DE102020105670A1

DE102020105670A1 - Druckerhöhungsanlage zur Erhöhung des Versorgungsdrucks in der Wasserversorgung wenigstens einer Entnahmestelle oder eines hydraulischen Verbrauchers

Info

Publication number: DE102020105670A1
Application number: DE102020105670.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Eckl
Original assignee: KSB SE and Co KGaA
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2021-09-09
Also published as: WO2021175835A1; CN115151731A; EP4115088A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckerhöhungsanlage zur Erhöhung des Versorgungsdrucks in der Wasserversorgung einer Entnahmestelle oder wenigstens eines hydraulischen Verbrauchers, wobei die Druckerhöhungsanlage wenigstens eine elektrisch angetriebene Hydraulikpumpe umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe eine integrale oder externe Pumpensteuerung umfasst, die konfiguriert ist, den Wasserverbrauch/-entnahme wenigstens einer Entnahmestelle/Verbrauchers anhand ein oder mehrerer Betriebsparameter des Pumpenaggregates zu bewerten und die Pumpe je nach Bedarf ein- bzw. auszuschalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckerhöhungsanlage zur Erhöhung des Versorgungsdrucks in der Wasserversorgung wenigstens einer Entnahmestelle oder eines hydraulischen Verbrauchers, wobei die Druckerhöhungsanlage wenigstens eine elektrisch angetriebene Hydraulikpumpe umfasst.
Druckerhöhungsanlagen kommen überall dort zum Einsatz, wo ein hydraulischer Verbraucher oder eine Entnahmestelle mit möglichst konstantem Versorgungsdruck versorgt werden sollen und der vorliegende Systemdruck schwankt oder nicht ausreicht. Beispielsweise erfolgt die Trink- und Brauchwasserversorgung privater und kommerzieller Haushalte durch den Wasserversorger. Der bereitgestellte Wasserdruck des Wasserversorgers genügt in den meisten Fällen den Anforderungen des Verbrauchers, insbesondere liegt ein ausreichender Wasserdruck für ein komfortables Duschgefühl vor.
Reicht der bereitgestellte Wasserdruck des Versorgers jedoch nicht aus, muss eine Druckerhöhungsanlage eingebaut werden, um den Wasserdruck durch zusätzliche Pumpenkraft auf das gewünschte Druckniveau anzuheben.
Als einfache Druckerhöhungsanlage wird in diesen Fällen eine Trinkwasser geeignete Pumpe stromaufwärts vor dem Verbraucher oder der Entnahmestelle verbaut. Da ein kontinuierlicher Pumpenbetrieb in solchen Einsatzfällen unwirtschaftlich ist, soll die Pumpe nur bei Bedarf, d.h. bei Wasserentnahme/-verbrauch betrieben werden und in der übrigen Zeit in einen sogenannten „Sleepmode“ versetzt werden. Der Bedarfszustand, d.h. die Erkennung ob eine Wasserarmatur geöffnet oder geschlossen ist, kann mittels eines in der Versorgungsleitung installierten Strömungswächters erfolgen. Bekannt sind Strömungswächter in Form eines magnetischen Kontaktes, der beim Vorhandensein eines Durchflusses öffnet und durch geeignete Verschaltung mit dem Pumpenaggregat die Pumpe ein- bzw. ausschaltet.
Ein solcher Sensor (Strömungswächter) stellt jedoch ein separates Bauteil dar, das zusätzliche Installationskosten verursacht. Auch unterliegen solche Sensoren dem üblichen Verschleiß und können zu Fehlfunktionen führen.
Das oben beschriebene Szenario betrifft nicht nur die Brauch- und Trinkwasserversorgung von Entnahmestellen, sondern jegliche Anlagen, in diesen Entnahmestellen oder hydraulische Verbraucher mit einem gewissen Hydraulikdruck versorgt werden sollen.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bekannte Druckerhöhungsanlagen zu verbessern, um idealerweise einen Betrieb ohne zusätzliche Sensorik zu ermöglichen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Druckerhöhungsanlage gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen der Druckerhöhungsanlage sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner dienen auch das beanspruchte Verfahren und dessen vorteilhafte Ausführungen zur Lösung des Problems.
Gemäß Anspruch 1 wird für eine gattungsgemäße Druckerhöhungsanlage vorgeschlagen, die verwendete Hydraulikpumpe mit einer integralen oder externen Steuerung auszustatten, die konfiguriert ist, die Pumpe nur bei Bedarf zu aktivieren. Erfindungsgemäß ist die Pumpensteuerung derart konfiguriert, dass diese den aktuellen Wasserverbrauch/die Wasserentnahme wenigstens eines nachgeschalteten Verbrauchers oder einer Entnahmestelle anhand ein oder mehrerer Betriebsparameter des Pumpenaggregats der Pumpe bewertet. D.h. die Pumpensteuerung überwacht den Verlauf dieser Parameter und kann anhand von Parameteränderungen erkennen, ob ein Betrieb der Pumpe zur Druckerhöhung erforderlich ist oder nicht. Je nach Bedarf kann die Steuerung das Pumpenaggregat aktivieren oder deaktivieren. Unter Deaktivierung wird das Abschalten des Aggregates verstanden, das Pumpenlaufrad wird nicht mehr durch den Motor angetrieben. Bei Aktivierung der Pumpe wird das Laufrad mit definierter Drehzahl durch den Motor angetrieben. Das Pumpenaggregat umfasst einen Elektromotor zum Antrieb des Laufrades. Die Pumpe ist vorzugsweise eine Kreiselpumpe. Bei einem elektrischen Antrieb werden in der Regel elektrische Betriebsparameter beobachtet.
Die erfindungsgemäße Erweiterung der Pumpe um die entsprechende Steuerung ermöglicht einen Einsatz der Druckerhöhungsanlage ohne zusätzliche Sensorik zur Durchflussmessung, wie insbesondere einen Strömungswächter. Diese Funktion wird stattdessen vollständig von der Steuerung der Pumpe übernommen, die durch Beobachtung ein oder mehrerer Betriebsparameter des Pumpenaggregates den aktuellen Bedarf bzw. den Förderstrom in der Versorgungsleitung und durch die Pumpe bewerten kann. Wesentlich hierfür ist, dass die Steuerung die Betriebsparameter sowohl bei aktiviertem als auch deaktiviertem Pumpenaggregat überwacht. Denkbar ist, dass für die Deaktivierung und Aktivierung dieselben Parameter beobachtet werden, es können jedoch auch abweichende oder zusätzliche Parameter überwacht werden.
Denkbar ist es beispielsweise, dass anhand dieser Motorbetriebsparameter der durch die Pumpe fließende Förderstrom bewertet bzw. Änderungen des Förderstroms erfasst werden können. Nimmt der Förderstrom durch die Pumpe ab, kann von einem rückläufigen bzw. endenden Verbrauch der Entnahmestelle oder des hydraulischen Verbrauchers ausgegangen werden. Liegt aktuell kein Bedarf des Verbrauchers bzw. der Entnahmestelle vor, stellt sich ein Nullförderstrom durch die Pumpe ein und das Aggregat bleibt deaktiviert. Ein in diesem Ausgangszustand steigender Bedarf wird den Förderstrom durch die Pumpe ansteigen lassen, was ebenfalls anhand ein oder mehrerer Motorbetriebsparameter zuverlässig erkannt werden kann und eine Aktivierung des Pumpenaggregats auslöst.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Druckerhöhungsanlage ist die Steuerung derart konfiguriert, dass als Motorbetriebsparameter beispielsweise die elektrische Leistungsaufnahme des Pumpenaggregats oder alternativ der Strom durch die Wicklungen des Elektromotors des Pumpenaggregats überwacht wird. Anhand dieser beiden Parameter lässt sich ein Rückschluss auf den Förderstrom durch die Pumpe treffen und damit eine Zunahme des Wasserverbrauchs der Entnahmestelle bzw. des Verbrauchers zuverlässig ermitteln.
Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführungen der Druckerhöhungsanlage ist die Steuerung so konfiguriert, dass das Pumpenaggregat ausgeschaltet wird, sobald die Steuerung eine Abnahme des Motorbetriebsparameters, insbesondere eine Abnahme der elektrischen Leistungsaufnahme bzw. des Wicklungsstrom erkennt. Eine geringere Leistungsaufnahme bzw. ein reduzierter Motorstrom beutet eine geringere Motorlast, was sich durch eine Abnahme des Förderstroms begründen lässt. Vorteilhafterweise kann ein definierbarer Grenzwert gesetzt werden. Unterschreitet die Motorleistung bzw. der Wicklungsstrom den zugehörigen Grenzwert, versetzt die Steuerung die Pumpe in den Sleepmodus durch Abschalten des Pumpenaggregats.
Bei deaktiviertem Pumpenaggregat erfolgt idealerweise keine Leistungsaufnahme. Durch eine Wasserentnahme an der Entnahmestelle bzw. Bedarf des Verbrauchers stellt sich jedoch aufgrund des Grunddruckes des Wasserversorgers ein gewisser Förderstrom ein, der in der Pumpe als Fremddurchströmung auftritt und das Pumpenlaufrad in Rotation versetzt. Der Pumpenantrieb wirkt in diesem Fall als Generator. Die Steuerung kann somit anhand der in der Motorwicklung des Pumpenaggregats induzierten Spannung/Strom eine Fremddurchströmung erkennen. Die Pumpensteuerung ist also gemäß vorteilhafter Ausführung so konfiguriert, dass diese bei deaktiviertem Pumpenaggregat eine induzierte Spannung/Strom in der Motorwicklung überwacht und bevorzugt gegen einen definierbaren Grenzwert vergleicht. Bei Grenzwertüberschreitung wird das Pumpenaggregat aktiviert.
Wie bereits vorstehend angedeutet, kann die Druckerhöhungsanlage zur Versorgung wenigstens einer Entnahmestelle in Form einer Duscharmatur eingesetzt werden.
Gleichermaßen dient die Druckerhöhungsanlage zur Versorgung einer Waschtischarmatur oder sonstigen Badezimmerarmatur. Generell ist die Erfindung überall dort einsetzbar, wo wenigstens eine Entnahmestelle bzw. wenigstens ein entsprechender Verbraucher mit einem Mindestwasserdruck versorgt werden soll.
Neben der erfindungsgemäßen Druckerhöhungsanlage betrifft die vorliegende Erfindung ebenso ein Verfahren zum Betrieb einer Druckerhöhungsanlage. Erfindungsgemäß wird hier vorgeschlagen, dass die Hydraulikpumpe den Wasserverbrauch bzw. die Wasserentnahme wenigstens eines Verbrauchers oder einer Entnahmestelle anhand ein oder mehrerer Betriebsparameter des integralen Pumpenaggregates bewertet und die Pumpe je nach Bedarf der Entnahmestelle und/oder des Verbrauchers ein- oder ausschaltet. Das Verfahren zeichnet sich demzufolge durch dieselben Vorteile und Eigenschaften aus, wie sie bereits vorstehend anhand der erfindungsgemäßen Druckerhöhungsanlage erläutert wurden. Auf eine wiederholende Beschreibung wird aus diesem Grund verzichtet.
Gemäß bevorzugter Ausführungsform lässt sich die Fördermenge des Verbrauchers bzw. der Entnahmestelle anhand der erfassten elektrischen Leistungsaufnahme oder des Wicklungsstrom des Pumpenaggregates bewerten. Dabei ist vorgesehen, dass das Pumpenaggregat ausgeschaltet wird, wenn die elektrische Leistungsaufnahme bzw. der Wicklungsstrom unter einen spezifischen Grenzwert fällt. Idealerweise lässt sich ein solcher Grenzwert einstellen und dynamisch ändern. Ferner ist vorgesehen, dass das deaktivierte Pumpenaggregat dann angeschaltet wird, wenn in der Pumpe im Außerbetriebzustand ein definierter Strom bzw. eine definierte Spannung in den Motorwicklungen der Pumpe induziert wird.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand einer schematisch in der einzigen Figur dargestellten Anwendung erläutert werden.
Die einzige Figur zeigt ein Wasserversorgungssystem zur Wasserversorgung einer Dusche 10 in einem Privathaushalt. Die zum Duschen erforderliche Wassermenge lässt sich vom Verbraucher über die Duscharmatur 11 einstellen. Das Wasserversorgungssystem ist zudem mit einem Wassertank 21 ausgestattet, der mit dem öffentlichen Wasserversorgungsnetz 22 verbunden ist. Die Dusche 10 bzw. die Duscharmatur 11 wird aus dem Brauchwasserspeicher 21 mit Trinkwasser versorgt. Da der vom Wasserversorger 22 bereitgestellte Wasserdruck und dementsprechend der im Brauchwassertank 21 vorliegende Wasserdruck nicht ausreicht, um die Dusche 10 mit dem notwendigen Wasserdruck zu versorgen, ist zwischen Brauchwasserspeicher 21 und Armatur 11 eine trinkwassergeeignete Pumpe 20 zwischengeschaltet, die das aus dem Brauchwasserspeicher 21 zugeführte Trinkwasser auf das gewünschte Druckniveau bringt.
Da die Trinkwasser geeignete Pumpe 20, insbesondere eine Kreiselpumpe, nur dann arbeiten soll, wenn die Duscharmatur 11 geöffnet und tatsächlich Wasser aus dem Brauchwasserspeicher 21 entnommen wird, muss die Pumpe 20 den Zustand der Duscharmatur 11 ermitteln können.
Um die Kosten für einen, wie im Stand der Technik eingesetzten Strömungswächter zu sparen, soll die Pumpe über eine integrierte Softwarefunktion sensorlos erkennen können, ob die Armatur 11 der Dusche 10 geöffnet oder geschlossen ist. Zum Erkennen des Zustands der Armatur 11 macht man sich zu Nutze, dass bei einem sehr geringen Förderstrom die elektrische Leistungsaufnahme des das Pumpenlaufrad antreibenden Elektromotors und damit dessen Wicklungsstrom sinken. Wird beispielsweise ein vordefinierter Wicklungsstrom unterschritten, schaltet sich die Pumpe automatisch aus. Das Erkennen des Öffnens der Armatur 11 ist etwas komplexer, da die Pumpe 20 dies im ausgeschalteten Zustand erkennen muss. Hierfür wird davon ausgegangen, dass beim Öffnen der Armatur 11 der Durchfluss des Brauchwassers vom Brauchwasser 21 in Richtung der Armatur 11 bzw. des Duschkopfes 10 größer null wird, wodurch die Pumpe 20 fremddurchströmt wird. Hierdurch wird eine Rotation des Laufrades der Pumpe 20 angeregt und in den Motorwicklungen des die Pumpe 20 antreibenden Elektromotors wird ein Strom bzw. eine Spannung induziert. Diesen induzierten Strom bzw. Spannung kann die Pumpensteuerung erkennen und den Elektromotor aktivieren.
Im Folgenden wurde der Anwendungsfall für die Applikation bei einer Dusche 10 dargestellt. Bei der Dusche 10 könnte es sich jedoch genauso um eine Armatur für ein Waschbecken oder einen sonstigen hydraulischen Verbraucher handeln.

Claims

Druckerhöhungsanlage zur Erhöhung des Versorgungsdrucks in der Wasserversorgung wenigstens einer Entnahmestelle oder wenigstens eines hydraulischen Verbrauchers, wobei die Druckerhöhungsanlage wenigstens eine elektrisch angetriebene Hydraulikpumpe umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe eine integrale oder externe Pumpensteuerung umfasst, die konfiguriert ist, den Wasserverbrauch/-entnahme wenigstens einer Entnahmestelle oder eines Verbrauchers anhand ein oder mehrerer Betriebsparameter des Pumpenaggregates zu bewerten und die Pumpe je nach Bedarf ein- bzw. auszuschalten.
Druckerhöhungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung anhand des wenigstens einen Motorbetriebsparameters den Förderstrom durch die Pumpe bewertet.
Druckerhöhungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung die elektrische Leistungsaufnahme und/oder den Wicklungsstrom des Pumpenaggregats überwacht und auf Grundlage dieses Betriebsparameters den Förderstrom durch die Pumpe bzw. den Wasserverbrauch der Entnahmestelle bzw. des Verbrauchers erkennt.
Druckerhöhungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung konfiguriert ist das Pumpenaggregat auszuschalten, sobald die Steuerung eine Abnahme der Leistungsaufnahme bzw. des Wicklungsstroms erkennt, insbesondere ein Unterschreiten eines definierbaren Grenzwertes feststellt.
Druckerhöhungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung konfiguriert ist das Pumpenaggregat einzuschalten, sofern die Steuerung bei ausgeschaltetem Pumpenaggregat eine in den Motorwicklungen induzierte Spannung/Strom erkennt, insbesondere wenn die Steuerung erkennt, dass die induzierte Spannung/Strom einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
Druckerhöhungsanlage nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung konfiguriert ist, das Pumpenaggregat erst dann ab- und/oder anzuschalten, wenn eine Grenzwertüberschreitung für eine konfigurierbare Mindestdauer vorliegt.
Druckerhöhungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei wenigstens einer Entnahmestelle um eine Dusch-, Waschtisch- oder sonstige Armatur handelt.
Verfahren zum Betrieb einer Druckerhöhungsanlage zur Erhöhung des Versorgungsdrucks in der Wasserversorgung wenigstens einer Entnahmestelle oder eines hydraulischen Verbrauchers, wobei die Druckerhöhungsanlage wenigstens eine elektrisch angetriebene Hydraulikpumpe umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe den Wasserverbrauch/-entnahme wenigstens einer Entnahmestelle/Verbrauchers anhand ein oder mehrerer Betriebsparameter des Pumpenaggregates erkennt und die Pumpe je nach Bedarf der Entnahmestelle bzw. des Verbrauchers ein- bzw. ausgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der erfassten elektrischen Leistungsaufnahme und/oder des Wicklungsstroms des Pumpenaggregats der aktuelle Förderstrom durch die Pumpe und/oder der Wasserverbrauch der wenigstens einen Entnahmestelle bzw. des Verbrauchers bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenaggregat ausgeschaltet wird, wenn die elektrische Leistungsaufnahme bzw. der Wicklungsstrom einen bestimmten Grenzwert unterschreitet, insbesondere über eine definierbare Mindestdauer unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenaggregat angeschaltet wird, wenn bei ausgeschaltetem Pumpenaggregat ein definierter Strom bzw. eine definierte Spannung in den Motorwicklungen der Pumpe induziert wird, vorzugsweise wenn die induzierte Spannung/Strom über eine definierbare Mindestdauer einen Minimalwert überschreitet.