DE10049597A1 - Control device for switching pumps in hot water circuits with heat exchanger, switches circulating pump based on rate of change of temperature - Google Patents
Control device for switching pumps in hot water circuits with heat exchanger, switches circulating pump based on rate of change of temperatureInfo
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Abstract
Description
In einer großen Anzahl von Gebäuden wird die Bereitstellung von Warmwasser durch einen Wärmetauscher (1), einer Umwälzpumpe (2) und eine als geschlossenen Ring verlegte Rohrleitung realisiert.In a large number of buildings, hot water is provided by a heat exchanger ( 1 ), a circulation pump ( 2 ) and a pipeline laid as a closed ring.
Da das warme Wasser jedoch in den, im allgemeinen langen Wasserrohren abkühlt, transportiert die Umwälzpumpe (2) das Warmwasser während der Hauptnutzungszeiten im Kreislauf. Je länger die Pumpe nun läuft, um so länger treten die Wärmeverluste auf. Wenn die Umwälzpumpe nicht läuft, so muß beim Zapfen von Wasser erst eine große Menge Kaltwasser ablaufen, ehe das warme Wasser aus dem Ventil läuft. Dies erhöht den Wasser- und Heizenergieverbrauch wesentlich. Außerdem ist die Wartezeit bis das warme Wasser aus dem Warmwasserventil läuft oftmals lang.However, since the warm water cools in the generally long water pipes, the circulating pump ( 2 ) transports the hot water during the main periods of use. The longer the pump runs, the longer the heat losses occur. If the circulation pump is not running, a large amount of cold water must first drain off before the warm water runs out of the valve. This significantly increases water and heating energy consumption. In addition, the waiting time until the warm water from the hot water valve runs is often long.
Die nachfolgende Erfindung ermöglicht das bedarfsabhängige Zuschalten der Umwälzpumpe und spart somit Heizenergie und Wasser. Es wird dabei vor allen darauf Wert gelegt, daß ein Eingriff in das Rohrleitungssystem vermieden wird um bei bestehenden Anlagen teure Klempnerarbeiten zu vermeiden.The following invention enables the demand-dependent connection of the Circulation pump and thus saves heating energy and water. It will be above all It is important that an intervention in the piping system is avoided by existing systems to avoid expensive plumbing.
Das Gerät soll das Nachrüsten von Altanlagen durch den Laien ermöglichen um eine breite Anwendung zu ermöglichen.The device is intended to enable the layperson to retrofit old systems by one to enable wide application.
Grundlage der Erfindung ist es, daß in Rohrleitungen des Warmwassernetzes das eingeschlossene Warmwasser langsam abkühlt und bei der Erwärmung des Wassers durch den Wärmetauscher (1) sich gar nicht oder nur sehr langsam erwärmt.The basis of the invention is that in hot water network pipes the enclosed hot water slowly cools down and does not heat up or heats up very slowly when the water is heated by the heat exchanger ( 1 ).
Beim Zapfen von Warmwasser tritt das warme Wasser in den Anfang des Warmwasserrohrleitungsnetzes und bewirkt dort einen steilen Temperaturanstieg, der sonst von keinen anderen Vorgang erreicht wird. Damit kann ein schneller Temperaturanstieg am Anfangspunkt des Rohrleitungsnetzes als Beleg für einen Verbrauch von Warmwasser genommen werden, der wiederum zum Einschalten der Umwälzpumpe (2) führt.When hot water is drawn off, the warm water enters the beginning of the hot water pipeline network and causes a steep rise in temperature, which is otherwise not achieved by any other process. A rapid rise in temperature at the starting point of the pipeline network can thus be taken as evidence of a consumption of hot water, which in turn leads to the circulation pump ( 2 ) being switched on.
In Fig. 1 wird eine entsprechende Anordnung dargestellt.A corresponding arrangement is shown in FIG. 1.
So wird beim Öffnen der Zapfventile (4, 5) das Warmwasser aus dem Wärmetauscher (1) treten und den Temperaturfühler (3) sehr schnell erwärmen. Aufgrund diesen Temperaturhubes erkennt der Mikrorechner (7), daß Warmwasser gezapft wird und schaltet die Zirkulationspumpe (2) ein, die das Wasser schnell zur Zapfstelle transportiert.For example, when the nozzle valves ( 4 , 5 ) are opened, the hot water will come out of the heat exchanger ( 1 ) and the temperature sensor ( 3 ) will heat up very quickly. Due to this temperature rise, the microcomputer ( 7 ) recognizes that hot water is being drawn off and switches on the circulation pump ( 2 ), which quickly transports the water to the tap.
Um das Zapfen von Warmwasser schnell zu erkennen, muß der Temperaturfühler (3) möglichst nah zum Wärmetauscher (1) installiert werden.In order to quickly identify the tapping of hot water, the temperature sensor ( 3 ) must be installed as close as possible to the heat exchanger ( 1 ).
Am günstigsten ist natürlich der Einbau des Fühlers in den Wasserkreislauf um schnelle Reaktionszeiten zu ermöglichen. Da dies aber für Laien nicht einfach möglich ist, ist auch die Verwendung eines Anlegetemperaturfühlers möglich, der die Oberflächentemperatur von Rohrleitungen misst. Diese Fühler können auch bei Kunststoffrohren eingesetzt werden.Of course, the cheapest way is to install the sensor in the water circuit at a fast rate Enable response times. But since this is not easy for laypeople, it is also possible to use a contact temperature sensor which Measures surface temperature of pipes. These sensors can also be used Plastic pipes are used.
Als Auswerteeinrichtung kann, wie im Beispiel dargestellt, ein Rechner (7) mit Analog- Digitalwandler (6) eingesetzt werden, der die Temperaturänderung an dem oder den Fühlern erfaßt und bei schnellen positiven Anstieg der Wassertemperatur die Pumpe (2) einschaltet.As shown in the example, a computer ( 7 ) with analog-digital converter ( 6 ) can be used as the evaluation device, which detects the temperature change on the sensor or sensors and switches on the pump ( 2 ) if the water temperature rises rapidly and positively.
Die Einschaltzeit der Pumpe muß mindestens so groß sein, daß das Wasser einen kompletten Umlauf durch das Rohrsystem absolviert.The pump must be switched on at least so long that the water is one complete circulation through the pipe system.
Danach bleibt die Pumpe solange gesperrt, bis sich das Warmwasser an dem oder den Temperaturfühlern um einen eingebbaren Betrag abgekühlt hat. Ein erneutes Zapfen kann nun wieder durch schnellen Temperaturanstieg nachgewiesen werden.Then the pump remains blocked until the hot water is on the or Has cooled temperature sensors by an amount that can be entered. Another tap can now be demonstrated again by a rapid rise in temperature.
Wenn ein Rechner (7) mit selbstlernenden Eigenschaften eingesetzt wird, so wird er "bemerken", daß zu bestimmten Zeiten immer wieder Warmwasser gezapft wird. Der Rechner (7) schaltet nunmehr vor den üblichen Nutzungszeiten für kurze Zeit die Umwälzpumpe (2) ein um so im vorhinein Warmwasser an den Zapfstellen zur Verfügung zu stellen. Wird dann tatsächlich Warmwasser gezapft so schiebt das heiße Warmwasser aus den Wärmetauscher das schon etwas abgekühlte Wasser an den Messfühler (3) weg. Dies bewirkt einen Temperaturanstieg am Messfühler, der im Rechner als Zeichen für die Wasserentnahme erkannt wird. Dies wird zeitlich im Rechner erfasst und führt somit zum Pumpen zur gleichen Zeit am nächsten Tag.If a computer ( 7 ) with self-learning properties is used, it will "notice" that hot water is always drawn off at certain times. The computer ( 7 ) now switches on the circulation pump ( 2 ) for a short time before the usual times of use in order to make hot water available at the taps in advance. If hot water is then actually tapped, the hot water pushes the somewhat cooled water out of the heat exchanger to the sensor ( 3 ). This causes the temperature on the sensor to rise, which is recognized in the computer as a sign of water withdrawal. This is recorded in the computer and leads to pumping at the same time the next day.
Am einfachsten wird dabei z. B. jeder Viertelstunde eine Speicherstelle im Rechner zugewiesen. Je nachdem ob Warmwasser verbraucht oder nicht verbraucht wird, wird die Zeitzelle dieser entsprechenden Viertelstunde um eins erhöht oder verringert. Einer Änderung der Nutzungszeiten folgt somit eine automatische Änderung der Schaltzeiten der Pumpe (2).The easiest way is z. B. assigned a memory location in the computer every quarter of an hour. Depending on whether hot water is used or not, the time cell of this corresponding quarter of an hour is increased or decreased by one. A change in the usage times is followed by an automatic change in the switching times of the pump ( 2 ).
Um die Sicherheit der Auswertung zu erhöhen, kann ein zweiter Temperaturfühler (8) in einen definierten Abstand (z. B. ein Meter) zum ersten Fühler eingebaut werden. Beim Zapfen von warmen Wasser wird dann zuerst der erste Fühler und dann der zweite Fühler eine Erwärmung melden. Bei gleichem Fühler und gleichen Rohrleitungsmaterial kann dabei als Nebeneffekt die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt werden um damit die Funktion der Pumpe zu überwachen und Verstopfungen der Rohrleitung zu erkennen.To increase the reliability of the evaluation, a second temperature sensor ( 8 ) can be installed at a defined distance (e.g. one meter) from the first sensor. When tapping warm water, the first sensor and then the second sensor will report a warming. With the same sensor and the same pipe material, the flow rate can be determined as a side effect in order to monitor the function of the pump and detect blockages in the pipe.
Als Sensor für die Wasserentnahme kann ebenso eine Wasseruhr verwendet werden, die bei Wasserentnahme Zählimpulse an den Mikrorechner ausgibt.A water meter can also be used as a sensor for water extraction, which outputs counting impulses to the microcomputer when water is drawn.
Wenn am Rücklauf des Wärmetauschers ein zusätzlicher Temperaturfühler (9) installiert wird kann man erkennen wann nach dem Einschalten der Pumpe (2) im gesamten Rohrnetz Wasser mit einer Mindesttemperatur ansteht und kann somit die Pumpe zu einem optimalen Zeitpunkt ausschalten. If an additional temperature sensor ( 9 ) is installed on the return of the heat exchanger, you can see when there is water with a minimum temperature in the entire pipe network after switching on the pump ( 2 ) and can therefore switch off the pump at an optimal time.
Nach einer Montage des Steuergerätes wird der Rechner die anlagentypischen Zeitkonstanten (Totzeit nach Einschalten der Pumpe bis Temperaturerhöhung am Fühler eintritt, Zeitkonstante Temperaturfühler in Zusammenhang mit der Rohrleitung usw.) erfassen und als Steuerkriterien abspeichern.After installing the control unit, the computer becomes the system-typical Time constants (dead time after switching on the pump until the temperature rises on Sensor enters, time constant temperature sensor in connection with the pipeline etc.) and save them as tax criteria.
11
Wärmetauscher mit Speicher
Heat exchanger with storage
22
Umwälzpumpe
circulating pump
33
Temperaturfühler
temperature sensor
44
Auslaufventil (Warmwasserarmatur)
Outlet valve (hot water tap)
55
Auslaufventil (Warmwasserarmatur)
Outlet valve (hot water tap)
66
Analog-Digital-Wandler
Analog to digital converter
77
Rechner
computer
88th
Temperaturfühler
temperature sensor
99
Temperaturfühler am Rücklauf des Wärmetauschers
Temperature sensor on the return of the heat exchanger
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2000
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