DE102011008165A1 - Procedures for the performance-optimized operation of an electric motor-driven pump at low flow rates - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum leistungsoptimierten Betreiben einer elektromotorisch angetriebenen Pumpe in einem hydraulischen System bei sehr geringen Volumenströmen (Q), wobei die Sollförderhöhe (H) der Pumpe in Abhängigkeit des Volumenstroms (Q) entlang einer voreingestellten Kennlinie (K) geregelt wird. Die Sollförderhöhe (H) wird gegenüber der voreingestellten Kennlinie (K) abgesenkt, wenn der Volumenstrom (Q) einen Referenzwert (Q_ref) unterschreitet, der maximal ein Zehntel, vorzugsweise ein Zwanzigstel des Maximalvolumenstroms (Q_max) auf der Kennlinie (K) beträgt, wobei das Absenken solange erfolgt, wie der Volumenstrom (Q) unterhalb des Volumenstromreferenzwerts (Q_ref) liegt und ein Förderhöhenminimalwert (H_min) noch nicht erreicht ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektromotorisch betriebene Pumpe mit einer Steuer- und Regelelektronik, die dazu eingerichtet ist, dieses Verfahren auszuführen, sowie ein Computerprogrammprodukt mit Instruktionen zur Durchführung des Verfahrens zum Betreiben einer elektromotorisch betriebenen Pumpe, wenn es in einer Steuer- und Regelelektronik der Pumpe ausgeführt wird.The invention relates to a method for the performance-optimized operation of an electric motor-driven pump in a hydraulic system with very low volume flows (Q), the desired delivery head (H) of the pump being regulated as a function of the volume flow (Q) along a preset characteristic curve (K). The nominal delivery head (H) is lowered compared to the preset characteristic curve (K) when the volume flow (Q) falls below a reference value (Q_ref), which is at most one tenth, preferably one twentieth, of the maximum volume flow (Q_max) on the characteristic curve (K), whereby the reduction takes place as long as the volume flow (Q) is below the volume flow reference value (Q_ref) and a minimum head value (H_min) has not yet been reached. Furthermore, the invention relates to an electromotive pump with control and regulating electronics, which is set up to carry out this method, and a computer program product with instructions for carrying out the method for operating an electromotively operated pump, if it is in a control and regulating electronics of the Pump is running.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum leistungsoptimierten Betreiben einer elektromotorisch angetriebenen Pumpe in einem hydraulischen System bei sehr geringen Volumenströmen, wobei die Sollförderhöhe der Pumpe in Abhängigkeit des Volumenstroms entlang einer Kennlinie geregelt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektromotorisch betriebene Pumpe mit einer Steuer- und Regelelektronik, die dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Schließlich betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Instruktionen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn es in einer Steuer- und Regelelektronik der Pumpe ausgeführt wird.The present invention relates to a method for performance-optimized operation of an electric motor-driven pump in a hydraulic system at very low flow rates, wherein the target delivery height of the pump is controlled as a function of the volume flow along a characteristic curve. The invention further relates to an electric motor operated pump with a control and regulating electronics, which is adapted to carry out the inventive method. Finally, the invention relates to a computer program product with instructions for carrying out the method according to the invention, when it is executed in a control electronics of the pump.
Die Regelung von Pumpen entlang einer vorgegebenen Kennlinie ist bekannt. Verwendung finden hierbei so genannte Δp-c Kennlinien, bei denen die Sollförderhöhe der Pumpe über den Volumenstrom konstant gehalten wird. Ferner sind so genannte Δp-v Kennlinien bekannt, bei denen die Regelung der Pumpe gemäß einer linearen Abhängigkeit der Sollförderhöhe vom Volumenstrom erfolgt. Δp-v Kennlinien passen die hydraulische Leistung der Pumpe in Abhängigkeit des Volumenstrombedarfs des hydraulischen Systems an.The regulation of pumps along a predetermined characteristic is known. In this case, so-called Δp-c characteristics are used, in which the nominal delivery head of the pump is kept constant over the volume flow. Furthermore, so-called Δp-v characteristic curves are known in which the regulation of the pump takes place in accordance with a linear dependence of the nominal delivery height on the volume flow. Δp-v curves adjust the hydraulic power of the pump depending on the volumetric flow demand of the hydraulic system.
Nachteilig ist bei einer derartigen Kennlinienregelung, dass die Sollförderhöhe der Pumpe bei geschlossenen Ventilen im System, d. h. bei einem Volumenstrom gleich null nicht an den tatsächlichen hydraulischen Bedarf der Anlage angepasst wird. Die Regelkennlinie ist vielmehr für Volumenströme größer null definiert und nur dort anwendbar. Wird des Weiteren die Regelkennlinie im H/Q-Diagramm betrachtet, so liegt bei geometrischer Verlängerung der Regelkennlinie zur H-Achse des Diagramms ein Schnittpunkt mit dieser Achse vor, der bei einem Volumenstrom gleich null eine vergleichsweise hohe Sollförderhöhe für die Pumpe zur Folge hat. Die Pumpe fördert folglich gegen die geschlossenen Ventile in der Anlage, wodurch unnötig Leistung verbraucht wird.The disadvantage of such a characteristic control that the target delivery height of the pump with closed valves in the system, d. H. is not adjusted to the actual hydraulic demand of the system at a flow rate equal to zero. The control characteristic is rather defined for volume flows greater than zero and can only be used there. If, in addition, the control characteristic in the H / Q diagram is considered, there is an intersection with this axis in the case of geometric extension of the control characteristic to the H axis of the diagram, which results in a comparatively high nominal delivery height for the pump at a flow rate equal to zero. The pump therefore delivers against the closed valves in the system, which unnecessarily consumes power.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer elektromotorisch angetriebenen Pumpe in einem hydraulischen System bereitzustellen, dass bei sehr geringen Volumenströmen der Pumpe einen leistungsoptimierten, energieeffizienten Betrieb der Pumpe ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a method for operating an electric motor-driven pump in a hydraulic system that allows for very low flow rates of the pump performance-optimized, energy-efficient operation of the pump.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.This object is achieved by a method having the features of
Erfindungsgemäß wird für einen leistungsoptimierten Betrieb einer elektromotorisch angetriebenen Pumpe in einem hydraulischen System bei sehr geringen Volumenströmen, wobei die Sollförderhöhe in Abhängigkeit des Volumenstroms entlang einer voreingestellten Kennlinie geregelt wird, vorgeschlagen, die Sollförderhöhe gegenüber der voreingestellten Kennlinie abzusenken, wenn der Volumenstrom einen Referenzwert unterschreitet, der maximal ein Zehntel des Maximalvolumenstroms auf der Kennlinie, vorzugsweise ein Zwanzigstel dieses Maximalwerts beträgt, wobei das Absenken solange erfolgt, wie der Volumenstrom unterhalb des Volumenstromreferenzwerts liegt und ein Förderhöhenminimalwert noch nicht erreicht ist.According to the invention, for a performance-optimized operation of a pump driven by an electric motor in a hydraulic system at very low volume flows, wherein the nominal delivery height is regulated as a function of the volume flow along a preset characteristic curve, it is proposed to lower the nominal delivery height compared to the preset characteristic when the volume flow falls below a reference value, the maximum one tenth of the maximum volume flow on the characteristic curve, preferably one twentieth of this maximum value, wherein the lowering takes place as long as the volume flow is below the volume flow reference value and a minimum conveying height value has not yet been reached.
Die grundlegende Idee des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, eine Reduzierung der Sollförderhöhe der Pumpe bei sehr geringen Volumenströmen vorzunehmen, d. h. bei diesen geringen Volumenströmen von der Regelung auf der ursprünglich vorgegebenen Regelkennlinie abzugehen und stattdessen die Förderleistung der Pumpe gezielt gesteuert zu reduzieren, wobei eine unterlagerte Kennlinienregelung weiterhin aktiv sein kann. Das Absenken der Sollförderhöhe der Pumpe kann durch Reduzierung eines der Pumpe direkt vorgegebenen Förderhöhensollwerts erfolgen. Dies kann beispielsweise durch Reduzierung der Pumpendrehzahl, respektive der elektrischen Antriebsleistung erfolgen. Dem Pumpenmotor wird in diesem Fall unmittelbar eine bestimmte Sollförderhöhe von der Pumpensteuerung vorgegeben. Alternativ kann das Absenken der Sollförderhöhe der Pumpe durch Reduzierung einer die Kennlinie bestimmenden Kennliniensollförderhöhe erfolgen. Die Kennliniensollförderhöhe gibt die Lage der Kennlinie im Kennlinienfeld der Pumpe an. Beispielsweise kann die Kennliniensollförderhöhe durch den Schnittpunkt der Kennlinie mit der die Maximaldrehzahl beschreibenden Kurve vorgegeben werden. Dies bedeutet, dass erfindungsgemäß das Absenken der Sollförderhöhe der Pumpe auch dadurch erreicht werden kann, dass die Lage der vorgegeben Kennlinie bei Unterschreiten des Volumenstromreferenzwerts nach unten verschoben wird. Dem Pumpenmotor wird in diesem Fall mittelbar eine bestimmte Sollförderhöhe von der Pumpensteuerung vorgegeben, wobei ein Förderhöhensollwert für die Pumpe unmittelbar von der unterlagerten Kennlinienregelung stammt.The basic idea of the method according to the invention is to make a reduction of the nominal delivery height of the pump at very low volume flows, d. H. to depart from the control on the originally set control characteristic at these low flow rates and instead to reduce the delivery rate of the pump targeted controlled, with a subordinate characteristic control can still be active. The lowering of the nominal delivery head of the pump can be carried out by reducing a pumping height setpoint directly specified by the pump. This can be done for example by reducing the pump speed, respectively the electric drive power. In this case, the pump motor is directly preset by the pump controller for a specific nominal delivery height. Alternatively, the lowering of the setpoint delivery height of the pump can take place by reducing a characteristic setpoint conveying height that determines the characteristic curve. The characteristic setpoint head specifies the position of the characteristic curve in the characteristic field of the pump. For example, the characteristic setpoint conveying height can be predetermined by the intersection of the characteristic curve with the curve describing the maximum speed. This means that, according to the invention, the lowering of the setpoint delivery height of the pump can also be achieved by shifting the position of the predetermined characteristic curve below the volume flow reference value. In this case, the pump motor is indirectly predetermined by the pump controller for a specific target delivery height, with a delivery rate set point for the pump coming directly from the subordinate characteristic control.
Dabei ist der Kernaspekt der Erfindung, eine Reduzierung der Pumpenleistung dann vorzunehmen, wenn der Volumenstrom gleich Null ist, da in diesem Fall eigentlich keine Förderleistung der Pumpe benötigt wird. Wird die Pumpe jedoch ganz abgeschaltet, ist das System nicht mehr beobachtbar und kann nicht mehr auf einen veränderten Volumenstrombedarf reagieren. Ferner ist es aufgrund von Messungenauigkeiten bei der Volumenstrombestimmung sowie aufgrund von unbeabsichtigten Leckagen an den Ventilen des hydraulischen Systems zweckmäßig, nicht ausschließlich den Betriebsfall eines Volumenstroms gleich null zu berücksichtigen, sondern vielmehr einen Absenkbereich zu definieren, innerhalb dem das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird.In this case, the core aspect of the invention is to make a reduction in the pump power when the volume flow is equal to zero, since in this case actually no pump capacity of the pump is needed. However, if the pump is completely switched off, the system is no longer observable and can no longer respond to a change in the volume flow requirement. It is also due to measurement inaccuracies in volumetric flow determination as well as inadvertent leaks on the valves of the hydraulic system expedient, not only to take into account the operating case of a volume flow equal to zero, but rather to define a lowering range, within which the method according to the invention is carried out.
Dieser Absenkbereich ist nach oben durch den Volumenstromreferenzwert begrenzt, der maximal ein Zehntel des Maximalvolumenstroms beträgt, der auf der voreingestellten Regelkennlinie erreichbar ist. Vorzugsweise kann auch ein kleinerer Volumenstromreferenzwert verwendet werden, beispielsweise ein Referenzwert, der ein Zwanzigstel des durch die Kennlinie definierten Maximalvolumenstroms beträgt. Durch die Festlegung eines Volumenstromreferenzwerts wird die Förderhöhe nicht ausschließlich bei Q = 0 l/h sondern in einem gewissen Volumenstrombereich 0 < Q <= Qref abgesenkt. Dieser Bereich wird nachfolgend Absenkbereich genannt.This lowering range is limited upwards by the volume flow reference value, which is a maximum of one tenth of the maximum volume flow that can be reached on the preset control characteristic. Preferably, a smaller volume flow reference value can also be used, for example a reference value which is one twentieth of the maximum volume flow defined by the characteristic curve. By determining a volumetric flow reference value, the delivery head is lowered not only at Q = 0 l / h but in a certain volumetric flow range 0 <Q <= Q ref . This area is referred to below as the lowering area.
Vorzugsweise liegt der Referenzwert zwischen 10 l/h und 250 l/h. Da der typische Auslegungsmassestrom eines Heizkörpers zwischen 30 bis 50 l/h liegt, ist mit einem unteren Grenzwert des Referenzwerts von ca. 10 l/h ein ausreichender Betrieb eines einzelnen Heizkreises in kleinen Systemen sichergestellt. In größeren Systemen ist ein größerer Grenzwert für den Referenzwert sinnvoll, da ein gleichzeitiger Betrieb mehrerer Verbraucher zu einem höheren Minimalbetrieb von ca. 250 l/h führt, d. h. einem höheren minimalen Volumenstrom, der die Minimalversorgung der gleichzeitig in Betrieb befindlichen Verbraucher gewährleistet.Preferably, the reference value is between 10 l / h and 250 l / h. Since the typical design mass flow of a radiator is between 30 and 50 l / h, a lower limit of the reference value of approx. 10 l / h ensures sufficient operation of a single heating circuit in small systems. In larger systems, a larger limit value for the reference value makes sense, since a simultaneous operation of several consumers leads to a higher minimum operation of approx. 250 l / h. H. a higher minimum volume flow, which ensures the minimum supply of simultaneously operating consumers.
Sinkt der von dem hydraulischen System benötigte Volumenstrom auf einen Wert unterhalb des Referenzwerts, so wird erfindungsgemäß die Sollförderhöhe der Pumpe abgesenkt. Dies erfolgt so lange, wie der Volumenstrom unterhalb des Referenzwerts liegt und ein Förderhöhenminimalwert noch nicht erreicht ist. In dem Absenkbereich kann entweder der Sollwert einer unterlagerten Kennlinienregelung abgesenkt oder direkt die Drehzahl der Pumpe reduziert werden. In letzterem Fall wird die Pumpe rein gesteuert betrieben.If the volume flow required by the hydraulic system drops to a value below the reference value, according to the invention the nominal delivery height of the pump is lowered. This takes place as long as the volume flow is below the reference value and a minimum head is not yet reached. In the lowering range, either the setpoint of a subordinate characteristic control can be lowered or the speed of the pump can be reduced directly. In the latter case, the pump is operated purely controlled.
Der Förderhöhenminimalwert bemisst sich nach der Druckdifferenz, die an den Ventilen im hydraulischen System erforderlich ist, damit überhaupt ein Volumenstrom in dem System fließt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass in dem hydraulischen System Schwerkraftbremsen, insbesondere Rückflussverhinderer verwendet sein können, die einen gewissen Öffnungsdruck erfordern, damit das Medium fließt. Erst wenn dieser Öffnungsdruck überschritten ist, lässt eine Schwerkraftbremse einen entsprechenden Volumenstrom zu. Es ist daher von Vorteil, den Forderhöhenminimalwert daran zu orientieren, wie hoch die Förderhöhe der Pumpe mindestens sein muss, um den Öffnungsdruck der Ventile im hydraulischen System zu erreichen. Beispielsweise liegt der Förderhöhenminimalwert in Abhängigkeit der Bauweise der Anlage, insbesondere der verwendeten Rückflussverhinderer, zwischen 60 cm und 200 cm.The minimum head height is determined by the pressure difference required on the valves in the hydraulic system for any flow to flow in the system at all. It should be noted that in the hydraulic system gravity brakes, in particular backflow preventer can be used, which require a certain opening pressure, so that the medium flows. Only when this opening pressure is exceeded, a gravity brake allows a corresponding volume flow. It is therefore advantageous to orient the minimum height of heights of the heights at what the delivery height of the pump must be at least in order to achieve the opening pressure of the valves in the hydraulic system. For example, the minimum head height is between 60 cm and 200 cm depending on the construction of the plant, in particular the non-return valve used.
Die Definition eines derartigen Förderhöhenminimalwerts ist notwendig, damit der Volumenstrom im hydraulischen System beobachtbar bleibt. Denn wenn die Förderhöhe der Pumpe unterhalb dieses Minimalwerts liegt, wird der Öffnungsdruck der Ventile im System nicht erreicht und es fließt aufgrund des hydraulischen Widerstands prinzipbedingt kein Volumenstrom, so dass bei einem derartigen Betrieb der Pumpe nicht feststellbar ist, ob und wann sich ein Regelventil des Systems öffnet. Ist das System beispielsweise durch eine Heizungsanlage gebildet, würde durch das Öffnen eines Ventils, beispielsweise eines Thermostatventils keine Änderung der Pumpenansteuerung bewirken, weil diese Ventilöffnung unerkannt bleiben würde. Dasselbe erfolgt, wenn das System ein Klimasystem zur Kühlung ist.The definition of such minimum head height is necessary in order to keep the volume flow in the hydraulic system observable. Because if the delivery height of the pump is below this minimum value, the opening pressure of the valves in the system is not reached and flows due to the hydraulic resistance inherently no flow, so that in such operation of the pump is not determined, if and when a control valve of the System opens. If the system is formed by a heating system, for example, opening a valve, for example a thermostatic valve, would not change the pump control because this valve opening would go undetected. The same happens if the system is a cooling air conditioning system.
Verbleibt die Sollförderhöhe oberhalb des Förderhöhenminimalwerts, so ist gewährleistet, dass eine Öffnung wenigstens eines Ventils im System bewirken kann, dass der Volumenstrom entsprechend zunimmt und wieder über den Volumenstromreferenzwert steigt. Erfindungsgemäß kann dann die Sollförderhöhe wieder angehoben und auf die Regelungen entlang der Kennlinie übergegangen werden, wenn der Volumenstrom über den Volumenstromreferenzwert steigt oder gestiegen ist. Außerhalb des Absenkbereichs wird die Sollförderhöhe der Pumpe folglich wieder angehoben, insbesondere kontinuierlich, bis die ursprüngliche Regelkennlinie erreicht wird.If the nominal delivery height remains above the minimum height of the delivery height, it is ensured that an opening of at least one valve in the system can cause the volume flow to increase correspondingly and rise again above the volume flow reference value. According to the invention, the setpoint delivery height can then be increased again and the regulations along the characteristic curve can be changed, if the volume flow increases or increases above the volume flow reference value. Outside the Absenkbereichs the target delivery height of the pump is thus raised again, in particular continuously, until the original control characteristic is reached.
Die Kennlinie, entlang der die Pumpe geregelt wird, kann eine reine Δp-c Kennlinie, eine reine Δp-v Kennlinie oder eine solche Δp-c oder Δp-v Kennlinie sein, die zeitlich verändert wird, beispielsweise in Abhängigkeit der Temperatur. D. h., dass die Kennlinie einen linearen, quadratischen oder konstanten Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom und der Förderhöhe beschreiben kann und/oder zeitlich variabel sein kann.The characteristic curve along which the pump is controlled may be a pure Δp-c characteristic, a pure Δp-v characteristic or such a Δp-c or Δp-v characteristic that is changed in time, for example as a function of temperature. This means that the characteristic curve can describe a linear, quadratic or constant relationship between the volume flow and the delivery head and / or can be time-variable.
Das Absenken der Sollförderhöhe kann im kontinuierlichen Betrieb mit konstanter Absenkgeschwindigkeit erfolgen. Auch kann das Anheben der Sollförderhöhe nach dem Absenken im kontinuierlichen Betrieb mit konstanter Anhebegeschwindigkeit erfolgen. Vorzugsweise können die Absenkgeschwindigkeit und die Anhebgeschwindigkeit für den Förderhöhensollwert unterschiedlich gewählt sein. Dabei ist es insbesondere von Vorteil, die Absenkgeschwindigkeit kleiner als die Anhebegeschwindigkeit zu setzen. Bei einem gestiegenen Volumenstrombedarf kann dieser dann schnellstmöglich bedient werden.The lowering of the nominal conveying height can take place in continuous operation with a constant lowering speed. Also, the raising of the target conveying height after lowering can take place in continuous operation with a constant lifting speed. Preferably, the lowering speed and the lifting speed for the delivery height setpoint may be selected differently. It is particularly advantageous to set the lowering speed smaller than the lifting speed. At an increased Volumetric demand can then be served as quickly as possible.
Verbleibt der Volumenstrom unterhalb des Referenzwerts, wird die Sollförderhöhe zunehmend abgesenkt. Dies erfolgt vorzugsweise nicht durch ein Umschalten, sondern kontinuierlich, so dass in dem hydraulischen System keine nichtlinearen Effekte, insbesondere ein Abreißen des Förderstroms auftreten können.If the volume flow remains below the reference value, the nominal delivery height is increasingly lowered. This is preferably done not by switching, but continuously, so that in the hydraulic system no non-linear effects, in particular a tearing off of the flow can occur.
Vorzugsweise erfolgt das Absenken mit konstanter Absenkgeschwindigkeit. Dies bedeutet, dass die Sollförderhöhe umso weiter abgesenkt wird, je länger sich der Betriebspunkt des Systems im Absenkbereich des Kennfeldes befindet. Veranschaulicht wandert der Betriebspunkt im H/Q-Diagramm auf der jeweils aktuellen Rohrnetzparabel nach unten, bis nach einer gewissen Zeit die minimale Förderhöhe erreicht ist.Preferably, the lowering takes place at a constant lowering speed. This means that the longer the operating point of the system is in the lowering range of the characteristic field, the further the nominal delivery height is lowered. Illustrated, the operating point in the H / Q diagram moves downwards on the current piping parabola until after a certain time the minimum delivery height has been reached.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Pumpe nach dem Erreichen des Förderhöhenminimalwerts getaktet gesteuert. Dabei wird abwechselnd zwischen einem ersten Förderhöhenwert und einem zweiten Förderhöhenwert, der unterhalb des ersten Förderhöhenwerts liegt, umgeschaltet. Durch das Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Förderhöhenwert, wird im Mittel ein Förderhöhenwert unter dem ersten Förderhöhenwert eingestellt.In an advantageous development of the method according to the invention, the pump is controlled in a clocked manner after reaching the minimum height of the delivery height. In this case, it alternates between a first delivery altitude value and a second delivery altitude value which is below the first delivery altitude value. By switching between the first and the second delivery height value, on average, a delivery height value is set below the first delivery height value.
Das Umschalten zwischen den beiden Förderhöhenwerten erfolgt vorzugsweise in einem gleichmäßigen Takt. Dabei wird die Pumpe für einen ersten Zeitraum auf dem ersten Förderhöhenwert als Sollwert betrieben. Für die Dauer eines zweiten Zeitraums wird bei der Pumpe dagegen der zweite Förderhöhenwert eingestellt.The switching between the two delivery height values preferably takes place in a uniform cycle. In this case, the pump is operated for the first time on the first delivery height value as a setpoint. For the duration of a second period, however, the second delivery level value is set for the pump.
Der zweite Förderhöhenwert kann vorzugsweise der Förderhöhe null entsprechen. Dies bedeutet, dass die Pumpe für die Dauer des zweiten Zeitraums ausgeschaltet wird. In diesem Fall erfolgt ausgehend von dem ersten Förderhöhenwert ein zeitweises Ausschalten (auf null Takten) bzw. ein zyklisches Einschalten der Pumpe, womit ein diskontinuierlicher, aber energetisch optimierter Betrieb erreicht wird. Alternativ hierzu kann der zweite Förderhöhenwert ein beliebiger Förderhöhenwert zwischen dem Förderhöhenminimalwert und dem Wert null betragen.The second delivery height value may preferably correspond to the delivery height zero. This means that the pump is switched off for the duration of the second period. In this case, on the basis of the first delivery level value, a temporary switch-off (to zero cycles) or a cyclical switch-on of the pump takes place, whereby a discontinuous but energetically optimized operation is achieved. Alternatively, the second delivery altitude value may be any elevation value between the minimum altitude and the zero value.
Das zyklische Ausschalten der Pumpe hat den Vorteil, dass eine maximale Energieeinsparung bei der Pumpe erreicht werden kann. Demgegenüber hat ein zweiter Förderhöhenwert auf einem Niveau oberhalb der Förderhöhe Null den Vorteil, dass sichergestellt wird, im gesamten Rohrnetz ausreichend Druck zur Verfügung zu haben, um den Volumenstrom anzutreiben. Das System bleibt damit auch unterhalb des Förderhöhenminimalwerts vollständig beobachtbar. Denn bei einem Takten zwischen dem ersten und dem zweiten Förderhöhenwert oberhalb des Förderwerts null kann verhindert werden, dass der Massestrom in Teilen des Systems in Folge der sehr niedrigen Drücke und möglicher nichtlinearer Effekte, wie thermischer Umtrieb oder Schließen der Ventilklappen bei Schwerkraftbremsen, abreißt.The cyclical switching off of the pump has the advantage that a maximum energy saving can be achieved with the pump. In contrast, a second delivery level value at a level above the delivery head zero has the advantage of ensuring that sufficient pressure is available throughout the pipeline network to drive the volume flow. The system thus remains completely observable even below the minimum head. For when a clocking between the first and the second delivery height value above the delivery value zero can be prevented that the mass flow in parts of the system due to the very low pressures and possible non-linear effects, such as thermal rotation or closing the valve flaps in gravity brakes, breaks off.
Alternativ zu einem festgelegten zweiten Förderhöhenwert kann der zweite Förderhöhenwert auch variabel sein. Erfindungsgemäß kann daher die Förderhöhe der Pumpe nach dem Erreichen des Förderhöhenminimalwerts vorzugsweise dadurch weiter im Mittel abgesenkt werden, dass die Pumpe zwischen dem Förderhöhenminimalwert als ersten Förderhöhenwert und dem zweiten Förderhöhenwert getaktet wird, wobei der zweite Förderhöhenwert nach und nach reduziert wird.As an alternative to a fixed second delivery altitude value, the second delivery altitude value may also be variable. According to the invention, therefore, the head of the pump after reaching the minimum head height can preferably be further reduced in average by clocking the pump between the minimum head height value as the first head height value and the second head height value, the second height value being gradually reduced.
Besonders vorteilhaft ist es, als ersten Förderhöhenwert den Förderhöhenminimalwert zu verwenden, da das Ausschalten der Pumpe von diesem minimalen Förderwert bzw. das Umschalten auf den zweiten Förderhöhenwert von diesem minimalen Förderhöhenwert eine minimale Geräuschentwicklung verursacht. Anderenfalls wären die durch das Ein- und Ausschalten bzw. Umschalten entstehenden Geräusche wahrnehmbar und würden zu entsprechenden Reklamationen des Endverbrauchers führen.It is particularly advantageous to use the delivery height minimum value as the first delivery height value, since switching off the pump from this minimum delivery value or switching to the second delivery level value from this minimum delivery height value causes a minimal noise development. Otherwise, the noise generated by switching on and off or switching over would be perceptible and would lead to corresponding complaints by the end user.
Für die Dauer des zweiten Zeitraums, d. h. wenn die Pumpe entweder auf dem zweiten Förderhöhenwert betrieben wird oder ausgeschaltet ist, ist das hydraulische System nicht sicher beobachtbar. Dies bedeutet, dass keine systemrelevante Volumenstrominformation gewonnen werden kann. Das Wiedereinschalten der Pumpe auf den Förderhöhenminimalwert, respektive das Umschalten der Pumpe auf diesen Wert gewährleistet, dass das System wieder beobachtbar wird und ein gestiegener Volumenstrombedarf festgestellt werden kann. Es ist daher von Vorteil, zumindest während des Zeitraums, in dem die Pumpe mit dem ersten Förderhöhenwert betrieben wird, zu prüfen, ob der Volumenstrom über den Volumenstromreferenzwert steigt oder gestiegen ist.For the duration of the second period, d. H. if the pump is operated either at the second head level or off, the hydraulic system is not safely observable. This means that no system-relevant volume flow information can be obtained. Switching the pump back to the minimum level of the pump, or switching the pump to this value, ensures that the system becomes observable again and an increased volumetric flow requirement can be ascertained. It is therefore advantageous, at least during the period in which the pump is operated with the first delivery level value, to check whether the volume flow increases or increases above the volume flow reference value.
Wird bei der Überprüfung des Volumenstroms festgestellt, dass dieser über den Volumenstromreferenzwert steigt oder gestiegen ist, wird die Sollförderhöhe wieder angehoben und es wird auf die Regelung entlang der Kennlinie übergegangen. Vorzugsweise wird dabei ein stetiger, d. h. stufenloser Übergang zur Regelkennlinie durchgeführt, um die Leistung gleitend an den tatsächlichen Bedarf der Anlage anzupassen.If it is determined during the check of the volumetric flow that it rises above the volumetric flow reference value or has risen, the nominal delivery height is raised again and the regulation along the characteristic curve is transferred. Preferably, a steady, d. H. stepless transition to the control characteristic in order to adapt the performance to the actual requirements of the plant.
Vorzugsweise wird zwischen dem ersten Förderhöhenwert und dem zweiten Förderhöhenwert in einem gleichmäßigen Takt umgeschaltet, wobei die Pumpe für einen Zeitraum zwischen 10 und 120 Sekunden mit dem zweiten Förderhöhenwert betrieben respektive ausgeschaltet wird. Preferably, a switchover is made between the first delivery level value and the second delivery level value in a uniform cycle, wherein the pump is operated or switched off with the second delivery level value for a period between 10 and 120 seconds.
Durch die Aktivierung der Förderhöhenreduzierung wird im Vergleich zu einem dauerhaften Ausschalten der Pumpe immer eine geringe Menge Flüssigkeit in dem hydraulischen System, insbesondere heißes Wasser gefördert. Hierdurch ist bei der Wiederaufnahme des regulären Betriebs ein Zustand vorhanden, von dem aus ein kontinuierlicher Übergang in den normalen Regelbetrieb entlang der Kennlinie möglich ist.By activating the delivery height reduction, a small amount of liquid in the hydraulic system, in particular hot water, is always conveyed compared to a permanent shutdown of the pump. As a result, at the resumption of regular operation, a state is present, from which a continuous transition to the normal control operation along the characteristic curve is possible.
Durch das Herabsetzen der Sollförderhöhe der Pumpe und dem zyklischen Herunterschalten auf einen untersten Förderhöhenwert, insbesondere das zeitweise Ausschalten der Pumpe, bleibt das System einerseits beobachtbar und in einem Zustand, in dem die Stellglieder des hydraulischen Systems selbständig beispielsweise auf einen durch eine Trinkwasserbereitung erhöhte Wassertemperatur reagieren können. Die durch die erhöhte Wassertemperatur in das System eingebrachte Mehrleistung wird durch die Absenkung auf den Förderhöhenminimalwert frühzeitig kompensiert.By reducing the nominal delivery head of the pump and the cyclical downshift to a lowest delivery level value, in particular the temporary shutdown of the pump, the system remains observable on the one hand and in a state in which the actuators of the hydraulic system independently react, for example, to a water temperature increased by a drinking water preparation can. The increased power introduced into the system by the increased water temperature is compensated for early by lowering it to the minimum head.
Es wird des Weiteren eine elektromotorisch betriebene Pumpe mit einer Steuer- und Regelelektronik vorgeschlagen, die dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Schließlich wird ein Computerprogrammprodukt mit Instruktionen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, wenn es in einer Steuer- und Regelelektronik der Pumpe ausgeführt wird.It is further proposed an electric motor driven pump with a control and regulating electronics, which is adapted to carry out the inventive method. Finally, a computer program product with instructions for carrying out the method according to the invention is proposed, when it is executed in a control electronics of the pump.
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:Further advantages, features and properties of the method according to the invention are explained below with reference to the attached figures. Show it:
Bewegt sich der Betriebspunkt der Heizungsanlage entlang der Kennlinie K in Richtung kleinerer Volumenströme Q und erreicht der Volumenstrom Q einen Referenzwert Q_ref, der etwa 5% des maximalen Volumenstroms Q_ref beträgt, beispielsweise 150 l/h, so wird die Sollförderhöhe H der Pumpe gegenüber der Kennlinie K abgesenkt. Der Betriebspunkt hat sich dann in den in
Der Förderhöhenminimalwert H_min ist so bemessen, dass bei seinem Anliegen gerade der Öffnungsdruck der in dem Heizungssystem vorhandenen Ventile und Schwerkraftbremsen überwunden wird, d. h. bei geöffneten Thermostatventilen ein Volumenstrom möglich ist. Beispielsweise beträgt die minimale Förderhöhe H min typischerweise ca. 70 cm bei Pumpen für ein Ein- bis Zweifamilienhaus und ca. 1 m bei Pumpen für größere Gebäude.The minimum head height value H_min is dimensioned such that, in its case, the opening pressure of the valves and gravity brakes present in the heating system is overcome, i. H. when the thermostatic valves are open, a volume flow is possible. For example, the minimum head H min is typically about 70 cm for pumps for a one- or two-family house and about 1 m for pumps for larger buildings.
Nach Unterschreiten des Volumenstromreferenzwerts Q_ref bewegt sich der Betriebspunkt des Heizungssystems durch das Absenken der Sollförderhöhe H entlang einer nicht eingezeichneten Rohrnetzparabel weiter in Richtung kleinerer Volumenströme Q bis der minimale Förderhöhenwert H_min erreicht ist. Das Absenken erfolgt kontinuierlich mit konstanter Absenkgeschwindigkeit, so dass die Sollförderhöhe H umso mehr abgesenkt wird, je länger der Betriebspunkt im Absenkbereich
Dass im kontinuierlichen Betrieb nicht weiter als die minimale Förderhöhe H_min abgesenkt wird, hat den Vorteil, dass das Heizungssystem beobachtbar bleibt, weil stets ein zumindest minimaler Volumenstrom Q bei nicht vollständig geschlossenen Ventilen möglich ist. Die Absenkgeschwindigkeit kann beispielsweise 10 U/min pro Minute betragen.The fact that in continuous operation no further than the minimum delivery head H_min is lowered has the advantage that the heating system remains observable, because always at least a minimum volume flow Q is possible with valves not completely closed. The lowering speed can be, for example, 10 rpm per minute.
Wird die Sollförderhöhe H soweit abgesenkt, dass der Förderhöhenminimalwert H_min erreicht wird, wird erfindungsgemäß zu einer getakteten Ansteuerung der Heizungsumwälzpumpe übergegangen, d. h. zu einem diskontinuierlichen Betrieb, wobei abwechselnd zwischen dem Förderhöhenminimalwert H_min und einem darunter liegenden, zweiten Förderhöhenwert umgeschaltet wird.If the setpoint conveying height H is lowered to such an extent that the minimum height of the delivery height H_min is reached, a pulsed activation of the heating-medium circulation pump is transferred according to the invention. H. to a discontinuous operation, wherein alternately between the minimum height of the conveyor height H_min and an underlying, second delivery level value is switched.
Je nach Taktverhältnis, d. h. zeitlicher Dauer für die der Förderhöhenminimalwert H_min einerseits und der zweite Förderhöhenwert andererseits anliegt, kann im Mittel ein beliebiger Förderhöhenwert H zwischen dem Förderhöhenminimalwert H_min und dem geringeren zweiten Förderhöhenwert eingestellt werden. Bei vergleichsweise trägen Heizsystemen wie beispielsweise Fußbodenheizungen kann auch ein Ausschalten der Pumpe für den zweiten Zeitraum erfolgen. Dabei bleibt das Heizungssystem sowohl beim Umschalten zwischen dem Förderhöhenminimalwert H_min und dem darunter liegenden Förderhöhenwert als auch beim zeitweisen Ausschalten der Pumpe weiterhin beobachtbar, wenn zumindest während des Zeitraums, indem die Pumpe mit dem Förderhöhenminimalwert H_min betrieben wird, geprüft wird, ob der Volumenstrom Q über den Volumenstromreferenzwert Q_ref steigt oder gestiegen ist.Depending on the clock ratio, d. H. time duration for which the minimum head H_min on the one hand and the second head value on the other hand is applied, can be set on the average any H height value H between the minimum height of the conveyor height H_min and the lower second head value. In comparatively sluggish heating systems such as underfloor heating, the pump can also be switched off for the second period. In this case, the heating system remains observable both when switching between the minimum head height H_min and the underlying head and the temporary shutdown of the pump, if at least during the period in which the pump is operated with the minimum head height H_min, it is checked whether the flow rate Q over the volume flow reference value Q_ref increases or has increased.
Wie in
Der erste Förderhöhenwert entspricht dem zuvor erreichten Förderhöhenminimalwert H_min. Der zweite Förderhöhenwert liegt unter diesem Förderhöhenminimalwert und wird nach und nach reduziert, bis ein zweiter Förderhöhenminimalwert H_min2 erreichet ist. In dem Beispiel nach
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