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Stand der Technik
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In
EP 1 862 878 A2 ist bereits ein Verfahren zu einem hydraulischen Abgleich eines Fluidkreislaufs, welcher zumindest einen Fluidzweig und eine Fördereinheit zu einem Umwälzen eines Fluids durch den Fluidzweig hindurch umfasst, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt ein Strömungsparameter des in dem Fluidzweig befindlichen Fluids ermittelt wird, vorgeschlagen worden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zu einem hydraulischen und/oder pneumatischen Abgleich eines Fluidkreislaufs, insbesondere eines Heizfluidkreislaufs, welcher zumindest einen Fluidzweig und eine Fördereinheit, insbesondere eine Pumpe, einen Kompressor, einen Ventilator oder dergleichen, zu einem Umwälzen eines Fluids durch den Fluidzweig hindurch umfasst, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt ein Strömungsparameter des in dem Fluidzweig befindlichen Fluids ermittelt wird.
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Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt ein für den Strömungsparameter ursächlicher aktiver Betriebszustand der Fördereinheit ermittelt wird, um den Strömungsparameter indirekt zu ermitteln. Vorzugsweise ist das Verfahren zu einem dynamischen Abgleich vorgesehen. Insbesondere wird im Zuge des Verfahrens ein Maximalwert für den Strömungsparameter innerhalb des Fluidzweigs eingestellt, insbesondere begrenzt. Eine Berechnung des einzustellenden Maximalwerts des Strömungsparameters erfolgt bevorzugt auf an sich bekannter Weise. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell eingerichtet, speziell programmiert, speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Vorzugsweise umfasst der Fluidkreislauf einen Rücklauf und einen Vorlauf, zwischen welchem der Fluidzweig angeordnet ist. In dem Fluidzweig sind insbesondere zumindest eine Last, beispielsweise ein Heizkörper, ein Kühlkörper, ein Kondensator, ein Verdampfer, ein Wärmeübertrager, eine Turbine oder dergleichen, und zumindest ein Regelventil, insbesondere zu einer Einstellung des Strömungsparameters in dem Fluidzweig, angeordnet. Typischerweise umfasst der Fluidkreislauf mehrere Fluidzweige, welche fluidtechnisch parallel zueinander angeordnet, insbesondere an dem Rücklauf und dem Vorlauf angeschlossen, sind. Unterschiedliche Fluidzweige können baugleiche Lasten oder verschiedenartige Lasten aufweisen. Vorzugsweise ist die eine Fördereinheit dazu vorgesehen, das Fluid durch mehrere, insbesondere alle parallelen, Fluidzweige zu fördern. Alternativ ist zumindest zwei unterschiedlichen Fluidzweigen jeweils eine unterschiedliche Fördereinheit zugeordnet. Vorzugsweise werden Maximalwerte des Strömungsparameters für unterschiedliche Fluidzweige konsekutiv eingestellt. Insbesondere gleichen sich die Verfahrensschritte des Verfahrens für unterschiedliche Fluidzweige und werden für jeden abzugleichenden Fluidzweig wiederholt. Der Lesbarkeit halber wird im Folgenden kurz nur von dem Fluidzweig gesprochen, der stellvertretend für jeden Fluidzweig stehen kann, der mittels des Verfahrens abgeglichen wird.
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Der Strömungsparameter beschreibt oder charakterisiert insbesondere eine Geschwindigkeit, mit welcher das Fluid innerhalb des Fluidkreislaufs zirkuliert. Vorzugsweise wird als Strömungsparameter ein Volumenstrom verwendet. Alternativ wird ein Massenstrom, ein Stoffstrom, eine Strömungsgeschwindigkeit oder ein anderer, einem Fachmann als sinnvoll erscheinender Strömungsparameter verwendet. Insbesondere weist der Strömungsparameter in dem Fluidzweig einen Zweigwert auf. Insbesondere verursacht die Fördereinheit, insbesondere in dem Rücklauf und/oder dem Vorlauf, einen Förderwert des Strömungsparameters. Typischerweise ist der Förderwert des Strömungsparameters größer oder gleich dem Zweigwert des Strömungsparameters. In dem ursächlichen aktiven Betriebszustand überträgt die Fördereinheit, insbesondere chemische und/oder elektrische, Energie als mechanische Energie, insbesondere als Bewegungsenergie, Lageenergie und/oder Druckenergie, auf das Fluid. Insbesondere verursacht die Fördereinheit in dem ursächlichen aktiven Betriebszustand einen von Null unterschiedlichen Förderwert des Strömungsparameters, wenn zumindest ein von einem Fördervorlauf zu einem Förderrücklauf der Fördereinheit geschlossener Strömungspfad des Fluidkreislaufs unversperrt ist. Der ursächliche aktive Betriebszustand ist insbesondere unabhängig von einer Erfassung eines, insbesondere durch den ursächlichen aktiven Betriebszustand verursachten, Betriebsparameters des Fluids charakterisierbar. Beispielsweise ist der ursächliche aktive Betriebszustand durch eine Repetitionsrate eines Förderzyklus, insbesondere einer Drehzahl, und/oder einer Leistungsaufnahme der Fördereinheit charakterisierbar.
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Vorzugsweise wird für das Verfahren eine Abgleichvorrichtung verwendet. Vorzugsweise umfasst die Abgleichvorrichtung zumindest eine Steuereinheit. Unter einer „Steuereinheit“ soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer „Steuerelektronik“ soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Die Steuereinheit ermittelt vorzugsweise in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens den Zweigwert des Strömungsparameters. Bevorzugt berechnet die Steuereinheit den Zweigwert in Abhängigkeit von dem ursächlichen aktiven Betriebszustand. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit in zumindest einem Verfahrensschritt den ursächlichen aktiven Betriebszustand. Beispielsweise wird der ursächliche aktive Betriebszustand mittels eines Messelements, beispielsweise einem Drehzahlmesser und/oder einem Leistungsmesser, der Abgleichvorrichtung erfasst. Vorzugsweise ermittelt die Steuereinheit in zumindest einem Verfahrensschritt den Förderwert des Strömungsparameters aus dem ursächlichen aktiven Betriebszustand, insbesondere unter Nutzung einer charakteristischen Kennlinie der Fördereinheit. Optional wird eine Erfassung des ursächlichen aktiven Betriebszustands und/oder eine Ermittlung des Förderwerts des Strömungsparameters von einer internen Fördersteuereinheit der Fördereinheit durchgeführt und ein Ergebnis dieser Erfassung und/oder Ermittlung von der Steuereinheit der Abgleichvorrichtung in zumindest einem Verfahrensschritt abgefragt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft auf eine direkte Erfassung des Strömungsparameters, insbesondere innerhalb und außerhalb der Fördereinheit, verzichtet werden. Insbesondere kann vorteilhaft ein hydraulischer und/oder pneumatischer Abgleich bei Fluidkreisläufen ohne Durchflussmesser durchgeführt werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der für den Strömungsparameter ursächliche aktive Betriebszustand der Fördereinheit per Pulsweitenmodulation eingestellt und/oder ausgelesen wird. Insbesondere codiert die Fördereinheit den Förderwert des Strömungsparameters und/oder den ursächlichen aktiven Betriebszustand durch einen Auslastungsgrad eines Ausgabesignals. Insbesondere interpretiert die Steuereinheit das Ausgabesignal der Fördereinheit mittels einer, insbesondere von einem Hersteller der Fördereinheit bereitgestellten, Kennlinie für das Ausgabesignal und/oder mittels einer in einem Kalibrierungsschritt des Verfahrens erfassten Kalibrierungskurve. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Leistungsaufnahme durch die Fluidfördereinheit vorteilhaft einfach und/oder vorteilhaft zuverlässig ermittelt werden. Insbesondere kann ein Steuersignal an die Fördereinheit und ein Ausgabesignal von der Fördereinheit vorteilhaft störunanfällig gehalten werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt zu einer Ermittlung des Strömungsparameters die Fluidfördereinheit bei maximaler Drehzahl betrieben wird. Vorzugsweise übernimmt die Steuereinheit in einem Initialschritt die Kontrolle über die Drehzahl der Fluidfördereinheit, insbesondere zu einem Beginn des hydraulischen und/oder pneumatischen Abgleichs. Insbesondere zu einer Ermittlung des Förderwerts des Strömungsparameters wird die Fluidfördereinheit von der Steuereinheit bei maximaler Drehzahl betrieben. Insbesondere wird die Fluidfördereinheit zu einer Ermittlung des Zweigwerts des Strömungsparameters von der Steuereinheit bei maximaler Drehzahl betrieben. Bevorzugt wird die Fluidfördereinheit nach erstmaligem Erreichen des ursächlichen aktiven Betriebszustands bis zu einem Beenden des Verfahrens kontinuierlich bei maximaler Drehzahl betrieben. Optional betreibt die Steuereinheit die Fördereinheit zwischen der Ermittlung der Zweigwerte verschiedener Fluidzweige zwischenzeitlich bei niedrigerer Drehzahl oder versetzt die Fördereinheit in einen inaktiven Betriebszustand. Insbesondere übergibt die Steuereinheit eine Kontrolle über die Drehzahl in einem Abschlussschritt des Verfahrens an eine Kreislaufsteuereinheit des Fluidkreislaufs, insbesondere zu einer Aufnahme eines regulären Betriebs des Fluidkreislaufs. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft ein dynamischer Abgleich erzielt werden. Insbesondere kann vorteilhaft ein Maximalwert des Strömungsparameters begrenzt werden, insbesondere bei jeder vorgesehenen Einstellung des Fluidkreislaufs.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt zu einer Ermittlung des Strömungsparameters ein Arbeitspunkt der Fördereinheit mittels eines den Fluidzweig umgehenden Bypasses verschoben wird. Insbesondere ist der Bypass fluidtechnisch parallel zu dem Fluidzweig angeordnet, insbesondere an dem Rücklauf und dem Vorlauf, angeschlossen. Vorzugsweise ist der Bypass zumindest auf- und zusperrbar ausgebildet. Insbesondere öffnet die Steuereinheit den Bypass zu einer Ermittlung des Zweigwerts des Strömungsparameters. Vorzugsweise ist der Bypass dazu vorgesehen, den Förderwert des Strömungsparameters zu einer Ermittlung des Zweigwerts zu erhöhen. Insbesondere ist der Förderwert aufgrund des Bypasses größer als der Zweigwert. Insbesondere weist der Strömungsparameter in dem Bypass einen Bypasswert auf, wenn der Bypass zumindest teilweise geöffnet ist. Besonders bevorzugt ist der Förderwert gleich der Summe aus Bypasswert und Zweigwert. Vorzugsweise ermittelt die Steuereinheit den Bypasswert unabhängig von dem Zweigwert. Vorzugsweise sperrt die Steuereinheit und/oder ein Bediener der Abgleichvorrichtung den Fluidzweig mittels des Regelventils und/oder eines Sperrventils des Fluidzweigs, um den Bypasswert zu ermitteln. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit den Förderwert und verwendet diesen als Bypasswert, wenn der Fluidzweig gesperrt ist. Bevorzugt ermittelt die Steuereinheit den Förderwert, insbesondere zumindest einmal wenn der Fluidzweig offen ist und zumindest einmal wenn der Fluidzweig gesperrt ist. Optional wird die Fördereinheit während des Verfahrens druckgeregelt. Insbesondere ist der Bypasswert bei gesperrtem und bei offenem Fluidzweig zumindest innerhalb der Regelgenauigkeit der Fördereinheit identisch. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit den Zweigwert als Differenz des Förderwerts bei offenem Fluidzweig und dem Bypasswert, d.h. dem Förderwert bei versperrtem Fluidzweig. Alternativ berechnet die Steuereinheit den Zweigwert aus einem Verhältnis eines Strömungswiderstands des Bypasses bei gesperrtem Fluidzweig und einen Gesamtströmungswiderstand des Fluidkreislaufs bei offenem Fluidzweig. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit die Strömungswiderstände mittels des entsprechenden Förderwerts des Strömungsparameters und der charakteristischen Kennlinie der Fördereinheit und/oder einer Druckmessung bei offenem und versperrtem Fluidzweig. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft ein möglicher Wertebereich für den zu erfassenden ursächlichen aktiven Betriebszustand vorgegeben werden. Insbesondere kann vorteilhaft ein Wertebereich des ursächlichen aktiven Betriebszustands verwendet werden, der eine vorteilhaft hohe Erfassungsgenauigkeit für den ursächlichen aktiven Betriebszustand bietet. Insbesondere kann der Förderwert vorteilhaft oberhalb einer Erfassungsschwelle für den ursächlichen aktiven Betriebszustand gehalten werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass um den Strömungsparameter zu ermitteln in zumindest einem Voreinstellungsschritt ein Strömungswiderstand eines den Fluidzweig umgehenden Bypasses abhängig von dem ursächlichen aktiven Betriebszustand der Fördereinheit eingestellt, insbesondere geregelt, wird. Vorzugsweise weist die Abgleichvorrichtung für den Bypass ein Bypassventil, insbesondere ein Stetigventil, eine Drosselklappe oder dergleichen, mit einer Vielzahl an Schaltstellungen auf. Vorzugsweise öffnet die Steuereinheit das Bypassventil in dem Voreinstellungsschritt. Insbesondere stellt die Steuereinheit in dem Voreinstellungsschritt eine Schaltstellung des Bypassventils ein. Vorzugsweise wählt die Steuereinheit eine Schaltstellung des Bypassventils anhand eines vorgegeben Sollförderwerts des Strömungsparameters aus. Der Sollförderwert kann beispielsweise von einem Bediener der Abgleichvorrichtung vorgegeben werden und/oder in der Speichereinheit der Steuereinheit hinterlegt sein. Insbesondere ist der Sollförderwert abhängig von einer Auslegung und/oder Bauart der Fördereinheit. Vorzugsweise ermittelt die Steuereinheit den aktuellen Förderwert zu einer Einstellung des Bypassventils. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit zu einer Einstellung des Bypassventils einen Proportional-Integral-Differential-Regler (PID-Regler). Vorzugsweise fixiert die Steuereinheit nach Erreichen der zu dem Sollförderwert zugeordneten Schaltstellung des Bypassventils diese bis zu dem Abschlussschritt des Verfahrens. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann der Bypass vorteilhaft an unterschiedliche Fluidkreisläufe und Fördereinheiten angepasst werden. Insbesondere kann auf eine spezifische Ausgestaltung des Bypasses verzichtet werden. Insbesondere kann eine gezielte Verschiebung des Arbeitspunkts der Fördereinheit mit vorteilhaft hoher Genauigkeit erreicht werden.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass bei einer Ermittlung des Strömungsparameters ein, insbesondere der bereits genannte, Bypasswert des Strömungsparameters in dem Bypass größer als ein, insbesondere der bereits genannte, Zweigwert des Strömungsparameters in dem Fluidzweig ist. Insbesondere ist der Sollförderwert, anhand dessen der Bypass eingestellt wird, größer als der Zweigwert. Vorzugsweise ist der Bypasswert, insbesondere der Sollförderwert, größer als ein Minimalförderwert, der einer Erfassungsschwelle für den ursächlichen aktiven Betriebszustand entspricht. Beispielsweise ist der Bypasswert, insbesondere der Sollförderwert, größer als 1,25%, bevorzugt größer als 2,5%, besonders bevorzugt größer als 5% eines Nennwerts der Fluidfördereinheit für den Strömungsparameter. Beispielsweise ist der Bypasswert, insbesondere der Sollförderwert, größer als 50 I/h, bevorzugt größer als 100 I/h, besonders bevorzugt größer als 200 I/h. Vorzugsweise ist der Bypasswert, insbesondere der Sollförderwert, kleiner als 75%, bevorzugt kleiner als 50%, besonders bevorzugt kleiner als 25% des Nennwerts der Fluidfördereinheit für den Strömungsparameter, insbesondere kleiner als 1500 l/h, bevorzugt kleiner als 1000 I/h. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann der Förderwert vorteilhaft zuverlässig oberhalb einer Erfassungsschwelle für den ursächlichen aktiven Betriebszustand gehalten werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der Bypass bei einem Übergang zu einem regulären Betrieb des Fluidkreislaufs geschlossen wird. Insbesondere schließt die Steuereinheit den Bypass in dem Abschlussschritt des Verfahrens. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein vorteilhaft geringer Einfluss der Abgleichvorrichtung auf den regulären Betrieb des Fluidkreislaufs erreicht werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Kalibrierungsschritt eine Regressionsfunktion für den Strömungsparameter in Abhängigkeit von einem Fluidparameter des Fluids erstellt wird. Vorzugsweise wird in dem Kalibrierungsschritt der Strömungsparameter zu einer Kalibrierung der Fördereinheit, insbesondere mit einem Durchflusssensor, gemessen. Insbesondere wird in dem Kalibrierungsschritt eine Abhängigkeit des gemessenen Strömungsparameters von dem erfassten ursächlichen aktiven Betriebszustand und/oder von dem aus dem ursächlichen aktiven Betriebszustand ermittelten Strömungsparameter erfasst. Vorzugsweise wird der Kalibrierungsschritt in einem nicht in dem Fluidkreislauf eingebauten Zustand der Fördereinheit durchgeführt, insbesondere an einer baugleichen weiteren Fluidfördereinheit. Alternativ wird in dem Kalibrierungsschritt ein insbesondere über einen Wartungsanschluss des Fluidkreislaufs temporär zugeschalteter Durchflusssensor verwendet. Bevorzugt wird der Kalibrierungsschritt für verschiedene Fluide, verschiedene Fluidtemperaturen und/oder Arbeitspunkte der Fördereinheit durchgeführt. Insbesondere wird in dem Kalibrierungsschritt eine Regressionsfunktion für zumindest ein Fluid, insbesondere Heizungswasser und/oder ein Kühlmittel, für den Strömungsparameter in Abhängigkeit von dem ursächlichen Betriebszustand, insbesondere dem Arbeitspunkt, der Fördereinheit und optional der Fluidtemperatur des Fluids erstellt. Insbesondere ist die Regressionsfunktion eine Kalibrierungskurve. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann der Strömungsparameter vorteilhaft genau, insbesondere unter vorteilhaft verschiedenen Bedingungen, anhand des ursächlichen aktiven Betriebszustands ermittelt werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der Strömungsparameter an eine mobile Bedieneinheit übermittelt wird. Vorzugsweise ist die mobile Bedieneinheit von einem Bediener der Abgleichvorrichtung handhaltbar und/oder am Körper tragbar ausgebildet. Beispielsweise kann die mobile Bedieneinheit als externes Gerät, beispielsweise als Mobiltelefon, als Tablet, als Smartwatch, oder dergleichen ausgebildet sein oder speziell für die Abgleichvorrichtung ausgelegt sein. Vorzugsweise umfasst die mobile Bedieneinheit zumindest ein Ausgabeelement zu einer visuellen, auditiven und/oder haptischen Ausgabe des Strömungsparameters, insbesondere des Zweigwerts des Strömungsparameters. Optional ist die Steuereinheit in der mobilen Bedieneinheit angeordnet und kommuniziert, insbesondere drahtlos, mit der Kreislaufsteuereinheit zu einer Durchführung des Verfahrens. Alternativ verbleibt die Steuereinheit zumindest für die Dauer des Verfahrens, insbesondere bei einer Ausgestaltung als Wartungsgerät, oder dauerhaft in einem Nahbereich der Kreislaufsteuereinheit und/oder der Fördereinheit, insbesondere zu einer leitungsgebunden und/oder drahtlosen Kommunikation mit der Kreislaufsteuereinheit und/oder der Fördereinheit, und kommuniziert mit der mobilen Bedieneinheit drahtlos. Insbesondere ist die mobile Bedieneinheit dazu vorgesehen, den Zweigwert des Strömungsparameters auszugeben, wenn ein Bediener sich am Aufstellungsort des Fluidzweigs, insbesondere des Regelventils in dem Fluidzweig, befindet. Optional ist die mobile Bedieneinheit dazu vorgesehen, den einzustellenden Zweigwert und den aktuellen Zweigwert und/oder eine Differenz dieser auszugeben. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann das Verfahren vorteilhaft bedienerfreundlich durchgeführt werden. Insbesondere können weit auseinanderliegende Fluidzweige vorteilhaft bequem eingestellt werden. Insbesondere kann eine Änderung des aktuellen Zweigwerts durch Betätigung des Regelventils in dem Fluidzweig vorteilhaft in Echtzeit verfolgt werden.
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Darüber hinaus wird eine Abgleichvorrichtung für einen Fluidkreislauf vorgeschlagen, welche zumindest eine Steuereinheit zu einer Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst. Vorzugsweise umfasst die Abgleichvorrichtung zumindest die Steuereinheit. Vorzugsweise umfasst die Abgleichvorrichtung zumindest ein Bypassmodul. Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit Teil eines, insbesondere transportierbaren, bevorzugt handhaltbaren, Wartungsgeräts. Alternativ ist die Steuereinheit in dem Bypassmodul angeordnet oder in die Kreislaufsteuereinheit des Fluidkreislaufs integriert. Insbesondere umfasst die Steuereinheit zumindest eine Datenschnittstelle zu einem Anschluss der Steuereinheit an die Kreislaufsteuereinheit des Fluidkreislaufs und/oder an die Fördereinheit. Bevorzugt umfasst die Abgleichvorrichtung zumindest den Bypass. Die Abgleichvorrichtung umfasst insbesondere zumindest das eine Bypassventil. Optional umfasst die Abgleichvorrichtung zumindest ein weiteres Bypassventil, das insbesondere als Sperrventil ausgebildet ist. Zumindest für das Bypassventil umfasst die Abgleichvorrichtung ein Antriebselement zu einer Einstellung der Schaltstellung durch die Steuereinheit. Besonders bevorzugt ist das Antriebselement als Schrittmotor ausgebildet. Insbesondere ist der Bypass, das Bypassventil und optional das weitere Bypassventil in dem Bypassmodul angeordnet. Optional ist das Bypassmodul integral mit einem Wärmeübertrager für den Fluidkreislauf ausgebildet und/oder an diesem angeordnet, insbesondere zu einer gemeinsamen Nutzung von Anschlüssen zu dem Rücklauf und dem Vorlauf des Fluidkreislaufs und einem einfachen und schnellen Nachrüsten von Bestandsanlagen durch Austausch des Wärmeübertragers. Alternativ umfasst die Abgleichvorrichtung, insbesondere das Bypassmodul, eigenständige Anschlüsse für den Bypass. Optional umfasst die Abgleichvorrichtung einen Drehzahlmesser und/oder einen Leistungsmesser zu einer Erfassung des ursächlichen aktiven Betriebszustands. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Abgleichvorrichtung bereitgestellt werden, die vorteilhaft wenige und/oder vorteilhaft kompakte, insbesondere vorteilhaft nicht-mechanische, Sensorelemente umfasst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Abgleichvorrichtung sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können/kann das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Abgleichvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fluidkreislaufs mit einer erfindungsgemäßen Abgleichvorrichtung und
- 2 ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt einen Fluidkreislauf 12 für ein Fluid. Beispielhaft ist der Fluidkreislauf 12 als Heizfluidkreislauf und/oder Kühlfluidkreislauf ausgebildet. Beispielsweise ist das Fluid als Wärmeträger, insbesondere als Heizwasser oder Kühlmittel, ausgebildet. Der Fluidkreislauf 12 umfasst insbesondere eine Wärme- und/oder Kältequelle 34, wie etwa einen Heizkessel, eine Wärmepumpe oder dergleichen. Der Fluidkreislauf 12 umfasst einen Vorlauf und einen Rücklauf für die Wärme und/oder Kältequelle 34. Der Fluidkreislauf 12 umfasst zumindest einen Fluidzweig 14, welcher insbesondere an dem Rücklauf und dem Vorlauf angeschlossen ist. Insbesondere ist in dem Fluidzweig 14 eine fluidtechnische Last 36 angeordnet, typischerweise ein Wärmeübertrager, insbesondere ein Heizkörper und/oder ein Kühlkörper. Vorzugsweise umfasst der Fluidkreislauf 12 zumindest ein Regelventil 44 zu einer Einstellung eines Strömungswiderstands des Fluidzweigs 14. Insbesondere ist das Regelventil 44 in dem Fluidzweig 14 angeordnet. Das Regelventil 44 kann als eigenständiges Bauteil ausgebildet sein oder in der Last 36 integriert sein. Optional umfasst der Fluidkreislauf 12 zumindest ein Sperrventil 52, insbesondere zu einem Öffnen oder Versperren des Fluidzweigs 14. Insbesondere ist das Sperrventil 52 in dem Fluidzweig 14 angeordnet. Der Fluidkreislauf 12 umfasst eine Fördereinheit 22 zu einem Umwälzen des Fluids durch den Fluidzweig 14 hindurch. Vorzugsweise ist die Fördereinheit 22 in dem Rücklauf oder dem Vorlauf angeordnet. Beispielsweise ist die Fördereinheit 22 als Pumpe, Kompressor oder Ventilator ausgebildet. Optional ist die Fördereinheit 22 druckgeregelt ausgebildet. Alternativ ist die Fördereinheit 22 drehzahlgeregelt ausgebildet.
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In dem Fluidkreislauf 12 ist eine Abgleichvorrichtung 31 für einen Fluidkreislauf 12 angeordnet. Insbesondere umfasst die Abgleichvorrichtung 31 zumindest einen Bypass 24, welcher den Fluidzweig 14 umgeht und insbesondere den Rücklauf mit dem Vorlauf fluidtechnisch verbindet. Vorzugsweise ist der Bypass 24 in einen zu dem Fluidzweig 14 fluidtechnisch parallelen Wärmeübertrager 60 des Fluidkreislaufs 12 integriert. Beispielsweise koppelt der Wärmeübertrager 60 den Fluidkreislauf 12 thermisch mit einem Sekundärkreislauf 64, beispielsweise für Brauchwasser und/oder Trinkwasser. Insbesondere weisen der Bypass 24 und der Wärmeübertrager 60 gemeinsame Anschlüsse für den Fluidkreislauf 12 auf. Insbesondere umgeht der Bypass 24 den Wärmeübertrager 60. Vorzugsweise umfasst die Abgleichvorrichtung 31 ein Bypassventil 62, insbesondere zu einer Einstellung eines Strömungswiderstands des Bypasses 24. Vorzugsweise umfasst die Abgleichvorrichtung 31 zumindest ein Antriebselement 63 zu einer automatischen Einstellung des Bypassventils 62. Vorzugsweise ist das Antriebselement 63 als Schrittmotor ausgebildet. Optional umfasst die Abgleichvorrichtung 31 zumindest ein weiteres Bypassventil 65, insbesondere zu einem Öffnen oder Versperren des Bypasses 24. Die Abgleichvorrichtung 31 umfasst zumindest eine Steuereinheit 32 zu einer Durchführung eines Verfahrens 10, welche in 2 näher erläutert wird. Insbesondere umfasst die Steuereinheit 32 zumindest eine Datenschnittstelle zu einem Steuern und/oder einem Auslesen eines Ausgabesignals von der Fördereinheit 22.
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Typischerweise umfasst der Fluidkreislauf 12 mehrere weitere Fluidzweige 16, 18, 20, welche fluidtechnisch parallel zu dem Fluidzweig 14 an dem Rücklauf und dem Vorlauf angeschlossen sind und insbesondere jeweils eine weitere Last 38, 40, 42, ein weiteres Regelventil 46, 48, 50 und optional ein weiteres Sperrventil 54, 56, 58 aufweisen. Insbesondere ist dem Fluidzweig 14 und den weiteren Fluidzweigen 16, 18, 20 dieselbe Fördereinheit 22 zugeordnet. Vorzugsweise werden zusätzliche Fluidzweige des Fluidkreislaufs 12, denen eine andere Fördereinheit zugeordnet ist, zumindest für die Dauer des Verfahrens 10 versperrt und/oder außer Betrieb genommen (hier nicht gezeigt).
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2 zeigt das Verfahren 10 zu einem hydraulischen und/oder pneumatischen Abgleich eines Fluidkreislaufs 12. Das Verfahren 10 umfasst einen Kalibrierungsschritt 28, insbesondere zur Erstellung einer Kalibrierungskurve für die Fördereinheit 22. Das Verfahren 10 umfasst insbesondere einen Initialschritt 66, insbesondere zu einer Überleitung des Fluidkreislaufs 12 in einen von einem regulären Betrieb abweichenden Abgleichbetrieb. Vorzugsweise umfasst das Verfahren 10 einen Fördereinstellschritt 68, insbesondere zu einer Steuerung der Fördereinheit 22. Das Verfahren 10 umfasst einen Voreinstellungsschritt 26, insbesondere zu einer Einstellung des Bypasses 24. Insbesondere umfasst das Verfahren 10 einen Auswahlschritt 70, insbesondere zur Auswahl eines der Fluidzweige 14, 16, 18, 20. Bevorzugt umfasst das Verfahren 10 einen Ausleseschritt 72, insbesondere zu einem Ermitteln eines aktiven Betriebszustands der Fördereinheit 22. Das Verfahren 10 umfasst insbesondere einen Anpassungsschritt 76, insbesondere zu einer Einstellung des ausgewählten Fluidzweigs 14, 16, 18, 20. Bevorzugt umfasst das Verfahren 10 einen Abschlussschritt 78. Typischerweise werden der Kalibrierungsschritt 28, der Initialschritt 66, der Fördereinstellschritt 68 und der Voreinstellungsschritt 26 zumindest einmal, insbesondere genau einmal, während des hydraulischen und/oder pneumatischen Abgleichs durchgeführt. Insbesondere werden der Auswahlschritt 70, der Ausleseschritt 72, der Ermittlungsschritt 74, der Anpassungsschritt 76 und/oder der Abschlussschritt 78 zumindest einmal, insbesondere genau einmal, für einen der abzugleichenden Fluidzweige 14, 16, 18, 20 durchgeführt. Insbesondere werden der Auswahlschritt 70, der Ausleseschritt 72, der Ermittlungsschritt 74, der Anpassungsschritt 76 und/oder der Abschlussschritt 78 während des hydraulischen und/oder pneumatischen Abgleichs wiederholt, bis alle abzugleichenden Fluidzweige 14, 16, 18, 20 eingestellt sind.
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In dem Kalibrierungsschritt 28 wird eine Regressionsfunktion für den Strömungsparameter in Abhängigkeit von einem Fluidparameter des Fluids erstellt. Insbesondere wird in dem Kalibrierungsschritt 28 eine Korrelation zwischen dem ursächlichen aktiven Betriebszustand der Fördereinheit 22 und dem Strömungsparameter erfasst. Beispielsweise wird der Strömungsparameter mit einem temporär zugeschalteten Durchflussmesser überwacht, während ein Betriebszustand der Fördereinheit 22 variiert wird. Der für den Strömungsparameter ursächliche aktive Betriebszustand der Fördereinheit 22 wird per Pulsweitenmodulation eingestellt und/oder ausgelesen. Vorzugsweise wird ein von der Fördereinheit 22 erstelltes Ausgabesignal ausgelesen, um den ursächlichen aktiven Betriebszustand zu ermitteln. Alternativ wird ein Sensorelement, insbesondere ein Drehzahlmesser und/oder ein Leistungsmesser, der Abgleichvorrichtung 31 ausgelesen, um den ursächlichen aktiven Betriebszustand zu ermitteln. Vorzugsweise wird eine Fluidtemperatur des Fluids während der Überwachung zumindest erfasst, vorzugsweise variiert, um die Regressionsfunktion zu ermitteln. Insbesondere wird in dem Kalibrierungsschritt 28 die Regressionsfunktion in einer Speichereinheit der Steuereinheit 32 hinterlegt.
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In dem Initialschritt 66 schließt ein Bediener die Steuereinheit 32, beispielsweise in Form eines mobilen Wartungsgeräts, datentechnisch an eine Kreislaufsteuereinheit des Fluidkreislaufs 12 an. Alternativ ist die Steuereinheit 32 als Teil der Kreislaufsteuereinheit des Fluidkreislaufs 12 ausgebildet. Insbesondere wird in dem Initialschritt 66 die Wärme- und/oder Kältequelle 34 außer Betrieb genommen, manuell durch den Bediener oder automatisch durch die Steuereinheit 32. Insbesondere werden in dem Initialschritt 66 die Regelventile 44, 46, 48, 50 und/oder die Sperrventile 52, 54, 56, 58 aller Fluidzweige 14, 16, 18, 20 geschlossen. Optional ist die Steuereinheit 32 zu einer, insbesondere drahtlosen, Kommunikation mit den Sperrventilen 52, 54, 56, 58 und/oder den Regelventilen 44, 46, 48, 50 eingerichtet, insbesondere zu einer automatischen Betätigung durch die Steuereinheit 32 und/oder zu einer Fernbindung durch den Bediener mittels der Steuereinheit 32. Sind die Regelventile 44, 46, 48, 50 und/oder die Sperrventile 52, 54, 56, 58 nicht zu einer Kommunikation mit der Steuereinheit 32 eingerichtet, betätigt der Bediener die Regelventile 44, 46, 48, 50 und/oder die Sperrventile 52, 54, 56, 58. Insbesondere öffnet die Steuereinheit 32 und/oder der Bediener in dem Initialschritt 66 das weitere Bypassventil 65. Insbesondere stellt die Steuereinheit 32 in dem Fördereinstellschritt 68 eine Drehzahl der Fördereinheit 22 auf einen Maximalwert ein. Zu einer Ermittlung des Strömungsparameters wird die Fördereinheit 22 bei maximaler Drehzahl betrieben.
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Um den Strömungsparameter zu ermitteln, wird in dem Voreinstellungsschritt 26 ein Strömungswiderstand des den Fluidzweig 14 umgehenden Bypasses 24 abhängig von dem ursächlichen aktiven Betriebszustand der Fördereinheit 22 eingestellt, insbesondere geregelt. Insbesondere stellt die Steuereinheit 32 in dem Voreinstellungsschritt 26 einen Förderwert des Strömungsparameters an der Fördereinheit 22 ein. Der Förderwert ist in dem Voreinstellungsschritt 26 gleich einem Bypasswert des Strömungsparameters in dem Bypass 24. Insbesondere steuert die Steuereinheit 32 in dem Voreinstellungsschritt 26 einen Öffnungsgrad des Bypassventils 62, um den Förderwert und, insbesondere den Bypasswert, auf einen vorgegebenen Sollwert zu bringen. Vorzugsweise regelt die Steuereinheit 32 den Öffnungsgrad des Bypassventils 62 mittels eines Proportional-Integral-Differential-Reglers (PID-Regler) der Steuereinheit 32. Der Sollwert für den Förderwert kann in der Speichereinheit der Steuereinheit 32 hinterlegt sein und/oder von dem Bediener eingegeben werden. Vorzugsweise ist der Sollwert zumindest größer als eine Erfassungsschwelle, insbesondere der Fördereinheit 22 oder des Sensorelements, für den ursächlichen aktiven Betriebszustand. Bei einer Ermittlung des Strömungsparameters ist ein Bypasswert des Strömungsparameters in dem Bypass 24 größer als ein Zweigwert des Strömungsparameters in dem Fluidzweig 14. Zu einer Ermittlung des Strömungsparameters wird der Arbeitspunkt der Fördereinheit 22 mittels des den Fluidzweig 14 umgehenden Bypasses 24 verschoben.
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In dem Auswahlschritt 70 wird einer, insbesondere genau einer, der Fluidzweige 14, 16, 18, 20 ausgewählt, beispielhaft der Fluidzweig 14. Insbesondere wird in dem Auswahlschritt 70 das Regelventil 44 des ausgewählten Fluidzweigs 14 geöffnet. Insbesondere wird in dem Auswahlschritt 70 das Sperrventil 52 des ausgewählten Fluidzweigs 14 geöffnet.
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In dem Ausleseschritt 72 wird der Strömungsparameter des in dem Fluidzweig 14 befindlichen Fluids ermittelt. In dem Ausleseschritt 72 wird der für den Strömungsparameter ursächliche aktive Betriebszustand der Fördereinheit 22 ermittelt, um den Strömungsparameter indirekt zu ermitteln. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit 32 in dem Ausleseschritt 72 einen aktuellen Förderwert des Strömungsparameters bei geöffnetem Fluidzweig 14. Insbesondere berechnet die Steuereinheit 32 in dem Ausleseschritt 72 einen Zweigwert des Strömungsparameters in dem ausgewählten Fluidzweig 14. Vorzugsweise wird der Zweigwert in Abhängigkeit von dem aktuellen Förderwert und dem in dem Voreinstellungsschritt 26 eingestellten Bypasswert des Strömungsparameters berechnet. Eine Berechnung des Zweigwerts kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer Druckmessung in dem Fluid und/oder in Abhängigkeit einer charakteristischen Kennkurve der Fördereinheit 22, welche bei konstanter Drehzahl insbesondere Förderhöhe und/oder erzeugten Druck in Abhängigkeit von dem Strömungsparameter angibt, erfolgen. Alternativ übersendet die Steuereinheit 32 den ermittelten ursächlichen Betriebszustand an eine externe, insbesondere auf einem Server oder einer externen Bedieneinheit implementierte, Recheneinheit zu einer Berechnung des Zweigwerts.
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In dem Anpassungsschritt 76 wird vorzugsweise das Regelventil 44 des ausgewählten Fluidzweigs 14 eingestellt. In dem Anpassungsschritt 76 wird der Strömungsparameter, insbesondere von der Steuereinheit 32, an eine mobile Bedieneinheit 30 übermittelt. Beispielsweise ist die mobile Bedieneinheit 30 als Handy, Tablet, Smartwatch oder dergleichen ausgebildet. Insbesondere gibt die mobile Bedieneinheit 30 den Zweigwert des Strömungsparameters aus. Optional gibt die mobile Bedieneinheit 30 einen einzustellenden Maximalwert für den Strömungsparameter aus. Der einzustellende Maximalwert kann auf an sich bekannte Weise, beispielsweise von dem Bediener, der Steuereinheit 32, der Bedieneinheit 30 und/oder einem externen Server berechnet werden, beispielweise in Abhängigkeit von einem Wärme- oder Kältebedarf eines Raums, in dem der ausgewählte Fluidzweig 14, insbesondere dessen Last 36, angeordnet ist, von einer Isolierung des Raums oder dergleichen. Insbesondere wird das Regelventil 44 von dem Bediener manuell oder mittels der Bedieneinheit 30, insbesondere auf den einzustellenden Maximalwert, eingestellt. Insbesondere aktualisiert die Steuereinheit 32 den ermittelten und von der mobilen Bedieneinheit 30 auszugebenden Zweigwert in Echtzeit.
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Bevorzugt umfasst das Verfahren 10 den Abschlussschritt 78. Vorzugsweise wird in dem Abschlussschritt 78 das Sperrventil 52 des ausgewählten Fluidzweigs 14 geschlossen. Bei einer alternativen Ausgestaltung des Fluidzweigs ohne Sperrventil dokumentiert der Bediener eine Einstellung des Regelventils 44 des ausgewählten Fluidzweigs 14, bei welcher der Zweigsollwert erreicht wurde, und schließt anschließend das Regelventil 44. Das Verfahren 10 wird ab dem Auswahlschritt 70 mit den weiteren Fluidzweigen 16, 18, 20 wiederholt. Wurden die Regelventile 44, 46, 48, 50 aller abzugleichenden Fluidzweige 14, 16, 18, 20 eingestellt, übergibt die Steuereinheit 32 in dem Abschlussschritt 78 eine Kontrolle der Fördereinheit 22 und der Wärme- und/oder Kältequelle 34 an die Kreislaufsteuereinheit zu einem regulären Betrieb. Vorzugsweise werden in dem Abschlussschritt 78 bei einem Übergang zu einem regulären Betrieb des Fluidkreislaufs 12 die Sperrventile 52, 54, 56, 58 nach Bedarf geöffnet. In dem Abschlussschritt 78 bei einem Übergang zu einem regulären Betrieb des Fluidkreislaufs 12 wird der Bypass 24 geschlossen, insbesondere mittels des weiteren Bypassventils 65.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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