DK3101352T3 - Fremgangsmåde til brug af et varmeanlæg og reguleringsindretning med differenstryksensor - Google Patents

Description

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til brugen af et varmeanlæg, ved hvilket et varmemedium føres henholdsvis til og fra varmekredsløb i det mindste via en central tilførings- og bortledningsledning. Derudover angår opfindelsen også en reguleringsindretning med differenstryksensor.

Inden for varmeteknikken i forbindelse med større bygninger er det kendt at tilslutte flere varmekredsløb til en central tilførings- og bortledningsledning, f.eks. til en fordelerbjælke. Dette svarer til en parallelkobling af varmekredsløbene. De fleste af kredsløbene råder over deres egen pumpe og deres egen blander, hvormed der for hvert kredsløb realiseres en tilbageløbstilsætning, som føres af vejrliget.

En hydraulisk justering af varmekredsløbene på fordelerbjælken sikrer, at hver varmekredsløb forsynes med den varmeydelse, som den benytter (såfremt frem-løbstemperaturen i fordeleren er tilstrækkelig). Her kendes der to muligheder inden for den kendte teknik.

For det første anbringes der drosselorganer, såsom en differenstrykregulerings-indretning, i hver. Herpå indstilles der sædvanligvis via en fjederkraft, som virker på en membran, et nominelt differenstryk. De to sider af membranen er forbundet med trykoverførende rør med frem- og tilbageløb. Membranen ændrer i afhængighed af den nominelle/effektive differens ventilsædet, altså strømningstværsnittet, således at der imellem fremløbet og tilbageløbet indstilles et konstant differenstryk. Dette tilpasser sig så dynamisk til varmebehovet/volumenstrømmen. Differenstrykreguleringsindretningerne har den ulempe, at strømningsenergier, som tilbageføres til vandet ved pumpen, hvirvles ubenyttet op. Derudover fremstiller differenstrykreguleringsindretningerne et yderligere tryktab for at udøve sin ventilautoritet. På pumperne skal der indstilles en meget høj reguleringskarakteristik (f.eks. proportionalitetstrykkarakteristik H-v) for at udligne det yderligere tryktab. Dette øger strømforbruget signifikant. Derudover er differenstrykregule-ringsindretninger dyre at anskaffe.

For det andet findes der selvregulerende pumper, som ud over en konstant-om-drejningstal-karakteristik (n-c) for det meste har implementeret en proportional-tryk-karakteristik (H-v) eller en konstant-tryk-karakteristik (H-c) (H da det fremstillede tryk i praksis kaldes løftehøjde). Ved konstant-tryk-karakteristikken indstilles for hver stilling af varmelegemeventilerne, altså for hver anlægskarakteristik, pumpeomdrejningstallet n, således at der opnås samme løftehøjde H i forhold til pumpens tilslutningsstudser. Ved proportionaltryk-karakteristikken stiger henholdsvis falder den nominelle løftehøjde H(Q) proportionalt med volumenstrømmen Q. Årsagen hertil er, at en aftagende volumenstrøm optræder sammen med en aftagen af varmebehovet, og tryktabene falder i fordelerledningen.

En mere lineær sammenhæng er almindelig, men der er også foreslået andre funktionelle sammenhænge imellem volumenstrøm Q og nominel løftehøjde H (f.eks. en rodfunktion i EP 0 726 396 B1 eller endog en gennemstrøms-konstant-regulering DE 2946 049 A1). En ændring af anlægs-karakteristikken detekteres altid ved hjælp af en ændring af volumenstrømmen (i det følgende omtalt som gennemstrømning), som enten måles direkte med en gennemstrømningssensor eller beregnes ud fra motorens elektriske driftsstørrelser under støtte af en implementeret pumpekarakteristik (EP 0 150 068 A3 eller DE 2946 049 A1). De selvregulerende pumper har i forhold til differenstrykreguleringsindretningerne den fordel, at der kun anvendes så megen elektrisk energi, der er nødvendig for varmekredsløbets drift.

De selvregulerende pumper, som er indsat på fordelerbjælken, har den store ulempe, at de ikke kan skelne om en volumenstrømsreduktion igen skyldes termostatventilerne i eget varmekredsløb eller i et andet varmekredsløb. Det er dog nødvendigt med modsatte reduktioner. Hvis andre varmekredsløb øger deres volumenstrøm, reducerer pumpen sit omdrejningstal, da tryktabet er tiltaget i kedelkredsløbet. Varmebehovet i eget varmekredsløb er egentligt forblevet konstant, og omdrejningstalsøgningen vil være nødvendig for at opretholde volumenstrømmen konstant. I EP 2 775 370 A2 beskrives et apparat, som har til formål at åbne mulighed for den hydrauliske justering henholdsvis en bedre fordeling af varmeydelsen. Det består af flere parallelt koblede fluidumkredsløb, især varmekredsløb, på en fordelerbjælke med eller uden vejrligsstyret tilbageløbstilsætning med hver sin omdrejningstalvariabel pumpe henholdsvis en gennemstrømningssensor, henholdsvis en frem- og tilbageløbstemperatursensor med en fælles fremløbstemperatur-sensor i fordeleren og mindst en reguleringsindretning. Dette koncept fungerer imidlertid kun, hvis der sker en indbyrdes informationsudveksling i varmekreds-løbene, da den egentlige reguleringsstørrelse ikke måles. Resultatet er højere anskaffelsesomkostninger. På grund af den modelbaserede opstilling er det vanskeligt at overføre software.

En yderligere løsningsopstilling går ud på at udforme fordeleren differenstryk-svag, idet der realiseres en hydraulisk kortslutning imellem fremløb og tilbageløb, f.eks. med et hydraulisk vigespor. Derved reduceres den indbyrdes påvirkning, og pumperne kan drives ved lavere omdrejningstal. Det er dog en ulempe, at det er nødvendigt med en yderligere pumpe i kedelkredsløbet, som transporterer varmen til det hydrauliske vigespor. Hvis denne pumpe falder ud, ligger hele varmeforsyningen stille. Den store ulempe består imidlertid i, at kedelkredsløbets og varmekredsløbenes volumenstrømme ikke afstemmes, og den høje fremløbs-temperatur derfor ofte tilsættes tilbageløbet. Den højere tilbageløbstemperatur reducerer varmegeneratorens effektivitet og koster brændstof. I EP 1 923 639 A1 er der beskrevet en fremgangsmåde af den i krav 1 ’s indledning angivne type. Formålet med den foreliggende opfindelse er at realisere en hydraulisk afstemning imellem varmeforbrugerne (varmekredsløbene) på fordelerbjælken og dermed at undgå de skadelige følger af den kendte teknik. Især skal der åbnes mulighed for en strøm- og brændstofbesparende drift af varmecirkulationspum-perne. Samtidigt skal fremgangsmåden kunne bringes i anvendelse uden større omkostninger i forbindelse med eksisterende anlæg og være anvendelig på andre anlægsdimensioner.

Dette opnås med hensyn til fremgangsmåden ifølge opfindelsen ved hjælp af de i krav 1 kendetegnende træk. Ved hjælp af fremgangsmåden ifølge opfindelsen måles differenstrykket imellem varmekredsløbets fremløbs- og tilbageløbsledning. Derudover reduceres intet afsnit af fremløbsledningen henholdsvis tilbageløbsledningen, således at der ikke optræder yderligere tryktab. Ændringer af varmebehovet i eget varmekredsløb samt vekselvirkninger med andre varmekredsløb detekteres ved hjælp af en ændring af differenstrykket og kan udlignes ved hjælp af den i varmekredsløbet indsatte pumpe. Udligningen sker hurtigt og simultant i hvert varmekredsløb, idet pumpens omdrejningstal øges henholdsvis sænkes via et reguleringssignal (f.eks. PWM), når differenstrykket falder ned under den nominelle værdi henholdsvis stiger op over den nominelle værdi. Pumpens modulationsområde, altså det anvendte omdrejningstalområde, øges tydeligt i forhold til den kendte teknik, således at den anvendte pumpe kan anvendes over store dele af året i et arbejdsområde, som ligger langt under dens typiske karakteristik. Pumpen kan drives med lave omdrejningstal, således at der foregår en mere skånende og samtidigt energibesparende drift af pumpen. Som reguleringsopstilling kan der anvendes algoritmer, såsom P-regulator, Pl-regula-tor og PID-regulator.

Ifølge en første videreudvikling af opfindelsen kan indbyrdes forskellige nominelle værdier anvendes til indbyrdes forskellige opvarmningstyper. Forskellige opvarmningstyper kan f.eks. være fladevarmere, radiatorvarmere eller magasinef-tervarmere. Til den respektive varmetype anbringes der i regulatoren standardnominelle værdier, f.eks. 100 mbar til radiatorvarmere, som ved valget af varmetype indlæses. Det er fornuftigt, at standard-nominelle værdier kan tilpasses de stedlige omstændigheder af håndværkeren. Ud over målingen af differenstrykket registreres ifølge opfindelsen også volumenstrømmen i varmekredsløbet, og den nominelle værdi tilpasses i afhængighed af volumenstrømmen. Jo større volumenstrømmen er desto større er tryktabet i rørledningen til varmelegemerne. Det vil sige for at holde differenstrykket konstant over varmelegemet er det fornuftigt at øge den nominelle værdi med stigende volumenstrøm. Hertil tilbyder der sig på grund af rørlednings-tryktabets natur frem for alt en mere lineær eller kvadratisk sammenhæng imellem volumenstrøm og differenstryk. Funktionen, især stigningen, kan tilpasses de stedlige omstændigheder. I en fordelagtig udførelsesform for opfindelsen kan hvert varmekredsløb tildeles en grænseværdi for volumenstrømmen. Når denne grænseværdi nås, reduceres pumpens omdrejningstal på en sådan måde, at grænseværdien ikke overskrides. Ved hjælp af denne regulering undgås, at et varmekredsløb på grund af en falsk nominel værdi suger for megen volumenstrøm, og der ved andre forekommer en underforsyning. Volumenstrømmen kan derved beregnes af pumpen og sendes til reguleringen eller registreres ved hjælp af en til reguleringsindretningen sluttet gennemstrømningssensor.

Endelig er det muligt at gennemføre en fortløbende statisk analyse af parametrene, differenstrykket, eventuelt volumenstrøm, fremløbstemperatur og/eller pumpens omdrejningstal og tilpasse højden af det nominelle differenstryk hertil. Den automatiske tilpasning afhænger af det nominelle differenstryks finjustering og optimerer pumpens driftspunkt.

Derudover kan reguleringsindretningen også forbindes med andre pumpeomdrejningstalsregulatorer via busledninger, og en statisk analyse af driftsparameteren gennemføres samlet for alle varmekredsløb. Det er også tænkeligt at anvende en enkelt regulator, som er forbundet med alle kredsløbenes pumper og sensorer. Udførelseseksempler for opfindelsen er vist i figur 2 og 3. Påtegningen viser: figur 1 et varmeanlæg ifølge den kendte teknik med en central tilførings- og bortledningsledning, et hydraulisk vigespor og tre varmekredsløb, figur 2 en første udførelsesform for et varmeanlæg, som drives i overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og figur 3 en anden udførelsesform for et varmeanlæg, som ligeledes drives i overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Figur 1 viser et kendt varmesystem med en varmekedel 1 samt en varmekreds-løbsfordeler 6 med et ublandet kredsløb 2 samt to vejrligsstyrede varmekredsløb 3 med blander 7. Ifølge den kendte teknik er varmekredsløbene udstyret med selvregulerende pumper 8 og et hydraulisk vigespor 5 under fordeleren. Det hydrauliske vigespor 5 tilsigter, at fordeleren 6 bliver differenstryksvag, og varme-kredsløbene 2, 3 påvirker hinanden mindre kraftigt. Derved kan der indstille sig forskellige volumenstrømme i kedel kredsløbet samt i varmekredsløbet. Varme-kredsløbspumperne er let at indstille og strømsparende under brug. Det er imidlertid en ulempe at det er nødvendigt med en yderligere pumpe, kedelpumpen 4. Hvis denne falder ud, falder hele bygningens komplette varmeforsyning ud. Den manglende udligning af volumenstrømmene over og under det hydrauliske vigespor sørger for, at tilbageløbet i reglen blandes sammen med varmt vand fra fremløbet. Dette øger varmegeneratorens, f.eks. varmepumpens eller brænd-værdikedlens, brændstofforbrug da deres effektivitet påvirkes i afgørende grad af tilbageløbstemperaturen.

Figur 2 viser systemet ifølge opfindelsen med en varmekedel 1 samt en varme-kredsløbsfordeler 6 med et ublandet kredsløb 2 samt to vejrligsstyrede varme-kredsløb 3 med blander. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen regulerer pumperne ikke sig selv, men påvirkes af en regulator 11 med hensyn til deres omdrejningstal. Regulatoren er forbundet med differenstryksensorer 10, og omdrejningstalsregulerbare pumper 8. Regulatoren er endvidere forbundet med pumpens volumenstrømsignal. Med fordel, men ikke nødvendigvis, er regulatoren forbundet med to temperatursensorer. Med fordel, men ikke nødvendigvis, er regulatorerne 11 indbyrdes forbundet via en busforbindelse 12. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen åbner ved passende styring af pumperne mulighed for, at der kun anvendes så megen energi henholdsvis tryk, som det er nødvendigt til forsyningen. Derved opnås der både en strømbesparende drift af pumperne og en lav tilbageløbstemperatur som følge af udeladelsen af det hydrauliske vigespor. Derudover består der ved et udfald af en pumpe endvidere en varmeforsyning af bygningsdele.

Figur 3 viser et varmesystem med en varmekedel 1 samt en varmekredsløbsfor-deler 6 med et varmekredsløbskompakt modul uden blander 13 til magasinladning samt to varmekredsløbskompakte moduler med motorisk regulerbar blander 14 til et radiatorkredsløb og et gulvkredsløb. De industrielt på forhånd fremstillede komponenter giver installatøren en stor tidsbesparelse ved monteringen, men også ved bestillingen. Alt afhængigt af anvendelsen, som kan udvælges i regulatoren, vælges der forskellige indlæste nominelle værdier til differenstrykket i regulatoren. Dette letter installatøren i igangsætningen. Til et gulvvarmekredsløb indlæses f.eks. 150 mbar, medens der til et radiatorkredsløb indlæses 100 mbar.

Claims (7)

1. Fremgangsmåde til driften af et varmeanlæg, ved hvilket der i det mindste via en central tilførings- og bortledningsledning til- henholdsvis bortledes varme-medium til varmekredsløb, og ved hvilken der i hvert varmekredsløb (2,3) foregår måling af differenstrykket imellem varmekredsløbets (2, 3) fremløbs- og tilbageløbsledning, den målte trykværdi sammenlignes med en indlæst nominel værdi, og med en omdrejningstalsændring af en i varmekredsløbet (2, 3) indsat pumpe (8) tilpasses differenstrykket i varmekredsløbet (2, 3) til den nominelle værdi, kendetegnet ved, at volumenstrømmen i varmekredsløbet (2,3) også registreres og i afhængighed heraf tilpasses den nominelle differenstrykværdi ifølge en funktionel sammenhæng, især ifølge en lineær sammenhæng med positiv stigning.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at indbyrdes forskellige nominelle værdier fortrinsvis til indbyrdes forskellige opvarmningstyper holdes for.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at når der nås en indstillelig grænseværdi for volumenstrømmen, reduceres pumpens (8) omdrejningstal.

4. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at volumenstrømmen beregnes ved hjælp af pumpen (8) og sendes til en regulering (11).

5. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at en fortløbende statistisk analyse af parametrene differenstryk, volumenstrøm, frem-løbstemperatur og/eller pumpens (8) omdrejningstal gennemføres, og det nominelle differenstryks højde tilpasses hertil.

6. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 1 til 4, kendetegnet ved, at reguleringsindretningen (11) er forbundet med andre pumpeomdrejningstalsreguleringsindretninger (11) via busledninger (12), og en statisk analyse af driftsparametrene konstateres fælles for alle varmekredsløb (2, 3), og de nominelle differenstryks højde tilpasses hertil.

7. Reguleringsindretning til mindst en varmekredsløbs-cirkulationspumpe hver med differenstryksensor, fremløbs- og tilbageløbstemperatursensorer, omdrejningstalvariabel pumpe og volumenstrømsregistrering, kendetegnet ved, at der i reguleringsindretningen er implementeret en algoritme til implementering af fremgangsmåden ifølge et af kravene 1 til 6.