EP3757465A1 - System und verfahren zur regelung eines medienparameters des mediums auf der sekundärseite eines wärmeübertragers - Google Patents

System und verfahren zur regelung eines medienparameters des mediums auf der sekundärseite eines wärmeübertragers Download PDF

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EP3757465A1
EP3757465A1 EP20170810.4A EP20170810A EP3757465A1 EP 3757465 A1 EP3757465 A1 EP 3757465A1 EP 20170810 A EP20170810 A EP 20170810A EP 3757465 A1 EP3757465 A1 EP 3757465A1
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EP
European Patent Office
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pump
speed
primary circuit
change
actuator
Prior art date
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Pending
Application number
EP20170810.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dr. Jens Oppermann
Jens Teichmann
Alexander Kümpel
Paul Mathis
Dr. Dirk Müller
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.)
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Wilo SE
Original Assignee
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Wilo SE
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 Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH, Wilo SE filed Critical Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a system and a method for regulating a media parameter of the secondary-side medium of a heat exchanger, in particular air, comprising a heat exchanger through which a secondary medium flows and with a primary circuit in which a primary-side heat transfer medium can be conveyed through the heat exchanger with a pump, wherein for the media parameters -Control at least one control unit is provided, which is set up by electronics and / or a program to carry out the control.
  • a heat exchanger can e.g. be a plate heat exchanger, for example if the media on the primary and secondary side are liquids.
  • a heat exchanger can also be a so-called heating or cooling register or a convector.
  • the medium on the primary side is usually a liquid and that on the secondary side is usually a gas, in particular air.
  • the direction of transmission can be as desired when controlling the temperature of the medium on the secondary side.
  • energy is usually transferred from the primary side to the secondary side and vice versa in a cooling application.
  • the heat transfer medium such as often a liquid, preferably water or a water / glycol mixture, is usually actively circulated with at least one pump on the primary side, for example circulated through a heating or cooling device.
  • the medium e.g. a liquid such as water or a gaseous medium, e.g. Air can be actively promoted.
  • a liquid is usually conveyed with at least one pump and air with at least one fan.
  • the medium can also be conveyed on the secondary side purely by convection.
  • Typical applications, including those according to the invention, are the heating or cooling of rooms in a building.
  • the invention also relates to these applications, in particular the temperature control of air on the secondary side.
  • the temperature of the medium on the secondary side is regulated, e.g.
  • the temperature of the medium on the secondary side is preferably used as the regulated media parameter.
  • Alternative media parameters are e.g. the humidity (especially relative humidity) of the medium or the enthalpy of the medium can also be used, in particular in the case of adiabatic humidification, preferably with regulated nozzles.
  • the selected media parameter can be detected by the medium of the secondary side by means of a sensor and made available to the control.
  • the control compares the recorded media parameter with a target value and, in the event of a deviation, provides a manipulated variable that reduces the deviation.
  • the manipulated variable acts on an adjusting means in the primary circuit.
  • the regulation is usually carried out by electronics and / or a program in a regulating unit.
  • the control unit is given the measured media parameter on the secondary side and a target value of the media parameter to be achieved, after which the control unit - also simply called a controller - determines a manipulated variable that reduces the deviation between the target value and the current media parameter, e.g. calculated and transmitted to the actuating means.
  • the actuating means is usually formed by an actuator in the primary circuit. The invention also makes use of this procedure.
  • the prior art usually provides that the controller, or a control unit forming it, is arranged centrally in a switch cabinet or in some other way. This is often also useful, for example to separate the hydraulic parts and the electrical / electronic parts of a system.
  • the object of the invention is to provide a regulated system and a method for regulating a system of the type mentioned at the outset, in which the cabling effort can be significantly reduced.
  • an actuator of the primary circuit comprises the control unit.
  • the object is achieved in that the control of the media parameter is carried out by electronics and / or a program in an actuator of the primary circuit.
  • the control or control unit can preferably be arranged at least in the housing of the actuator, but in particular also be implemented in its electronics.
  • the control unit can thus form part of the electronics in or on the actuator that the actuator requires for its actuator functionality.
  • the control unit can also form separate electronics, which, however, are arranged at least at the location of the actuator, preferably at least on its housing, more preferably in its housing. If the control unit and actuator have separate electronics, they communicate with one another within the actuator.
  • the control unit can preferably include all components of the system that are required for the control, in particular at least one sub-unit with a target / actual comparison of the parameter to be controlled, possibly with storage locations for the target and actual parameters that are externally sent to them Storage locations are transferred.
  • This sub-unit can also provide a manipulated variable which is determined in order to reduce the target / actual deviation.
  • a manipulated variable can be communicated externally from the control unit to an actuating device.
  • an actuating device is also already implemented in the control unit as a sub-unit. As will be described below, such an adjusting device can, for example, influence the position of a valve, in particular a throttle valve or also a mixer valve.
  • An actuator of the primary circuit is generally understood to mean any controllable element or device with which an operating parameter of the primary circuit can be influenced, that is to say in particular the operating parameter can be actively changed.
  • it can be an actuator to which a control variable is fed.
  • Such an actuator thus converts the manipulated variable received into a change in the operating parameter.
  • Possible operating parameters are e.g. the hydraulic resistance of the primary circuit, the volume flow in the primary circuit, the temperature of the medium in the primary circuit.
  • the design according to the invention has the advantage that the control unit is arranged directly at the location of an actuator in the primary circuit. This significantly reduces cable routes or, in general, signal transmission routes or communication routes. The signal transmission behavior is improved and thus the susceptibility to errors is also reduced.
  • the cable or signal or communication paths are particularly short if the actuator is one that can convert a manipulated variable that is received from the control system directly into a change in an operating parameter.
  • the invention can provide that the actuator is formed, for example, by the pump with which the medium can be conveyed in the primary circuit.
  • the implementation of the control unit in or on the pump is particularly advantageous if the control unit provides a manipulated variable to the pump which is converted by the pump itself as an actuator into a change in the operating parameter, e.g. the manipulated variable causes a change in speed, which is accompanied by a change in the volume flow in the primary circuit.
  • the control unit provides a manipulated variable to the pump which is converted by the pump itself as an actuator into a change in the operating parameter, e.g. the manipulated variable causes a change in speed, which is accompanied by a change in the volume flow in the primary circuit.
  • the setpoint can be stored in the control unit, if necessary after transmission to it.
  • the invention can also provide that the control unit in / on the pump can transmit the determined manipulated variable to another actuator in the primary circuit, e.g. to a throttle valve or a mixer valve.
  • the actuator is formed by a throttle valve in the primary circuit.
  • the implementation of the control unit in or on the throttle valve is particularly advantageous if the control unit has a Provides manipulated variable to the throttle valve, which is converted by the throttle valve itself as an actuator into a change in the operating parameter, e.g. the manipulated variable causes a change in the hydraulic resistance in the primary circuit, e.g. by adjusting the valve actuator of the throttle valve.
  • the control unit there are no external transmission paths for the manipulated variable provided by the control unit. Only the actual value of the regulated media parameter on the secondary side needs to be transmitted to the throttle valve.
  • the setpoint can be stored in the control unit, if necessary after transmission to it.
  • the invention can also provide that the control unit in / on the throttle valve can transmit the determined manipulated variable to another actuator of the primary circuit, for example to the pump in the primary circuit or to a mixer valve.
  • the actuator is formed by a mixer valve with which a medium from a mixer circuit can be mixed into the medium of the primary circuit, in particular whereby the temperature of the medium in the primary circuit can be changed.
  • the implementation of the control unit in or on the mixer valve is particularly advantageous if the control unit provides a manipulated variable to the mixer valve which is converted into a change in the operating parameter by the mixer valve itself as an actuator, e.g. the manipulated variable causes a change in the temperature in the primary circuit, e.g. by adjusting the admixture of a medium from a mixer circuit into the primary circuit. In this case, there are no external transmission paths for the manipulated variable provided by the control unit.
  • the setpoint can be stored in the control unit, if necessary after transmission to it.
  • the invention can also provide that the control unit in / on the mixer valve can transmit the determined control variable to another actuator in the primary circuit, e.g. to the pump in the primary circuit or to a throttle valve.
  • the embodiment which is particularly preferred according to the invention is the one mentioned above, in which the implementation of the control takes place on the pump, that is to say the pump comprises the control unit.
  • a preferred embodiment of the invention can also provide that the control unit is designed as a module that can be plugged into and removed from the actuator, in particular the pump.
  • the plug connection between the actuator and the control unit module can be formed electronically by a standard bus system, e.g. Modbus or CAN bus.
  • the modular design enables the control unit to be programmed and / or parameterized completely externally, e.g. in an external PLC system, and as a finished module in the actuator, preferably to use the pump.
  • the actuator can have a receiving shaft into which the module can be inserted, in particular flush with the surface. This also results in the possibility of implementing, in particular changing, different types of control or different parameterizations of a control in a simple manner for the same pump.
  • a preferred development of the invention can provide that a user interface is implemented on the actuator and / or on the control unit of the actuator, preferably on a control unit designed as a plug-in module, via which the control unit can be parameterized by a user.
  • a user can either carry out programming or parameterization of the control unit alone or change it to a predefined programming / parameterization upon request.
  • Such a user interface can comprise an input unit and / or output unit for data.
  • the user interface can also be designed as a communication interface, preferably a wireless one, via which the actuator, preferably the control unit, more preferably the control unit module, communicates with an external communication device, e.g. a mobile phone.
  • the actuator in particular the pump, has a temperature sensor for detecting the media temperature on the primary side.
  • the actuator is one that is hydraulically connected directly to the medium of the primary circuit, as is the case, for example, with a pump, a throttle valve or a mixer valve.
  • the temperature sensor can be designed entirely internally in the actuator, so that again any external communication paths or signal transmission paths for temperature values are dispensed with.
  • the actuator in particular the pump, comprises an outside temperature sensor and / or comprises a communication connection via which temperature data from a weather database can be transmitted to the actuator.
  • the actuator e.g. of the pump, all essential parameters are brought together that are required for a rule, in particular as a function of outside temperatures.
  • the invention can e.g. provide that the control unit is set up over a predetermined period, in particular one year, to record the heat demand as a function of the outside temperature and to form a heating curve from this, which assigns the associated medium temperature of the primary circuit to an outside temperature, in particular such that for all outside temperatures the volume flow in the primary circuit is at least essentially constant.
  • a preferred embodiment of the control can provide that the media parameter control is at least partially by means of a change in the speed of the pump as a manipulated variable the regulation takes place, with a change in an operating parameter of the primary circuit that counteracts the lowering, in particular with which a lowering of the pump speed to a minimum speed is prevented when falling below or reaching a predetermined lower limit value with a decrease in the speed of the pump.
  • the triggered change in an operating parameter thus preferably prevents a further decrease in the pump speed, in particular a further decrease down to the minimum speed.
  • the minimum speed is therefore preferably not reached in the control according to the invention, but the pump is always operated above this minimum speed, e.g. also above a speed limit value that is not to be fallen below, which can be the minimum speed or can also be greater than this.
  • the minimum speed can be an operating speed greater than zero rpm (switch-off position) below which the pump under consideration cannot be operated or at least should not be operated.
  • electronics Do not allow the pump to fall below this minimum speed, for example even when a lower speed is being controlled, for example by an external control variable.
  • the conveyed volume flow can be too high, so that small power requirements cannot be met, since the transferred heat output at this minimum speed would be greater than the requested power. In the low-fire range, it is therefore not possible to regulate with a pure speed change.
  • the system parameter can be a value that can be recorded on the system, e.g. a value that can be detected on the primary side or on the secondary side or on both sides.
  • Some preferred system parameters are named below.
  • a possible implementation can be e.g. provide that a lower speed limit value is monitored as the lower limit value.
  • This is a system parameter that is only recorded on the primary side.
  • the invention has the effect that, if the speed is reduced by the regulation, the falling below or reaching this lower speed limit value is monitored and, if the falling below or reaching is detected, the mentioned change of an operating parameter counteracting the lowering is triggered, so is triggered.
  • the lower speed limit value at the pump is still undercut, but the counteracting change at least causes the lowering of the speed to end at least before the minimum speed is reached.
  • the named lower speed limit value of the pump is a speed value that is above the minimum speed, e.g. the design-related minimum speed at which the pump in the given primary circuit would deliver too high a volume flow and thus could not serve low power requirements.
  • Another embodiment can also provide that, as the lower limit value, a difference value between the current pump speed and a speed limit value that is not to be fallen below is monitored.
  • the pump always runs at a speed greater than that not to below the speed limit value is operated, for which a sufficiently large distance from the speed limit value not to be undershot is defined by the mentioned difference value, from which the change in operating parameters according to the invention is triggered when the value falls below or is reached.
  • the change in the operating parameter is thus already triggered when the speed limit value, which is not to be fallen below, has not yet been reached, but the current pump speed is spaced apart from it by the difference value.
  • the difference value can e.g. be dimensioned in such a way that, taking into account system inertia, the counteraction to the lowering is prevented from falling below the lower speed limit value.
  • the lower limit value can be a lower power requirement value. This can e.g. are determined from the inlet temperature of the secondary-side medium upstream of the heat exchanger, the volume flow of the secondary-side medium and a target temperature of the secondary-side medium.
  • This system parameter is therefore a secondary parameter. E.g. it must be stored in the system that services below the lower performance requirement value cannot / should not be served, e.g. without lowering the speed of the pump towards the minimum speed or another lower speed limit that should not be undercut.
  • the change in the operating parameter triggered by the aforementioned monitoring has the effect that the control, which can be implemented with at least one controller, causes the speed manipulated variable for the pump, which is triggered by a controller, with the change or after the change in the operating parameter the pump is provided, is set to a larger value, in particular a value larger than before the change was initiated, in order to (continue to) adhere to the setpoint value of the media parameter being monitored.
  • the change preferably has the effect that the previously monitored limit value is maintained again after the change has been made.
  • the speed control variable can be set so that after the setting, the speed is greater than or equal to the monitored lower speed Speed limit value or the monitored differential value or the monitored lower power requirement value are reached or exceeded.
  • the change in the operating parameter reduces the heat transfer (viewed independently of the direction, i.e. its sign-adjusted absolute value) in the heat exchanger with the pump speed unchanged or at least assumed to be unchanged at the moment the change is triggered and then by the control or by the Regulator increases the volume flow in the primary circuit by increasing the pump speed and thereby increases the heat transfer again, in particular the previous reduction in heat transfer caused by the change is reduced, preferably at least compensated for.
  • this approach according to the invention is based on the idea of designing the primary circuit, which is still unaffected by the aforementioned change in an operating parameter, in such a way that the primary-side volume flows required for the control in order to achieve the required energy transfer in the heat exchanger are not solely due to a change in speed in the unaffected primary circuit Pump, e.g. cannot be achieved simply by reducing the speed.
  • the unaffected primary circuit is one in which the operating parameter, which is subject to change according to the invention, is still unchanged, the operating parameter thus e.g. has a predefined design value or starting value from which the change is made.
  • the design is such that volume flows would be required in the unaffected primary circuit in an interval between a minimum volume flow and a maximum volume flow, in particular to achieve a desired control behavior or a desired energy transfer, with the minimum volume flow being smaller than the volume flow present at the minimum speed, so the result is that the minimum volume flow could theoretically only be achieved if the minimum speed of the pump were not reached.
  • the invention thus counteracts this problem with the approach of lowering the speed before reaching the minimum speed, further reducing the heat transfer by changing the operating parameter and thus reducing the speed of the pump in one To keep controllable range, in particular at least above the minimum speed, preferably above a limit.
  • the invention can also provide that when a predetermined upper limit value is exceeded or reached when the speed of the pump is increased, a change in the operating parameter that counteracts the increase (e.g. a previous change) is triggered.
  • the invention can basically provide that changes in the operating parameter are possible in both directions starting from a design or starting value, that is to say increasing or decreasing the design value.
  • the heat transfer requirement in the heat exchanger increases, which e.g. can be indicated by a deviation from the setpoint of the media parameter, and the speed of the pump is increased by the controller to service the demand, so the opposite change in the second direction can be triggered or made, in particular by the further, when the upper limit value is exceeded To reduce or prevent increasing the speed by the controller.
  • At least one previous change in the operating parameter in the first direction can be reversed, and several previous changes in the operating parameter can also be reversed directly.
  • the opposite change in the operating parameter causes in the second direction thus an increase in the energy transfer in the heat exchanger is the opposite of the change that previously caused a reduction in the heat transfer.
  • the invention can also use several different system parameters when monitoring the exceeding of an upper limit value.
  • a possible implementation can be e.g. provide that an upper speed limit value of the primary-side pump is monitored as the upper limit value.
  • the invention has the effect that when the control increases the speed, the exceeding or reaching of this upper speed limit value is monitored and, if the exceeding or reaching is detected, the said change of an operating parameter counteracting the increase is triggered, so is triggered.
  • the upper speed limit value on the pump can still be exceeded, but the counteracting change at least causes the increase in speed to be ended at least before a maximum speed is reached.
  • the maximum speed can be that which the pump, e.g. should / cannot exceed due to the design.
  • Another embodiment can also provide that a difference value between the current pump speed and a speed limit value not to be exceeded at the top is monitored as the upper limit value.
  • the pump is operated predominantly, preferably always at a speed lower than the speed limit value not to be exceeded, for which a sufficiently large distance from the speed limit value not to be exceeded is defined by the mentioned difference value, after which the speed limit value is exceeded or reached inventive operating parameter change is triggered.
  • the change in the operating parameter is thus already triggered when the speed limit value that is not to be exceeded has not yet been reached, but the current pump speed is spaced apart from it by the difference value.
  • the difference value can e.g. be dimensioned in such a way that, taking system inertia into account, the counteraction is prevented from exceeding the upper speed limit value.
  • the upper limit value can be an upper performance requirement value.
  • this can e.g. are determined from the inlet temperature of the secondary-side medium upstream of the heat exchanger, the volume flow of the secondary-side medium and a target temperature of the secondary-side medium. E.g. it must be stored in the system that services above the upper performance requirement value cannot / should not be served, e.g. without increasing the speed of the pump towards the maximum speed or another upper speed limit that must not be exceeded.
  • the invention can provide for the value of each change in the first direction (when reducing the speed) to be saved in order to subsequently make changes in the opposite second direction (when increasing the speed) with the same value to exactly compensate for the previous change.
  • the operating range of the speed at the pump can be in a predetermined, e.g. necessary or desired interval, with which alone the required range of services cannot be served.
  • the change in the operating parameter in a first direction which is triggered when the lower limit value is undershot or reached, but also in the opposite second direction, which is triggered when the upper limit value is exceeded or reached, can each change by a predetermined value, e.g. that stored in the controller or which is calculated before the change, preferably the change value ensuring that the new speed of the pump set after the change brings about a selected, in particular sufficient distance from the respective limit, in particular by a control range until the monitored limit is reached again to tap into where the regulator is a can meet changing demand for energy transfer at least temporarily.
  • This new speed is preferably selected so that after the change there is a distance between the system parameter and the monitored limit value that is greater than 10%, preferably greater than 20% of the difference between the upper and lower limit values.
  • the change in the operating parameter can also be dimensioned in such a way that the speed to be set after the change to compensate for the change in heat transfer results in a system parameter that lies in the middle between the upper and lower limit value. This ensures that after a change in the operating parameter there is sufficient control range available in both directions, preferably because the system parameter that is set after the change is always in the middle between the monitored lower and upper limit value.
  • the invention can also provide that, depending on a change made or to be made to the operating parameter, regardless of its direction, the associated change in the energy transfer in the heat exchanger is calculated, e.g. as a function of stored parameters of the controlled system, and a speed manipulated variable for a speed is calculated in advance, set by the controller and transmitted to the pump, with which the change in the energy transfer is reduced, preferably at least theoretically compensated.
  • This calculation can be implemented in the controller, which specifies the speed control variable as a function of the media parameter or in an additional, e.g. higher-level or subordinate controller or a computing unit.
  • control time can be reduced by initially setting the speed that is likely to be required directly, or an at least temporary deviation of the media parameter from the setpoint value caused by the change in the operating parameter can be avoided or reduced.
  • the invention can also include volume flow control.
  • Their volume flow setpoint can, for example, be provided by a higher-level controller in the case of cascaded control.
  • the volume flow present in the primary circuit before the change in the operating parameter can also be recorded, for example by means of a sensor in the primary circuit or from pump parameters and this volume flow can be adopted as the setpoint that is regulated after the operating parameter has been changed.
  • This can also be implemented in the controller, which specifies the manipulated speed variable as a function of the media parameter, or in an additional, for example higher-level or secondary controller or a computing unit.
  • the invention can provide that it is designed by a system in which the at least one controller or the named control unit is set up to carry out the method described above.
  • a preferred embodiment can provide that at least the control electronics of the media parameter control, in particular the temperature control for specifying the speed control variable, preferably the entire control electronics for performing the above-described method, or the method in or on the pump in the primary circuit, which is specified below with reference to the figures is / is arranged in or on the housing of the pump of the primary circuit.
  • the arrangement can be such that the control is fully integrated into the pump electronics of the pump of the primary circuit. It is thus achieved that no additional control unit has to be added to the pump electronics in order to form the system. Pump electronics and control unit thus form a common electronics unit.
  • This also has the advantage that parameters present in the pump, e.g. Operating parameters can be made available directly to the control, in particular therefore only via internal pump lines or communication paths.
  • the frame 5a is intended to visualize that at least the control components arranged in this frame are integrated into the pump 5 as a control unit 5a, for example directly in its electronics or as separate electronics, for example as a module that is in / on the pump is plugged in.
  • the Components in the frame 5a can also be arranged in / on another actuator, for example the throttle valve 3 or the mixing valve 9.
  • the invention can provide that, in addition to the framed components, other components are also integrated into the control unit 5a, for example into the Figures 1 , 2 and 5 also the valve positioner 2. Based on the Figures 3 and 4th for example, the valve actuator of the mixer valve 9, which is not referenced in any more detail, could also form part of the control unit 5a.
  • the Figure 1 shows a preferred embodiment of the invention in which between the primary side and the secondary side of a heat transfer 8 energy is transferred, for example from the primary circuit 1 to the medium, such as air on the secondary side.
  • the outlet temperature of the medium after the heat exchanger 8 is recorded on the secondary side and compared with a target temperature in the controller 7, which specifies the required target volume flow in the primary circuit 1 for the controller 4 in order to reduce the temperature difference.
  • the hydraulic resistance of the primary circuit 1 is increased as a counteracting change in an operating parameter. This can take place, for example, by means of a valve adjusting device 2 with which the opening cross section of a throttle valve 3 arranged in the primary circuit 1 is reduced.
  • the pump speed is monitored for falling below or reaching a lower limit value, and the counteracting change is triggered when the lower limit is detected.
  • the invention detects whether the speed falls below or reaches the lower speed limit value and then triggers a reduction in the cross section of the throttle valve 3, which counteracts a further decrease in the speed.
  • the effect is, for example, that by reducing the opening cross-section of the throttle valve 3, the hydraulic resistance in the primary circuit 1 increases, which causes an increased pressure loss in the control system, whereby the volume flow is reduced, which also reduces the heat transfer. It can be provided that the pump always generates a minimum pressure difference, which already results in an increase in speed.
  • the regulation or the controller 4 will regulate the volume flow by changing the speed, in particular increasing it at the pump 5 to the predetermined setpoint value, in particular which compensates for the loss of heat transfer caused by the change.
  • the controller 4 receives the target volume flow from a higher-level controller 7, which specifies this target volume flow to the controller 4 as a function of a target temperature of the medium on the secondary side and its actual temperature, which is compared with the actual in the controller 4 -Volume flow, e.g. in the primary circuit 1 is measured with a volume flow sensor 6, which is alternatively determined from pump data.
  • the speed of the pump after the change is therefore greater than before the change.
  • the control can thus further reduce the heat transfer with a further reduction in speed, but remains in a desired speed control range because of the change in the hydraulic resistance.
  • the actual volume flow can also be recorded directly before a change in the throttle valve position and taken over as a setpoint value which is regulated by the controller 4 directly after the change by specifying the speed.
  • the same volume flow is at least essentially conveyed, but at different speeds.
  • the method can also provide for a new speed to be specified directly, which causes a volume flow rate smaller than the volume flow rate before the change, in order to continue to meet the falling demand for heat transfer directly.
  • the invention can furthermore preferably provide in the volume flow control 4 of the primary circuit 1, in particular which is arranged downstream of the media parameter control 7 of the medium on the secondary side, in order to achieve a target media parameter of the medium on the secondary side, that the speed control variable for the pump 5 or the actual Speed of the pump 5 is compared with the predetermined lower speed limit value of the pump 5, which can be stored in the controller 4 or the valve actuator 2, for example.
  • the comparison can be made, for example, in valve positioner 2 or in another unit of regulation.
  • It can preferably be provided that if the predetermined lower speed limit value is not reached or reached, the opening cross-section of the throttle valve 3 is reduced to a value smaller than the design value, e.g. the maximum cross-section, in particular by a predetermined amount, which is e.g. stored or calculated can be, for example, to bring about a speed change in the middle of the speed interval between the limit values after the change in the throttle valve position.
  • the invention in this embodiment can also provide that in the volume flow control of the primary circuit 1, the speed control variable for the pump 5 or the actual speed of the pump 5 is also compared with a predetermined upper speed limit value of the pump 5 and if it is exceeded or reaching the upper speed limit value and an opening cross-section of the throttle valve that is simultaneously present smaller than the maximum cross-section with the valve adjusting device the opening cross-section of the throttle valve is increased, in particular by a predetermined amount, or with a maximum cross-section of the throttle valve present at the same time, the speed manipulated variable to a speed greater than the upper speed limit value is increased. If the cross section of the throttle valve 3 can no longer be enlarged, the need for increased energy transfer must therefore be served by increasing the speed above the upper speed limit value. The upper speed limit must therefore be selected below a maximum speed of the pump so that this is possible.
  • This embodiment can therefore e.g. provide that the design value of the throttle valve 3 for the unaffected primary circuit is the fully open position, from which a change is only possible in the first direction mentioned above.
  • the design can of course also take place for a position of the throttle valve 3 with a reduced cross-section, which thus also enables changes based on the design value in both directions.
  • control unit 5a determines a manipulated variable in the pump 5, which is used directly in the pump 5 to set the speed, but which is also externally to another actuator is communicated, namely here to the valve actuator 2.
  • the control unit 5a continues to receive the temperature of the secondary medium, the current volume flow in the primary circuit and the setpoint of the temperature of the secondary medium from the outside.
  • the Figure 2 shows an embodiment in which the hydraulic resistance is also influenced as an operating parameter of the primary circuit 1 with a throttle valve 3.
  • the media temperature on the outlet side of the heat transfer 8 is again observed as the media parameter.
  • the invention also provides that the opening cross-section of the throttle valve 3 as an operating parameter of the primary circuit 1 is changed with the valve adjusting device 2.
  • the setting of the opening cross-section of the throttle valve 3 takes place in fact as a function of a secondary detected power requirement, preferably independently of the speed manipulated variable / actual speed.
  • the power requirement can be determined, for example, from the current secondary-side volume flow, the current secondary-side medium temperature upstream of the heat exchanger 8 and the setpoint temperature after the heat exchanger 8. It does not therefore take place as in the Figure 1 a comparison of the actual speed with the speed limit value.
  • a check is carried out to determine whether a lower power requirement limit value has been exceeded or reached, and if the lower limit is found, the counteracting change in the operating parameter, here the increase in hydraulic resistance, is triggered.
  • the invention can provide that e.g. in the valve adjusting device 2 the throttle valve positions are stored as a function of the power requirement, e.g. as a table or as a function, in particular on the basis of a design performance of the heat exchanger 8.
  • control system thus knows at which power requirement or at which multiple performance requirements in the regulation the lower speed limit value would be undershot or the minimum speed would and can be reached counteract this by, in particular, repeated reduction in the cross section of the throttle valve 3.
  • a throttle valve is used to change the operating parameter, here the hydraulic resistance, in particular in the embodiments of FIG Figures 1 and 2 it can be provided that the throttle valve is operated with a valve authority less than 0.3, preferably less than 0.2, more preferably less than 0.1.
  • the throttle valve is provided, in particular predominantly, to keep the pump in a pumpable speed range above the minimum speed or above the lower speed limit value and more preferably also to keep it below the upper limit value.
  • control unit 5a receives the setpoint value for the temperature of the secondary medium and a power demand value from the outside.
  • a manipulated variable for setting the pump speed is only communicated within the pump.
  • the execution of the Figure 3 also relates to a heat transfer in the heat exchanger 8 between a heat transfer medium in the primary circuit 1 and a medium on the secondary side, for example air.
  • a first control loop is formed with the controller 4.
  • the speed controller 4 specifies the speed or a variable on which the speed depends on the pump 5 as a manipulated variable.
  • a target / actual deviation in controller 4 - as with the Figure 2 -
  • the temperature difference between the media outlet temperature behind the heat exchanger 8 and a target temperature is used.
  • the invention can provide that the temperature of the primary-side heat transfer medium is adapted, in particular reduced, as a counteracting change in an operating parameter.
  • Figure 3 One way of realizing this is shown by Figure 3 .
  • a mixing valve 9 is arranged in the primary circuit 1, with which the admixing of a heat transfer medium from a mixer circuit 10 to the heat transfer medium of the primary circuit 1 can be changed as a function of a manipulated variable, in particular the admixing can be changed as a counteracting change, e.g. can be reduced.
  • the direction of change is predetermined, i.e. predetermined whether the admixture is reduced or increased to achieve the counteracting change got to.
  • the controller reduces the speed of the pump as part of the temperature control in order to take account of a falling heat demand, a reduction in the pump speed to a lower speed limit value or the minimum speed can be counteracted by lowering the temperature in the primary circuit 1.
  • either the admixture of a heat transfer medium from the mixer circuit 10 to the medium in the primary circuit 1 can be reduced, in particular if the temperature of the heat transfer medium in the mixer circuit 10 is higher than the current temperature of the medium in the primary circuit 1, or the admixture can be increased, in particular if the temperature of the heat transfer medium in the mixer circuit 10 is higher than the current temperature of the medium in the primary circuit 1. Both cases lead to a lowering of the temperature in the primary circuit, which counteracts the lowering of the speed.
  • a comparison could also be made between the actual speed of the pump 5 and a lower speed limit value in order to trigger a counteraction, e.g. to change the temperature of the heat transfer medium in the primary circuit by changing the admixture in the mixer valve 9 when the speed limit is reached, in particular e.g. in a heating application and thus to change the temperature or the energy content in the primary circuit, which reduces the heat transfer.
  • a counteraction e.g. to change the temperature of the heat transfer medium in the primary circuit by changing the admixture in the mixer valve 9 when the speed limit is reached, in particular e.g. in a heating application and thus to change the temperature or the energy content in the primary circuit, which reduces the heat transfer.
  • the target temperature of the primary-side temperature control 11 can preferably be specified with the heating curve 12 as a function of the secondary-side power requirement, in particular, whereby - as visualized here - the power requirement is determined from the current secondary-side volume flow, the current secondary-side medium temperature upstream of the heat exchanger and the target temperature after the heat exchanger 8.
  • the control system therefore actually knows via the heating curve at which power requirement or at which multiple performance requirements in the regulation a lower speed limit would be undershot or the minimum speed would be reached and can counteract this by changing the temperature setpoint in the primary circuit, in particular by simply or repeatedly changing the proportioning ratio is implemented at the mixing valve 9.
  • at least one limit value of the power requirement from which the change occurs is stored in the heating curve.
  • control unit 5a actually receives the secondary power requirement from the outside via the values of the secondary volume flow and the temperature difference across the heat exchanger 8, as well as the setpoint of the temperature on the secondary side.
  • the control unit 5a in the pump 5 uses a determined rotational speed manipulated variable internally and communicates a further manipulated variable for the mixer valve 9 to the outside.
  • the invention can generally provide, from a heating curve with the, according to an upstream calibration, the dependence of the heat exchanger power on the speed of the primary circuit pump, in particular also on the temperature of the secondary-side medium upstream of the heat exchanger and / or the volume flow of the Secondary-side medium is described as a function to form the inverse function 13 and to connect this inverse function 13 for linearization after the controller 4, with which the speed control variable of the primary circuit pump 5 is determined.
  • the Figure 4 shows this design for the variant of the previously described Figure 3 and the Figure 5 shows this for the variant of the previously described Figure 2 , especially where the heating curve itself is not used.
  • Both Figures 4 and 5 is the management of the parameters required for regulation such as the Figures 2 and 3 described, whereby the speed manipulated variable is guided via the inverse and processed inside the pump.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung eines Medienparameters des sekundärseitigen Mediums eines Wärmeübertragers (8), insbesondere Luft, umfassend einen von einem Sekundärmedium durchströmten Wärmeübertrager (8) mit einem Primärkreislauf (1), in welchem mit einer Pumpe (5) ein primärseitiges Wärmeträgermedium durch den Wärmeübertrager förderbar ist, wobei für die Medienparameter-Regelung wenigstens eine Regeleinheit (4, 7, 11) vorgesehen ist, die durch eine Elektronik und/oder ein Programm eingerichtet ist, die Regelung durchzuführen, wobei ein Aktor des Primärkreislaufs die Regeleinheit umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Regelung eines Medienparameters.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Regelung eines Medienparameters des sekundärseitigen Mediums eines Wärmeübertragers, insbesondere Luft, umfassend einen von einem Sekundärmedium durchströmten Wärmeübertrager mit einem Primärkreislauf, in welchem mit einer Pumpe ein primärseitiges Wärmeträgermedium durch den Wärmeübertrager förderbar ist, wobei für die Medienparameter-Regelung wenigstens eine Regeleinheit vorgesehen ist, die durch eine Elektronik und/oder ein Programm eingerichtet ist, die Regelung durchzuführen.
  • Im Stand der Technik ist es allgemein bekannt, mittels eines Wärmeübertragers Wärme zwischen einem Wärmeträgermedium auf dessen Primärseite und einem Medium auf dessen Sekundärseite zu übertragen. Ein Wärmeübertrager kann z.B. ein Plattenwärmetauscher sein, beispielsweise wenn die Medien auf Primär- und Sekundärseite jeweils Flüssigkeiten sind. Ein Wärmeübertrager kann auch ein sogenanntes Heiz- oder Kühlregister oder ein Konvektor sein. In einem solchen Fall ist das Medium auf der Primärseite üblicherweise eine Flüssigkeit und das auf der Sekundärseite üblicherweise ein Gas, insbesondere Luft.
  • Die Übertragungsrichtung kann bei der Temperierung des Mediums der Sekundärseite beliebig sein. Bei Heizanwendungen wird üblicherweise Energie von der Primärseite auf die Sekundärseite übertragen und bei einer Kühlanwendung umgekehrt. Dafür wird üblicherweise mit einer Pumpe das Wärmeträgermedium, wie z.B. häufig eine Flüssigkeit, bevorzugt Wasser oder ein Wasser/Glykol-Gemisch auf der Primärseite aktiv mit wenigstens einer Pumpe im Kreis gefördert, z.B. im Kreislauf durch ein Heiz- oder Kühlgerät gefördert.
  • Auch auf der Sekundärseite kann das Medium, z.B. eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder auch ein gasförmiges Medium, z.B. Luft aktiv gefördert werden. So wird eine Flüssigkeit üblicherweise mit wenigstens einer Pumpe und Luft mit wenigstens einem Ventilator gefördert. Die Förderung des Mediums auf der Sekundärseite kann aber auch rein durch Konvektion erfolgen. Typische, auch erfindungsgemäße Anwendungen sind die Beheizung oder Kühlung von Räumen eines Gebäudes. Die Erfindung bezieht sich ebenso auf diese Anwendungen, insbesondere die Temperierung von Luft auf der Sekundärseite.
  • Die Temperierung des Mediums auf der Sekundärseite erfolgt geregelt, wobei z.B. als geregelter Medienparameter bevorzugt die Temperatur des Mediums der Sekundärseite herangezogen wird. Als alternative Medienparameter sind z.B. auch die Feuchte (insbesondere relative Luftfeuchte) des Mediums oder die Enthalpie des Mediums, insbesondere bei adiabatischer Befeuchtung, bevorzugt mit geregelten Düsen, verwendbar. Der gewählte Medienparameter kann mittels eines Sensors vom Medium der Sekundärseite erfasst werden und der Regelung zur Verfügung gestellt werden. Die Regelung vergleicht den erfassten Medienparameter mit einem Sollwert und stellt bei einer Abweichung eine die Abweichung verringernde Stellgröße zur Verfügung. Beispielsweise wirkt die Stellgröße auf ein Stellmittel im Primärkreislauf.
  • Üblicherweise wird die Regelung durch eine Elektronik und/oder ein Programm in einer Regeleinheit ausgeführt. Der Regeleinheit werden der gemessene sekundärseitige Medienparameter und ein zu erreichender Sollwert des Medienparameters vorgegeben, wonach die Regeleinheit - auch einfach Regler genannt - eine die Abweichung zwischen Sollwert und aktuellem Medienparameter verringernde Stellgröße ermittelt, z.B. berechnet und an das Stellmittel übermittelt. Das Stellmittel wird üblicherweise durch einen Aktor im Primärkreislauf ausgebildet. Die Erfindung macht von diesem Vorgehen ebenso Gebrauch.
  • Besonders in komplexeren Systemen, aber auch schon bei einfachen Anlagen sieht es der Stand der Technik üblicherweise vor, dass der Regler, bzw. eine diesen bildende Regeleinheit in einem Schaltschrank oder auf sonstige Art zentral angeordnet ist. Dies ist häufig auch sinnvoll, z.B. um die hydraulischen Teile und die elektrischen / elektronischen Teile eines Systems zu trennen.
  • Problematisch ist dabei hingegen, dass ein solches geregeltes System einen hohen Verkabelungsaufwand erzeugt, was fehleranfällig und kostenintensiv ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein geregeltes System und ein Verfahren zur Regelung eines Systems der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem der Verkabelungsaufwand signifikant reduziert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass, bei einem System der genannten Art ein Aktor des Primärkreislaufs die Regeleinheit umfasst. Bei dem Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Regelung des Medienparameters durch eine Elektronik und/oder ein Programm in einem Aktor des Primärkreislaufs durchgeführt wird.
  • Die Regelung, bzw. Regeleinheit kann bevorzugt zumindest im Gehäuse des Aktors angeordnet sein, insbesondere aber auch in dessen Elektronik implementiert sein. Die Regeleinheit kann somit im oder am Aktor einen Teil derjenigen Elektronik bilden, die der Aktor für seine Aktor-Funktionalität benötigt. Die Regeleinheit kann auch eine separate Elektronik bilden, die aber zumindest am Ort des Aktors, bevorzugt zumindest an dessen Gehäuse, weiter bevorzugt in dessen Gehäuse angeordnet ist. Bei separaten Elektroniken von Regeleinheit und Aktor kommunizieren diese Aktor-intern miteinander.
  • Die Regeleinheit kann bevorzugt alle Komponenten des Systems umfassen, die zur Regelung benötigt werden, insbesondere zumindest eine Untereinheit mit einem Soll-Ist-Vergleich des zu regelnden Parameters, ggfs. mit Speicherplätzen für den Soll- und Ist-Parameter, die von extern an diese Speicherplätze übergeben werden. Diese Untereinheit kann auch eine Stellgröße bereitstellen, welche ermittelt wird, um die Soll-Ist-Abweichung zu verringern. Eine solche Stellgröße kann von der Regeleinheit nach extern an eine Stellvorrichtung kommuniziert werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine Stellvorrichtung ebenso bereits in der Regeleinheit als Untereinheit implementiert ist. Eine solche Stellvorrichtung kann, wie nachfolgend noch beschrieben wird, z.B. die Stellung eines Ventils beeinflussen, insbesondere eines Drosselventils oder auch eines Mischerventils.
  • Unter einem Aktor des Primärkreislaufes wird dabei allgemein jedes ansteuerbare Element oder Gerät verstanden, mit dem Einfluss auf einen Betriebsparameter des Primärkreislaufes genommen werden kann, insbesondere also der Betriebsparameter aktiv geändert werden kann. Es kann sich beispielsweise um einen solchen Aktor handeln, dem eine Stellgröße der Regelung zugeführt wird. Ein solcher Aktor setzt somit die erhaltenen Stellgröße in eine Änderung des Betriebsparameters um. Mögliche Betriebsparameter sind z.B. der hydraulische Widerstand des Primärkreislaufes, der Volumenstrom im Primärkreislauf, die Temperatur des Mediums im Primärkreislauf.
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung hat den Vorteil, dass die Regeleinheit direkt am Ort eines Aktors im Primärkreislauf angeordnet ist. Hierdurch werden Kabelwege oder allgemein Signalübertragungswege oder Kommunikationswege deutlich reduziert. Das Signalübertragungsverhalten wird verbessert und somit auch eine Fehleranfälligkeit reduziert. Besonders kurz sind die Kabel- bzw. Signal- oder Kommunikationswege, wenn der Aktor ein solcher ist, der eine Stellgröße, die von der Regelung erhalten wird, direkt in eine Änderung eines Betriebsparameters umsetzen kann.
  • In bevorzugter Ausführung kann es die Erfindung vorsehen, dass der Aktor beispielsweise durch die Pumpe gebildet ist, mit der das Medium im Primärkreislauf förderbar ist. Die Implementation der Regeleinheit in oder an der Pumpe ist besonders vorteilhaft, wenn die Regeleinheit eine Stellgröße an die Pumpe bereitstellt, die von der Pumpe selbst als Aktor in eine Änderung des Betriebsparameters umgesetzt wird, z.B. die Stellgröße eine Drehzahländerung bewirkt, mit der eine Änderung des Volumenstromes im Primärkreislauf einhergeht. In diesem Fall entfallen für die von der Regeleinheit bereitgestellte Stellgröße jegliche externe Übertragungswege. Lediglich der Ist-Wert des geregelten Medienparameters der Sekundärseite ist an die Pumpe zu übermitteln. Der Sollwert kann in der Regeleinheit gespeichert sein, ggfs. nach einer Übertragung an diese. Die Erfindung kann auch vorsehen, dass von der Regeleinheit in/an der Pumpe die ermittelte Stellgröße an einen anderen Aktor des Primärkreislaufs übermittelbar ist, z.B. an ein Drosselventil oder ein Mischerventil.
  • Eine andere bevorzugte Ausführung kann vorsehen, dass der Aktor durch ein Drosselventil im Primärkreislauf gebildet ist. Die Implementation der Regeleinheit in oder an dem Drosselventil ist besonders vorteilhaft, wenn die Regeleinheit eine Stellgröße an das Drosselventil bereitstellt, die von dem Drosselventil selbst als Aktor in eine Änderung des Betriebsparameters umgesetzt wird, z.B. die Stellgröße eine Änderung des hydraulischen Widerstandes im Primärkreislauf bewirkt, z.B. durch Verstellen des Ventilstellgliedes des Drosselventils. In diesem Fall entfallen für die von der Regeleinheit bereitgestellte Stellgröße jegliche externe Übertragungswege. Lediglich der Ist-Wert des geregelten Medienparameters der Sekundärseite ist an das Drosselventil zu übermitteln. Der Sollwert kann in der Regeleinheit gespeichert sein, ggfs. nach einer Übertragung an diese. Die Erfindung kann auch vorsehen, dass von der Regeleinheit in/an dem Drosselventil die ermittelte Stellgröße an einen anderen Aktor des Primärkreislaufs übermittelbar ist, z.B. an die Pumpe im Primärkreislauf oder an ein Mischerventil.
  • Wiederum eine andere bevorzugte Ausführung kann vorsehen, dass der Aktor durch ein Mischerventil gebildet ist, mit dem ein Medium aus einem Mischerkreis in das Medium des Primärkreislaufes zumischbar ist, insbesondere wodurch die Temperatur des Medium im Primärkreislauf änderbar ist. Die Implementation der Regeleinheit in oder an dem Mischerventil ist besonders vorteilhaft, wenn die Regeleinheit eine Stellgröße an das Mischerventil bereitstellt, die von dem Mischerventil selbst als Aktor in eine Änderung des Betriebsparameters umgesetzt wird, z.B. die Stellgröße eine Änderung der Temperatur im Primärkreislauf bewirkt, z.B. durch Verstellen der Zumischung eines Medium aus einem Mischerkreis in den Primärkreislauf. In diesem Fall entfallen für die von der Regeleinheit bereitgestellte Stellgröße jegliche externe Übertragungswege. Lediglich der Ist-Wert des geregelten Medienparameters der Sekundärseite ist an das Mischerventil zu übermitteln. Der Sollwert kann in der Regeleinheit gespeichert sein, ggfs. nach einer Übertragung an diese. Die Erfindung kann auch vorsehen, dass von der Regeleinheit in/an dem Mischerventil die ermittelte Stellgröße an einen anderen Aktor des Primärkreislaufs übermittelbar ist, z.B. an die Pumpe im Primärkreislauf oder an ein Drosselventil.
  • Die erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugte Ausführung ist die vorgenannte, bei der die Implementation der Regelung auf der Pumpe erfolgt, die Pumpe also die Regeleinheit umfasst.
  • Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung kann auch vorsehen, dass die Regeleinheit als ein Modul ausgebildet ist, das in den Aktor, insbesondere die Pumpe, einsteckbar und aus diesem entfernbar ist. Die Steckverbindung zwischen Aktor und Regeleinheiten-Modul kann elektronisch durch ein Standard-Bus-System ausgebildet sein, z.B. Modbus oder CAN-Bus. Es ergibt sich durch die modulare Ausbildung die Möglichkeit die Regeleinheit vollständig extern zu programmieren und/oder zu parametrisieren, z.B. in einer externen SPS-Anlage, und als fertiges Modul in den Aktor, bevorzugt die Pumpe einzusetzen. Der Aktor kann dafür einen Aufnahmeschacht aufweisen, in den das Modul einsteckbar ist, insbesondere oberflächenbündig. Es ergibt sich so auch die Möglichkeit bei derselben Pumpe verschiedene Regelungsarten oder verschiedene Parametrisierungen einer Regelung auf einfache Art zu implementieren, insbesondere zu ändern.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass am Aktor und/oder an der Regeleinheit des Aktors, bevorzugt an einer als steckbares Modul ausgebildeten Regeleinheit ein Benutzerinterface implementiert ist, über welches die Regeleinheit durch einen Nutzer parametrierbar ist. So kann ein Nutzer entweder alleinige eine Programmierung oder Parametrisierung der Regeleinheit vornehmen oder auf eine vorgegebene Programmierung / Parametrisierung auf Wunsch ändern. Eine solches Benutzerinterface kann eine Eingabeeinheit und/oder Ausgabeeinheit für Daten umfassen. Das Benutzerinterface kann in einer möglichen Ausführung auch als eine Kommunikationsschnittstelle ausgebildet sein, bevorzugt eine funkgebundene, über die der Aktor, bevorzugt die Regeleinheit, weiter bevorzugt das Regeleinheiten-Modul eine Kommunikation mit einem externen Kommunikationsgerät führt, z.B. einem Mobiltelefon.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn der Aktor, insbesondere die Pumpe einen Temperatursensor zur Erfassung der primärseitigen Medientemperatur aufweist. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Aktor ein solcher ist, der direkt hydraulisch an des Medium des Primärkreislaufes angebunden ist, wie es z.B. bei einer Pumpe, einem Drossel- oder Mischerventil der Fall ist. Demnach kann der Temperatursensor vollständig intern im Aktor ausgebildet sein, so dass wiederum jegliche externe Kommunikationswege oder Signalübertragungswege für Temperaturwert entfallen.
  • Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Aktor, insbesondere die Pumpe, einen Außentemperaturfühler umfasst und/oder einen Kommunikationsanschluß umfasst, über den dem Aktor Temperaturdaten aus einer Wetterdatenbank übermittelbar sind. So können an dem Aktor, z.B. der Pumpe alle wesentlichen Parameter zusammengeführt werden, die für eine Regel, insbesondere in Abhängigkeit von Außentemperaturen benötigt werden.
  • Die Erfindung kann z.B. vorsehen, dass die Regeleinheit eingerichtet ist, über einen vorbestimmten Zeitraum, insbesondere ein Jahr, den Wärmebedarf in Abhängigkeit der Außentemperatur zu erfassen und hieraus eine Heizkurve zu bilden, welche zu einer Außentemperatur die zugehörige Medientemperatur des Primärkreislaufes zuordnet, insbesondere derart, dass für alle Außentemperaturen der Volumenstrom im Primärkreislauf zumindest im Wesentlichen konstant ist.
  • Insbesondere, wenn die Regelung in einer Regeleinheit in oder an der Primärkreislauf-Pumpe, ausgebildet ist, grundsätzlich aber auch allgemein, kann es eine bevorzugte Ausführung der Regelung vorsehen, dass die Medienparameter-Regelung zumindest zum Teil mittels einer Änderung der Drehzahl der Pumpe als Stellgröße der Regelung erfolgt, wobei beim Unterschreiten oder Erreichen eines vorgegebenen unteren Grenzwertes bei einer Absenkung der Drehzahl der Pumpe eine der Absenkung entgegenwirkende Änderung eines Betriebsparameters des Primärkreislaufes ausgelöst wird, insbesondere mit der eine Absenkung der Pumpendrehzahl bis zu einer Minimaldrehzahl verhindert wird.
  • Bevorzugt wird somit durch die ausgelöste Änderung eines Betriebsparameters eine weitere Absenkung der Pumpendrehzahl, insbesondere eine weitere Absenkung bis zur Minimaldrehzahl verhindert. Es wird also bevorzugt bei der erfindungsgemäßen Regelung die Minimaldrehzahl, nicht erreicht, sondern die Pumpe immer über dieser Minimaldrehzahl betrieben, z.B. auch über einem nach unten nicht zu unterschreitenden Drehzahlgrenzwert, welcher die Minimaldrehzahl sein kann oder auch größer als diese sein kann.
  • Bei der Minimaldrehzahl kann es sich um eine Betriebsdrehzahl größer Null U/min (Ausschaltstellung) handeln, unter der die betrachtete Pumpe nicht betrieben werden kann oder zumindest nicht betrieben werden soll. Beispielsweise kann eine Elektronik der Pumpe das Unterschreiten dieser Minimaldrehzahl nicht zulassen, z.B. auch dann, wenn eine niedrigere Drehzahl angesteuert wird, z.B. durch eine externe Steuergröße. Bei einer solchen Minimaldrehzahl kann der geförderte Volumenstrom zu hoch sein, so dass kleine Leistungsanforderungen nicht bedient werden können, da die übertragene Wärmeleistung bei dieser Minimaldrehzahl größer wäre als die angeforderte Leistung. Im Kleinlastbereich kann daher mit einer reinen Drehzahländerung nicht geregelt werden.
  • Als zu überwachender Grenzwert können mehrere Systemparameter in Frage kommen. Der System parameter kann dabei ein am System erfassbarer Wert sein, z.B. ein an der Primärseite oder an der Sekundärseite oder an beiden Seiten erfassbarer Wert. Einige bevorzugte Systemparameter werden nachfolgend benannt.
  • Eine mögliche Ausführung kann es z.B. vorsehen, dass als unterer Grenzwert ein unterer Drehzahlgrenzwert überwacht wird. Dies ist ein Systemparameter, der nur an der Primärseite erfasst wird. So bewirkt die Erfindung in diesem Fall, dass dann, wenn durch die Regelung eine Absenkung der Drehzahl erfolgt, das Unterschreiten oder Erreichen dieses unteren Drehzahlgrenzwertes überwacht wird und, wenn das Unterschreiten oder Erreichen detektiert wird, die genannte der Absenkung entgegenwirkende Änderung eines Betriebsparameters getriggert, also ausgelöst wird.
  • Zwar kann, z.B. aufgrund einer Systemträgheit in dieser Ausführung der untere Drehzahlgrenzwert an der Pumpe noch unterschritten werden, die entgegenwirkende Änderung bewirkt aber zumindest, das die Absenkung der Drehzahl zumindest vor Erreichen der Minimaldrehzahl beendet wird.
  • Der benannte untere Drehzahlgrenzwert der Pumpe ist dabei ein Drehzahlwert, der über der Minimaldrehzahl, z.B. der bauartbedingten Minimaldrehzahl liegt, bei der die Pumpe im gegebenen Primärkreislauf einen zu hohen Volumenstrom fördern würde und damit geringe Leistungsanforderung nicht bedienen könnte.
  • Eine andere Ausführung kann auch vorsehen, dass als unterer Grenzwert ein Differenzwert zwischen der aktuellen Pumpendrehzahl und einem nach unten nicht zu unterschreitenden Drehzahlgrenzwert überwacht wird. Insbesondere kann so erzielt werden, dass die Pumpe immer mit einer Drehzahl größer als der nicht zu unterschreitende Drehzahlgrenzwert betrieben wird, wofür durch den genannten Differenzwert ein genügend großer Abstand von dem nicht zu unterschreitenden Drehzahlgrenzwert definiert wird, ab dessen Unterschreiten oder Erreichen die erfindungsgemäße Betriebsparameteränderung ausgelöst wird. Die Änderung des Betriebsparameters wird somit bereits ausgelöst, wenn der nicht zu unterschreitende Drehzahlgrenzwert noch nicht erreicht ist, sondern die aktuelle Pumpendrehzahl um den Differenzwert dazu beabstandet ist.
  • Der Differenzwert kann z.B. so bemessen sein, dass unter Berücksichtigung einer Systemträgheit die Entgegenwirkung zur Absenkung das Unterschreiten des unteren Drehzahlgrenzwertes verhindert wird.
  • In weiterer Ausführung kann der untere Grenzwert ein unterer Leistungsanforderungswert sein. Dieser kann z.B. ermittelt werden aus der Eingangstemperatur des sekundärseitigen Mediums vor dem Wärmetauscher, dem Volumenstrom des sekundärseitigen Mediums und einer Solltemperatur des sekundärseitigen Mediums. Dieser Systemparameter ist somit ein sekundärseitiger Parameter. So kann z.B. im System hinterlegt sein, dass Leistungen unterhalb des unteren Leistungsanforderungswertes nicht bedient werden können/sollen, z.B. ohne die Drehzahl der Pumpe in Richtung zur Minimaldrehzahl oder einer anderen nicht zu unterschreitenden unteren Drehzahlgrenze abzusenken.
  • Die erfindungsgemäße, durch die vorgenannte Überwachung ausgelöste Änderung des Betriebsparameters bewirkt erfindungsgemäß, dass durch die Regelung, die mit wenigstens einem Regler implementiert sein kann, zeitlich mit der Änderung oder zeitlich nach der Änderung des Betriebsparameters die Drehzahlstellgröße für die Pumpe, die von einem Regler an die Pumpe bereitgestellt wird, auf einen größeren Wert eingestellt wird, insbesondere einen Wert größer als vor der Auslösung der Änderung, um den Sollwert des beobachteten Medienparameters (weiterhin) einzuhalten. Bevorzugt wird mit der Änderung bewirkt, dass nach Durchführung der Änderung der zuvor überwachte Grenzwert wieder eingehalten wird. Z.B. kann mit Bezug auf die vorgenannten Beispiele die Drehzahlstellgröße so eingestellt werden, dass nach der Einstellung die Drehzahl größer gleich ist als der überwachte untere Drehzahlgrenzwert oder der überwachte Differenzwert oder der überwachte untere Leistungsanforderungswert erreicht oder überschritten werden.
  • Bevorzugt wird faktisch so erzielt, dass durch die Änderung des Betriebsparameters der Wärmeübertrag (richtungsunabhängig betrachtet, also dessen vorzeichenbereinigter Betragswert) im Wärmeübertrager bei ungeänderter oder zumindest als ungeändert angenommener Pumpendrehzahl im Augenblick der Auslösung der Änderung reduziert wird und sodann durch die Regelung bzw. durch den Regler mittels einer Erhöhung der Pumpendrehzahl der Volumenstrom im Primärkreislauf vergrößert und dadurch der Wärmeübertrag wieder erhöht wird, insbesondere die vorherige, durch die Änderung bewirkte Reduktion des Wärmübertrags verringert, bevorzugt zumindest kompensiert wird.
  • Insbesondere liegt diesem erfindungsgemäßen Ansatz die Überlegung zugrunde, den durch die vorgenannte Änderung eines Betriebsparameters noch unbeeinflussten Primärkreislauf so auszulegen, dass die für die Regelung benötigten primärseitigen Volumenströme, um im Wärmeübertrager einen benötigten Energieübertrag zu erzielen, in dem unbeeinflussten Primärkreislauf nicht alleinig durch eine Drehzahländerung der Pumpe, z.B. nicht alleinig durch eine Drehzahlabsenkung erzielt werden können. Der unbeeinflusste Primärkreislauf ist also ein solcher, bei dem der Betriebsparameter, der gemäß der Erfindung einer Änderung unterliegt, noch ungeändert ist, der Betriebsparameter somit z.B. einen vorgegebenen Auslegungswert oder Startwert hat, von dem aus die Änderung erfolgt.
  • Erfolgt beispielsweise die Auslegung so, dass im unbeeinflussten Primärkreislauf Volumenströme in einem Intervall zwischen einem Minimalvolumenstrom und einen Maximalvolumenstrom benötigt würden, insbesondere um ein gewünschtes Regelverhalten oder einen gewünschten Energieübertrag zu erzielen, wobei der Minimalvolumenstrom kleiner ist, als der bei der Minimaldrehzahl vorliegende Volumenstrom, so ergibt sich, dass der Minimalvolumenstrom theoretisch nur erreicht werden könnte, wenn die Minimaldrehzahl der Pumpe unterschritten würde. Diesem Problem begegnet die Erfindung somit mit dem Ansatz bei einer Absenkung der Drehzahl vor Erreichen der Minimaldrehzahl den Wärmeübertrag durch die Änderung des Betriebsparameters weiter zu reduzieren und so die Drehzahl der Pumpe in einem regelbaren Bereich zu halten, insbesondere zumindest über der Minimaldrehzahl, bevorzugt über einer darüber liegenden Grenze.
  • Die Erfindung kann es auch vorsehen, dass beim Überschreiten oder Erreichen eines vorgegebenen oberen Grenzwertes bei einer Anhebung der Drehzahl der Pumpe eine der Anhebung entgegenwirkende (z.B. einer vorherigen Änderung) entgegengesetzte Änderung des Betriebsparameters ausgelöst wird.
  • Die Erfindung kann grundsätzlich vorsehen, dass Änderungen des Betriebsparameters ausgehend von einem Auslegungs- oder Startwert in beide Richtungen möglich sind, also den Auslegungswert vergrößernd oder verkleinernd.
  • Sofern ausgehend von Auslegungswert oder Startwert eine Änderung des Betriebsparameters hingegen nur in eine erste Richtung möglich ist, die einer weiteren Absenkung der Drehzahl der Pumpe entgegenwirkt, kann es vorgesehen sein, dass eine entgegengesetzte Änderung in eine zweite Richtung zum Entgegenwirken einer weiteren Erhöhung der Pumpendrehzahl nur vorgenommen wird, wenn zuvor wenigstens eine Änderung in der ersten Richtung stattgefunden hat, insbesondere ansonsten der überwachte obere Grenzwert überschritten wird.
  • Insbesondere sofern im Rahmen der erfindungsgemäßen Regelung nach einer vorgenommenen Änderung des Betriebsparameters, ggfs. nach mehrfach vorgenommenen Änderungen des Betriebsparameters in der ersten Richtung, insbesondere mit der der Energieübertrag im Wärmeübertrager zuvor reduziert wurde, der Bedarf an Wärmeübertrag im Wärmeübertrager steigt, was z.B. durch eine Abweichung vom Sollwert des Medienparameters angezeigt sein kann, und zur Bedienung des Bedarfes die Drehzahl der Pumpe durch den Regler angehoben wird, kann also ab Überschreitung des oberen Grenzwertes die entgegengesetzte Änderung in der zweiten Richtung ausgelöst bzw. vorgenommen werden, insbesondere um die weitere Anhebung der Drehzahl durch den Regler zu reduzieren oder zu verhindern.
  • Bevorzugt kann dabei wenigstens eine vorherige Änderung des Betriebsparameters in der ersten Richtung rückgängig gemacht werden, ggfs. auch direkt mehrere vorherige Änderungen des Betriebsparameters rückgängig gemacht werden. Die entgegengesetzte Änderung des Betriebsparameters in der zweiten Richtung bewirkt somit eine Vergrößerung des Energieübertrags im Wärmeübertrager, ist also derjenigen Änderung entgegengesetzt, die zuvor eine Verringerung des Wärmeübertrags bewirkte. Hiernach bzw. hierdurch wird somit in umgekehrter Wirkweise sodann erfindungsgemäß die Drehzahl der Pumpe nachfolgend reduziert, um den Medienparameter (weiterhin) auf dem Sollwert zu halten.
  • Auch bei der Überwachung der Überschreitung eines oberen Grenzwertes kann die Erfindung mehrere verschiedene Systemparameter heranziehen.
  • Eine mögliche Ausführung kann es z.B. vorsehen, dass als oberer Grenzwert ein oberer Drehzahlgrenzwert der primärseitigen Pumpe überwacht wird. So bewirkt die Erfindung in diesem Fall, dass dann, wenn durch die Regelung eine Erhöhung der Drehzahl erfolgt, das Überschreiten oder Erreichen dieses oberen Drehzahlgrenzwertes überwacht wird und, wenn das Überschreiten oder Erreichen detektiert wird, die genannte der Erhöhung entgegenwirkende Änderung eines Betriebsparameters getriggert, also ausgelöst wird.
  • Zwar kann, z.B. aufgrund einer Systemträgheit in dieser Ausführung der obere Drehzahlgrenzwert an der Pumpe noch überschritten werden, die entgegenwirkende Änderung bewirkt aber zumindest, das die Erhöhung der Drehzahl zumindest vor Erreichen einer Maximaldrehzahl beendet wird. Analog zur Minimaldrehzahl kann die Maximaldrehzahl eine solche sein, welche die Pumpe, z.B. bauartbedingt nicht überschreiten soll/kann.
  • Eine andere Ausführung kann auch vorsehen, dass als oberer Grenzwert ein Differenzwert zwischen der aktuellen Pumpendrehzahl und einem nach oben nicht zu überschreitenden Drehzahlgrenzwert überwacht wird. Insbesondere kann so erzielt werden, dass die Pumpe überwiegend, bevorzugt immer mit einer Drehzahl kleiner als der nicht zu überschreitende Drehzahlgrenzwert betrieben wird, wofür durch den genannten Differenzwert ein genügend großer Abstand von dem nicht zu überschreitenden Drehzahlgrenzwert definiert wird, ab dessen Überschreiten oder Erreichen die erfindungsgemäße Betriebsparameteränderung ausgelöst wird. Die Änderung des Betriebsparameters wird somit bereits ausgelöst, wenn der nicht zu überschreitende Drehzahlgrenzwert noch nicht erreicht ist, sondern die aktuelle Pumpendrehzahl um den Differenzwert dazu beabstandet ist.
  • Der Differenzwert kann z.B. so bemessen sein, dass unter Berücksichtigung einer Systemträgheit die Entgegenwirkung das Überschreiten des oberen Drehzahlgrenzwertes verhindert wird.
  • In weiterer Ausführung kann der obere Grenzwert ein oberer Leistungsanforderungswert sein. Dieser kann wie zuvor schon erwähnt z.B. ermittelt werden aus der Eingangstemperatur des sekundärseitigen Mediums vor dem Wärmetauscher, dem Volumenstrom des sekundärseitigen Mediums und einer Solltemperatur des sekundärseitigen Mediums. So kann z.B. im System hinterlegt sein, dass Leistungen oberhalb des oberen Leistungsanforderungswertes nicht bedient werden können/sollen, z.B. ohne die Drehzahl der Pumpe in Richtung zur Maximaldrehzahl oder einer anderen nicht zu überschreitenden oberen Drehzahlgrenze zu erhöhen.
  • Die Erfindung kann vorsehen, sofern Änderungen des gewählten Betriebsparameters nicht immer mit demselben Wert vorgenommen werden, den Wert einer jeden Änderung in der ersten Richtung (bei Drehzahlabsenkung) zu speichern, um nachfolgend Änderungen in der entgegengesetzten zweiten Richtung (bei Drehzahlerhöhung) mit demselben Wert der vorherigen Änderung exakt zu kompensieren.
  • Durch geeignete Wahl von unterem und oberen Grenzwert kann der Betriebsbereich der Drehzahl bei der Pumpe in einem vorbestimmten, z.B. nötigen oder gewünschten Intervall gehalten werden, mit welchen alleine das benötigte Leistungsspektrum nicht bedient werden kann.
  • Die Änderung des Betriebsparameters in einer ersten Richtung, die ab Unterschreiten oder Erreichen des unteren Grenzwertes ausgelöst wird, aber auch in entgegengesetzter zweiter Richtung, die ab Überschreiten oder Erreichen des oberen Grenzwertes ausgelöst wird, kann jeweils um einen vorbestimmten Wert, z.B. der im Regler gespeichert ist oder der vor der Änderung berechnet wird, vorgenommen werden, bevorzugt wobei der Änderungswert sicherstellt, dass die nach der Änderung eingestellte neue Drehzahl der Pumpe einen gewählten, insbesondere genügenden Abstand zur jeweiligen Grenze bewirkt, insbesondere um einen Regelbereich bis zum erneuten Erreichen der überwachten Grenze zu erschließen, in dem der Regler einen sich ändernden Bedarf an Energieübertrag zumindest zeitweise bedienen kann. Diese neue Drehzahl ist bevorzugt so gewählt, dass sich nach der Änderung ein Abstand des Systemparameters zum überwachten Grenzwert ergibt, der größer ist als 10%, bevorzugt größer als 20% der Differenz von oberen und unteren Grenzwert.
  • Die Änderung des Betriebsparameters kann auch so bemessen sein, dass die nach der Änderung einzustellende Drehzahl zur Kompensation der Änderung beim Wärmeübertrag einen Systemparameter ergibt, der in der Mitte zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert liegt. So wird sichergestellt, dass nach einer Änderung des Betriebsparameters in beiden Richtung genügend Regelbreite zur Verfügung steht, bevorzugt, da der sich nach der Änderung einstellende Systemparameter immer in der Mitte zwischen dem überwachten unteren und oberen Grenzwert liegt.
  • Die Erfindung kann auch vorsehen, dass in Abhängigkeit einer vorgenommenen oder vorzunehmenden Änderung des Betriebsparameters, unabhängig von deren Richtung, die damit einhergehende Änderung des Energieübertrags im Wärmeübertrager berechnet wird, z.B. in Abhängigkeit gespeicherter Parameter des geregelten Systems, und direkt eine Drehzahlstellgröße für eine Drehzahl vorausberechnet, vom Regler eingestellt und an die Pumpe übermittelt wird, mit der die Änderung des Energieübertrags reduziert, bevorzugt zumindest theoretisch kompensiert wird. Diese Berechnung kann im Regler implementiert sein, der die Drehzahlstellgröße in Abhängigkeit des Medienparameters vorgibt oder in einem zusätzlichen, z.B. über- oder nebengeordneten Regler oder einer Recheneinheit.
  • So kann die Regelzeit durch ein initiales direktes Stellen der voraussichtlich benötigten Drehzahl reduziert werden oder ein durch die Änderung des Betriebsparameters bedingtes zumindest zeitweises Abweichen des Medienparameters vom Sollwert vermieden oder reduziert werden.
  • Die Erfindung kann, sofern die Änderung des Betriebsparameters z.B. eine Änderung des Volumenstroms im Primärkreislauf bewirkt, auch eine Volumenstromregelung umfassen. Deren Volumenstromsollwert kann z.B. bei einer kaskadierten Regelung von einem übergeordneten Regler bereitgestellt werden. Es kann auch der vor der Änderung des Betriebsparameters vorliegende Volumenstrom im Primärkreislauf erfasst wird, z.B. mittels eines Sensors im Primärkreislauf oder aus Pumpenparametern und dieser Volumenstrom als Sollwert übernommen werden, der nach der Änderung des Betriebsparameters eingeregelt wird. Auch dies kann im Regler implementiert sein, der die Drehzahlstellgröße in Abhängigkeit des Medienparameters vorgibt oder in einem zusätzlichen, z.B. über- oder nebengeordneten Regler oder einer Recheneinheit.
  • Bei allen möglichen Ausführungen kann die Erfindung vorsehen, dass diese durch ein System ausgebildet ist, bei dem der wenigstens eine Regler bzw. die benannte Regeleinheit eingerichtet ist, das vorbeschriebene Verfahren durchzuführen.
  • Eine bevorzugte Ausführung kann vorsehen, dass zumindest die Regelelektronik der Medienparameter-Regelung, insbesondere die Temperaturregelung zur Vorgabe der Drehzahlstellgröße, vorzugsweise die gesamte Regelelektronik zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens, oder des nachfolgend anhand der Figuren konkretisierten Verfahrens in oder an der Pumpe im Primärkreislaufes, bevorzugt im oder am Gehäuse der Pumpe des Primärkreislaufes angeordnet wird / ist. Z.B. kann die Anordnung so sein, dass die Regelung vollständig in die Pumpenelektronik der Pumpe des Primärkreislaufes integriert ist. So wird erzielt, dass zur Ausbildung des Systems keine zusätzliche Regeleinheit zu einer Pumpenelektronik hinzukommen muss. Pumpenelektronik und Regeleinheit bilden somit eine gemeinsame Elektronikeinheit. Dies hat auch den Vorteil, dass in der Pumpe vorhandene Parameter, z.B. Betriebsparameter, direkt der Regelung zur Verfügung gestellt werden können, insbesondere somit nur über pumpeninterne Leitungs- oder Kommunikationswege.
  • Bevorzugte konkretisierte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren direkt einige bevorzugte Weiterbildungen zeigen, die für die Erfindung nicht zwingend alle vorgesehen sein müssen, wie nachfolgend ausgeführt wird. Die Erfindung ist somit nicht auf die jeweiligen zeichnerischen Darstellungen in allen Details beschränkt, sondern diese zeigen lediglich den maximalen Grad der Konkretisierung der jeweiligen Ausführung.
  • In allen Figuren soll durch die Umrahmung 5a visualisiert sein, dass zumindest die in diesem Rahmen angeordneten Komponenten der Regelung als eine Regeleinheit 5a in die Pumpe 5 integriert ist, z.B. direkt in deren Elektronik oder als separate Elektronik, z.B. als Modul, das in /an die Pumpe angesteckt ist. Alternativ können die Komponenten im Rahmen 5a auch in/an einem anderen Aktor angeordnet sein, z.B. dem Drosselventil 3 oder dem Mischventil 9.
  • Die Erfindung kann vorsehen, dass zusätzlich zu den umrahmten Komponenten auch noch andere Komponenten in die Regeleinheit 5a integriert sind, z.B. in den Figuren 1,2 und 5 auch noch der Ventilsteller 2. Bezogen auf die Figuren 3 und 4 könnte beispielsweise auch der nicht näher referenzierte Ventilsteller des Mischerventils 9 einen Teil der Regeleinheit 5a bilden.
  • Die Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bei der zwischen der Primärseite und der Sekundärseite eines Wärmeübertrages 8 Energie übertragen wird, z.B. vom Primärkreislauf 1 auf das Medium, wie z.B. Luft der Sekundärseite. Als Medienparameter wird auf der Sekundärseite die Ausgangstemperatur des Mediums nach dem Wärmeübertrager 8 erfasst und mit einer Soll-Temperatur im Regler 7 verglichen, der den nötigen Soll-Volumenstrom im Primärkreislauf 1 für den Regler 4 vorgibt, um die Temperaturdifferenz zu verringern. Es ist hier vorgesehen, dass im Primärkreislauf 1 als entgegenwirkende Änderung eines Betriebsparameters dessen hydraulischer Widerstand erhöht wird. Dies kann z.B. erfolgen mittels einer Ventilstellvorrichtung 2, mit welcher der Öffnungsquerschnitt eines im Primärkreislauf 1 angeordneten Drosselventils 3 verringert wird. Als Systemparameter wird die Pumpendrehzahl auf Unterschreiten oder Erreichen eines unteren Grenzwertes überwacht und bei Detektion der Unterschreitung die entgegenwirkende Änderung ausgelöst.
  • Senkt der Regler 4 die Drehzahl bei fallendem Bedarf an Wärmeübertrag im Wärmeübertrager 8 ab, so wird erfindungsgemäß das Unterschreiten oder Erreichen des unteren Drehzahlgrenzwertes erkannt und hiernach eine Verringerung des Querschnitts vom Drosselventil 3 ausgelöst, was einer weiteren Verringerung der Drehzahl entgegenwirkt.
  • Die Wirkung ist z.B. die, dass durch Verringerung des Öffnungsquerschnittes vom Drosselventil 3 der hydraulische Widerstand im Primärkreislauf 1 steigt, was einen erhöhten Druckverlust in der Regelstrecke bewirkt, wodurch der Volumenstrom verringert wird, was auch den Wärmeübertrag verringert. Es kann vorgesehen sein, dass die Pumpe immer eine Mindestdruckdifferenz erzeugt, wodurch bereits eine Drehzahlerhöhung resultiert.
  • Die Regelung bzw. der Regler 4 wird den Volumenstrom durch Drehzahländerung, insbesondere Erhöhung an der Pumpe 5 auf den vorgegebenen Sollwert regeln, insbesondere was den durch die Änderung bewirkten Verlust an Wärmeübertrag kompensiert. Dafür erhält der Regler 4 den Soll-Volumenstrom aus einem übergeordneten Regler 7, der in Abhängigkeit einer Soll-Temperatur des Mediums der Sekundärseite und dessen Ist-Temperatur diesen Soll-Volumenstrom dem Regler 4 vorgibt, wobei dieser im Regler 4 verglichen wird mit dem Ist-Volumenstrom, der z.B. im Primärkreislauf 1 gemessen wird mit einem Volumenstromsensor 6, alternativ der aus Pumpendaten ermittelt wird. Die Drehzahl der Pumpe nach der Änderung ist somit größer als vor der Änderung. Die Regelung kann somit mit einer weiteren Drehzahlreduzierung die Wärmeübertragung weiter verringern, verbleibt dabei aber wegen der Änderung des hydraulischen Widerstandes in einem gewünschten Drehzahl-Regelbereich.
  • Es kann in einer möglichen Ausführung auch direkt vor einer Änderung der Drosselventilstellung der Ist-Volumenstrom erfasst und als ein Sollwert übernommen werden, der vom Regler 4 nach der Änderung direkt durch Drehzahlvorgabe eingeregelt wird.
  • Vor und nach der Änderung wird zumindest im Wesentlichen somit derselbe Volumenstrom, aber bei verschiedenen Drehzahlen gefördert. Das Verfahren kann auch vorsehen, direkt eine neue Drehzahl vorzugeben, die einen Volumenstrom kleiner als der Volumenstrom vor der Änderung bewirkt, um so direkt dem fallenden Bedarf an Wärmeübertrag weiter nachzukommen.
  • Die Erfindung kann weiter bevorzugt in der Volumenstromregelung 4 des Primärkreislaufes 1, insbesondere die der Medienparameter-Regelung 7 des Mediums der Sekundärseite nachgeordnet ist, zur Erzielung eines Soll-Medienparameters des Mediums der Sekundärseite vorsehen, dass die Drehzahlstellgröße für die Pumpe 5 oder die Ist-Drehzahl der Pumpe 5 mit dem vorgegebenen unteren Drehzahlgrenzwert der Pumpe 5 verglichen wird, der z.B. im Regler 4 oder dem Ventilsteller 2 gespeichert sein kann. Der Vergleich kann z.B. im Ventilsteller 2 vorgenommen werden oder in einer anderen Einheit der Regelung. Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass bei einem Unterschreiten oder Erreichen des vorgegebenen unteren Drehzahlgrenzwertes mit der Ventilstellvorrichtung 2 der Öffnungsquerschnitt des Drosselventils 3 auf ein Maß kleiner als der Auslegungswert, z.B. der Maximalquerschnitt verringert wird, insbesondere um ein vorbestimmtes Maß, das z.B. gespeichert oder berechnet sein kann, z.B. um nach der Änderung der Drosselventilstellung eine Drehzahländerung in die Mitte des Drehzahlintervalls zwischen den Grenzwerten zu bewirken.
  • Gemäß den vorherigen allgemeinen Ausführungen kann die Erfindung in dieser Ausbildung weiterhin vorsehen, dass in der Volumenstromregelung des Primärkreislaufes 1 die Drehzahlstellgröße für die Pumpe 5 oder die Ist-Drehzahl der Pumpe 5 auch mit einem vorgegebenen oberen Drehzahlgrenzwert der Pumpe 5 verglichen wird und bei einem Überschreiten oder Erreichen des oberen Drehzahlgrenzwertes und einem gleichzeitig vorliegenden Öffnungsquerschnitt des Drosselventils kleiner als der Maximalquerschnitt mit der Ventilstellvorrichtung der Öffnungsquerschnitt des Drosselventils vergrößert wird, insbesondere um ein vorbestimmtes Maß, oder bei einem gleichzeitig vorliegenden Maximalquerschnitt des Drosselventils die Drehzahlstellgröße auf eine Drehzahl größer als der obere Drehzahlgrenzwert erhöht wird. Wenn also der Querschnitt des Drosselventils 3 nicht mehr vergrößerbar ist, muss der Bedarf an erhöhten Energieübertrag somit durch Drehzahlerhöhung über den oberen Drehzahlgrenzwert hinaus bedient werden. Der obere Drehzahlgrenzwert ist somit unter einer Maximaldrehzahl der Pumpe zu wählen, damit dies möglich ist.
  • Diese Ausführung kann also z.B. vorsehen, dass der Auslegungswert des Drosselventils 3 für den unbeeinflussten Primärkreislauf die vollständig geöffnete Stellung ist, von der aus eine Änderung nur in die eingangs genannte erste Richtung möglich ist. Die Auslegung kann selbstverständlich auch für eine querschnittsreduzierte Stellung des Drosselventils 3 erfolgen, was somit auch Änderungen ausgehend vom Auslegungswert in beide Richtungen ermöglicht.
  • Gemäß dem Rahmen 5a ist erkennbar, dass die damit ausgebildete Regeleinheit 5a in der Pumpe 5 eine Stellgröße ermittelt, die direkt in der Pumpe 5 verwertet wird zur Einstellung der Drehzahl, die aber auch nach extern zu einem anderen Aktor kommuniziert wird, nämlich hier zum Ventilstellglied 2. Der Regeleinheit 5a werden von extern weiterhin die Temperatur des sekundären Mediums, der aktuelle Volumenstrom im Primärkreis und der Sollwert der Temperatur des sekundären Mediums übermittelt.
  • Die Figur 2 zeigt eine Ausführung, bei welcher ebenso als Betriebsparameter des Primärkreislaufes 1 mit einem Drosselventil 3 der hydraulische Widerstand beeinflusst wird. Als Medienparameter wird wiederum die Medientemperatur an der Ausgangsseite des Wärmeübertrages 8 beobachtet. Hier sieht die Erfindung ebenso vor, dass mit der Ventilstellvorrichtung 2 der Öffnungsquerschnitt des Drosselventils 3 als Betriebsparameter des Primärkreislaufes 1 geändert wird.
  • Bei dieser Ausführung erfolgt die Einstellung des Öffnungsquerschnittes des Drosselventils 3 faktisch in Abhängigkeit einer sekundär erfassten Leistungsanforderung, bevorzugt unabhängig von der Drehzahl-Stellgröße / Ist-Drehzahl. Die Leistungsanforderung kann z.B. ermittelt werden aus dem aktuellen sekundärseitigen Volumenstrom, der aktuellen sekundärseitigen Medientemperatur vor dem Wärmeübertrager 8 und der Soll-Temperatur nach dem Wärmeübertrager 8. Es erfolgt also nicht wie bei der Figur 1 ein Vergleich der Ist-Drehzahl mit dem Drehzahlgrenzwert.
  • In dieser Ausführung wird auf das Unterschreiten oder Erreichen eines unteren Leistungsanforderungsgrenzwertes geprüft und bei Feststellung der Unterschreitung die entgegenwirkende Änderung des Betriebsparameters, hier die Erhöhung des hydraulischen Widerstandes ausgelöst.
  • So kann auch das Verhindern eines Unterschreitens eines unteren Drehzahlgrenzwertes oder das Erreichen der Minimaldrehzahl erfolgen.
  • Die Erfindung kann in einer bevorzugten Ausführung vorsehen, dass z.B. in der Ventilstellvorrichtung 2 die Drosselventilstellungen in Abhängigkeit der Leistungsanforderung gespeichert sind, z.B. als Tabelle oder als Funktion, insbesondere auf der Basis einer Auslegungsleistung des Wärmeübertragers 8.
  • Faktisch weiß das Regelsystem somit bei welcher Leistungsanforderung oder bei welchen mehreren Leistungsanforderungen in der Regelung jeweils der untere Drehzahlgrenzwert unterschritten oder die Minimaldrehzahl erreicht würde und kann dem durch, insbesondere wiederholte Verringerung des Querschnitts des Drosselventils 3 entgegensteuern.
  • Bevorzugt kann es bei allen gezeigten, wie auch nicht gezeigten Ausführungen, in denen ein Drosselventil zur Änderung des Betriebsparameters, hier des hydraulischen Widerstandes eingesetzt wird, insbesondere also bei den Ausführungen der Figuren 1 und 2 vorgesehen sein, dass das Drosselventil mit einer Ventilautorität kleiner als 0.3, bevorzugt kleiner als 0.2, weiter bevorzugt kleiner als 0.1 betrieben wird.
  • Diese vergleichsweise geringe Ventilautorität stellt auch klar, dass im Gegensatz zum Stand der Technik die Regelfunktion nicht überwiegend durch das Drosselventil wahrgenommen wird, sondern durch die Pumpe anhand der Drehzahländerung. Das Drosselventil ist hingegen, insbesondere überwiegend, dafür vorgesehen, die Pumpe in einem förderfähigen Drehzahlbereich über der Minimaldrehzahl, bzw. über dem unteren Drehzahlgrenzwert zu halten und weiter bevorzugt auch unter dem oberen Grenzwert zu halten.
  • Hier erhält die Regeleinheit 5a von extern den Sollwert der Temperatur des sekundären Mediums und einen Leistungsanforderungswert. Eine Stellgröße zur Einstellung der Pumpendrehzahl wird nur pumpenintern kommuniziert.
  • Die Ausführung der Figur 3 betrifft ebenso einen Wärmeübertrag im Wärmeübertrager 8 zwischen einem Wärmeübertragermedium im Primärkreislauf 1 und einem Medium der Sekundärseite, z.B. Luft. Ein erster Regelkreis ist mit dem Regler 4 ausgebildet.
  • Der Drehzahlregler 4 gibt bei dieser, wie auch allen anderen Ausführungen als Stellgröße die Drehzahl oder eine Größe, von der die Drehzahl abhängt, der Pumpe 5 vor. Als Soll-Ist-Abweichung wird im Regler 4 - wie auch bei der Figur 2 - die Temperaturdifferenz der Medienausgangstemperatur hinter dem Wärmeübertrager 8 und einer Solltemperatur verwendet.
  • Allgemein kann die Erfindung vorsehen, dass als entgegenwirkende Änderung eines Betriebsparameters die Temperatur des primärseitigen Wärmeträgermediums angepasst wird, insbesondere verringert wird. Eine Möglichkeit dies zu realisieren zeigt die Figur 3.
  • Hier ist im Primärkreislauf 1 ein Mischventil 9 angeordnet, mit dem die Zumischung eines Wärmeträgermediums aus einem Mischerkreis 10 zu dem Wärmeträgermedium des Primärkreises 1 in Abhängigkeit einer Stellgröße änderbar ist, insbesondere die Zumischungs als entgegenwirkende Änderung veränderbar, z.B. verringerbar ist. Je nachdem, ob ein Heiz- oder Kühlbetrieb gegeben sein soll und/oder ob das Temperaturniveau im Mischerkreis höher oder geringer ist als im Primärkreis, ist die Änderungsrichtung vorbestimmt, also vorbestimmt, ob für die die Erzielung der gegenwirkenden Änderung die Zumischung verringert oder erhöht werden muss.
  • Wird beispielsweise im Rahmen der Temperaturregelung vom Regler die Drehzahl der Pumpe abgesenkt, um einen fallenden Wärmebedarf zu berücksichtigen, so kann einem Absenken der Pumpendrehzahl bis zu einem unteren Drehzahlgrenzwert oder der Minimaldrehzahl dadurch entgegengewirkt werden, dass die Temperatur im Primärkreislauf 1 abgesenkt wird.
  • Dafür kann entweder die Zumischung eines Wärmeträgermediums aus dem Mischerkreis 10 zum Medium im Primärkreis 1 verringert werden, insbesondere wenn die Temperatur des Wärmeträgermediums im Mischerkreis 10 höher ist als die aktuelle Temperatur des Mediums im Primärkreis 1 oder die Zumischung kann erhöht werden, insbesondere wenn die Temperatur des Wärmeträgermediums im Mischerkreis 10 höher ist als die aktuelle Temperatur des Mediums im Primärkreis 1. Beide Fälle führen zu einem Absenken der Temperatur im Primärkreis, was dem Absenken der Drehzahl entgegenwirkt.
  • Grundsätzlich könnte bei einer solchen Implementierung auch ein Vergleich zwischen der Ist-Drehzahl der Pumpe 5 und einem unteren Drehzahlgrenzwert erfolgen, um eine Entgegenwirkung auszulösen, z.B. bei Erreichen des Drehzahlgrenzwertes die Temperatur des Wärmeträgermediums im Primärkreis durch Änderung der Zumischung im Mischerventil 9 zu ändern, insbesondere z.B. bei einer Heizanwendung zu verringern und so die Temperatur bzw. den Energieinhalt im Primärkreis zu ändern, was den Wärmeübertrag verringert.
  • In der gezeigten Ausführung der Figur 3 hingegen ist es vorgesehen, dass in einer der Medienparameter-Regelung, insbesondere Temperaturregelung des Mediums der Sekundärseite nebengeordneten / parallel angeordneten Temperaturregelung der Temperatur des Wärmeträgermediums des Primärkreises mit dem Regler 11 die Mischventilstellgröße in Abhängigkeit einer von einer gespeicherten Heizkurve 12 vorgegebenen Soll-Temperatur ermittelt wird. Diese wird im Regler 11 mit der im Primärkreis erfassten Ist-Temperatur verglichen.
  • Bevorzugt kann mit der Heizkurve 12 die Solltemperatur der primärseitigen Temperaturregelung 11 in Abhängigkeit der sekundärseitigen Leistungsanforderung vorgegeben werden, insbesondere, wobei - wie hier visualisiert - die Leistungsanforderung ermittelt wird aus dem aktuellen sekundärseitigen Volumenstrom, der aktuellen sekundärseitigen Medientemperatur vor dem Wärmeübertrager und der Soll-Temperatur nach dem Wärmeübertrager 8.
  • Wie bei Figur 2 weiß das Regelsystem faktisch somit über die Heizkurve, bei welcher Leistungsanforderung oder bei welchen mehreren Leistungsanforderungen in der Regelung jeweils ein unteren Drehzahlgrenzwert unterschritten oder die Minimaldrehzahl erreicht würde und kann dem durch Änderung des Temperatursollwertes im Primärkreis entgegenwirken, insbesondere was durch einfache oder wiederholte Änderung des Zumischverhältnisses am Mischventil 9 umgesetzt wird. In der Heizkurve ist somit faktisch mindestens ein Grenzwert der Leistungsanforderung gespeichert, ab dem die Änderung erfolgt. Durch Abfragen der Heizkurve und Ermittlung des tabellarisch oder funktional zugeordneten Temperaturwertes oder Zumischverhältnisses erfolgt somit die Prüfung auf Grenzwertunterschreitung und/oder Überschreitung.
  • Bei der Figur 3 erhält die Regeleinheit 5a von extern faktisch die sekundäre Leistungsanforderung über die Werte vom sekundären Volumenstrom und der Temperaturdifferenz über dem Wärmeübertrager 8, sowie den Sollwert der Temperatur auf der Sekundärseite. Die Regeleinheit 5a in der Pumpe 5 verwendet eine ermittelte Drehzahlstellgröße intern und kommuniziert eine weitere Stellgröße für das Mischerventil 9 an dieses nach außen.
  • Die Erfindung kann allgemein vorsehen, von einer Heizkurve mit der gemäß einer vorgelagerten Kalibrierung die Abhängigkeit der Wärmeübertragerleistung von der Drehzahl der Primärkreispumpe, insbesondere auch von der Temperatur des sekundärseitigen Mediums vor dem Wärmeübertrager und/oder dem Volumenstrom des sekundärseitigen Mediums als Funktion beschrieben wird, die inverse Funktion 13 zu bilden und diese inverse Funktion 13 zur Linearisierung dem Regler 4 nachzuschalten, mit dem die Drehzahlstellgröße der Primärkreispumpe 5 ermittelt wird.
  • Die Figur 4 zeigt diese Ausführung für die zuvor beschriebene Variante der Figur 3 und die Figur 5 zeigt dies für die zuvor beschriebene Variante der Figur 2, insbesondere bei welcher die Heizkurve selbst nicht zum Einsatz kommt.
  • Bei den Figuren 4 und 5 ist die Führung der zur Regelung benötigten Parameter wie zu den Figuren 2 und 3 beschrieben, wobei die Drehzahlstellgröße über die Inverse geführt und pumpenintern verarbeitet wird.

Claims (13)

  1. System zur Regelung eines Medienparameters des sekundärseitigen Mediums eines Wärmeübertragers (8), insbesondere Luft, umfassend einen von einem Sekundärmedium durchströmten Wärmeübertrager (8) mit einem Primärkreislauf (1), in welchem mit einer Pumpe (5) ein primärseitiges Wärmeträgermedium durch den Wärmeübertrager förderbar ist, wobei für die Medienparameter-Regelung wenigstens eine Regeleinheit (4, 7, 11) vorgesehen ist, die durch eine Elektronik und/oder ein Programm eingerichtet ist, die Regelung durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktor des Primärkreislaufs die Regeleinheit umfasst.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die Regeleinheit umfassende Aktor
    a. durch die Pumpe gebildet ist, mit der das Medium im Primärkreislauf förderbar ist, insbesondere wobei von der Regeleinheit an die Pumpe oder an einen anderen Aktor des Primärkreislaufs eine Stellgröße der Regelung übermittelbar ist, oder
    b. durch ein Drosselventil im Primärkreislauf gebildet ist, wobei von der Regeleinheit an das Drosselventil oder an einen anderen Aktor des Primärkreislaufs eine Stellgröße der Regelung übermittelbar ist, oder
    c. durch ein Mischerventil gebildet ist, mit dem ein Medium aus einem Mischerkreis in das Medium des Primärkreislaufes zumischbar ist, wobei von der Regeleinheit an das Mischerventil oder an einen anderen Aktor des Primärkreislaufs eine Stellgröße der Regelung übermittelbar ist.
  3. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit als ein Modul ausgebildet ist, das in den Aktor, insbesondere die Pumpe, einsteckbar und aus diesem entfernbar ist, insbesondere wobei die Steckverbindung elektronisch durch ein Standard-Bus-System ausgebildet ist.
  4. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Aktor und/oder an der Regeleinheit des Aktors, bevorzugt an einer als steckbares Modul ausgebildeten Regeleinheit ein Benutzerinterface implementiert ist, über welches die Regeleinheit durch einen Nutzer parametrierbar ist.
  5. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor, insbesondere die Pumpe einen Temperatursensor zur Erfassung der primärseitigen Medientemperatur aufweist.
  6. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor, insbesondere die Pumpe, einen Außentemperaturfühler umfasst und/oder einen Kommunikationsanschluß umfasst, über den dem Aktor Temperaturdaten aus einer Wetterdatenbank übermittelbar sind.
  7. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit eingerichtet ist, über einen vorbestimmten Zeitraum, insbesondere ein Jahr, den Wärmebedarf in Abhängigkeit der Außentemperatur zu erfassen und hieraus eine Heizkurve zu bilden, welche zu einer Außentemperatur die zugehörige Medientemperatur des Primärkreislaufes zuordnet, insbesondere derart, dass für alle Außentemperaturen der Volumenstrom im Primärkreislauf zumindest im Wesentlichen konstant ist.
  8. Verfahren zur Regelung eines Medienparameters, insbesondere der Temperatur des Mediums auf der Sekundärseite eines Wärmeübertragers (8), bei dem mit einer Pumpe (5) in einem Primärkreislauf (1) des Wärmeübertragers (8) ein Wärmeträgermedium durch den Wärmeübertrager (8) gefördert und mit diesem das Medium der Sekundärseite temperiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Medienparameters durch eine Elektronik und/oder ein Programm in einem Aktor des Primärkreislaufs durchgeführt wird, insbesondere in einem Aktor, dem eine Stellgröße der Regelung zugeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Medienparameter-Regelung zumindest zum Teil mittels einer Änderung der Drehzahl der Pumpe (5) als Stellgröße der Regelung erfolgt, wobei beim Unterschreiten oder Erreichen eines vorgegebenen unteren Grenzwertes bei einer Absenkung der Drehzahl der Pumpe (5) eine der Absenkung entgegenwirkende Änderung eines Betriebsparameters des Primärkreislaufes (1) ausgelöst wird, insbesondere mit der eine Absenkung der Pumpendrehzahl bis zu einer Minimaldrehzahl verhindert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Überschreiten oder Erreichen eines vorgegebenen oberen Grenzwertes bei einer Anhebung der Drehzahl der Pumpe (5) eine der Anhebung entgegenwirkende Änderung des Betriebsparameters ausgelöst wird, insbesondere wobei zunächst zur Bedienung eines steigenden Bedarfes an Wärmeübertrag im Wärmeübertrager (8) nach wenigstens einer zuvor vorgenommenen Änderung des Betriebsparameters die Drehzahl der Pumpe (5) durch den Regler (4) angehoben wird, bevorzugt wobei wenigstens eine vorherige Änderung des Betriebsparameters durch eine entgegengesetzte Änderung rückgängig gemacht wird.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
    a. als unterer Grenzwert ein unterer Drehzahlgrenzwert überwacht wird, insbesondere der größer ist als eine Minimaldrehzahl der Pumpe und als oberer Grenzwert ein oberer Drehzahlgrenzwert überwacht wird, insbesondere der kleiner ist als eine Maximaldrehzahl der Pumpe oder
    b. als unterer Grenzwert ein Differenzwert zwischen der aktuellen Pumpendrehzahl und einem nach unten nicht zu unterschreitenden Drehzahlgrenzwert und als oberer Grenzwert ein Differenzwert zwischen der aktuellen Pumpendrehzahl und einem nach oben nicht zu überschreitenden Drehzahlgrenzwert überwacht wird oder
    c. als unterer Grenzwert ein unterer Leistungsanforderungswert und als oberer Grenzwert ein oberer Leistungsanforderungswert überwacht wird.
  12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Primärkreislauf (1) als entgegenwirkende Änderung eines Betriebsparameters dessen hydraulischer Widerstand geändert, insbesondere erhöht wird, bevorzugt mittels einer Ventilstellvorrichtung (2) der Öffnungsquerschnitt eines im Primärkreislauf angeordneten Drosselventils (3) geändert, insbesondere verringert wird.
  13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Primärkreislauf (1) als entgegenwirkende Änderung eines Betriebsparameters die Temperatur des primärseitigen Wärmeträgermediums (8) angepasst wird, insbesondere verringert wird, bevorzugt wobei im Primärkreislauf (1) ein Mischventil (9) angeordnet ist, mit dem die Zumischung eines Wärmeträgermediums aus einem Mischerkreis (10) zu dem Wärmeträgermedium des Primärkreises (1) in Abhängigkeit einer Stellgröße änderbar ist, insbesondere die Zumischung als entgegenwirkende Änderung änderbar, bevorzugt verringerbar oder erhöhbar ist.
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