EP2057419A1 - Method for operating a network of pipes - Google Patents

Method for operating a network of pipes

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Publication number
EP2057419A1
EP2057419A1 EP07786679A EP07786679A EP2057419A1 EP 2057419 A1 EP2057419 A1 EP 2057419A1 EP 07786679 A EP07786679 A EP 07786679A EP 07786679 A EP07786679 A EP 07786679A EP 2057419 A1 EP2057419 A1 EP 2057419A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pumps
pump
decentralized
pipe network
mass flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07786679A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Edgar Grosse Westhoff
Günter Strelow
Thorsten Kettner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wilo SE
Original Assignee
Wilo AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wilo AG filed Critical Wilo AG
Publication of EP2057419A1 publication Critical patent/EP2057419A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1012—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating by regulating the speed of a pump
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/0318—Processes

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a pipe network with a plurality of decentralized pumps, in particular each associated with a heat exchanger.
  • a heat exchanger Under a heat exchanger are generally understood all arrangements by means of which heat is absorbed (for cooling purposes) or discharged (for heating purposes). By way of example, these include radiators and surface heat exchangers, such as e.g. occur in underfloor heating or cooling surfaces.
  • a decentralized pump is furthermore understood to mean that one pump each, in particular one pump alone, is provided per heat exchanger in order to ensure the flow of fluid through the heat exchanger.
  • a decentralized pump can be arranged directly spatially in a heat exchanger, as is known from the arrangement of conventional thermostatic valves, that is, for example, in the flow, or in the return. However, this is not absolutely necessary.
  • a decentralized pump can be located somewhere in a subnetwork of a pipe network, in which there are at least one decentralized pump and the associated heat exchanger.
  • all decentralized pumps of all heat exchangers can also be arranged spatially centrally, for example in the vicinity of a heat generator, for example in the basement of a building.
  • methods for operating pipe networks are generally known. This may be, for example, heating pipe networks, for example to heat a building.
  • a heating pipe network usually comprises a plurality of heat exchangers and at least one heat generator, for example a heating boiler, in order to heat a heating medium, such as usually water, and then circulate it through the heating pipe network.
  • each associated with a heat exchanger control valves decentralized pumps, each associated with a heat exchanger and, for example, directly or in close proximity to a flow or a return pipe of each heat exchanger.
  • a pump may also be hydraulically associated with a heat exchanger and e.g. spatially centrally and remotely from a heat exchanger, in particular be arranged with other pumps.
  • Such a decentralized pump takes over the adjustment of the mass flow, which is desired in each heat exchanger, by changing the respective delivery speed.
  • a central pump as is known in the prior art, can completely be dispensed with or a central pump additionally acts in conjunction with the individual decentralized pumps.
  • the invention relates to such an embodiment, where instead of thermostatic valves the heat exchangers each decentralized pumps, in particular each heat exchanger is assigned a decentralized pump.
  • the invention is not limited to the field of heating of buildings, but relates, for example, any type of piping applications, such as Process engineering or air conditioning, ie in addition to heating and cooling applications in which it can be provided to circulate a coolant through a pipe network and also here by means of decentralized pumps, which are each associated with a heat sink, such as a heat exchanger in a ventilation system, a to set the desired mass flow.
  • piping applications such as Process engineering or air conditioning, ie in addition to heating and cooling applications in which it can be provided to circulate a coolant through a pipe network and also here by means of decentralized pumps, which are each associated with a heat sink, such as a heat exchanger in a ventilation system, a to set the desired mass flow.
  • the degree of heating or cooling of a room is dependent on the respective mass flow, which is given to a corresponding heating or cooling body.
  • room temperature control it is known for room temperature control to detect the current room temperature by means of room temperature sensors and to regulate the mass flow of each decentralized pump in order to achieve a desired room temperature. If, for example, the current room temperature is lower than a desired room temperature, a decentralized pump will increase its speed in a heating application in order to obtain a higher energy input into the room.
  • the mass flow would increase to achieve greater cooling.
  • a decentralized control is performed, compared in each of the decentralized pump setpoint and actual temperature and adjusted by this comparison, the mass flow, for example by a speed control, in particular wherein a mass flow to be set is such that the setpoint temperature within a desired period is reached.
  • a decentralized pump is assigned to a heating or cooling body
  • an independent regulation of the respective mass flow by a decentralized pump so as to achieve the desired target temperature, taking into account the current actual temperature
  • sensors for determining the mass flow are usually assigned to the decentralized pumps.
  • Such a pipe network thus comprises a plurality of decentralized sensors. It is also possible to calculate information about the mass flow from the electrical operating parameters of the decentralized pumps.
  • Such pumps, in which the hydraulic variables can be determined from measured electrical variables are also referred to as observable pumps.
  • decentralized pump automatically decentralized controls are also made in other decentralized pumps to compensate for the influence and to restore or maintain the desired heating or cooling conditions in other rooms in a change of a mass flow in a decentralized pump. It may thus happen that in a pipe network with a plurality of decentralized pumps, a vibrating system is created, which requires a certain settling time to adjust after changing an operating parameter at one or more decentralized pumps for the other pumps, the new operating parameters to the previous operating conditions to the other pumps to maintain.
  • This object is achieved according to the invention in that, taking into account the Rohrnetzeigenschaften of a particular central processing unit for achieving a desired and / or required mass flow at each heat exchanger required speed for each decentralized pump is calculated and at least to a part of the decentralized pump of the in particular central processing unit the respective calculated speed control variable is transmitted.
  • An essential core idea of the invention is to distance itself from the decentralized control known hitherto in the prior art for each individual pump, in which each decentralized pump essentially adjusts itself decentrally to the desired temperatures in a room by changing the respective mass flows to reach.
  • a computing unit undertakes the calculation and / or transmission of the rotational speed control variables according to predetermined, in particular equidistant, time segments, e.g. periodically.
  • a transmission of speeds will only take place to those pumps in which there is a change in the speed after the transmission. So the traffic can be reduced.
  • a calculation and / or transmission takes place after a change in the mass flow requirement has been carried out on at least one decentralized pump or the associated heat exchanger, eg by changing the other new temperature in the room is desired. This can be done, for example, regardless of the previous version or, for example, even if the said period has not yet elapsed.
  • the rotational speeds of the other pumps are redetermined, in particular adjusted, in order to compensate for the mutual influence of the pumps.
  • the mutual influences can be calculated and thus determine new speeds that can be transmitted.
  • such a speed control variable no longer needs to be obtained by regulation and settling of the system, but instead it is possible to calculate such a speed control variable and specify the decentralized pump considered as manipulated variable, in particular without any further feedback with respect to any controlled variables must be done to achieve the goal of a room temperature setting.
  • This further has the advantage that the decentralized sensors often used in the prior art for determining a mass flow (for example flow or differential pressure sensors) can be dispensed with, resulting in a considerable cost reduction.
  • buildings can be operated for the purpose of using the heating or cooling, without measures for feedback of mass flow control variables must be provided as mass flow control variables can be omitted and each manipulated variable to the respective decentralized pumps from a central processing unit or control be specified. It only requires a control of the room temperature at which an actual room temperature is fed back.
  • This feedback from a considered space can be made to a central computing or control unit, in which the required mass flow is calculated from a temperature setpoint and the actual actual temperature, which is necessary in the space considered to reach the target specification. Based on the required mass flow, the speed can be calculated and transmitted to the respective pump.
  • each pump decentrally determines the necessary at the pump under consideration mass flow based on the target and actual temperatures and communicates the necessary mass flow to a central control, from the present of all pumps mass flows each communicating with the pump Speeds are calculated and transmitted to the pumps.
  • all pumps are networked with each other and there is a calculation basis for the determination of rotational speeds in each of the decentralized pumps. It is thus possible to have the speeds for all pumps determined by each of the decentralized pumps and transmitted to the other pumps.
  • Each decentralized pump can thus take over the function of a temporary central control within the meaning of the invention for a control time, without the need for a locally centrally arranged control.
  • Such a control time is e.g. when a user changes a temperature preset in a particular room.
  • the then affected pump can calculate its own new mass flow and its own new speed by means of their associated, in particular implemented electronics, as well as temporarily transmit the corresponding sizes of all other pumps through the network to the respective other pump as a temporary single central control.
  • the line resistances and the branch resistances are resistances of pipe network sections in the relevant considered pipe network.
  • the resistances of pipe sections are those pipe sections in which only a single considered decentralized pump is arranged (end branches) or else line resistances of pipe sections through which all or part of the decentralized pumps jointly pump the respective pumped medium.
  • the physical relationship when viewing a particular pipe network is stored in corresponding formulas or algorithms of a software implemented method.
  • the desired room temperatures from a respective room can serve as input variables for a central processing unit, in which case the respective mass flows are determined in the central processing unit on the basis of the respective room temperatures or the conditional speeds calculated and adjusted by transmitting a speed control variable at the respective decentralized pumps necessary to achieve the desired temperatures mass flows.
  • the respective temperature requirement is changed at one or more of the decentralized pumps
  • the inventive method comprises at least the calculation of the desired speeds from predetermined mass flows.
  • the calculation of the required mass flows can also be carried out in the context of the method according to the invention, but does not necessarily have to.
  • the calculation of the required mass flows based on the temperature can be done. It may be provided that this takes place in a control loop for the temperature.
  • a program for realizing the method according to the invention simulates a control loop, as known in the prior art, and transmits the result of the simulated control as a manipulated variable to the respective decentralized pumps.
  • the practical control of a stable operating state software and computer technology is performed much faster, so that the much faster obtained final result of the simulated control can be transmitted to the decentralized pump without the oscillating control actually takes place practically.
  • at least one map, in particular n-dimensional map is stored within a central processing unit, where n is the number the decentralized pump reflects.
  • the mutual influencing of the pumps can also be stored on the basis of one or more maps and the required operating variables, ie in particular the speed control variables, for the respective pumps at a change in operating point in at least one of the pumps can be determined by reading out the at least one characteristic map, so that the new speed control variables can be transmitted to the other pumps.
  • a corresponding interface to a respective decentralized pump can be provided for the transmission of the speed control variables.
  • a transmission of the speed control variables can be wired or radio-bound or optical. This also applies in the same way to the temperature values, i. Here, in particular, the actual actual temperature and the desired target temperature, which can be transmitted to the central processing unit in the same ways.
  • the calculation of the mutual influence is particularly advantageous in a simple manner possible if, for example, in new buildings a newly installed pipe network is projected from the beginning and implemented in a building. If this is the case, then the above-mentioned resistances of the respectively considered pipe network sections and in particular also the pump characteristics of the pumps used are known from the beginning and can be provided as predetermined variables of software for implementing the method, for example on a data processing system To calculate respective speed control variables of the individual decentralized pumps or read from a map or tables. In other conceivable applications, where the method is to be transferred to existing and in particular unknown pipe networks, it is considered advantageous to first determine or determine the pipe network topology for the method in a process step preceding the actual control.
  • the topology of a pipe network ie in particular the resistances of the individual pipe network sections, information about branches of the pipe network and arrangements of decentralized pumps in the pipe network first using a pipe network analysis to determine and store the result of such a pipe network analysis and calculation basis or to use as a basis for the formation of a table to be read or a map to be read.
  • a pipe network analysis to determine and store the result of such a pipe network analysis and calculation basis or to use as a basis for the formation of a table to be read or a map to be read.
  • each end branch of a pipe network is assigned a decentralized pump with a known pump characteristic, in particular the way in which the later arrangement and allocation of decentralized pumps to heating or cooling bodies will be.
  • the end-branch pipe network sections may be those sections in the sense of the invention in which a heating or cooling body is arranged with only one decentralized pump.
  • This embodiment of the invention is based on the consideration that a complex total pipe network can be characterized iteratively, if in each case sub-pipe networks are considered, resulting from the operation of two pumps. It may then be determined on the basis of the known pump characteristics of the two pumps under consideration and the respective operating parameters, e.g. the set speeds are then determined the mass flow which then adjusts, e.g. by a central sensor or possibly also decentralized mass flow sensors or also centralized or decentralized observable pumps. In knowledge of the mass flow and the pump characteristics can be drawn in each case a conclusion on the respective resistances of the pipe sections, on the one hand in which each considered decentralized pump is arranged (end branch) and those pipe sections through which the two pumps considered collectively promote the respective fluid ,
  • the overall result can be an overall analysis of the entire pipe network, in which the resistances of all occurring pipe network sections are known, so that This information obtained can serve as a basis for calculating the method according to the invention.
  • a detailed description of a method for analyzing any pipe network with multiple decentralized pumps is provided in a patent application filed by the same Applicant on the same date.
  • Figure 1a An arrangement with decentralized pumps, which are hydraulically and spatially associated with each heat exchanger;
  • Figure 1b An arrangement with decentralized pumps, which are hydraulically but not spatially associated with each heat exchanger;
  • Figure 2 the effects of increasing the flow rate on the pressure conditions;
  • Figure 3 a necessary speed increase to maintain the flow in a pump.
  • FIG. 1a shows schematically a building with three radiators HKi -3 as a heat exchanger, wherein each radiator may be disposed in a room or one floor of the building.
  • each radiator may be disposed in a room or one floor of the building.
  • the radiators decentralized pumps Pi -3 which are operated at the speeds ni -3, for example, 1000, 2000 and 3000 1 / min.
  • Figure 1b shows an arrangement in which the pumps are hydraulically associated with each radiator, but not spatially. All pumps are e.g. centrally in the basement of a building, e.g. near a heat generator.
  • All pumps are e.g. centrally in the basement of a building, e.g. near a heat generator.
  • the volume flow Qi is increased, for example, to 20 l / h by increasing the speed ni.
  • the pressure losses are determined in the line sections whose resistance is I, and is known as the basis of calculation.
  • the delivery head to be provided by a pump PR ZU is given as the sum of all pressure losses in lines leading to the pump, including the pressure loss of the associated radiator. It therefore applies: From the now known operating points (Q k , H k ) of the pump k, the required speed n k is determined via the characteristic map.
  • this formula calculates the required speeds, which are then communicated to the various pumps, e.g. wired or wireless or optical.
  • the pumps then set the reported speed, without the pump itself, a mass flow control takes place.
  • HwE IwE (Q1 + Q2 + Q3) 2
  • HHK2 IHK2 Q2 2
  • n 3 can be calculated by means of a pump characteristic curve or characteristic map from the given quantities Q 3 and Hp 3 and transmitted as a manipulated variable. In the same way can be moved with all other pumps.

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Abstract

The invention relates to a method for operating a network of pipes, in particular a network of heating pipes, with several decentralised pumps, each pump being assigned to one heat exchanger. The invention is characterised in that the speed required to achieve the desired and/or stipulated mass flow in each heat exchanger is calculated for each decentralised pump by a central processing unit, taking into account the characteristics of the pipe network, and the speed regulating variable is transmitted to at least some of the decentralised pumps.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Rohrnetzes Method for operating a pipe network
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Rohrnetzes mit mehreren dezentralen Pumpen, insbesondere die je einem Wärmeübertrager zugeordnet sind.The invention relates to a method for operating a pipe network with a plurality of decentralized pumps, in particular each associated with a heat exchanger.
Unter einem Wärmeübertrager werden allgemein alle Anordnungen verstanden, mittels denen Wärme aufgenommen wird (zu Kühlzwecken) oder abgegeben wird (zu Heizzwecken). Beispielsweise sind hiervon Heizkörper (Radiatoren) und Flächen-Wärmeübertrager umfasst, wie sie z.B. bei Fußbodenheizungen oder Kühlflächen vorkommen.Under a heat exchanger are generally understood all arrangements by means of which heat is absorbed (for cooling purposes) or discharged (for heating purposes). By way of example, these include radiators and surface heat exchangers, such as e.g. occur in underfloor heating or cooling surfaces.
Hierbei wird weiterhin unter der Zuordnung einer dezentralen Pumpe zu einem Wärmeübertrager verstanden, dass je eine Pumpe, insbesondere eine Pumpe alleine pro Wärmeübertrager vorgesehen ist, um für den Fluidfluss durch den Wärmeübertrager zu sorgen. Hierbei kann eine dezentrale Pumpe unmittelbar räumlich bei einem Wärmeübertrager angeordnet sein, wie es von der Anordnung üblicher Thermostatventile bekannt ist, also beispielsweise im Vorlauf, oder auch im Rücklauf. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig. Eine dezentrale Pumpe kann irgendwo in einem Teilnetz eines Rohrnetzes angeordnet sein, in dem sich wenigstens eine dezentrale Pumpe und der zugeordnete Wärmeübertrager befinden. Somit können z.B. alle dezentralen Pumpen aller Wärmeübertrager auch räumlich zentral angeordnet sein, z.B. in der Nähe eines Wärmeerzeugers, beispielsweise im Keller eines Gebäudes. Im Stand der Technik sind allgemein Verfahren zum Betrieb von Rohrnetzen bekannt. Es kann sich hierbei z.B. um Heizungsrohrnetze handeln, z.B. um ein Gebäude zu beheizen. Ein solches Heizungsrohrnetz umfasst dabei üblicherweise eine Vielzahl von Wärmeübertragern sowie wenigstens einen Wärmeerzeuger, z.B. einen Heizkessel, um ein Heizmedium, wie üblicherweise Wasser, zu erhitzen und dieses sodann durch das Heizungsrohrnetz zirkulieren zu lassen. Hierbei ist es im Stand der Technik im Wesentlichen bekannt, für die Zwecke der Zirkulation eine, gegebenenfalls mehrere zentrale Pumpen, insbesondere in der Nähe der Heizungsanlage einzusetzen und die Durchflussmengenregulierung bezüglich jedes einzelnen, in einem Gebäude vorgesehenen Wärmeübertragers anhand von Stellventilen, insbesondere Thermostatventilen, vorzunehmen.In this case, the assignment of a decentralized pump to a heat exchanger is furthermore understood to mean that one pump each, in particular one pump alone, is provided per heat exchanger in order to ensure the flow of fluid through the heat exchanger. Here, a decentralized pump can be arranged directly spatially in a heat exchanger, as is known from the arrangement of conventional thermostatic valves, that is, for example, in the flow, or in the return. However, this is not absolutely necessary. A decentralized pump can be located somewhere in a subnetwork of a pipe network, in which there are at least one decentralized pump and the associated heat exchanger. Thus, for example, all decentralized pumps of all heat exchangers can also be arranged spatially centrally, for example in the vicinity of a heat generator, for example in the basement of a building. In the prior art, methods for operating pipe networks are generally known. This may be, for example, heating pipe networks, for example to heat a building. Such a heating pipe network usually comprises a plurality of heat exchangers and at least one heat generator, for example a heating boiler, in order to heat a heating medium, such as usually water, and then circulate it through the heating pipe network. In this case, it is essentially known in the prior art to use one or more central pumps, in particular in the vicinity of the heating system, for the purposes of the circulation and to regulate the flow rate with respect to each individual heat exchanger provided in a building by means of control valves, in particular thermostatic valves ,
In anderen Anwendungen ist man auf diesem Gebiet dazu übergegangen, statt der einzelnen, jeweils einem Wärmeübertrager zugeordneten Stellventilen, dezentrale Pumpen einzusetzen, die jeweils einem Wärmeübertrager zugeordnet sind und beispielsweise unmittelbar oder in örtlicher Nähe zu einem Vorlauf- oder auch einem Rücklaufstutzen eines jeden Wärmeübertragers. Eine solche Pumpe kann auch nur hydraulisch einem Wärmeübertrager zugeordnet sein und z.B. räumlich zentral und entfernt von einem Wärmeübertrager, insbesondere mit anderen Pumpen angeordnet sein. Eine derartige dezentrale Pumpe übernimmt hierbei die Einstellung des Massenstroms, der in jedem Wärmeübertrager gewünscht ist, durch Änderung der jeweiligen Förderdrehzahl.In other applications, it has been adopted in this area to use instead of the individual, each associated with a heat exchanger control valves, decentralized pumps, each associated with a heat exchanger and, for example, directly or in close proximity to a flow or a return pipe of each heat exchanger. Such a pump may also be hydraulically associated with a heat exchanger and e.g. spatially centrally and remotely from a heat exchanger, in particular be arranged with other pumps. Such a decentralized pump takes over the adjustment of the mass flow, which is desired in each heat exchanger, by changing the respective delivery speed.
Hierbei kann gegebenenfalls eine zentrale Pumpe, wie sie im Stand der Technik bekannt ist, vollständig in Entfall kommen oder eine zentrale Pumpe wirkt ergänzend in Verbindung mit den einzelnen dezentralen Pumpen. Mit Bezug auf Heizungsrohrnetze betrifft die Erfindung eine solche Ausführung, wo statt Thermostatventilen den Wärmeübertragern jeweils dezentrale Pumpen, insbesondere jedem Wärmeübertrager eine dezentrale Pumpe zugeordnet ist.In this case, if necessary, a central pump, as is known in the prior art, can completely be dispensed with or a central pump additionally acts in conjunction with the individual decentralized pumps. With respect to heating pipe networks, the invention relates to such an embodiment, where instead of thermostatic valves the heat exchangers each decentralized pumps, in particular each heat exchanger is assigned a decentralized pump.
Die Erfindung ist nicht auf das Gebiet der Beheizung von Gebäuden beschränkt, sondern betrifft z.B. jegliche Art von Rohrnetzanwendungen, wie z.B. Verfahrenstechnik oder die Klimatisierung, d.h. neben Heiz- auch Kühlanwendungen, bei denen es vorgesehen sein kann, ein Kühlmittel durch ein Rohrnetz zirkulieren zu lassen und auch hier mittels dezentraler Pumpen, die jeweils einem Kühlkörper, z.B. einem Wärmeübertrager in einer Lüftungsanlage, zugeordnet sind, einen gewünschten Massenstrom einzustellen.The invention is not limited to the field of heating of buildings, but relates, for example, any type of piping applications, such as Process engineering or air conditioning, ie in addition to heating and cooling applications in which it can be provided to circulate a coolant through a pipe network and also here by means of decentralized pumps, which are each associated with a heat sink, such as a heat exchanger in a ventilation system, a to set the desired mass flow.
Bei diesen Anwendungen ist das Maß der Beheizung bzw. der Kühlung eines Raums abhängig von dem jeweiligen Massenstrom, der an einem entsprechenden Heiz- bzw. Kühlkörper gegeben ist.In these applications, the degree of heating or cooling of a room is dependent on the respective mass flow, which is given to a corresponding heating or cooling body.
So ist es für eine Raumtemperaturregelung beispielsweise bekannt, mittels Raumtemperatursensoren die aktuelle Raumtemperatur zu erfassen und eine Regelung des Massenstroms einer jeden dezentralen Pumpe vorzunehmen, um eine gewünschte Raumtemperatur zu erreichen. Ist also beispielsweise die aktuelle Raumtemperatur geringer als eine gewünschte Raumtemperatur, so wird eine dezentrale Pumpe ihre Drehzahl bei einer Beheizungsanwendung erhöhen, um einen höheren Energieeintrag in den Raum zu erhalten.For example, it is known for room temperature control to detect the current room temperature by means of room temperature sensors and to regulate the mass flow of each decentralized pump in order to achieve a desired room temperature. If, for example, the current room temperature is lower than a desired room temperature, a decentralized pump will increase its speed in a heating application in order to obtain a higher energy input into the room.
Analog würde bei einer Kühlung des Raums, für den Fall, dass die tatsächliche Raumtemperatur höher ist als die gewünschte Raumtemperatur der Massenstrom erhöht, um eine stärkere Kühlung zu erreichen.Similarly, if the room is cooled, in the event that the actual room temperature is higher than the desired room temperature, the mass flow would increase to achieve greater cooling.
Es wird somit zusammengefasst eine dezentrale Regelung vorgenommen, bei der in / bei jeder der dezentralen Pumpen Soll- und Isttemperatur verglichen und anhand dieses Vergleichs der Massenstrom beispielsweise durch eine Drehzahlregelung angepasst wird, insbesondere wobei ein einzustellender Massenstrom derart vorgegeben wird, dass die Solltemperatur innerhalb eines gewünschten Zeitraumes erreicht wird. So erfolgt in jeder Raum- bzw. Gebäudeeinheit, in der eine dezentrale Pumpe einem Heiz- oder Kühlkörper zugeordnet ist, eine eigenständige Regelung des jeweiligen Massenstroms durch eine dezentrale Pumpe, um so die gewünschte Soll-Temperatur unter Berücksichtigung der aktuellen Ist-Temperatur zu erreichen. Für eine solche Regelung sind üblicherweise den dezentralen Pumpen jeweils Sensoren zur Bestimmung des Massenstromes zugeordnet. Ein solches Rohrnetz umfasst somit eine Vielzahl von dezentralen Sensoren. Es ist ebenso möglich Information über den Massenstrom aus den elektrischen Betriebsparametern der dezentralen Pumpen zu berechnen. Derartige Pumpen, bei denen die hydraulischen Größen aus gemessenen elektrischen Größen bestimmt werden können, werden auch als beobachtbare Pumpen bezeichnet.It is thus summarized a decentralized control is performed, compared in each of the decentralized pump setpoint and actual temperature and adjusted by this comparison, the mass flow, for example by a speed control, in particular wherein a mass flow to be set is such that the setpoint temperature within a desired period is reached. Thus, in each room or building unit in which a decentralized pump is assigned to a heating or cooling body, an independent regulation of the respective mass flow by a decentralized pump, so as to achieve the desired target temperature, taking into account the current actual temperature , For such a regulation, sensors for determining the mass flow are usually assigned to the decentralized pumps. Such a pipe network thus comprises a plurality of decentralized sensors. It is also possible to calculate information about the mass flow from the electrical operating parameters of the decentralized pumps. Such pumps, in which the hydraulic variables can be determined from measured electrical variables, are also referred to as observable pumps.
Bei der Verwendung dezentraler Pumpen und einer dezentralen Massenstromregelung ist weiterhin das Problem bekannt, dass bei einer Änderung eines Massenstroms bei einer dezentralen Pumpe automatisch auch die Massenströme von anderen dezentralen Pumpen beeinflusst werden können, die sich in demselben Rohrnetz befinden, so dass die Änderung einer Massenstromvorgabe in einem Raum, um z.B. andere Heiz- oder Kühlbedingungen zu erfüllen, sich automatisch auch auswirken können auf die Heiz- oder Kühlbedingungen in anderen Räumen.When using decentralized pumps and a decentralized mass flow control is still the problem known that when a change in a mass flow in a decentralized pump automatically and the mass flows can be influenced by other decentralized pumps, which are located in the same pipe network, so that the change of a mass flow specification in a room, for example to meet other heating or cooling conditions, may automatically affect the heating or cooling conditions in other rooms.
Aufgrund dieser möglichen gegenseitigen Beeinflussungen werden daher bei einer Änderung eines Massenstroms bei einer dezentralen Pumpe auch bei anderen dezentralen Pumpen automatisch dezentrale Regelungen vorgenommen, um die Beeinflussung zu kompensieren und die gewünschten Beheizungs- bzw. Kühlungsbedingungen in anderen Räumen wiederherzustellen bzw. beizubehalten. Es kann somit vorkommen, dass in einem Rohrnetz mit einer Vielzahl von dezentralen Pumpen ein schwingendes System entsteht, welches eine gewisse Einschwingzeit benötigt, um nach der Änderung eines Betriebsparameters an einer oder mehreren dezentralen Pumpen auch für die übrigen Pumpen die neuen Betriebsparameter einzuregeln, um die bisherigen Betriebsbedingungen an den übrigen Pumpen beizubehalten.Because of these possible mutual influences, therefore, decentralized pump automatically decentralized controls are also made in other decentralized pumps to compensate for the influence and to restore or maintain the desired heating or cooling conditions in other rooms in a change of a mass flow in a decentralized pump. It may thus happen that in a pipe network with a plurality of decentralized pumps, a vibrating system is created, which requires a certain settling time to adjust after changing an operating parameter at one or more decentralized pumps for the other pumps, the new operating parameters to the previous operating conditions to the other pumps to maintain.
Es ist somit nachteilig bei den bekannten jeweiligen dezentralen Regelungen, dass aufgrund der gegenseitigen Beeinflussungen und der notwendigen Rückkopplungen der Regelparameter ein derartiges betriebenes System zum einen träge ist, insbesondere hinsichtlich des Erreichens des eingeregelten richtigen Massenstromes und somit hinsichtlich der Raumtemperaturregelung und zum anderen für ein solches System ein hoher Regelaufwand betrieben werden muss.It is thus disadvantageous in the known respective decentralized regulations that due to the mutual influences and the necessary Feedbacks of the control parameters such a system operated on the one hand is sluggish, especially with regard to the achievement of the adjusted correct mass flow and thus in terms of room temperature control and on the other hand for such a system a high control effort must be operated.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, für ein Rohrnetz jeglicher Art mit dezentralen Pumpen ein Betriebsverfahren bereitzustellen, bei dem ein solches Rohrnetz mit einer Vielzahl von dezentralen Pumpen, insbesondere die jeweils Heiz- oder Kühlkörpern zugeordnet sind, zuverlässiger und insbesondere schneller betrieben werden kann.It is therefore the object of the invention to provide for a pipe network of any kind with decentralized pump operating method in which such a pipe network with a variety of decentralized pumps, in particular the respective heating or cooling bodies are assigned, reliable and can be operated in particular faster.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass unter Berücksichtigung der Rohrnetzeigenschaften von einer insbesondere zentralen Recheneinheit die zum Erzielen eines bei jedem Wärmeübertrager gewünschten und/oder geforderten Massenstromes erforderliche Drehzahl für jede dezentrale Pumpe berechnet wird und wenigstens an einen Teil der dezentralen Pumpen von der insbesondere zentralen Recheneinheit die jeweils berechnete Drehzahlstellgröße übermittelt wird.This object is achieved according to the invention in that, taking into account the Rohrnetzeigenschaften of a particular central processing unit for achieving a desired and / or required mass flow at each heat exchanger required speed for each decentralized pump is calculated and at least to a part of the decentralized pump of the in particular central processing unit the respective calculated speed control variable is transmitted.
Wesentlicher Kerngedanke der Erfindung ist es, von der bislang im Stand der Technik bekannten dezentralen Regelung bei jeder einzelnen Pumpe Abstand zu nehmen, bei der sich jede dezentrale Pumpe im Wesentlichen selbst dezentral einregelt, um die gewünschten Temperaturen in einem Raum durch Änderung der jeweiligen Massenströme zu erreichen.An essential core idea of the invention is to distance itself from the decentralized control known hitherto in the prior art for each individual pump, in which each decentralized pump essentially adjusts itself decentrally to the desired temperatures in a room by changing the respective mass flows to reach.
Hierfür ist es wesentlich, dass die Rohrnetzeigenschaften bekannt sind. Unter diesen Rohrnetzeigenschaften werden z.B. die Widerstände der in dem betrachteten Rohrnetz vorkommenden Leitungsabschnitte und ggfs. andere Größen verstanden, die nötig sind, um ein Rohrnetz deterministisch zu beschreiben. So kann durch die Bekanntheit der Rohrnetzeigenschaften auch die gegenseitige Beeinflussung der Pumpen untereinander für das jeweils betrachtete Rohrnetz bekannt sein, bzw. zumindest berechnet werden.For this it is essential that the Rohrnetzeigenschaften are known. These pipe network properties are understood as meaning, for example, the resistances of the pipe sections occurring in the considered pipe network and, if applicable, other variables which are necessary in order to describe a pipe network deterministically. Thus, by the well-knownness of the Rohrnetzeigenschaften also the Mutual influence of the pumps with each other for each considered pipe network be known, or at least be calculated.
In einem solchen Fall, wenn die Rohrnetzeigenschaften und insbesondere wenn z.B. die gegenseitige Beeinflussung der Pumpen einer zentralen Recheneinheit bekannt oder berechenbar ist, die z.B. an einer zentralen Heizungsanlage oder auch Kühlanlage angeordnet sein kann, bedarf es nicht mehr der jeweiligen dezentralen Regelung einer jeden dezentralen Pumpe, da aufgrund der Bekanntheit der Rohrnetzeigenschaften zu jeder Zeit diejenigen Drehzahlen zu jeder dezentralen Pumpe berechnet werden können, die nötig sind, um einen gewünschten oder geforderten Massenstrom bei einer Pumpe bzw. einem Wärmeübertrager zu erreichen.In such a case, if the tube mesh properties and in particular if e.g. the mutual influence of the pumps of a central processing unit is known or calculable, e.g. can be arranged on a central heating system or cooling system, it no longer requires the respective decentralized control of each decentralized pump, since due to the knownness of Rohrnetzeigenschaften at any time those speeds to each decentralized pump can be calculated, which are necessary to a desired or to achieve required mass flow at a pump or a heat exchanger.
So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Recheneinheit die Berechnung und/oder Übermittlung der Drehzahlstellgrößen nach vorgegebenen insbesondere äquidistanten Zeitabschnitten vornimmt, also z.B. periodisch.For example, it may be provided that a computing unit undertakes the calculation and / or transmission of the rotational speed control variables according to predetermined, in particular equidistant, time segments, e.g. periodically.
Werden innerhalb eines betrachteten Zeitabschnittes keine Änderungen am System vorgenommen, so würden die bereits eingestellten Drehzahlen erneut berechnet, wobei es vorgesehen sein kann, obwohl effektiv keine Änderung gegeben ist, diese jeweils ausgerechneten Drehzahlen an die jeweiligen Pumpen zu übermitteln, unabhängig davon, ob hierdurch eine Änderung erfolgt oder nicht.If no changes are made to the system within a period of time considered, then the already set speeds would be recalculated, although it may be provided, although there is effectively no change, to transmit these respectively calculated speeds to the respective pump, regardless of whether this Change is made or not.
Bevorzugt wird eine Übermittlung von Drehzahlen nur zu denjenigen Pumpen erfolgen, bei denen sich eine Änderung der Drehzahl nach der Übermittlung ergibt. So kann der Datenverkehr reduziert werden.Preferably, a transmission of speeds will only take place to those pumps in which there is a change in the speed after the transmission. So the traffic can be reduced.
In einer anderen Ausführung, die auch mit der vorherigen kombinierbar ist, kann es vorgesehen sein, dass eine Berechnung und/oder Übermittlung erfolgt, nachdem an wenigstens einer dezentralen Pumpe bzw. dem zugeordneten Wärmeübertrager eine Änderung der Massenstromanforderung durchgeführt wurde, z.B. dadurch dass eine andere neue Temperatur im Raum gewünscht wird. Dies kann beispielsweise unabhängig von der vorherigen Ausführung erfolgen oder z.B. auch dann wenn der genannte Zeitabschnitt noch nicht verstrichen ist.In another embodiment, which can also be combined with the previous one, it may be provided that a calculation and / or transmission takes place after a change in the mass flow requirement has been carried out on at least one decentralized pump or the associated heat exchanger, eg by changing the other new temperature in the room is desired. This can be done, for example, regardless of the previous version or, for example, even if the said period has not yet elapsed.
Hierbei kann es vorgesehen sein, dass bei einer Änderung eines Massenstromes bei wenigstens einer Pumpe/einem Wärmeübertrager die Drehzahlen der übrigen Pumpen neu bestimmt, insbesondere angepasst werden, um die gegenseitige Beeinflussung der Pumpen zu kompensieren. Anhand der zugrunde liegenden Rohrnetzeigenschaften lassen sich die gegenseitigen Beeinflussungen berechnen und so neue Drehzahlen ermitteln, die übertragen werden können.In this case, it may be provided that when there is a change in a mass flow in at least one pump / heat exchanger, the rotational speeds of the other pumps are redetermined, in particular adjusted, in order to compensate for the mutual influence of the pumps. On the basis of the underlying pipe network properties, the mutual influences can be calculated and thus determine new speeds that can be transmitted.
Mittels der Erfindung können sämtliche Maßnahmen zur Ausbildung von Regelschleifen für den Massenstrom entbehrlich werden, da durch das Ausrechnen der Drehzahlen bei den Pumpen nunmehr die Möglichkeit besteht, an wenigstens einen Teil der Pumpen unmittelbar von der zentralen Recheneinheit eine neue Drehzahlstellgröße zu übermitteln.By means of the invention, all measures for the formation of control loops for the mass flow can be dispensed with, since by calculating the rotational speeds of the pumps it is now possible to transmit to at least a portion of the pumps directly from the central processing unit a new speed control variable.
Eine solche Drehzahlstellgröße muss nunmehr gemäß der Erfindung nicht mehr durch Regelung und Einschwingen des Systems erhalten werden, sondern es besteht vielmehr die Möglichkeit, eine solche Drehzahlstellgröße zu berechnen und der jeweils betrachteten dezentralen Pumpe als Stellgröße vorzugeben, insbesondere ohne dass eine weitere Rückkopplung bezüglich irgendwelcher Regelgrößen erfolgen muss, um das Ziel einer Raumtemperatureinstellung zu erreichen. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass die im Stand der Technik oftmals eingesetzten dezentralen Sensoren zur Bestimmung eines Massenstromes (z.B. Durchfluss oder Differenzdrucksensoren) entfallen können, was eine erhebliche Kostenreduzierung mit sich bringt.According to the invention, such a speed control variable no longer needs to be obtained by regulation and settling of the system, but instead it is possible to calculate such a speed control variable and specify the decentralized pump considered as manipulated variable, in particular without any further feedback with respect to any controlled variables must be done to achieve the goal of a room temperature setting. This further has the advantage that the decentralized sensors often used in the prior art for determining a mass flow (for example flow or differential pressure sensors) can be dispensed with, resulting in a considerable cost reduction.
Hierbei ist es gemäß der Erfindung nicht zwingend vorgesehen, nach Zeitablauf und/oder nach der Änderung eines Massenstroms bei einer oder auch mehreren Pumpen an alle übrigen Pumpen neue Drehzahlstellgrößen zu übermitteln, da gegebenenfalls, insbesondere in Abhängigkeit von den Rohrnetzeigenschaften, insbesondere der Rohrnetztopologie nicht jede der übrigen dezentralen Pumpe von einer Änderung der Drehzahl betroffen ist. Diejenigen Pumpen, die einer Drehzahländerung nicht unterliegen oder bei denen eine Änderung möglicherweise unterhalb einer bestimmten Grenze bleibt, können gegebenenfalls mit ihren bisherigen Drehzahlen weiter betrieben werden, so dass bezüglich dieser dezentralen Pumpen die Übermittlung einer neuen Drehzahl bzw. Drehzahlstellgröße entbehrlich ist.It is not necessarily provided according to the invention, after time and / or after changing a mass flow in one or more pumps to all other pumps to transmit new speed control variables, as appropriate, especially depending on the Rohrnetzeigenschaften, in particular the pipe network topology not every the other decentralized pump is affected by a change in the speed. Those pumps, which are not subject to a change in speed or where a change may remain below a certain limit, may optionally continue to operate at their previous speeds, so that with respect to these decentralized pumps, the transmission of a new speed or Drehzahlstellgröße is unnecessary.
Besonders vorteilhaft erweist es sich bei einem solchen System, dass z.B. ein Nutzer in einem Raum gewünschte Temperaturanforderungen ändern kann und dass das gesamte Heiz- oder Kühlsystem keine Zeit zum Einschwingen benötigt, sondern vielmehr durch eine zentrale Recheneinheit die neuen Bedingungen für die dezentralen Pumpen berechnet und unmittelbar vorgegeben werden, so dass das Rohrnetz bzw. das gesamte System unmittelbar die neuen Betriebsbedingungen übernimmt und einen stabilen Zustand erreicht.It is particularly advantageous in such a system that e.g. a user in a room can change desired temperature requirements and that the entire heating or cooling system does not need time to settle, but rather calculated by a central processing unit, the new conditions for the decentralized pumps and immediately specified so that the pipe network or the entire System immediately assumes the new operating conditions and reaches a stable state.
So können beispielsweise Gebäude zwecks einer Anwendung des Beheizens oder des Bekühlens betrieben werden, ohne dass Maßnahmen für eine Rückkopplung von Massenstrom-Regelgrößen vorgesehen werden müssen, da Massenstrom-Regelgrößen entfallen können und jeweils Stellgrößen an die jeweiligen dezentralen Pumpen von einer zentralen Recheneinheit bzw. Steuerung vorgegeben werden. Es bedarf lediglich einer Regelung der Raumtemperatur bei der eine Ist-Raumtemperatur rückgekoppelt wird.For example, buildings can be operated for the purpose of using the heating or cooling, without measures for feedback of mass flow control variables must be provided as mass flow control variables can be omitted and each manipulated variable to the respective decentralized pumps from a central processing unit or control be specified. It only requires a control of the room temperature at which an actual room temperature is fed back.
Diese Rückkopplung aus einem betrachteten Raum kann zu einer zentralen Rechen- bzw. Steuerungseinheit erfolgen, in der aus einer Temperatur- Sollvorgabe und der tatsächlichen Ist-Temperatur der nötige Massenstrom berechnet wird, der in dem betrachteten Raum nötig ist, um die Sollvorgabe zu erreichen. Anhand des nötigen Massenstromes kann die Drehzahl berechnet und an die jeweilige Pumpe übermittelt werden.This feedback from a considered space can be made to a central computing or control unit, in which the required mass flow is calculated from a temperature setpoint and the actual actual temperature, which is necessary in the space considered to reach the target specification. Based on the required mass flow, the speed can be calculated and transmitted to the respective pump.
Statt einer (örtlich, z.B. beim Kälte-/ oder Wärmeerzeuger) zentralen Berechnung des jeweils bei einer Pumpe nötigen Massenstromes kann es auch vorgesehen sein, dass jede Pumpe dezentral den bei der betrachteten Pumpe nötigen Massenstrom anhand der Soll- und Ist-Temperaturen feststellt bzw. berechnet und den nötigen Massenstrom zu einer zentralen Steuerung kommuniziert, die aus den von allen Pumpen vorliegenden Massenströmen die jeweils an die Pumpen zu kommunizierenden Drehzahlen berechnet und an die Pumpen übermittelt.Instead of a (locally, for example, the refrigeration / or heat generator) central calculation of each required for a pump mass flow, it can also be provided be that each pump decentrally determines the necessary at the pump under consideration mass flow based on the target and actual temperatures and communicates the necessary mass flow to a central control, from the present of all pumps mass flows each communicating with the pump Speeds are calculated and transmitted to the pumps.
In einer anderen Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, dass alle Pumpen untereinander vernetzt sind und eine Berechnungsgrundlage für die Bestimmung von Drehzahlen bei jeder der dezentralen Pumpen vorliegt. Es besteht so die Möglichkeit durch jede der dezentralen Pumpen die Drehzahlen für alle Pumpen bestimmen zu lassen und an die übrigen Pumpen zu übermitteln. Jede dezentrale Pumpe kann somit für einen Steuerungszeitpunkt die Funktion einer temporären zentralen Steuerung im Sinne der Erfindung übernehmen, ohne dass es einer örtlich zentral angeordneten Steuerung bedarf.In another embodiment, it can also be provided that all pumps are networked with each other and there is a calculation basis for the determination of rotational speeds in each of the decentralized pumps. It is thus possible to have the speeds for all pumps determined by each of the decentralized pumps and transmitted to the other pumps. Each decentralized pump can thus take over the function of a temporary central control within the meaning of the invention for a control time, without the need for a locally centrally arranged control.
Ein solcher Steuerungszeitpunkt liegt z.B. dann vor, wenn ein Nutzer in einem bestimmten Raum eine Temperaturvorgabe ändert. Die dann betroffene Pumpe kann mittels ihrer zugeordneten, insbesondere implementierten Elektronik den eigenen neuen Massenstrom und die eigene neue Drehzahl berechnen, sowie auch als temporär einzige zentrale Steuerung die entsprechenden Größen aller übrigen Pumpen durch das Netzwerk an die jeweiligen anderen Pumpen übermitteln.Such a control time is e.g. when a user changes a temperature preset in a particular room. The then affected pump can calculate its own new mass flow and its own new speed by means of their associated, in particular implemented electronics, as well as temporarily transmit the corresponding sizes of all other pumps through the network to the respective other pump as a temporary single central control.
Eingangs wurde erwähnt, dass es für das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich ist, die gegenseitige Beeinflussung der jeweiligen dezentralen Pumpen zu kennen, also beispielsweise eine Information darüber vorliegen zu haben, inwieweit eine Drehzahländerung und damit Massenstromänderung bei wenigstens einer der Pumpen aus der Gesamtheit der dezentralen Pumpen sich bei den jeweiligen übrigen dezentralen Pumpen hinsichtlich des jeweiligen Massenstroms auswirkt.It was mentioned at the outset that it is essential for the method according to the invention to know the mutual influence of the respective decentralized pumps, ie to have information about the extent to which a speed change and thus mass flow change in at least one of the pumps from the totality of the decentralized pumps at the respective other decentralized pumps with respect to the respective mass flow.
Um diese Information über eine gegenseitige Beeinflussung für ein Steuerverfahren gemäß der Erfindung bereitzustellen, kann es vorgesehen sein, dass die Berechnung der gegenseitigen Beeinflussung z.B. erfolgt auf der Grundlage einer gespeicherten Rohrnetztopologie, insbesondere unter Zugrundelegung gespeicherter Pumpenkennlinien jeder Pumpe, der Leitungswiderstände und der Zweigwiderstände des Rohrnetzes. Dieser Ausführung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass gerade dann, wenn die Leitungswiderstände und Zweigwiderstände eines Rohrnetzes bekannt sind, die strömungstechnischen physikalischen Zusammenhänge deterministisch berechnet werden können.In order to provide this mutual interference information for a control method according to the invention, provision may be made for that the calculation of mutual influence, for example, on the basis of a stored pipe network topology, in particular on the basis of stored pump characteristics of each pump, the line resistance and the branch resistance of the pipe network. This embodiment is based on the finding that it is precisely when the line resistances and branch resistances of a pipe network are known that the fluidic physical relationships can be calculated deterministically.
Hierbei handelt es sich bei den Leitungswiderständen und bei den Zweigwiderständen um Widerstände von Rohrnetzabschnitten in dem jeweiligen betrachteten Rohrnetz. Beispielsweise handelt es sich bei den Widerständen von Rohrabschnitten um diejenigen Rohrabschnitte, in denen nur eine einzige betrachtete dezentrale Pumpe angeordnet ist (Endzweige) oder aber auch um Leitungswiderstände von Rohrabschnitten, durch die sämtliche oder ein Teil der dezentralen Pumpen gemeinsam das jeweilige Fördermedium pumpen.Here, the line resistances and the branch resistances are resistances of pipe network sections in the relevant considered pipe network. For example, the resistances of pipe sections are those pipe sections in which only a single considered decentralized pump is arranged (end branches) or else line resistances of pipe sections through which all or part of the decentralized pumps jointly pump the respective pumped medium.
Ist ein Rohrnetz jeglicher Topologie hinsichtlich seiner jeweiligen Widerstände der einzelnen zu betrachtenden Rohrnetzabschnitte bekannt, so besteht die Möglichkeit, aufgrund der physikalischen Zusammenhänge zwischen Förderhöhen, Massenströmen, Pumpenkennlinien, Druckabfällen etc. die gegenseitige Beeinflussung der Pumpen zu berechnen und somit diejenigen Betriebsparameter auszurechnen, die bei dem jeweils betrachteten Rohrnetz zu einer stabilen und vor allen gewünschten Betriebssituation führen.If a pipe network of any topology is known with regard to its respective resistances of the individual pipe network sections to be considered, it is possible to calculate the reciprocal influence of the pumps on the basis of the physical relationships between delivery heights, mass flows, pump characteristics, pressure drops, and thus calculate those operating parameters which are at lead each considered pipe network to a stable and above all desired operating situation.
Hierbei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der physikalische Zusammenhang bei der Betrachtung eines bestimmten Rohrnetzes in entsprechenden Formeln bzw. Algorithmen eines softwaremäßig realisierten Verfahrens gespeichert ist. So können beispielsweise die gewünschten Raumtemperaturen aus einem jeweiligen Raum als Eingangsgrößen für eine zentrale Recheneinheit dienen, wobei dann in der zentralen Recheneinheit unter Zugrundelegung der jeweiligen Raumtemperaturen die jeweiligen Massenströme bzw. die diese bedingenden Drehzahlen berechnet und durch Übermittlung einer Drehzahlstellgröße bei den jeweiligen dezentralen Pumpen die zur Erreichung der gewünschten Temperaturen nötigen Massenströme eingestellt werden.In this case, it may be provided, for example, that the physical relationship when viewing a particular pipe network is stored in corresponding formulas or algorithms of a software implemented method. Thus, for example, the desired room temperatures from a respective room can serve as input variables for a central processing unit, in which case the respective mass flows are determined in the central processing unit on the basis of the respective room temperatures or the conditional speeds calculated and adjusted by transmitting a speed control variable at the respective decentralized pumps necessary to achieve the desired temperatures mass flows.
Wird demnach gemäß der Erfindung an einer oder mehreren der dezentralen Pumpen die jeweilige Temperaturanforderung geändert, so kann es gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, für eine oder mehrere Pumpen die notwendige Massenstromänderung bzw. als absolute Größe den jeweils benötigten Massenstrom zu berechnen, aufgrund des jeweiligen neuen Massenstroms bei der oder den betrachteten Pumpen die Beeinflussung bei den übrigen dezentralen Pumpen zu berechnen und ebenso bei diesen Pumpen die neuen Massenströme durch Übermittlung einer Drehzahlstellgröße einzustellen.If, according to the invention, the respective temperature requirement is changed at one or more of the decentralized pumps, then according to the method of the invention it can be provided to calculate the necessary mass flow change for one or more pumps or the respective required mass flow as absolute value, on the basis of the respective one new mass flow at the or the pumps under consideration to calculate the influence on the other decentralized pumps and also adjust the new mass flows by transmitting a speed control variable in these pumps.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die Berechnung der Solldrehzahlen aus vorgegebenen Massenströmen. Die Berechnung der erforderlichen Massenströme kann auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen, muss jedoch nicht zwingend. Beispielsweise kann die Berechnung der erforderlichen Massenströme anhand der Temperatur erfolgen. Dabei kann es vorgesehen sein, dass dies in einem Regelkreis für die Temperatur erfolgt.The inventive method comprises at least the calculation of the desired speeds from predetermined mass flows. The calculation of the required mass flows can also be carried out in the context of the method according to the invention, but does not necessarily have to. For example, the calculation of the required mass flows based on the temperature can be done. It may be provided that this takes place in a control loop for the temperature.
Hierbei kann es in einem Aspekt der Erfindung auch vorgesehen sein, dass ein Programm zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Regelkreis, wie er im Stand der Technik bekannt ist, simuliert und das Ergebnis der simulierten Regelung als Stellgröße an die jeweiligen dezentralen Pumpen übermittelt. So wird die praktische Einregelung eines stabilen Betriebszustandes Software- und computertechnisch wesentlich schneller durchgeführt, so dass das deutlich schneller erhaltene Endergebnis der simulierten Regelung an die dezentralen Pumpen übermittelt werden kann, ohne dass die schwingende Einregelung praktisch tatsächlich stattfindet. Neben einer Berechnung der gegenseitigen Beeinflussung, z.B. anhand der Berücksichtigung entsprechender Berechnungsformeln in einer Software zur Durchführung des Verfahrens oder einer Simulation kann es auch vorgesehen sein, dass wenigstens ein Kennfeld, insbesondere n-dimensionales Kennfeld innerhalb einer zentralen Recheneinheit gespeichert ist, wobei n die Anzahl der dezentralen Pumpen wiederspiegelt. Auch so kann anhand eines oder mehrerer Kennfelder die gegenseitige Beeinflussung der Pumpen gespeichert werden und durch ein Auslesen des wenigstens einen Kennfeldes die nötigen Betriebsgrößen, d.h. insbesondere die Drehzahlstellgrößen, für die jeweiligen Pumpen bei einer Betriebspunktänderung bei wenigstens einer der Pumpen ermittelt werden, so dass die neuen Drehzahlstellgrößen an die übrigen Pumpen übermittelt werden können.In one aspect of the invention, it may also be provided that a program for realizing the method according to the invention simulates a control loop, as known in the prior art, and transmits the result of the simulated control as a manipulated variable to the respective decentralized pumps. Thus, the practical control of a stable operating state software and computer technology is performed much faster, so that the much faster obtained final result of the simulated control can be transmitted to the decentralized pump without the oscillating control actually takes place practically. In addition to a calculation of the mutual influence, for example based on the consideration of corresponding calculation formulas in a software for performing the method or a simulation, it can also be provided that at least one map, in particular n-dimensional map is stored within a central processing unit, where n is the number the decentralized pump reflects. The mutual influencing of the pumps can also be stored on the basis of one or more maps and the required operating variables, ie in particular the speed control variables, for the respective pumps at a change in operating point in at least one of the pumps can be determined by reading out the at least one characteristic map, so that the new speed control variables can be transmitted to the other pumps.
Grundsätzlich kann bezogen auf alle möglichen Ausführungen hierbei für die Übermittlung der Drehzahlstellgrößen eine entsprechende Schnittstelle an einer jeweiligen dezentralen Pumpe vorgesehen sein. So kann beispielsweise eine Übermittlung der Drehzahlstellgrößen kabel- oder funkgebunden oder auch optisch erfolgen. Dies gilt ebenso in derselben Weise für die Temperaturwerte, d.h. hier insbesondere die tatsächliche Ist-Temperatur und die gewünschte Soll- Temperatur, die auf dieselben Arten und Weisen zur zentralen Recheneinheit übertragen werden können.Basically, based on all possible embodiments, a corresponding interface to a respective decentralized pump can be provided for the transmission of the speed control variables. Thus, for example, a transmission of the speed control variables can be wired or radio-bound or optical. This also applies in the same way to the temperature values, i. Here, in particular, the actual actual temperature and the desired target temperature, which can be transmitted to the central processing unit in the same ways.
Die Berechnung der gegenseitigen Beeinflussung ist besonders vorteilhaft auf eine einfache Art und Weise möglich, wenn z.B. in Neubauten ein neu zu installierendes Rohrnetz von Anfang an projektiert und in ein Gebäude implementiert wird. Ist dies der Fall, so sind durch die Konstruktionsvorgaben die vorgenannten Widerstände der jeweils zu betrachtenden Rohrnetzabschnitte und insbesondere auch die Pumpenkennlinien der eingesetzten Pumpen von Anfang an bekannt und können als vorgegebene Größen einer Software zur Umsetzung des Verfahrens z.B. auf einer Datenverarbeitungsanlage bereitgestellt werden, um die jeweiligen Drehzahlstellgrößen der einzelnen dezentralen Pumpen zu berechnen oder aus einem Kennfeld oder Tabellen abzulesen. In anderen denkbaren Anwendungen, wo das Verfahren auf bestehende und insbesondere unbekannte Rohrnetze übertragen werden soll, wird es als vorteilhaft empfunden, für das Verfahren zunächst in einem der eigentlichen Steuerung vorgeschalteten Verfahrensschritt die Rohrnetztopologie zu bestimmen bzw. zu ermitteln.The calculation of the mutual influence is particularly advantageous in a simple manner possible if, for example, in new buildings a newly installed pipe network is projected from the beginning and implemented in a building. If this is the case, then the above-mentioned resistances of the respectively considered pipe network sections and in particular also the pump characteristics of the pumps used are known from the beginning and can be provided as predetermined variables of software for implementing the method, for example on a data processing system To calculate respective speed control variables of the individual decentralized pumps or read from a map or tables. In other conceivable applications, where the method is to be transferred to existing and in particular unknown pipe networks, it is considered advantageous to first determine or determine the pipe network topology for the method in a process step preceding the actual control.
So kann es grundsätzlich vorgesehen sein, die Topologie eines Rohrnetzes, also insbesondere die Widerstände der einzelnen Rohrnetzabschnitte, Informationen über Verzweigungen des Rohrnetzes und Anordnungen der dezentralen Pumpen in dem Rohrnetz zunächst anhand einer Rohrnetzanalyse zu ermitteln und das Ergebnis einer solchen Rohrnetzanalyse zu speichern und als Berechnungsgrundlage oder aber auch als Grundlage zur Bildung einer auszulesenden Tabelle oder eines auszulesenden Kennfeldes zu verwenden. Es besteht so durch die vorherige Analyse des betreffenden Rohrnetzes auch die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren bei zunächst unbekannten Rohrnetzen einzusetzen, wie es z.B. in zu renovierenden Altbauten vorliegt.Thus, it can be provided in principle, the topology of a pipe network, ie in particular the resistances of the individual pipe network sections, information about branches of the pipe network and arrangements of decentralized pumps in the pipe network first using a pipe network analysis to determine and store the result of such a pipe network analysis and calculation basis or to use as a basis for the formation of a table to be read or a map to be read. Thus, by the prior analysis of the relevant pipe network, it is also possible to use the method according to the invention in initially unknown pipe networks, as described e.g. present in old buildings to be renovated.
Um eine derartige Analyse durchzuführen, kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass jedem Endzweig eines Rohrnetzes eine dezentrale Pumpe mit bekannter Pumpenkennlinie zugeordnet wird, insbesondere so, wie auch die spätere Anordnung und Zuweisung von dezentralen Pumpen zu Heiz- oder Kühlkörpern sein wird. Hierbei kann es sich im Sinne der Erfindung bei den Endzweig-Rohrnetzabschnitten um diejenigen Abschnitte im Sinne der Erfindung handeln, in denen ein Heiz- bzw. Kühlkörper mit nur einer dezentralen Pumpe angeordnet ist.In order to carry out such an analysis, it may be provided, for example, that each end branch of a pipe network is assigned a decentralized pump with a known pump characteristic, in particular the way in which the later arrangement and allocation of decentralized pumps to heating or cooling bodies will be. For the purposes of the invention, the end-branch pipe network sections may be those sections in the sense of the invention in which a heating or cooling body is arranged with only one decentralized pump.
Es besteht sodann die Möglichkeit, ein Analyseverfahren durchzuführen, bei dem für Paare von Pumpen, also jeweils zwei betrachtete Pumpen aus der Gesamtanzahl aller dezentraler Pumpen jeweils wenigstens ein Paar von ausgewählten Betriebszuständen bei den Pumpen eingestellt werden, wobei für jedes Paar von Betriebszuständen der Gesamtvolumenstrom im Rohrnetz oder die Teilvolumenströme in den Endzweigen bestimmt werden.There is then the possibility of carrying out an analysis method in which for pairs of pumps, ie in each case two considered pumps from the total number of all decentralized pumps at least one pair of selected operating states are set at the pumps, wherein for each pair of operating states of the total volume flow in the pipe network or the partial volume flows in the Endzweigen be determined.
Durch ein derartiges Verfahren, bei dem jeweils zwei Pumpen paarweise betrachtet werden und an diesen Pumpen zur Analyse jeweils bestimmte vorgegebene Betriebszustände eingestellt werden, können bezogen auf das durch die zwei Pumpen ausgebildete Teilrohmetz des gesamten Rohrnetzes die jeweiligen Leitungswiderstände der von beiden Pumpen gemeinsam genutzten Rohrabschnitte und der Zweigwiderstand des ausschließlich nur von einer der beiden Pumpen genutzten Endzweiges berechnet werden anhand der bestimmten, bekannten und durch die eingestellten Betriebszustände gegebenen Größen.By such a method in which two pumps are considered in pairs and each of these pumps for analysis certain predetermined operating conditions are set, based on the formed by the two pumps partial roughness of the entire pipe network, the respective line resistance of the shared by both pumps pipe sections and the branch resistance of the end branch used exclusively by only one of the two pumps is calculated on the basis of the determined, known variables given by the set operating states.
Dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass ein komplexes Gesamtrohrnetz iterativ charakterisiert werden kann, wenn jeweils Teilrohrnetze betrachtet werden, die sich durch den Betrieb von jeweils zwei Pumpen ergeben. Es können sodann unter Zugrundelegung der bekannten Pumpenkennlinien der beiden betrachteten Pumpen und der jeweiligen Betriebsparameter, wie z.B. den eingestellten Drehzahlen die sich sodann einstellenden Massenströme bestimmt werden, z.B. durch einen zentralen Sensor oder gegebenenfalls auch dezentrale Massenstromsensoren oder auch zentrale oder dezentrale beobachtbare Pumpen. In Kenntnis des Massenstroms und der Pumpenkennlinien kann so jeweils ein Rückschluss gezogen werden auf die jeweiligen Widerstände der Rohrabschnitte, zum einen in denen die jeweils betrachtete dezentrale Pumpe angeordnet ist (Endzweig) und denjenigen Rohrabschnitten, durch die die beiden betrachteten Pumpen gemeinsam das jeweilige Fluid fördern.This embodiment of the invention is based on the consideration that a complex total pipe network can be characterized iteratively, if in each case sub-pipe networks are considered, resulting from the operation of two pumps. It may then be determined on the basis of the known pump characteristics of the two pumps under consideration and the respective operating parameters, e.g. the set speeds are then determined the mass flow which then adjusts, e.g. by a central sensor or possibly also decentralized mass flow sensors or also centralized or decentralized observable pumps. In knowledge of the mass flow and the pump characteristics can be drawn in each case a conclusion on the respective resistances of the pipe sections, on the one hand in which each considered decentralized pump is arranged (end branch) and those pipe sections through which the two pumps considered collectively promote the respective fluid ,
Wird das gesamte Rohrnetz somit sukzessive durch Betrachtung jeweils unterschiedlicher Paarungen von Pumpen analysiert, so kann sich im Endeffekt eine Gesamtanalyse des gesamten Rohrnetzes ergeben, bei dem die Widerstände sämtlicher auftretender Rohrnetzabschnitte bekannt sind, so dass diese erhaltenen Informationen als Berechnungsgrundlage für das erfindungsgemäße Verfahren dienen können. Eine ausführliche Beschreibung eines Verfahrens zur Analyse eines beliebigen Rohrnetzes mit mehreren dezentralen Pumpen ist in einer von derselben Anmelderin am selben Tag eingereichten Patentanmeldung gegeben.Thus, if the entire pipe network is successively analyzed by considering different pairings of pumps, the overall result can be an overall analysis of the entire pipe network, in which the resistances of all occurring pipe network sections are known, so that This information obtained can serve as a basis for calculating the method according to the invention. A detailed description of a method for analyzing any pipe network with multiple decentralized pumps is provided in a patent application filed by the same Applicant on the same date.
Unabhängig davon, ob ein zu betrachtendes Rohrnetz von Anfang an bekannt ist oder ein unbekanntes Rohrnetz zunächst einer Analyse unterzogen wird hinsichtlich der vorkommenden Widerstände der jeweiligen Rohrnetzabschnitte, weist somit das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass die im Stand der Technik bekannte Regelung dezentraler Pumpen entbehrlich und durch eine Ansteuerung der jeweiligen Pumpen mittels einer jeweiligen Drehzahlstellgröße der gewünschte Betriebszustand eines Gesamtnetzes ohne Regelung erreicht wird.Regardless of whether a pipe network to be considered is known from the beginning or an unknown pipe network is first subjected to an analysis regarding the occurring resistances of the respective pipe network sections, thus has the inventive method has the advantage that the known in the art control of decentralized pumps unnecessary and by controlling the respective pumps by means of a respective speed control variable, the desired operating state of an overall network without regulation is achieved.
Bezüglich sämtlicher Ausführungen ist festzustellen, dass die in Verbindung mit einer Ausführung genannten technischen Merkmale nicht nur bei der spezifischen Ausführung eingesetzt werden können, sondern auch bei den jeweils anderen Ausführungen. Sämtliche offenbarten technischen Merkmale dieser Erfindungsbeschreibung sind als erfindungswesentlich einzustufen und beliebig miteinander kombinierbar oder in Alleinstellung einsetzbar.With regard to all embodiments, it should be noted that the technical features mentioned in connection with one embodiment can be used not only in the specific embodiment, but also in the other embodiments. All disclosed technical features of this invention description are to be classified as essential to the invention and arbitrarily combined or used alone.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den nachfolgenden Figuren näher erläutert. Dieses Beispiel dient nur der Erklärung der Erfindung und gibt nicht zwingend reale Bedingungen wieder. Es zeigen:An embodiment of the invention is explained in more detail in the following figures. This example only serves to explain the invention and does not necessarily reflect real conditions. Show it:
Figur 1a: Eine Anordnung mit dezentralen Pumpen, die hydraulisch und räumlich einem jedem Wärmeübertrager zugeordnet sind;Figure 1a: An arrangement with decentralized pumps, which are hydraulically and spatially associated with each heat exchanger;
Figur 1b: Eine Anordnung mit dezentralen Pumpen, die hydraulisch jedoch nicht räumlich einem jedem Wärmeübertrager zugeordnet sind; Figur 2: die Auswirkungen der Vergrößerung des Volumenstroms auf die Druckverhältnisse;Figure 1b: An arrangement with decentralized pumps, which are hydraulically but not spatially associated with each heat exchanger; Figure 2: the effects of increasing the flow rate on the pressure conditions;
Figur 3: eine nötige Drehzahlerhöhung zur Aufrechterhaltung des Volumenstroms bei einer Pumpe.Figure 3: a necessary speed increase to maintain the flow in a pump.
Die Figur 1a zeigt schematisch ein Gebäude mit drei Heizkörpern HKi-3 als Wärmeübertrager, wobei jeder Heizkörper in einem Raum oder einer Etage des Gebäudes angeordnet sein kann. In den Zuleitungen zu den Heizkörpern HKi-3 sind mit räumlicher Zuordnung zu den Heizkörpern dezentral die Pumpen Pi-3 angeordnet, die mit den Drehzahlen ni-3 beispielsweise 1000, 2000 und 3000 1/min betrieben werden. Hierdurch wird Heizungswasser in die entsprechenden Räume gefördert mit den Volumenströmen Qi-3, z.B. Qi=10 l/h, Q2=20 l/h und Q3=30 l/h, die für die Aufrechterhaltung der gewünschten Raumtemperaturen Ti-3 erforderlich sind.1a shows schematically a building with three radiators HKi -3 as a heat exchanger, wherein each radiator may be disposed in a room or one floor of the building. In the supply lines to the radiators HKi -3 are arranged spatially associated with the radiators decentralized pumps Pi -3 , which are operated at the speeds ni -3, for example, 1000, 2000 and 3000 1 / min. In this way, heating water is conveyed into the corresponding rooms with the volume flows Qi -3 , eg Qi = 10 l / h, Q 2 = 20 l / h and Q 3 = 30 l / h, which are necessary for maintaining the desired room temperatures Ti -3 are.
Alternativ dazu zeigt die Figur 1b eine Anordnung, bei der die Pumpen zwar hydraulisch einem jedem Heizkörper zugeordnet sind, jedoch nicht räumlich. Alle Pumpen befinden sich z.B. zentral im Keller eines Gebäudes, z.B. in der Nähe eines Wärmeerzeugers. Für die weitere Erläuterung des Beispiels dient die Anordnung und Bezifferung gemäß Figur 1a.Alternatively, Figure 1b shows an arrangement in which the pumps are hydraulically associated with each radiator, but not spatially. All pumps are e.g. centrally in the basement of a building, e.g. near a heat generator. For further explanation of the example, the arrangement and numbering of Figure 1a.
Ist eine Änderung einer Raumtemperatur T1 beispielsweise eine Erhöhung der Raumtemperatur Ti in Raum 1 , erforderlich, so wird der Volumenstrom Qi beispielsweise auf 20 l/h vergrößert durch Erhöhung der Drehzahl ni. Hierdurch nimmt auch der Volumenstrom in den mit den Pumpen 2 und 3 gemeinsam genutzten Rohrleitungen und im Wärmeerzeuger zu, was eine Erhöhung der Druckverluste im Rohrnetz und damit eine Verringerung der Volumenströme Q2 und Q3 z.B. auf Q2=12 l/h und Q3=25 l/h zur Folge hat. Dies wiederum führt zu einer Verringerung der Raumtemperaturen T2 und T3.If a change in a room temperature T 1, for example an increase in the room temperature Ti in room 1, is required, then the volume flow Qi is increased, for example, to 20 l / h by increasing the speed ni. As a result, the volume flow in the pipes shared with the pumps 2 and 3 and in the heat generator increases, which causes an increase in the pressure losses in the pipe network and thus a reduction of the volume flows Q 2 and Q 3, for example to Q 2 = 12 l / h and Q 3 = 25 l / h with the result. This in turn leads to a reduction of the room temperatures T 2 and T 3 .
Zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperaturen in diesen Räumen ist daher die Erhöhung der Drehzahlen n2 und n3 erforderlich, um wieder die ursprünglichen Durchflusswerte Q2=20 l/h und Q3=30 l/h zu erreichen. Mit der Zunahme der Volumenströme Q2 und Q3 auf die ursprünglichen Werte verringert sich wiederum der Volumenstrom in Heizkörper 1 , so dass erneut eine entsprechende Gegenregelung erforderlich ist. Die beschriebene gegenseitige Beeinflussung der Volumenströme führt bei einer bislang im Stand der Technik durchgeführten dezentralen Regelung bei jeder einzelnen Pumpe zu einer langsamen Reaktionszeit des Gesamtsystems.To maintain the desired temperatures in these spaces, therefore, increasing the speeds n 2 and n 3 is required to restore the original Flow values Q 2 = 20 l / h and Q 3 = 30 l / h. With the increase in the volume flows Q 2 and Q 3 to the original values, in turn, the volume flow in radiator 1 decreases, so that again a corresponding counter-regulation is required. The described mutual influence of the volume flows leads in a hitherto carried out in the prior art decentralized control in each individual pump to a slow reaction time of the entire system.
Das erfindungsgemäße Verfahren berechnet demgegenüber ausgehend von dem Anfangszustand Qi=10 l/h, Q2=20 l/h und Q3=30 l/h und dem gewünschten Zielzustand Qi=20 l/h, Q2=20 l/h und Q3=30 l/h die erforderlichen Drehzahlen ni-3 unter Berücksichtigung der gegebenenfalls vorhandenen gegenseitigen Beeinflussung der Volumenströme und übermittelt an die Pumpen direkt die geänderten Drehzahlen ni-3, beispielsweise 2200, 2200 und 3150 1/min, die zur Aufrechterhaltung des gewünschten Zielzustandes erforderlich sind.In contrast, the method according to the invention calculates Qi = 10 l / h, Q 2 = 20 l / h and Q 3 = 30 l / h and the desired target state Qi = 20 l / h, Q 2 = 20 l / h and starting from the initial state Q 3 = 30 l / h, the required speeds ni -3 taking into account the possible mutual influence of the flow rates and transmitted to the pump directly the changed speeds ni -3 , for example, 2200, 2200 and 3150 1 / min, to maintain the desired Target state are required.
Eine Möglichkeit zur Berechnung der einzustellenden Drehzahlen ist im Folgenden zunächst allgemein und anschließend für das konkrete Beispiel beschrieben:One way to calculate the speeds to be set is described in the following general and then for the specific example:
GemäßAccording to
werden die Druckverluste in den Leitungsabschnitten bestimmt, deren Widerstand I, beträgt und bekannt ist als Berechnungsgrundlage. Die von einer Pumpe PR ZU erbringende Förderhöhe ist gegeben als Summe aller Druckverluste in Leitungen, die zu der Pumpe führen, einschließlich des Druckverlustes des zugeordneten Heizkörpers. Es gilt also: Aus den nun bekannten Betriebspunkten (Qk, Hk) der Pumpe k wird über das Kennfeld die erforderliche Drehzahl nk bestimmt. Alternativ kann die Pumpenkennlinie beispielsweise gemäß H(Q,n)=an2-bnQ-cQ2 parametriert und die Drehzahl berechnet werden nachthe pressure losses are determined in the line sections whose resistance is I, and is known as the basis of calculation. The delivery head to be provided by a pump PR ZU is given as the sum of all pressure losses in lines leading to the pump, including the pressure loss of the associated radiator. It therefore applies: From the now known operating points (Q k , H k ) of the pump k, the required speed n k is determined via the characteristic map. Alternatively, the pump characteristic can be parameterized according to H (Q, n) = 2 -bnQ-cQ 2, for example, and the speed can be calculated according to
„_ bQ + ^b2Q2 + __ AacQ1 + AaH"_ BQ + ^ b 2 Q 2 + __ AacQ 1 + AaH
Durch Einsetzen der gewünschten (zuvor berechneten) Förderströme und der berechneten Druckverluste werden mit dieser Formel die nötigen Drehzahlen berechnet, die sodann an die verschiedenen Pumpen kommuniziert werden, z.B. leitungsgebunden oder auch drahtlos oder optisch. Die Pumpen stellen sodann die mitgeteilte Drehzahl ein, ohne dass bei der Pumpe selbst eine Massenstromregelung stattfindet.By employing the desired (previously calculated) delivery rates and the calculated pressure losses, this formula calculates the required speeds, which are then communicated to the various pumps, e.g. wired or wireless or optical. The pumps then set the reported speed, without the pump itself, a mass flow control takes place.
Für das konkrete Beispiel gelten die folgenden Zusammenhänge für die Druckverluste der Leitungen mit den Widerständen I, wie sie in der Figuria bezeichnet sind:For the concrete example, the following relationships apply to the pressure losses of the lines with the resistors I, as indicated in FIG.
H1=I1 (0!+Q2 +Q3)2 H 1 = I 1 (0 ! + Q 2 + Q 3 ) 2
H2=I2 (Qi+Q2 )2 H 2 = I 2 (Qi + Q 2 ) 2
H3=I3 Q12 H 3 = I 3 Q1 2
H4=I4 Q12 H 4 = I 4 Q1 2
H5=I5 (Q1+Q2 rH 5 = I 5 (Q1 + Q2 r
H6=Ie (Q1+Q2 +Q3)2 H 6 = Ie (Q1 + Q2 + Q3) 2
H7=I7 Q3 2 H 7 = I 7 Q 3 2
H8=I8 Q3 2 H 8 = I 8 Q 3 2
H9=I9 Q2 2 H 9 = I 9 Q 2 2
HwE=IwE (Q1+Q2+Q3)2 HwE = IwE (Q1 + Q2 + Q3) 2
HHK3='HK3 Q32 HHK3 = 'HK3 Q3 2
HHK2=IHK2 Q22 HHK2 = IHK2 Q2 2
HHKI =IHKI Q12 Damit ergeben sich für die Förderhöhen der Pumpen zu:HHKI = IHKI Q1 2 This results in the pump delivery heads to:
HPI = HHK1 +H4+H5+H6+HWE+HI + H2+H3 HPI = HHK1 + H4 + H5 + H6 + HWE + HI + H2 + H3
Die Auswirkungen der Vergrößerung des Volumenstroms Qi auf die Druckverhältnisse, die auf Pumpe Pi wirken, sind exemplarisch in Figur 2 dargestellt. Die schraffierten Säulen kennzeichnen hierin die Druckverhältnisse nach Erhöhung des Volumenstroms Q1. Durch den Anstieg von Q-i erhöhen sich die Druckverluste in den gemeinsam genutzten Rohrleitungsabschnitten H6, HWE und H1. Der Druckverlust der Rohrleitungsabschnitte H7, HHK3 und Hs bleibt unverändert. In der Summe ergibt sich in dem von der Pumpe P3 betriebenen Teilnetz ein um ΔHP3 erhöhter Druckverlust.The effects of the increase of the volume flow Qi on the pressure ratios acting on pump Pi are shown by way of example in FIG. The hatched columns herein denote the pressure ratios after increasing the volume flow Q 1 . The increase of Qi increases the pressure losses in the shared pipe sections H 6 , H W E and H 1 . The pressure loss of the pipe sections H 7 , HHK 3 and Hs remains unchanged. In total, in the subnetwork operated by the pump P 3 , a pressure drop increased by ΔH P3 results.
Zur Aufrechterhaltung des Volumenstroms Q3 ist eine Drehzahlerhöhung der Pumpe P3 erforderlich, wie sie in Figur 3 schematisch dargestellt ist. Die erforderliche Drehzahl n3 kann mittels Pumpenkennlinie oder Kennfeld aus den gegebenen Größen Q3 und Hp3 berechnet und als Stellgröße übermittelt werden. In gleicher weise kann mit allen weiteren Pumpen verfahren werden. To maintain the volume flow Q 3 , a speed increase of the pump P 3 is required, as shown schematically in FIG. The required speed n 3 can be calculated by means of a pump characteristic curve or characteristic map from the given quantities Q 3 and Hp 3 and transmitted as a manipulated variable. In the same way can be moved with all other pumps.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betrieb eines Rohrnetzes, insbesondere Heizungsrohrnetzes mit mehreren dezentralen Pumpen, insbesondere die je einem Wärmeübertrager zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung der Rohrnetzeigenschaften von einer insbesondere zentralen Recheneinheit die zum Erzielen eines bei jedem Wärmeübertrager gewünschten und/oder geforderten Massenstromes erforderliche Drehzahl für jede dezentrale Pumpe berechnet wird und wenigstens an einen Teil der dezentralen Pumpen die jeweils berechnete Drehzahlstellgröße übermittelt wird.1. A method for operating a pipe network, in particular heating pipe network with a plurality of decentralized pumps, in particular each associated with a heat exchanger, characterized in that taking into account the Rohrnetzeigenschaften of a particular central processing unit required to achieve a desired at each heat exchanger and / or required mass flow Speed is calculated for each decentralized pump and at least to a part of the decentralized pumps, the respective calculated speed control variable is transmitted.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung und/oder Übermittlung nach vorgegebenen, insbesondere äquidistanten Zeitabschnitten erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the calculation and / or transmission takes place according to predetermined, in particular equidistant time periods.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the
Berechnung und/oder Übermittlung erfolgt, nachdem an wenigstens einer dezentralen Pumpe bzw. dem zugeordneten Wärmeübertrager eine Änderung der Massenstromanforderung durchgeführt wurde.Calculation and / or transmission takes place after a change in the mass flow requirement has been carried out on at least one decentralized pump or the associated heat exchanger.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Änderung eines Massenstromes bei wenigstens einer Pumpe/einem Wärmeübertrager die Drehzahlen der übrigen Pumpen neu bestimmt, insbesondere angepasst werden, um die gegenseitige Beeinflussung der Pumpen zu kompensieren.4. The method according to claim 3, characterized in that when changing a mass flow at least one pump / a heat exchanger, the speeds of the other pumps to be redetermined, in particular adapted to compensate for the mutual influence of the pump.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen übrigen Pumpen von einer Übermittlung einer neuen Drehzahlstellgröße ausgenommen werden, zu denen die Recheneinheit keine Änderung der Drehzahl berechnet oder die berechnete Änderung kleiner ist als eine vorgegebene/vorgebbare Grenze. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that those other pumps are excluded from a transmission of a new speed control variable to which the arithmetic unit calculates no change in speed or the calculated change is smaller than a predetermined / specifiable limit.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine von allen dezentralen Pumpen temporär die Funktion einer zentralen Recheneinheit und Steuerung für wenigstens einen Teil der übrigen dezentralen Pumpen übernimmt.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of all decentralized pumps temporarily assumes the function of a central processing unit and control for at least a portion of the remaining decentralized pump.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung erfolgt auf der Grundlage gespeicherter Rohrnetzeigenschaften, insbesondere einer Rohrnetztopologie, insbesondere gespeicherter Pumpenkennlinien jeder Pumpe, der Leitungswiderstände und Zweigwiderstände des Rohrnetzes.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the calculation is based on stored Rohrnetzeigenschaften, in particular a Rohrnetztopologie, in particular stored pump characteristics of each pump, the line resistance and branch resistance of the pipe network.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die8. The method according to claim 7, characterized in that the
Rohrnetzeigenschaften, insbesondere die Rohrnetztopologie bestimmt werden mittels der Durchführung einer Rohrnetzanalyse deren Ergebnis gespeichert wird und als Berechnungsgrundlage dient.Pipe network properties, in particular the pipe network topology are determined by means of the implementation of a pipe network analysis whose result is stored and serves as a basis for calculation.
9. Verfahren zur Durchführung einer Rohrnetzanalyse eines Rohrnetzes, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Endzweig eines Rohrnetzes eine dezentrale Pumpe mit bekannter Pumpenkennlinie zugeordnet ist/wird, wobei für Paare von Pumpen jeweils wenigstens ein Paar von ausgewählten Betriebszuständen bei den Pumpen eingestellt wird, wobei für jedes Paar von Betriebszuständen der Gesamtvolumenstrom im Rohrnetz oder die Teilvolumenströme in den Endzweigen bestimmt werden, wonach der Leitungswiderstand Kg der von beiden Pumpen gemeinsam genutzten Rohrabschnitte und der Zweigwiderstand Ru des ausschließlich nur von der Pumpe Pi genutzten Endzweiges berechnet wird anhand der bestimmten und durch die eingestellten Betriebszustände gegebenen Größen.9. A method for performing a pipe network analysis of a pipe network, in particular according to claim 8, characterized in that each end branch of a pipe network is assigned a decentralized pump with a known pump characteristic is / are set, for pairs of pumps in each case at least one pair of selected operating conditions in the pumps is determined, wherein for each pair of operating conditions, the total volume flow in the pipe network or the partial volume flows in the Endzweigen, after which the line resistance Kg of the shared by both pumps pipe sections and the branch resistance Ru of exclusively used only by the pump Pi end branch is calculated based on the determined and given by the set operating conditions sizes.
10.Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass, aus den bestimmten Größen Ru, Ku die hydraulischen Eigenschaften des gesamten Rohrnetzes bestimmt werden durch iteratives Auffinden gemeinsam genutzter Leitungsstücke und Unterteilung in Teilnetze. 10.A method according to claim 9, characterized in that, determined from the specific sizes Ru, Ku, the hydraulic properties of the entire pipe network by iteratively finding shared line sections and subdivision into subnets.
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