DE102006009047A1

DE102006009047A1 - Pumpenanordnung für eine Heizanlage

Info

Publication number: DE102006009047A1
Application number: DE102006009047A
Authority: DE
Inventors: Johannes D. Dr. Hengstenberg; Tobias Schulze
Original assignee: SENERCON GmbH
Current assignee: SENERCON GmbH
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2007-08-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung für eine Heizanlage, mit einer Pumpe (17) für ein Wärmetransportmittel, deren Saugseite mit einem Zulaufanschluss (28) und deren Druckseite mit einem Ablaufanschluss (29) verbunden ist, sodass die Pumpe (17) in eine Heizmittelleitung (11) der Heizanlage einbaubar ist. Um einen effektiven Betrieb der Heizanlage zu erleichtern, ist in der Pumpenanordnung ein Durchflussmesser (16), der im Heizmittelweg (19) zwischen Zulauf und Ablaufanschluss (28, 29) angeordnet ist und der ein dem Heizmittelstrom durch die Heizmittelleitung (11) entsprechendes Signal (dV/dt) liefert, ein erster Temperaturfühler (18), der ein der Vorlauftemperatur des Heizmittels entsprechendes Signal (THV) liefert, ein zweiter Temperaturfühler (22), der ein der Rücklauftemperatur des Heizmittels entsprechendes Signal (THR) liefert, und ein Rechenkreis (21) vorgesehen, dem die Signale (dV/dt, THV, THR) des Durchflussmessers (16) und der Temperaturfühler (18, 22) zugeführt sind, und der ein dem Wärmemengenverbrauch entsprechendes Signal liefert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung für eine Heizanlage.
In Heizanlagen werden üblicherweise Pumpenanordnungen, wie Umwälzpumpen eingesetzt, um ein Wärmetransportmittel, wie z.B. Heizwasser oder dergleichen, von einer Wärmequelle zu den einzelnen Heizkörpern eines Heizkreises der Heizanlage zu liefern.
Um Pumpenstrom zu sparen ist es aber auch bereits bekannt, den Volumen- oder Massenstrom des Wärmetransportmittels, im folgenden kurz Heizmittel genannt, durch den Heizkreis einer Heizanlage durch Modulation der Pumpenleistung so zu regeln, dass die Differenz von Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur konstant gehalten wird. Hierzu wird die Vorlauftemperatur vor oder hinter der üblicherweise im Vorlauf angeordnete Umwälzpumpe gemessen, während die Rücklauftemperatur an der Rücklaufleitung oder, wenn die Heizanlage an ein Fernwärmenetz angeschlossen ist, in einer Beipassrohrleitung positioniert wird. Insbesondere wird die Pumpenleistung dann reduziert, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf zu gering ist, wenn also dem Heizmittel im Heizkreis zu wenig Wärme entzogen wurde. Hierdurch wird nicht nur Pumpenstrom gespart, sondern auch die Effektivität der Heizanlage verbessert (vgl. "CIRcontrol Heizkreispumpenregelung", Technische Information + Montageanleitung, der Firma Wagner & Co. Solartechnik, 8120 N000 04/2002).

Es ist ferner bekannt, zur Erfassung des Wärmemengen- oder kurz Wärmeverbrauchs einer Heizanlage, also insbesondere zur Erfassung der Wärmemenge, die einem Verbrauch über einen Heizkreis zugeführt wird, Wärmemengenzähler einzusetzen, die einen in eine Vorlauf- oder Rücklaufleitung einer Heizanlage oder eines Teilabschnitts einer Heizanlage eingebauten Durchflussmesser, ein Temperaturfühlerpaar zum Erfassen der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur sowie einen elektronischen Rechenkreis umfassen, um aus dem Volumenstrom des Heizmittels, der temperaturabhängigen Dichte und der Wärmekapazität des Heizmittels sowie der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur die in dem betroffenen Abschnitt der Heizanlage entnommene Wärmemenge zu berechnen (vergleiche z. B. das Stichwort "Wärmezähler" aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie, 6. Dezember 2005 (http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%R4rmez%C3%A4hler)).

Derartige Wärmemengenzähler oder kurz Wärmezähler werden zum Beispiel in Mehrfamilienhäusern eingesetzt, um den Wärmemengenverbrauch in den einzelnen Wohnungen zu erfassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Pumpenanordnung für eine Heizanlage bereitzustellen, die sich insbesondere auch in bestehende Heizanlagen einfach und kostengünstig einbauen lässt, und einen effizienteren Betrieb der Heizanlage ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Pumpenanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß weist also eine Pumpenanordnung für eine Heizanlage neben der Pumpe für das Heizmittel, einen Durchflussmesser, der im Heizmittelweg zwischen Zulauf- und Ablaufanschluss der Pumpe angeordnet ist, ein Paar von Temperaturfühlern und einen Rechenkreis auf, der aus dem dem Volumenstrom des Heizmittels durch die Heizmittelleitung entsprechenden Signal vom Durchflussmesser und den Temperatursignalen der beiden Temperaturfühler, die der Vorlauftemperatur bzw. der Rücklauftemperatur entsprechen, den Wärmemengenverbrauch im Heizkreis ermittelt.

Erfindungsgemäß wird also ein Wärmezähler so zusammen mit einer Umwälzpumpe in einer Pumpenanordnung integriert, dass sich die Kosten für die Nachrüstung eines Wärmezählers oder einer Wärmezählerfunktion um den Faktor 2 reduzieren lassen, wenn die Umwälzpumpe sowieso erneuert werden muss, oder wenn die Erneuerung einer überdimensionierten Pumpe durch eine energiesparende wirtschaftlich ist.

Grundsätzlich ist es möglich, den Durchflussmesser an jeder montagetechnisch günstigen Stelle im Heizmittelweg der Pumpenanordnung anzuordnen, um jedoch den Massen- oder Volumenstrom des Heizmittels durch die Heizmittelleitung zuverlässig mit genügend hoher Genauigkeit erfassen zu kön nen, ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Durchflussmesser zwischen dem Zulaufanschluss und der Saugseite der Pumpe angeordnet ist.

Zweckmäßiger Weise ist der Durchflussmesser ein mechanischer Durchflussmesser oder ein Ultraschall-Durchflussmesser.

Um die Installationskosten weiter zu verringern und die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verbessern, ist es zweckmäßig, wenn einer der beiden Temperaturfühler im Heizmittelweg zwischen Zulauf- und Ablaufanschluss angeordnet ist, wobei dieser Temperaturfühler vorzugsweise im Bereich des Ablaufanschlusses angeordnet ist.

Um den Wärmemengenverbrauch einfach überwachen zu können, ist es zweckmäßig, wenn der Rechenkreis mit einer Anzeigevorrichtung zur Anzeige des Wärmemengenverbrauchs verbunden ist. Vorteilhafter Weise ist der Rechenkreis zusammen mit dem Durchflussmesser und der Pumpe in einem Gerät integriert.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein weiterer Rechenkreis vorgesehen ist, dem das dem Wärmemengenverbrauch entsprechende Ausgangssignal des ersten Rechenkreises sowie ein dem Primärenergieträgerverbrauch entsprechendes Signal zugeführt ist, und der ein der Effektivität eines Heizkessels entsprechendes Signal liefert. Dies hat den Vorteil, dass z.B. durch einen Vergleich des Wärmemengenverbrauchs mit dem Primärenergieträgerverbrauch, also mit dem Verbrauch an Erdgas, Heizöl oder bei Verwendung einer Wärmepumpenanlage dem Wärmepumpenstrom der Nutzungsgrad oder der Jahresnutzungsgrad der Heizanlage bzw. die Arbeitszahl oder die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpenanlage überwacht werden kann. Steigt beispielsweise bei gleichem Wärmemengenverbrauch der Verbrauch von Gas oder Heizöl an, so lässt sich daraus auf eine Verringerung der Effektivität der Heizanlage schließen, was es möglich macht, Fehlbedienungen und/oder Wartungsmängel von Heizanlagen oder Wärmepumpenanlagen frühzeitig zu erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten.

Zweckmäßigerweise ist der Rechenkreis über eine Schnittstelle mit externen Geräten verbindbar. Dies hat den Vorteil, dass sich die erfindungsgemäße Pumpenanordnung in rechnergestützte Haussteuerungs- und Überwachungssysteme integrieren oder auch mit einem PC oder dergleichen verbinden lässt.

Um auch den Pumpenstrom möglichst gering zu halten, ist es bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Pumpe in Abhängigkeit von einer Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur regelbar ist, um diese Temperaturdifferenz konstant zu halten.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Heizanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung des Wärmemengenverbrauchs und
2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Veranschaulichung der Anordnung von Pumpe, Durchflusszähler und Temperaturfühler.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie in 1 dargestellt ist, ist ein Heizkessel 10 einer Heizanlage über eine Vorlaufleitung 11 und eine Rücklaufleitung 12 mit einem Heizkreis 14 verbunden, der in nicht näher dargestellter Weise Heizkörper oder Heizungselemente einer Flächenheizung, wie z.B. eine Fußbodenheizung, aufweist. In der Vorlaufleitung 11 ist eine Pumpenanordnung 15 für die Heizanlage eingesetzt, die neben einer Pumpe 17 einen Durchflussmesser 16 und einen ersten Temperaturfühler 18 aufweist. Dabei sind der Durchflussmesser 16, die Pumpe 17 und der erste Temperaturfühler 18 in einem Heizmittelleitungsabschnitt 19 angeordnet, der über Flanschverbindungen 20 mit der Vorlaufleitung 11 verbunden ist. Der Abstand der Flanschverbindungen 20 kann dabei zweckmäßigerweise entsprechend dem Flanschabstand herkömmlicher Umwälzpumpen gewählt sein, um den Einbau der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung 15 weiter zu vereinfachen.
Wie in 2 dargestellt ist, sind also der Durchflussmesser 16, ein Pumpenrad 17' der Pumpe 17 und ein erster Temperaturfühler 18 zwischen einem Zulaufanschluss 28 und einem Ablaufanschluss 29 im Heizmittelweg 19 angeordnet. Zweckmäßigerweise ist dabei der Durchflussmesser 16 vor und der Temperaturfühler 18 hinter der Pumpe 17 angeordnet, es ist aber auch denkbar, den Durchflussmesser 16 und Temperaturfühler 18 in umgekehrter Weise oder auch beide auf einer Seite der Pumpe 17 vorzusehen. Der Heizmittelweg 19 stellt einen Abschnitt der Vorlaufleitung 11 dar, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung über die Flanschverbindungen 20 in diese eingebaut ist.
Die Pumpenanordnung 15 umfasst ferner einen ersten Rechenkreis 21, dem ein dem Heizmittelstrom durch die Heizmittelleitung entsprechendes Signal dV/dt vom Durchflussmesser 16, ein der Vorlauftemperatur entsprechendes Signal T_HV vom ersten Temperaturfühler 18 und ein der Rücklauftemperatur T_HR von einem zweiten Temperaturfühler 22 zugeführt wird. Aus dem den Heizmittelstrom durch die Vorlaufleitung 11 entsprechenden Volumenstromsignal dV/dt, den beiden Temperatursignalen T_HV, T_HR sowie aus der Wärmekapazität c_w und der temperaturabhängigen Dichte ρ(T) berechnet der erste Rechenkreis die Wärmeleistung des Heizkreises 14 der Heizanlage nach folgender Gleichung: dQ/dt = dV/dt·ρ(THV)·cw·(THV – THR) (1)
Aus der Wärmeleistung dQ/dt kann dann die im Heizkreis 14 verbrauchte Wärmemenge durch Integration über die Zeit nach folgender Gleichung ermittelt werden. Q = ∫dQ/dt·dt (2)
Um einem Benutzer die einfache Überwachung der Wärmeleistung und/oder des Wärmeverbrauchs zu ermöglichen, werden Wärmeleistung und/oder Wärmeverbrauch mittels einer mit dem Rechenkreis 21 verbundenen optischen Anzeigevorrichtung 23 angezeigt. Die Anzeigevorrichtung 23, z.B. LCD-Bildschirm, kann ferner die verbrauchte Wärmemenge pro Tag/Monat/Jahr, die Temperatur von Vor- und Rücklauf, die Temperaturdifferenz, die Pumpenleistung in %, und dergleichen anzeigen. Zur Bedienung der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung mit integriertem Wärmemengenzähler ist eine nicht darge stellte Eingabeeinheit vorgesehen, die als Tastenfeld, als Dreh-Drück-Steller, als Jog-Dial oder dergleichen ausgebildet sein kann.
Neben der Erfassung der Wärmeleistung und der verbrauchten Wärmemenge ist es möglich, mittels der Temperaturwerte für Vorlauf- und Rücklauftemperatur die Pumpe 17 so zu steuern, dass die Temperaturdifferenz ΔT zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur konstant gehalten wird. Die Regelung der Pumpe 17 erfolgt dabei in der Weise, dass die folgende Gleichung praktisch immer erfüllt wird. ΔT = HHV – THR = konstant (3)
Die Regelung der Pumpe 17 passt also bei verminderter Heizlast deren Drehzahl so an, dass diese Temperaturdifferenz konstant auf dem vorgegebenen Sollwert gehalten wird. Die Variation des Volumenstromes erfolgt durch Modulation der Pumpenleistung. Um hierbei sicher zu stellen, dass auch bei verringerter Pumpleistung allen Verbrauchern im Heizkreis hinreichend Wärmetransportmittel zugeführt werden, ist gegebenenfalls ein hydraulischer Abgleich der Heizanlage erforderlich.
Ferner ist es möglich, die Vorlauftemperatur an eine Regelung 25 des Heizkessels 10 zu liefern, sodass die am Ausgang der Pumpe 17 gemessene Vorlauftemperatur bei der Heizkesselregelung berücksichtigt wird.
Um die Effektivität des Heizkessels 10 der Heizanlage überwachen zu können, kann ein zweiter Rechenkreis 26 vorgesehen sein, dem neben der vom ersten Rechenkreis 21 ermittelten Wärmeleistung oder dem Wärmeverbrauch ein dem Verbrauch des Primärenergieträgers entsprechendes Signal von einer entsprechenden Zählereinheit 27 zugeführt wird. Im Falle einer Heizanlage, die mit Gas betrieben wird, kann beispielsweise der Gasverbrauch von der Gasuhr an den zweiten Rechenkreis 26 geliefert werden. Bei einer mit Öl betriebenen Heizanlage kann ein Füllstandssignal vom Öltank verwendet werden, während bei einer Wärmepumpenanlage ein dem Wärmepumpenstromverbrauch entsprechendes Signal verwendet wird. Aus diesen Werten lässt sich dann insbesondere der Nutzungsgrad, oder über ein Heizjahr der Jahresnutzungsgrad, also das Verhältnis von Heizenergieeinsatz zu genutzter Heizenergiemenge ermitteln.
Der zweite Rechenkreis kann dabei in nicht näher dargestellter Weise ebenfalls in das Wärmemengenzählergerät mit Umwälzpumpe integriert sein. Es ist aber auch möglich, einen externen zweiten Rechenkreis 26 einzusetzen, der beispielsweise von einem entsprechenden Programm eines Rechners realisiert wird.
Insbesondere kann der erste Rechenkreis 21, der als zentrales elektronisches Rechenwerk die Daten von dem Temperaturfühlerpaar 18, 22 und vom Durchflussmesser 16 erfasst und die Pumpe 17 steuert, mit einer Schnittstelle 30 ausgerüstet sein, über die er mit externen Geräten, z.B. PC, Internet, Datenlogger verbindbar ist, die dann einen zweiten internen Rechenkreis ersetzen oder ergänzen können. Als Schnittstelle 30 kann jede geeignete drahtlose oder drahtgebundene Schnittstelle vorgesehen sein.

Claims

Pumpenanordung für eine Heizanlage, mit – einer Pumpe (17) für ein Wärmetransportmittel (im folgenden kurz Heizmittel genannt), deren Saugseite mit einem Zulaufanschluss (28) und deren Druckseite mit einem Ablaufanschluss (29) verbunden ist, sodass die Pumpe (17) in eine Heizmittelleitung (11) der Heizanlage einbaubar ist, – einem Durchflussmesser (16), der im Heizmittelweg (19) zwischen Zulauf und Ablaufanschluss (28, 29) angeordnet ist und der ein dem Heizmittelstrom durch die Heizmittelleitung (11) entsprechendes Signal dV/dt liefert, – einem ersten Temperaturfühler (18), der ein der Vorlauftemperatur des Heizmittels entsprechendes Signal T_HV, liefert, – einem zweiten Temperaturfühler (22), der ein der Rücklauftemperatur des Heizmittels entsprechendes Signal T_HR liefert, und – einem Rechenkreis (21), dem die Signale dV/dt, T_HV, T_HR des Durchflussmessers (16) und der Temperaturfühler (18, 22) zugeführt sind, und der ein dem Wärmemengenverbrauch in einem Heizkreis (14) der Heizanlage entsprechendes Signal liefert.
Pumpenanordung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (16) zwischen dem Zulaufanschluss (28) und der Saugseite der Pumpe (17) angeordnet ist.
Pumpenanordung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (16) ein mechanischer Durchflussmesser ist.
Pumpenanordung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (16) ein Ultraschall-Durchflussmesser ist.
Pumpenanordung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Temperaturfühler (18) im Heizmittelweg zwischen Zulauf- und Ablaufanschluss angeordnet ist.
Pumpenanordung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der im Heizmittelweg zwischen Zulauf und Ablaufanschluss liegende Temperaturfühler (18) im Bereich des Ablaufanschlusses (29) angeordnet ist.
Pumpenanordung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechenkreis (21) und die Pumpe (17) in einem Gerät integriert sind.
Pumpenanordung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechenkreis (21) mit einer Anzeigevorrichtung (23) zur Anzeige des Wärmemengenverbrauchs verbunden ist.
Pumpenanordung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Rechenkreis (26) vorgesehen ist, dem das dem Wärmemengenverbrauch entsprechende Ausgangssignal des ersten Rechenkreises (21) sowie ein dem Primärenergieträgerverbrauch entsprechendes Signal zugeführt ist, und der ein der Effektivität eines Heizkessels (10) oder einer Wärmepumpe entsprechendes Signal liefert.
Pumpenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechenkreis (21) über eine Schnittstelle (30) mit externen Geräten verbindbar ist.
Pumpenanordung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (17) in Abhängigkeit von einer Temperaturdifferenz ΔT = T_HV – T_HR regelbar ist, um die Temperaturdifferenz ΔT im Wesentlichen konstant zu halten.