DK173874B1 - Fremgangsmåde til regulering af en cirkulationspumpes leveringskapacitet - Google Patents

Description

i DK 173874 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til regulering af leveringskapaciteten af en ved hjælp af en elektromotor med variabelt omløbstal dreven cirkulationspumpe, som er anbragt i et varmtvands-varmeanlægs rørsystem, og ved hjælp af hvilken det fra en varme-kedel kommende vand pumpes gennem eksisterende brugere i varmeanlæggets forskelli-5 ge rum og via et tilbageløbsrør sendes tilbage til varmekedlen, og hvor der på et sted i rørsystemet er anbragt et måleapparat, som registrerer vandets strømningshastighed, og som leverer en med strømningshastigheden proportional og dermed til den givne karakteristik af rørsystemets svarende elektrisk spænding, der som indgangsstørrelse tilføres til en med elektromotoren forbundet regulator, ved hjælp af hvis udgangsstørrelse elek-10 tromotorens omløbstal kan ændres (tysk offentliggørelsesskrift nr. 35 08 049).

Der kendes varmeanlæg af vidt forskellige størrelser. Varmeanlæg kan eksempelvis være installeret i enfamiliehuse, i udlejningshuse, i store kontorhuse eller hos firmaer med et antal bygninger. Den fornødne pumpekapacitet må fastlægges i afhængighed af varmeanlæggets størrelse, der i det væsentlige afhænger af antal bruger. I mange tilfælde er en 15 enkelt cirkulationspumpe tilstrækkelig. Ved større anlæg benyttes en hovedpumpe og yderligere pumper til de enkelte varmekredse. Den maksimale leveringskapacitet dimensioneres således, at alle i et anlæg værende brugere kan forsynes tilstrækkeligt, også når de indkobles samtidigt. "Brugere" er eksempelvis varmelegemer, strålevarmere, varmevekslere eller klimaanlæg.

20 Den fulde pumpekapacitet er kun påkrævet, når alle brugere eller i det mindste størstedelen af disse er indkoblet. På de tidspunkter, eksempelvis om natten eller på varmere årstider, hvor kun en del brugere er indkoblet, kan pumpekapaciteten mindskes. Dette gælder også, når det af brugerne krævede behov eksempelvis drøvles ved hjælp af termostatventiler. Når pumpen i disse tilfælde leverer fuld kapacitet, kan der opstå forstyrren-25 de strømningsstøj i varmeanlæggets rørsystem. Herudover har pumpen herved til stadighed maksimalt energibehov med hertil svarende høje strømomkostninger til følge.

2 DK 173874 B1

Der findes derfor på markedet cirkulationspumper, hvis elektromotor trinvis kan drives med forskellige omløbstal. Omskiftningen kan ved hjælp af passende omskiftere gennemføres manuelt eller automatisk ved hjælp af et tidsorgan, såsom et omkoblingsur. I begge tilfælde foretages omkoblingen tidsafhængigt efter erfaringsværdier. En tilpasning til den 5 virkeligt nødvendige leveringskapacitet er ikke mulig. Således kan det ved de kendte fremgangsmåder eller indretninger ikke registreres, når der under fuldlastperioder frakobles et større antal brugere, eller når der under perioder med nedsat pumpekapacitet tilkobles et større antal brugere. Dette er især meget generende i det andet tilfælde, idet det samlede varmebehov da ikke kan tilfredsstilles.

10 I det tyske tidsskrift "Technische Rundschau" bind 76, nr. 24, juni 1984, side 29 beskrives en fremgangsmåde til styring af varmeanlægs cirkulationspumper. For at undgå en overdimensionering af pumpen begrænses dennes omløbstal til et højeste omløbstal.

Samtidig fastlægges et mindste omløbstal. Pumpen styres mellem disse to omløbstal, der begrænser pumpekapaciteten, og de tilhørende karakteristikker af rørnettet ved fuld last 15 og dellast. Som styrende størrelse benyttes trykforskellen, der skal forblive konstant.

Som praksis viser, er det ikke fysisk rigtigt, at ville holde pumpens tryk konstant via trykforskellen. Proportionalitetsloven kræver også ved det droslede system, at der ved regulering opnås en kvadratisk sammenhæng mellem pumpens omløbstal og trykket i det forsynede system. Dette er ikke tilfældet ved dette kendte system, da trykket holdes kon-20 stant mellem to driftpunkter. Som følge heraf svinger pumpens omløbstal til stadighed frem og tilbage mellem de to driftpunkter. Ved denne styring kan der ikke undgås støj i varmeanlægget især på grund af vandstød. Hertil kommer, at der på den ene side på grund af pumpeomløbstallets begrænsning opadtil ikke kan undgås en underforsyning af brugeren, især ved fuld last. På den anden side er på grund af det givne mindst omløbs-25 tal styringen ikke mere virksom, når dellasten falder yderligere. Trykforskellen stiger da, men en regulering er ikke mere mulig, da pumpens mindst omløbstal er fast. Som følge heraf vokser trykket i varmesystemet, der sker en overforsyning af den indkoblede bruger og der opstår i stigende grad støj.

/ DK 173874 B1 3

Ved den kendte fremgangsmåde ifølge tysk offentliggørelsesskrift nr. 35 08 049 sikres en automatisk tilpasning af pumpekapaciteten til den aktuelle driftstilstand. Pumpekapaciteten bliver ved denne fremgangsmåde ændret i henhold til vandets strømningshastighed i tilbageløbsrøret. Til at trække cirkulationspumpen benyttes en elektromotor, som 5 trinvis kan omkobles til mindst to forskellige omløbstal. Denne fremgangsmåde har i praksis svaret til forventningerne. Den kræver imidlertid nogle omkoblingstekniske midler for omkobling til de forskellige omløbstaltrin. herudover er en kontinuerlig tilpasning af cirkulationspumpens leveringskapacitet ikke mulig ved denne fremgangsmåde.

Formålet med opfindelsen er at anvise en fremgangsmåde, ved hjælp af hvilken en kon-10 tinuerlig tilpasning af leveringskapaciteten af et varmeanlægs cirkulationspumpe til varmtvandsbehovet er muliggjort ved ringe omkoblingstekniske midler, og ved hvilken der sikres en tilstrækkelig forsyning af alle varmeanlæggets brugere ved alle driftstilstande.

Til opnåelse af dette formål er fremgangsmåden ifølge opfindelsen ejendommelig ved, -15 at der til at trække cirkulationspumpen benyttes en elektromotor med trinløst regulerbart omløbstal, at de af regulatoren leverede spændingsværdier er højere end de, der svarer til karakteristikkens spændingsværdier ved enhver strømhastighed af vandet, og at forskellen mellem de af regulatoren leverede spændingsværdier og de, der svarer 20 til karakteristikkens spændingsværdier er større ved lavere strømningshastigheder, end ved højere strømningshastigheder.

Ved anvendelse af en elektromotor med trinløst regulerbart omløbstal til at drive cirkulationspumpen opnås en kontinuerlig tilpasning af dennes leveringskapacitet til varmeanlæggets aktuelle driftstilstand. Regulatoren regulerer elektromotorens omdrejningstal i 25 henhold til cirkulationspumpens i forvejen beregnede karakteristik, som svarer til de givne forhold ved varmeanlægget. For ved enhver driftstilstand af varmeanlægget at sikre en tilstrækkelig forsyning med varmt vand, bliver der af regulatoren i det mindste i det DK 173874 B1 4 nedre spændingsområde, dvs. ved lavere strømningshastighed i rørsystemet, leveret spændingsværdier, som ligger over rørnetkarakteristikkens spændingsværdier. I det nedre spændingsområde, dvs. ved lave strømningshastigheder i rørsystemet, ville cirkulationspumpen arbejde med lave omløbstal og tilsvarende lavere kapacitet, da der på grund 5 af den lavere strømningshastighed ikke kræves højere kapacitet. Når der så ved indkobling af yderligere brugere hurtigt behøves en højere kapacitet, kunne det ske, at cirkulationspumpen kun meget langsomt og i ekstreme tilfælde overhovedet ikke gik op i hastighed, fordi strømningshastigheden i rørsystemet kun stiger uvæsentligt. Denne fare består ikke ved foreliggende fremgangsmåde, idet regulatoren i det mindst i det kritiske område 10 leverer højere spændingsværdier. Cirkulationspumpen bliver altså foregøglet en i forhold til den virkelige strømningshastighed højere værdi, således at den heller ikke ved en lavere strømningshastighed sænker sin kapacitet for meget. Ved indkobling af yderligere brugere stiger strømningshastigheden derfor straks, og cirkulationspumpen indstiller sig hurtigt på den påkrævede kapacitet.

15 Fordelagtige udformninger af opfindelsen fremgår af underkravene.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen forklares nedenfor under henvisning til et udførelseseksempel. I dette udførelseseksempel er måleapparatet anbragt i tilbageløbsrøret. Imidlertid kan måleapparatet også være anbragt i fremløbsrøret.

På tegningen viser 20 fig. 1 skematisk et varmeanlæg, der drives ved hjælp af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. 2 og 3 diagrammer til gennemførelse af fremgangsmåden med analog styring, og fig. 4 og 5 diagrammer til gennemførelse af fremgangsmåden med en af en datamat styret regulator.

DK 173874 B1 5

Henvisningstallet 1 betegner en i en vilkårlig bygning opstillet varmekedel, til hvilken i bygningen anbragte brugere er tilsluttet via et rørsystem. Repræsenterende et vilkårligt antal brugere er der i fig. 1 indtegnet en bruger 2. Varmtvands-varmeanlæggets vand bliver som vist ved hjælp af de indtegnede pile ved hjælp af en cirkulationspumpe 3 (i det 5 følgende blot benævnt pumpe) via brugeren 2 ført tilbage til varmekedlen 1. Pumpen 3 trækkes ved hjælp af en elektromotor, hvis omløbstal kan reguleres trinløst.

I varmeanlæggets tilbageløbsrør er der anbragt et måleapparat 4, som registrerer strømningshastigheden af det tilbagestrømmende vand og leverer en hermed proportional elektrisk jævnspænding. Sådanne måleapparater er kendte. De arbejder eksempelvis ved 10 hjælp af ultralyd, måleapparatet 4 kan eksempelvis levere en jævnspænding op til 10 V, hvilket svarer til den maksimale strømningshastighed af vandet i tilbageløbsrøret, når alle varmeanlæggets brugere 2 er fuldt indkoblet. Vandmængden svarer herved til 100 %.

Når vandmængden og derved også strømningshastigheden falder med 10%, falder også den af måleapparatet 4 leverede jævnspænding med 10%, altså med IV.

15 Til måleapparatet 4 er der tilsluttet en regulator 5, der på den anden side er forbundet med pumpen 3 eller med dennes elektromotor. Mellem regulatoren 5 og elektromotoren kan der være indkoblet en i sig selv kendt frekvensomformer, ved hjælp af hvilken elektromotorens omløbstal reguleres i afhængighed af den af regulatoren 5 leverede spænding.

20 Varmeanlægget har en rømetkarakteristik K som eksempelvis vist i fig. 2 og 4. Karakteristikken K er kendt. Dens forløb afhænger af pumpens 3 størrelse eller kapacitet, som dimensioneres ud fra givne forhold ved varmeanlægget, såsom størrelsen og antallet af brugere. Rørnetkarakteristikken K eller de til denne svarende spændingsværdier ifølge fig. 3 og 5 opgives til regulatoren 5. Pumpen 3 leverer i afhængighed af dens omløbstal 25 n svarende til karakteristikken K en bestemt vandmængde Q ved en given løftehøjde H (fig. 2). Pumpens 3 aktuelle omløbstal n svarer herved til en spænding U. Ved det valgte udførelseseksempel andrager den maksimale spænding U, regulatoren 5 leverer, 10 V.

DK 173874 B1 6

Den svarer til pumpens 3 maksimale omløbstal, altså n = 100%. Dette omløbstal (kapacitet) for pumpen 3 er nødvendigt, når alle eller næsten alle varmeanlæggets brugere 2 er indkoblet, dvs. må forsynes med varmt vand. Strømningshastigheden af vandet i varmeanlæggets tilbageløbsledning er da meget høj, således at måleapparatet 4 leverer den 5 maksimale spænding på U = 10 V.

Frakobles i varmeanlægget størstedelen af brugerne 2, så falder vandets strømningshastighed i tilbageløbsrøret. Den af måleapparatet 4 leverede spænding falder eksempelvis da til IV, hvorved pumpens 3 omløbstal falder til 10% af det maksimale omløbstal (fig. 3). Pumpen 3 ligger da tilnærmelsesvis i det i hovedsagen vandrette område af ka-10 rakteristikken K (fig. 2).

Når der i denne driftstilstand for varmeanlægget atter indkobles nogle brugere 2, så stiger vandets stømningshastighed i tilbageløbsrøret lidt. Denne stigning er imidlertid i mange tilfælde, især ved større varmeanlæg, ikke tilstrækkelig til at bringe pumpen 3 op på det nødvendige omløbstal (kapacitet).

15 Denne ulempe elimineres på følgende måde ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen:

Regulatoren 5 leverer på dens udgang spændingsværdier, som ved enhver strømningshastigheder, også ved strømningshastighed nul, ligger over karakteristikkens K spændingsværdier. Der fremkommer herved en karakteristik R (fig. 2 og 3), der ligger over rørnetkarakteristikken K. Ved hjælp af regulatoren 5 leveres også i det nedre spændings-20 område spændingsværdier, med hvilke pumpen 3 foregøgles en højere strømningshastighed, end den i virkeligheden er. Pumpens 3 omløbstal (kapacitet) falder derved aldrig til en for lille værdi. Når der, udgående fra en meget lav strømningshastighed med få forbrugere, tilkobles andre brugere, kan den herved krævede forhøjede kapacitet af pumpen 3 således straks tilvejebringes.

DK 173874 B1 7

Fremgangsmåden er med karakteristikken R også succesrig, når pumpen 3 har været helt standset. På grund af karakteristikkens R relative kraftige stigning kører pumpen 3 ved indkobling af brugere 2 sikkert og hurtigt op.

Afstanden mellem karakteristikkerne K og R skal i det nedre spændingsområde være 5 tydeligt større end ved højere spændinger og vælges afhængigt af anlægget. Afstanden vælges især i det nedre spændingsområde relativt stor, således som det er vist i fig. 2 og 3. Karakteristikken kan i hovedsagen ved 40 til 50% af omløbstallet n går over i et tilnærmelsesvis vandret forløb, således at pumpens omløbstal ved små strømningshastigheder aldrig falder til under 40 til 50% af maksimumværdien. På denne måde er der i en-10 hver driftstilstand for varmeanlægget sikret tilstrækkelig forsyning af alle brugere 2.

Fig. 2 og 3 viser et muligt forløb for karakteristikken R, ved hvilket pumpens 3 kapacitet eller omløbstal bliver i hovedsagen konstant ved i hovedsagen 40% kapacitet eller løftehøjde H. Karakteristikken R har herved udgående fra 0 en stor stigning. Bedre styreforhold med yderligere energibesparelser opnås ved et forløb af karakteristikken 15 som vist i fig. 4 og 5. Stigningen er her ikke så stejl, og karakteristikforløbet er jævnt.

Den i fig. 4 og 5 viste karakteristik kan holdes meget enkelt, når der som regulator 5 benyttes en med mikroprocessor forsynet datamat. Det er imidlertid i dag også muligt at køre efter den i fig. 4 og 5 viste karakteristik ved hjælp af en analog regulator. Karakteristikken R ligger i alle tilfælde over karakteristikken K og dette ret tydeligt i det nedre 20 spændingsområde.

Som allerede nævnt anbringes måleapparatet 4 mest hensigtsmæssigt i tilbageløbsrøret af et varmeanlægs rørsystem. På dette sted er vandets strømning mest jævn, og også temperatursvingningeme er her mindst. De opnåede måleværdier er derfor særlig nøjagtige.

25 Ved varmeanlæg, hvis brugere 2 er forsynet med termostatventiler, og som arbejder med automatisk natsænkning, er det hensigtsmæssigt er begrænse pumpens 3 kapacitet under DK 173874 B1 8 natsænkningen. Dette kan ligeledes foretages ved hjælp af regulatoren 5, som under natsænkningen eksempelvis som øvre grænse leverer spændingsværdier, der andrager 40 til 50% af den maksimale spænding.

Claims (4)

1. Fremgangsmåde til regulering af leveringskapaciteten af en ved hjælp af en elektromotor med variabelt omløbstal dreven cirkulationspumpe, som er anbragt i et varmt- 5 vands-varmeanlægs rørsystem, og ved hjælp af hvilken det fra en varmtvandskedel kommende vand pumpes gennem eksisterende brugere i varmeanlæggets forskellige rum og via et tilbageløbsrør føres tilbage til varmekedlen, og hvor der på et sted i rørsystemet er anbragt et måleapparat (4), som registrerer vandets strømningshastighed, og som leverer en med strømingshastigheden proportional og dermed til den givne karakteristik 10 af rørnettet (K) svarende elektrisk spænding, der som udgangsstørrelse tilføres til en med elektromotoren forbundet regulator, ved hjælp af hvis udgangsstørrelse elektromotorens omløbstal kan ændres, kendetegnet ved, at der til at trække cirkulationspumpen (3) benyttes en elektromotor med trinløst regulerbart omløbstal, 15. at de af regulatoren (5) leverede spændings værdier er højere end de, der svarer til karakteristikkens (K) spændingsværdier ved enhver strømningshastighed af vandet, og at forskellen mellem de af regulatoren (5) leverede spændingsværdier og de, der svarer til karakteristikkens (K) spændingsværdier er større ved lavere strømnings-20 hastigheder end ved højere strømningshastigheder.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2,kendetegnet ved, at de af regulatoren (5) leverede spændingsværdier ved lavere strømningshastigheder holdes på en tilnærmelsesvis konstant værdi på i hovedsagen 50% af den maksimale spænding. DK 173874 B1 10

3. Fremgangsmåde ifølge et eller flere af kravene 1-3,kendetegnet ved, at der som regulator (5) benyttes en med en mikroprocessor forsynet datamaskine.

4. Fremgangsmåde ifølge et eller flere af kravene 1-5,kendetegnet ved, at ved et varmeanlæg med termostatventiler ved brugerne (2) og automatisk natsænkning be- 5 grænses cirkulationspumpens (3) maksimale omløbstal under natsænkningen.