduced. The input power consumed can be influenced in a particularly simple manner by changing the pump speed. A large number of technical variants are known for the electrical control of the pump speed.
Because of the very large water volume in most swimming pools, the controlled system according to the invention has long dead times. If, for example, one of the hygiene auxiliary parameters "free chlorine", "bound chlorine", "redox potential" and "pH value" is controlled, the control loop reacts very slowly with a time delay of up to 15 minutes.
Since disturbance variables can change quickly on the controlled system, for example, the number of bathing visitors can change very quickly, the control result for regulating the water parameters used as control variables is often inadequate due to the long dead times in the controlled system. Depending on the controller characteristics, a malfunction causes a large overshoot of the controlled variable or very long settling times. In both cases, the regulated water parameters are in an impermissible range for a long time. In order to improve the control result in these cases, at least one disturbance variable influencing the water quality should be measurable by a sensor and the performance of the circulating pump should be changeable by a control unit depending on the disturbance variable.
As a result, a disturbance variable is achieved in order to reduce the influence of the measured disturbance variable on the control loop according to the invention. If a disturbance variable has an effect on the control circuit, for example the number of bathers in the water increases, there is no need to wait until the pump power, which counteracts the influence of the disturbance variable, for the regulated water characteristic to deteriorate and a controller intervention is effected. Instead, the disturbance is detected by a sensor and the pump power is increased immediately by the control unit using a corresponding control function depending on the disturbance.
As a result, the influence of the disturbance variable on the controlled system can be greatly reduced very quickly, and the control loop thus has better control dynamics for controlling disturbances.
Since a dominant disturbance variable in a swimming pool system, which affects the water parameters, is the number of visitors in the pool, this key figure should be measurable either directly or indirectly by a sensor in order to enable a corresponding disturbance variable activation.
The direct count of the visitors in the water in a swimming pool is only possible with disproportionate effort. Characteristic values must therefore be found which correlate at least in the order of magnitude with the number of visitors in the water and thus enable the indirect measurement of the number of visitors. It is particularly easy to measure the approximate number of visitors in the pool by means of a level measurement sensor in the surge tank's surge tank. If the swimming pool is empty, a state of equilibrium is established between the different volume flows that flow in and out of the swimming pool, so that a constant amount of water flows out via the splash water channel.
In this state, a constant water level is set in the surge tank's surge tank, the level of which corresponds to an empty pool.
As soon as visitors are in the bathing water, their body volume and wave movements displace a certain amount of water, which correlates with the number of visitors, and which additionally flows off via the splash water channel. Since the other volume flows remain the same, this additional flowing water volume causes an increase in the water level in the surge tank of the splash water channel, which is approximately proportional to the number of bathers in the pool. The water level in the expansion tank can be measured using simple sensors, such as float elements. Of course, the number of visitors in the water cannot be determined exactly using this measurement method, but can only be estimated, which is sufficient to control the disturbance variable.
As an alternative to measuring the water level in the surge tank's surge tank, the approximate number of visitors in the pool can also be measured by a sensor for measuring the volume flow in the splash water line, since this volume flow increases in proportion to the additionally displaced amount of water.
Another important disturbance variable in the regulation of the swimming pool system according to the invention is the degree of opening of the chlorine addition valve, which is why it is advantageous to also detect this disturbance variable and to reduce its influence by applying a disturbance variable. Chlorine gas is supplied to the bathing water via the chlorine addition valve, which directly influences various auxiliary hygiene parameters, in particular the free chlorine content in the water. Since the chlorine addition valves normally used are opened and closed again rapidly during operation in a rapidly changing sequence, a correspondingly sluggish control loop can be put into a critical oscillation state by this oscillating disturbance variable. For this reason, the influence of the addition of chlorine on the control loop should be reduced by means of an appropriate feedforward control.
Furthermore, a method for regulating a water parameter in a swimming pool system with and without disturbance variable connection is proposed.
A swimming pool system according to the invention is explained in more detail below with the aid of drawings showing only preferred embodiments.
Show it:
Figure 1 shows a swimming pool system according to the invention with a bath water treatment and circulation system in a schematic representation.
2 shows a block diagram of a control loop according to the invention;
Fig. 3 is a block diagram of the control circuit of FIG. 2 with an additional disturbance variable.
1 shows a swimming pool system 1 according to the invention with a water-filled pool 2 and a bath water treatment and circulation system 3. The water from the pool 2 can be circulated by operating the bath water treatment and circulation system 3 by means of the inflow line 4 and the drain line 5. For better visibility, most components of the bath water treatment and circulation system 3 are not shown. The pipe run in the bath water treatment and circulation system 3 is only indicated schematically.
A circulation pump 6 ensures the required drive pressure when circulating the water. To clean the water is a Filterele element 7, through which the water is pressed. With increasing contamination of the filter element 7, the filter resistance, which opposes the conveying movement of the water flow, increases. A flow rate meter 8 with a paddle wheel sensor is arranged in the feed line 4 and measures the flow rate that flows into the basin 2 through the feed line 4. The measured value determined by the flow rate meter 8 is fed as an input signal into the control element 9, which compares the actual value of the flow rate with a target value and generates an actuating signal from the difference. The drive power of the circulation pump 6 is set in accordance with the control signal of the control element 9.
If the filter resistance rises due to filter contamination and therefore the flow rate in the feed line 4 decreases, the control element 9 regulates the drive power of the circulation pump 6 upwards until the flow rate setpoint is reached again.
The setpoint of the flow rate can be set on the control element 9 and is automatically reduced by the control element 9 during the rest times of the system.
2 shows the block diagram of a control circuit according to the invention for controlling the pH in a swimming pool system. In this embodiment of the control circuit according to the invention, the pH value of the water represents the control variable Y. Other conceivable control variables are the various auxiliary hygiene parameters, the circulating quantity of the pumped water or a combination of the different characteristic values. The controlled variable Y is measured by the sensor SY, which is arranged in the basin. The control difference, that is to say the deviation of the actual pH value from the desired pH value, is calculated from the actual value of the controlled variable Y and the adjustable setpoint Yset and fed into a PID controller 10.
According to the controller parameters of the PID controller 10, an actuating signal UR is output, 1 and the output of a circulating pump 11 is increased or decreased depending on the actuating signal UR.
By changing the pumping capacity, more or less freshly treated water is fed into the swimming pool from the treatment system (not shown) into the swimming pool, so that the pH value changes in the direction of the target value. How an increase in the pump pressure affects the change in the pH is determined by the transfer function 12 of the controlled system, i.e. determined by the properties of the swimming pool system, in particular the volume of water it contains. The transfer function 12 is characterized by the step response of the controlled system which is only shown by way of example.
The control loop according to the invention ensures that the pH value in the swimming pool is adjusted to the desired value by varying the pumping power. The pump output is always just as large as is necessary to maintain the prescribed characteristic value. If desired, appropriate safety allowances can be made, since certain system deviations, especially after major disturbances in the control circuit, cannot be excluded due to the system.
If the control circuit is disturbed by a disturbance variable Z, for example by a sudden increase in the number of bathers, and the pH value of the water is shifted from the desired state, the pump power is increased by the intervention of the controller 10 until the desired value again is reached. If the target value and the actual value of the controlled variable Y match, the pump output of the circulating pump 11 is maintained unchanged.
Fig. 3 shows the block diagram of the control circuit of FIG. 2 with an additional disturbance variable. A disturbance variable Z, for example the number of visitors in the water, is detected by the sensor Sz, for example a flow meter in the splash water line. This measured value is fed into a control unit 13, which generates an actuating signal US in accordance with the stored control function. The control signal US of the control unit 13 and the control signal UR of the PID controller 10 are added and the power of the circulation pump 11 is changed in accordance with the control signal sum.
The additional control signal US of the control unit 13 changes the pump output in accordance with the disturbance variable Z without waiting for an undesired change in the controlled variable Y after the disturbance signal Z has passed through the transfer function of the controlled system 12. The influence of the corresponding disturbance variable can be minimized by this feedforward control.