DE3704756A1 - Verfahren zum einstellen der foerderleistung einer umwaelzpumpe - Google Patents
Verfahren zum einstellen der foerderleistung einer umwaelzpumpeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ein
stellen der Förderleistung einer durch einen Elektro
motor mit veränderbarer Drehzahl antreibbaren im Rohr
system einer Warmwasser-Heizungsanlage angeordneten Um
wälzpumpe, mit welcher das von einem Heizkessel kommende
Wasser durch in unterschiedlichen Räumen der Heizungsan
lage befindliche Verbraucher gepumpt und über ein Rücklauf
rohr zurück zum Heizkessel bewegt wird, bei welchem an
einer Stelle im Rohrsystem ein die Strömungsgeschwindigkeit
des Wassers erfassendes Meßgerät angebracht wird das eine
der Strömungsgeschwindigkeit proportionale elektrische
Spannung liefert, die einem mit dem Elektromotor ver
bundenen Regler zugeführt wird durch dessen Ausgangs
größe die Drehzahl des Elektromotors veränderbar ist
(DE-OS 35 08 049).
Heizungsanlagen gibt es in den unterschiedlichsten Größen
ordnungen. Sie sind beispielsweise in Einfamilienhäusern,
in Mietshäusern, in großen Bürohäusern oder auch bei Firmen
mit einer Vielzahl von Gebäuden installiert. In Abhängig
keit von der Größe der Heizungsanlage, die im wesentlichen
von der Anzahl der Verbraucher bestimmt wird, ist die be
nötigte Pumpenleistung zu bemessen. So reicht in vielen
Fällen eine einzige Umwälzpumpe aus. Bei größeren Anlagen
werden eine Hauptpumpe und zusätzliche Pumpen für einzelne
Heizkreise eingesetzt. Die maximale Förderleistung wird
stets so bemessen, daß alle in einer Anlage befindlichen
Verbraucher auch dann ausreichend versorgt werden können,
wenn sie gleichzeitig eingeschaltet sind. "Verbraucher"
sind dabei beispielsweise Heizkörper, Flächenheizungen
Wärmetauscher oder Klimaanlagen.
Die volle Pumpenleistung wird nur dann benötigt, wenn alle
Verbraucher oder zumindest der größte Teil derselben einge
schaltet sind. In den Zeiten - beispielsweise nachts oder
in der wärmeren Jahreszeit -, in denen nur ein Teil der
Verbraucher eingeschaltet ist, kann die Pumpenleistung ver
mindert werden. Das gilt auch, wenn der von den Verbrauchern
benötigte Bedarf beispielsweise über Thermostatventile ge
drosselt wird. Wenn die Pumpe in diesen Fällen mit voller
Leistung weiter fördert, kann es zu störenden Strömungsge
räuschen im Rohrsystem der Heizungsanlage kommen. Außerdem
hat die Pumpe dabei durchgehend den maximalen Energiebedarf
mit entsprechend hohen Stromkosten.
Es sind daher Umwälzpumpen auf dem Markt erhältlich, deren
Elektromotor in Stufen mit unterschiedlichen Drehzahlen an
getrieben werden kann. Die Umschaltung kann mit entsprechen
den Umschaltern von Hand oder auch automatisch mittels
eines Zeitglieds wie einer Schaltuhr, durchgeführt werden.
In beiden Fällen wird die Umschaltung nach Erfahrungswerten
zeitabhängig vorgenommen. Eine Anpassung an die tatsächlich
benötigte Förderleistung ist nicht möglich. So kann bei den
bekannten Verfahren bzw. Anordnungen beispielsweise nicht
erfaßt werden, wenn während der Vollastzeit eine größere
Anzahl von Verbrauchern abgeschaltet oder während der Zeit
mit verminderter Pumpenleistung eine größere Anzahl von
Verbrauchern zugeschaltet wird. Insbesondere im zweiten Fall
kann das sehr stören, da der Wärmebedarf insgesamt dann nicht
befriedigt werden kann.
Mit dem bekannten Verfahren nach der eingangs erwähnten
DE-OS 35 08 049 ist eine automatische Anpassung der Pumpen
leistung an den jeweiligen Betriebszustand sichergestellt.
Die Pumpenleistung wird bei diesem Verfahren nach Maßgabe
der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Rücklaufrohr
verändert. Zum Antrieb der Umwälzpumpe wird ein Elektro
motor verwendet der stufenweise auf mindestens zwei unter
schiedliche Drehzahlen umschaltbar ist. Dieses Verfahren
hat sich in der Praxis bewährt. Es erfordert jedoch für die
Umschaltung auf die unterschiedlichen Drehzahlstufen einigen
schaltungstechnischen Aufwand. Außerdem ist mit diesem Ver
fahren eine kontinuierliche Anpassung der Förderleistung
der Umwälzpumpe nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
anzugeben, mit dem bei geringem schaltungstechnischen Auf
wand eine kontinuierliche Anpassung der Förderleistung der
Umwälzpumpe einer Heizungsanlage an den Warmwasserbedarf
möglich ist und mit dem weiterhin eine ausreichende Ver
sorgung aller Verbraucher der Heizungsanlage bei allen
Betriebszuständen sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren der eingangs geschil
derten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
- - daß zum Antrieb der Umwälzpumpe ein Elektromotor mit stufenlos regelbarer Drehzahl verwendet wird und
- - daß von dem Regler zur Regelung der Drehzahl bzw. der Förderleistung der Umwälzpumpe als Ausgangsgröße Span nungswerte geliefert werden, die zumindest im Bereich niedriger Spannungswerte bis etwa 60% der Maximalspan nung höher sind als die Spannungswerte, die der vorge gebenen Kennlinie der Umwälzpumpe entsprechen.
Durch die Verwendung eines stufenlos drehzahlregelbaren
Elektromotors als Antrieb für die Umwälzpumpe ist eine
kontinuierliche Anpassung der Förderleistung derselben
an den jeweiligen Betriebszustand der Heizungsanlage
gegeben. Der Regler regelt die Drehzahl des Elektromotors
nach Maßgabe der vorher berechneten Kennlinie der Umwälz
pumpe, welche den Gegebenheiten der Heizungsanlage ent
spricht. Damit bei jedem Betriebszustand der Heizungsan
lage eine ausreichende Versorgung mit Warmwasser sicherge
stellt ist werden vom Regler zumindest im unteren Spannungs
bereich, d. h. bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit im
Rohrsystem, Spannungswerte geliefert, die über den Spannungs
werten der Kennlinie liegen. In diesem Spannungsbereich würde
die Umwälzpumpe mit niedriger Drehzahl und entsprechend
niedriger Leistung arbeiten, da aufgrund der niedrigen Strö
mungsgeschwindigkeit keine höhere Leistung erforderlich ist.
Wenn dann durch Einschalten zusätzlicher Verbraucher schnell
eine erhöhte Leistung benötigt wird könnte es geschehen daß
die Umwälzpumpe nur sehr langsam und im Extremfall gar nicht
hochläuft, weil die Strömungsgeschwindigkeit im Rohrsystem
nur unwesentlich zunimmt. Diese Gefahr besteht beim vorliegen
den Verfahren nicht, da der Regler zumindest im kritischen
Bereich höhere Spannungswerte liefert. Der Umwälzpumpe wird
also ein gegenüber der tatsächlichen Strömungsgeschwindigkeit
höherer Wert vorgetäuscht, so daß sie auch bei geringer
Strömungsgeschwindigkeit ihre Leistung nicht zu weit er
niedrigt. Beim Einschalten zusätzlicher Verbraucher steigt
daher die Strömungsgeschwindigkeit sofort an und die Umwälz
pumpe stellt sich schnell auf die geforderte Leistung ein.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den
Unteransprüchen hervor.
Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand der Zeich
nungen als Ausführungsbeispiel erläutert. In diesem Aus
führungsbeispiel ist das Meßgerät im Rücklaufrohr angeordnet.
Das ist für die Wirksamkeit der Vorrichtung die günstigste
Stelle. Es kann aber beispielsweise auch im Vorlaufrohr an
geordnet sein.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Heizungsanlage
die mit dem Verfahren nach der Erfindung betrieben wird.
Fig. 2 und 3 Diagramme zur Durchführung des Verfahrens mit
analogem Regelbetrieb.
Fig. 4 und 5 Diagramme zur Durchführung des Verfahrens mit
einem von einem Rechner gesteuerten Regler.
Mit 1 ist ein in einem beliebigen Gebäude aufgestellter Heiz
kessel bezeichnet an den über ein Rohrsystem im Gebäude an
geordnete Verbraucher angeschlossen sind. Stellvertretend für
eine beliebige Anzahl von Verbrauchern ist in Fig. 1 ein Ver
braucher 2 eingezeichnet. Das Wasser der Warmwasser-Heizungs
anlage wird entsprechend den eingezeichneten Pfeilen mittels
einer Umwälzpumpe 3 - im folgenden kurz als "Pumpe" bezeichnet -
über den Verbraucher 2 zurück zum Heizkessel 1 geführt. Die
Pumpe 3 wird von einem drehzahlgeregelten Elektromotor ange
trieben dessen Drehzahl stufenlos regelbar ist.
Im Rücklaufrohr der Heizungsanlage ist ein Meßgerät 4 ange
ordnet, das die Strömungsgeschwindigkeit des zurückströmenden
Wassers erfaßt und eine proportionale elektrische Gleichspan
nung liefert. Solche Meßgeräte sind bekannt. Sie arbeiten bei
spielsweise mittels Ultraschalls. Das Meßgerät 4 kann bei
spielsweise eine Gleichspannung bis zu 10 V liefern die der
maximalen Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Rücklauf
rohr entspricht wenn alle Verbraucher 2 der Heizungsanlage
voll eingeschaltet sind. Die Wassermenge entspricht dabei
100%. Wenn die Wassermenge und damit auch die Strömungsge
schwindigkeit um 10% zurückgeht, dann sinkt auch die vom
Meßgerät 4 gelieferte Gleichspannung um 10%, also um 1 V.
An das Meßgerät 4 ist ein Regler 5 angeschlossen der auf der
anderen Seite mit der Pumpe 3 bzw. mit deren Elektromotor
verbunden ist. Zwischen dem Regler 5 und dem Elektromotor
kann ein an sich bekannter Frequenz-Umrichter eingeschaltet
sein, über den in Abhängigkeit von der vom Regler 5 gelie
ferten Spannung die Drehzahl des Elektromotors geregelt wird.
Die Pumpe 3 hat eine Kennlinie K wie sie beispielsweise
aus den Fig. 2 und 4 hervorgeht. Die Kennlinie K ist
bekannt. Ihr Verlauf richtet sich nach der Größe bzw.
Leistung der Pumpe 3, die nach den Gegebenheiten der
Heizungsanlage - Größe Anzahl der Verbraucher - dimensio
niert ist. Die Kennlinie K bzw. die derselben entsprechen
den Spannungswerte nach den Fig. 3 und 5 werden dem Regler 5
aufgegeben. Die Pumpe 3 fördert in Abhängigkeit von ihrer
Drehzahl n entsprechend der Kennlinie K eine bestimmte
Wassermenge Q bis zu einer gegebenen Förderhöhe H (Fig. 2).
Die jeweilige Drehzahl n der Pumpe 3 entspricht dabei einer
Spannung U. Im gewählten Ausführungsbeispiel soll die
maximale vom Regler 5 gelieferte Spannung U 10 V betragen.
Sie entspricht der maximalen Drehzahl der Pumpe 3, also
n = 100%. Diese Drehzahl (Leistung) der Pumpe 3 wird be
nötigt, wenn alle oder nahezu alle Verbraucher 2 der Hei
zungsanlage eingeschaltet sind, also mit warmem Wasser ver
sorgt werden müssen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers
im Rücklaufrohr der Heizungsanlage ist dann sehr hoch, so
daß das Meßgerät 4 die maximale Spannung von U = 10 V liefert.
Wird in der Heizungsanlage der größte Teil der Verbraucher 2
abgeschaltet dann sinkt die Strömungsgeschwindigkeit des
Wassers im Rücklaufrohr. Die vom Meßgerät 4 gelieferte Span
nung sinkt dann beispielsweise auf 1 V, wodurch die Dreh
zahl der Pumpe 3 auf 10% der maximalen Drehzahl zurück
geht (Fig. 3). Die Pumpe 3 liegt dann nahezu im etwa waage
rechten Bereich der Kennlinie K (Fig. 2).
Wenn bei diesem Betriebszustand der Heizungsanlage wieder
einige Verbraucher 2 eingeschaltet werden, dann steigt zwar
die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Rücklaufrohr
geringfügig an. Dieser Anstieg reicht jedoch in vielen
Fällen insbesondere bei großen Heizungsanlagen, nicht aus,
um die Pumpe 3 auf die erforderliche Drehzahl (Leistung)
zu bringen.
Dieser Nachteil wird mit dem Verfahren nach der Erfindung
wie folgt behoben:
Der Regler 5 liefert an seinem Ausgang Spannungswerte die
zumindest im Bereich niedriger Strömungsgeschwindigkeiten
über den Spannungswerten der Kennlinie K liegen. In bevor
zugter Ausführungsform liegen die vom Regler 5 gelieferten
Spannungswerte bei jeder Strömungsgeschwindigkeit höher als
die der Kennlinie K. Es ergibt sich dadurch eine Kennlinie R
(Fig. 2 und 3), die oberhalb der Kennlinie K liegt. Durch
den Regler 5 werden damit insbesondere im unteren Spannungs
bereich Spannungswerte vorgegeben, mit denen der Pumpe 3
eine höhere Strömungsgeschwindigkeit vorgetäuscht wird, als
sie tatsächlich vorhanden ist. Die Drehzahl (Leistung) der
Pumpe 3 sinkt dadurch nie auf einen zu kleinen Wert ab. Wenn
- ausgehend von sehr niedriger Strömungsgeschwindigkeit mit
wenigen Verbrauchern - andere Verbraucher zugeschaltet werden
kann die dadurch geforderte erhöhte Leistung der Pumpe 3 also
sofort erbracht werden.
Das Verfahren ist mit der Kennlinie R auch dann erfolgreich,
wenn die Pumpe 3 einmal ganz stillgelegt wird. Infolge des
relativ schnellen Anstiegs der Kennlinie R läuft die Pumpe 3
bei Einschalten von Verbraucher 2 sicher und sofort hoch.
Der Abstand der Kennlinien K und R voneinander wird insbe
sondere im unteren Spannungsbereich relativ groß gewählt
so wie es aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht. Die Kennlinie R
kann dabei etwa bei 40% bis 50% der Drehzahl n in einen
nahezu waagerechten Ast übergehen, so daß die Drehzahl auch
bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten nie unter 40% bis
50% des Maximalwerts absinkt. Auf diese Weise ist die aus
reichende Versorgung aller Verbraucher 2 bei jedem Betriebs
zustand der Heizungsanlage sichergestellt.
Wichtig für das geschilderte Verfahren ist, daß die Kenn
linie R im unteren Spannungsbereich über der Kennlinie K
liegt. Das gilt etwa bis zu 50% der maximalen Spannung U bzw.
Drehzahl n der Pumpe 3. Bei höheren Spannungswerten kann die
Kennlinie R ebenfalls über der Kennlinie K liegen, so wie es in
den Fig. 2 bis 5 dargestellt ist. Das muß aber nicht sein, da
hier die Drehzahl der Pumpe 3 ohnehin hoch genug ist. Der Abstand
zwischen den beiden Kennlinien R und K soll im unteren Spannungs
bereich auf jeden Fall deutlich größer als bei höheren Spannungen
sein.
Die Fig. 2 und 3 zeigen einen möglichen Verlauf der Kennlinien R
bei dem bei etwa 40% der Leistung bzw. Förderhöhe H die Leistung
oder Drehzahl der Pumpe 3 etwa konstant bleibt. Die Kennlinien R
haben dabei einen steilen Anstieg, von 0 beginnend. Ein besseres
Regelverhalten mit zusätzlicher Energieeinsparung ergibt sich bei
einem Verlauf der Kennlinien nach den Fig. 4 und 5. Der Anstieg
ist hier nicht so steil und der Kennlinienverlauf ist gleich
förmiger. Die Kennlinien der Fig. 4 und 5 lassen sich sehr ein
fach einhalten wenn als Regler 5 ein mit einem Mikroprozessor
ausgerüsteter Rechner eingesetzt wird. Es ist heute aber auch
möglich den Kennlinienverlauf nach den Fig. 4 und 5 mit einem
Analogregler zu fahren. Die Kennlinie R liegt in allen Fällen
über der Kennlinie K und zwar im unteren Spannungsbereich recht
deutlich.
Wie bereits erwähnt, wird das Meßgerät 4 am zweckmäßigsten im
Rücklaufrohr des Rohrsystems einer Heizungsanlage angeordnet.
An dieser Stelle ist die Strömung des Wassers am gleichmäßigsten
und auch die Temperaturschwankungen sind hier am geringsten. Die
erhaltenen Meßwerte sind daher besonders genau.
Bei Heizungsanlagen deren Verbraucher 2 mit Thermostatventilen
ausgerüstet sind und die mit einer automatischen Nachtabsenkung
arbeiten, ist es zweckmäßig, die Leistung der Pumpe 3 während
der Dauer der Nachtabsenkung zu begrenzen. Das kann ebenfalls
vom Regler 5 vorgenommen werden der während der Nachtabsenkung
beispielsweise als obere Grenze Spannungswerte liefert, die 40%
bis 50% der maximalen Spannung betragen.
Claims (6)
1. Verfahren zum Einstellen der Förderleistung einer durch
einen Elektromotor mit veränderbarer Drehzahl antreib
baren, im Rohrsystem einer Warmwasser-Heizungsanlage an
geordneten Umwälzpumpe, mit welcher das von einem Heiz
kessel kommende Wasser durch in unterschiedlichen Räumen
der Heizungsanlage befindliche Verbraucher gepumpt und
über ein Rücklaufrohr zurück zum Heizkessel bewegt wird,
bei welchem in dem Rücklaufrohr ein die Strömungsge
schwindigkeit des Wassers erfassendes Meßgerät angebracht
wird das eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale
elektrische Spannung liefert die einem mit dem Elektro
motor verbundenen Regler zugeführt wird, durch dessen
Ausgangsgröße die Drehzahl des Elektromotors veränder
bar ist, dadurch gekennzeichnet,
- - daß zum Antrieb der Umwälzpumpe (3) ein Elektromotor mit stufenlos regelbarer Drehzahl verwendet wird und
- - daß von dem Regler (5) zur Regelung der Drehzahl bzw. der Förderleistung der Umwälzpumpe als Ausgangsgröße Spannungswerte geliefert werden die zumindest im Be reich niedriger Spannungswerte bis etwa 60% der Maximalspannung höher sind als die Spannungswerte, die der vorgegebenen Kennlinie (K) der Umwälzpumpe (3) entsprechen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet daß
die vom Regler (5) gelieferten Spannungswerte bei jeder
Strömungsgeschwindigkeit des Wassers höher sind als die
Spannungswerte der Kennlinie (K) und daß der Abstand
zwischen den vom Regler (5) gelieferten Spannungswerten
und den Spannungswerten der Kennlinie (K) bei niedriger
Strömungsgeschwindigkeit größer ist als bei hoher Strö
mungsgeschwindigkeit.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die vom Regler (5) gelieferten Spannungswerte bei
niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten auf einem nahezu
konstanten Wert von etwa 50% der maximalen Spannung
gehalten werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Regler (5) ein mit einem Mikro
prozessor ausgerüsteter Rechner verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch ge
kennzeichnet, daß die der Kennlinie (K) entsprechenden
Spannungswerte dem Regler (5) aufgegeben werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß bei einer Heizungsanlage mit Thermostat
ventilen an den Verbrauchern (2) und automatischer Nacht
absenkung die Drehzahl der Umwälzpumpe (3) während der
Nachtabsenkung begrenzt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873704756 DE3704756A1 (de) | 1987-01-29 | 1987-02-16 | Verfahren zum einstellen der foerderleistung einer umwaelzpumpe |
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: F24D 19/10 |
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8131 | Rejection |