EP4502474A2 - Verfahren zum betreiben und/ oder überwachen einer wasserzirkulation - Google Patents

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EP4502474A2
EP4502474A2 EP24219997.4A EP24219997A EP4502474A2 EP 4502474 A2 EP4502474 A2 EP 4502474A2 EP 24219997 A EP24219997 A EP 24219997A EP 4502474 A2 EP4502474 A2 EP 4502474A2
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EP
European Patent Office
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pump unit
centrifugal pump
drinking water
temperature
circuit
Prior art date
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EP24219997.4A
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Daniel Buening
Martin Oettmeier
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Wilo SE
Original Assignee
Wilo SE
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Filing date
Publication date
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    • E03B7/04—Domestic or like local pipe systems
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    • F24D2220/046—Pressure sensors

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring water circulation in a drinking water supply network, which has at least one circuit for circulating drinking water, a centrifugal pump unit for taking drinking water out of and pumping it into the circuit and at least one consumer fed with drinking water from the circuit, wherein the centrifugal pump unit has a pump unit, an electric motor driving it and pump electronics for controlling and regulating the electric motor.
  • Drinking water supply networks in buildings are used to supply consumers with cold or warm drinking water in the form of taps, toilets or showers.
  • the proliferation of germs in the drinking water must be prevented.
  • water is drawn off more or less regularly, or sometimes rarely.
  • the result of irregular water withdrawal is stagnant water in the supply pipes to the consumers, which in turn promotes contamination with bacteria and viruses. This is a problem especially in large drinking water networks such as in hospitals, hotels and public buildings.
  • drinking water supply networks are implemented with circuits in which the drinking water is pumped in a circuit to the extraction points.
  • a unit of this type usually has a higher-level, if necessary Control electronics arranged externally to the unit, to which the sensory and actuator components of the unit are connected.
  • a method for monitoring water circulation in a drinking water supply network, which has at least one circuit for circulating drinking water, a centrifugal pump unit for taking drinking water out of and pumping it into the circuit and at least one consumer fed with drinking water from the circuit, wherein the centrifugal pump unit has a pump unit, an electric motor driving it and pump electronics for controlling and regulating the electric motor, and wherein the centrifugal pump unit determines operating information about the water circulation or the drinking water supply network and uses it in a variety of ways to monitor the water circulation. This is explained below.
  • the centrifugal pump unit is mainly operated in circulation mode, particularly permanently, in which it pumps the drinking water through the circuit in a circle.
  • the centrifugal pump unit is therefore located within the circuit. This ensures protection against overtemperature and stationary temperature conditions in the drinking water supply network, which can be easily evaluated.
  • the centrifugal pump unit can be operated at a constant speed, with volume flow control or with pressure control. Controlling the centrifugal pump unit to a constant volume flow is a good idea, for example, if manual line balancing valves or flow dividers are installed in the drinking water supply network. On the other hand, proportional pressure control is suitable if control valves are installed in the drinking water supply network.
  • the centrifugal pump unit monitors the water circulation.
  • the centrifugal pump unit determines its flow rate and monitors it for a change or when a limit value is reached.
  • the centrifugal pump unit can also monitor its delivery head or differential pressure or the temperature of the water being pumped for a change or when a limit value is reached. This means that there is no need for independent sensors or sensor components such as a volume flow sensor, a pressure sensor or a temperature sensor, which have to be installed in the drinking water supply network and wired for data.
  • the centrifugal pump unit can assess the current operating state, including the hygiene state of the water circulation or the drinking water network, and if necessary, take suitable measures to maintain drinking water hygiene. Finally, short-term and long-term changes in the operating state can also be detected.
  • the flow rate, the discharge head/differential pressure or the temperature can each be determined using a sensor integrated in the centrifugal pump unit (volume flow sensor, differential pressure sensor, temperature sensor) or mathematically from pump variables, as is known in the state of the art.
  • the flow rate determined by the centrifugal pump unit tells it the amount of water circulating in the circuit per unit of time. Furthermore, by determining the discharge head, it knows whether and to what extent there is a pressure drop along the circuit, i.e. whether one or more of the consumer's tap valves are open. Finally, by measuring the temperature of the water flowing through them, the centrifugal pump unit can assess the temperature-related hygiene status of the drinking water supply network.
  • the centrifugal pump unit or rather its pump electronics, assumes a closed valve within the circuit, which impairs or even prevents circulation.
  • the closed valve can, for example, be a lockable service valve that is arranged upstream or downstream of the centrifugal pump unit in order to separate a section of the drinking water network from the water supply.
  • the centrifugal pump unit can suitably issue a corresponding message, in particular an error message, which indicates that the limit has been exceeded or that the valve is closed.
  • the centrifugal pump unit carries out a long-term assessment of the condition of the drinking water supply network by regularly determining its operating point at intervals, for example from several hours to a few days, preferably every 24 hours, and monitoring a change in the operating point over the long term.
  • the operating point indicates the hydraulic resistance of the drinking water supply network.
  • the determination should preferably always be carried out at night at a fixed time, for example between midnight and 4 a.m., to ensure that no consumer draws water from the district line during the determination.
  • the evaluation of a change in the operating point can be done in different ways.
  • the operating point of the centrifugal pump unit is considered to be the combination of at least two independent physical variables of the centrifugal pump unit, preferably the flow rate (volume flow) and the delivery head (differential pressure). Alternatively, flow rate and speed, speed and delivery head, power and flow rate, current consumption and flow rate, speed and torque or any two other variables of the centrifugal pump unit can define the operating point.
  • the centrifugal pump unit or the pump electronics, accepts a clogged filter in the circuit if the operating point-defining Differential pressure of the centrifugal pump increases gradually, ie from one operating point to another or rises above a limit value.
  • a filter in the circuit can become increasingly clogged as a result of particles being transported in the water, so that the pressure drop across the filter gradually increases. This also has an effect on the operating point of the centrifugal pump unit, as a higher pressure is required to pump the same flow rate.
  • the centrifugal pump unit or the pump electronics, assumes a defective open control valve in the circuit when the differential pressure that also defines the operating point gradually decreases or falls below a limit value.
  • the control valve can be a valve that defines a partial flow of the circulating drinking water in a branch of the circuit line to which one or more consumers are connected. The detection of such a defect in the drinking water supply network is of particular importance, since in this case the hydraulic balance of the network is no longer guaranteed and other lines could be undersupplied.
  • the centrifugal pump unit can suitably issue a corresponding message, in particular an error message, which indicates, for example, the change in the drinking water supply network, or the increase in differential pressure or the exceedance of the limit value or the need to clean or replace the filter, or the drop in differential pressure or the undershoot of the limit value or the need to repair the control valve.
  • a corresponding message in particular an error message, which indicates, for example, the change in the drinking water supply network, or the increase in differential pressure or the exceedance of the limit value or the need to clean or replace the filter, or the drop in differential pressure or the undershoot of the limit value or the need to repair the control valve.
  • the centrifugal pump unit determines, when not in drive mode, whether its speed is greater than zero in order to detect flushing activity or to check the flushing valve.
  • the centrifugal pump unit in particular the pump electronics, can therefore assume that the flushing valve is open if the speed is greater than zero. This is because when the flushing valve is open, the water flows through the centrifugal pump unit to the flushing valve and out of the circuit, driving the impeller of the pump unit like a turbine, even though the electric motor is not being driven.
  • the centrifugal pump unit in particular the pump electronics, can assume that the flushing valve is defective during a triggered flushing operation if the speed is zero.
  • the centrifugal pump unit is arranged in the direction of water flow behind a flush valve connected to the circuit for draining water from the circuit.
  • a flush valve connected to the circuit for draining water from the circuit.
  • the centrifugal pump unit determines in driveless mode State, whether its speed is greater than zero in order to check a backflow preventer.
  • the backflow preventer prevents fresh drinking water from flowing against the intended circulation direction when the flush valve is open and being separated via the flush valve.
  • the centrifugal pump unit in particular the pump electronics, can assume that a backflow preventer in series with the centrifugal pump unit, in particular a backflow preventer arranged between the flush valve and the centrifugal pump unit, is defective if the speed is greater than zero.
  • the speed can be determined using a known method according to the state of the art. For example, this can be done via the electrical voltage that a permanent magnet rotor induces in the stator, i.e. the so-called "back EMF".
  • rotation of the impeller can be detected using a Hall sensor that detects the magnetic field of the rotor magnets or other magnets on a rotating component of the pump unit, for example on or in the impeller, with a change in the magnetic field indicating rotation of the rotor.
  • the driveless state is a state in which the electric motor is de-energized, i.e. no electrical torque acts on the rotor. In other words, the electric motor is switched off.
  • the centrifugal pump unit can also issue a corresponding message in the three cases mentioned above, in particular an error message, which indicates, for example, an open or defective flush valve or a defective backflow preventer.
  • the centrifugal pump unit carries out a short-term assessment of the state of the drinking water supply network by the centrifugal pump unit continuously or quasi-continuously determining its operating point and monitoring a change in the operating point so that short-term changes can be detected.
  • a quasi-continuous determination is present when the operating point is determined in discrete time steps, e.g. in intervals of one millisecond to a few or 10 seconds.
  • the centrifugal pump unit, or rather the pump electronics assumes a tapping activity at the consumer when the operating point changes. Tapping activity occurs when water is taken from the circuit line at at least one consumer. Fresh drinking water then flows into the circuit line, which is provided, for example, by a water supplier at a house connection.
  • the centrifugal pump unit can therefore also determine the duration of water extraction by measuring the time that passes from the change in the operating point to the return to the initial state. If two or more consumers are opened one after the other, this is noticeable in a multiple sudden change in the operating point in the same direction. The centrifugal pump unit can therefore also use the changes in the operating point to determine how many consumers are extracting water at the same time.
  • Determining the frequency of water withdrawals within a certain period of time, the duration of the individual or total water withdrawal(s) and/or the tapping intensity, i.e. the number of consumers open at the same time, has the advantage that the centrifugal pump unit or the pump electronics can evaluate the amount of water exchanged in the circuit line.
  • the centrifugal pump unit can, for example, suppress flushing if the frequency, duration and/or intensity of water withdrawals within a period of time is sufficiently high to maintain drinking water hygiene. This has the advantage that unnecessary flushing can be prevented and water can therefore be saved.
  • Sufficient water withdrawal or sufficient tapping activity occurs at least when the entire water content of the circuit line has been withdrawn within 72 hours, i.e. at least the entire volume of the circuit line has been replaced with fresh drinking water.
  • the centrifugal pump unit documents every tapping activity, preferably also its duration and/or intensity. This information can thus be retrieved from the centrifugal pump unit at any time afterwards.
  • the centrifugal pump unit determines the temperature of the drinking water being pumped and monitors it for any changes or when a limit value is reached.
  • the centrifugal pump unit or rather the pump electronics, triggers a flush valve when the temperature of the water being pumped reaches or exceeds an upper limit value. This can be referred to as temperature flushing.
  • the centrifugal pump unit determines the temperature during circulation and compares it with the upper limit value. For example, the upper limit value is 25°C. If the flush valve is triggered, the water heated in the circuit line flows to the flush valve and is separated there. Fresh, cooler drinking water then usually flows into the circuit line, for example with a maximum temperature of 16°C. This ensures that the water in the circuit line does not generally heat up to a temperature that encourages germ formation.
  • the centrifugal pump unit or rather the pump electronics, close the flush valve when the temperature of the water being pumped reaches or falls below a lower limit.
  • the centrifugal pump unit determines the temperature during flushing and compares it with the lower limit. As soon as the fresh drinking water flowing into the circuit line reaches the centrifugal pump unit, the temperature determined corresponds to the temperature of the fresh drinking water, which is usually significantly lower than the upper limit mentioned above. For example, the lower limit is 20°C.
  • the centrifugal pump unit or the pump electronics can close the flush valve when the temperature no longer changes or the change in the temperature of the pumped water reaches or falls below a limit value.
  • the centrifugal pump unit determines the temperature gradient during flushing and evaluates it. When the fresh drinking water reaches the centrifugal pump unit, the determined temperature drops to the temperature of the fresh drinking water, which is a minimum and remains constant. If the temperature no longer changes, i.e. the temperature gradient is zero, or only slightly, i.e. the temperature gradient is below the limit value, e.g. 0.1 K/60s, the centrifugal pump unit can assume that the circuit line has been completely flushed and end the flushing. Compared to using a lower temperature limit value, this has the advantage that the flushing is not ended too early and the end depends on the temperature at which the supplier supplies the drinking water.
  • the centrifugal pump unit can close the flush valve when a predefined flush volume has been drained.
  • the centrifugal pump unit determines the amount of water drained during flushing based on its flow rate and compares it with the predefined flush volume.
  • This flush volume corresponds at least to the volume of water that the circulation line or the drinking water network contains. It can be specified to the centrifugal pump unit, for example via the display and control unit or the communication interface.
  • the centrifugal pump unit can also determine the flush volume itself, by opening the flush valve and determining the time until the temperature no longer changes or the change in the temperature of the pumped water reaches or falls below a limit value and multiplying this time by the flow rate. This can be done once, for example, when commissioning the centrifugal pump unit.
  • the centrifugal pump unit is connected to at least one sensor and evaluates an electrical signal from this sensor. The evaluation can be carried out based on whether the measured value recorded by the sensor reaches a limit value or changes.
  • the senor is a temperature sensor.
  • a temperature sensor can be arranged behind a non-return valve so that the centrifugal pump unit can detect the status of the flush valve. This is described below.
  • the temperature sensor can be arranged behind a cooling unit, which is also hydraulically located in the circuit line to cool the drinking water.
  • the centrifugal pump unit monitors the cooling unit.
  • the temperature of the water behind the cooling unit should be lower than the temperature of the water flowing through the centrifugal pump unit. If this is not the case, which the centrifugal pump unit can determine by comparing the two temperatures, it can issue a corresponding message and indicate a cooling unit defect.
  • the temperature sensor can be arranged in a line between the circuit line and the consumer and can measure a decentralized drinking water temperature.
  • the senor can be a differential pressure sensor.
  • a differential pressure sensor can, for example, measure the pressure difference across a drinking water filter, which is also hydraulically located in the circuit line to filter the drinking water.
  • the centrifugal pump unit can compare the pressure difference with a limit value and, if the limit value is reached or exceeded, issue a message stating that the filter is too clogged and needs to be cleaned or replaced.
  • the centrifugal pump unit records the temperature of the water in the flow direction upstream of a flush valve connected to the circuit and downstream of a backflow preventer located behind the flush valve and compares the recorded temperature values with one another. Since the temperatures in circulation mode, i.e. when the flush valve is closed, must be the same, the centrifugal pump unit or the pump electronics can assume, in the case of unequal temperature values, that the flush valve is open or has not closed properly after a flush and is therefore defective. Conversely, in the case of equal temperature values with the flush valve open, i.e.
  • the centrifugal pump unit or the pump electronics can assume that the backflow preventer is defective because fresh drinking water is obviously flowing through the backflow preventer to the flush valve, which is precisely what the backflow preventer is supposed to prevent.
  • the temperature of the water behind the backflow preventer should be higher than in the centrifugal pump unit as soon as the fresh drinking water arrives there, since the backflow preventer is located in a section that is not flushed during flushing.
  • the centrifugal pump unit can also issue a corresponding message in the two aforementioned cases, in particular an error message, which indicates, for example, an open or defective flush valve or a defective backflow preventer.
  • the centrifugal pump unit provides, based on at least one decentralized drinking water temperature in a circuit fed from the circuit line in which the centrifugal pump unit pumps the water, local circuit line determines whether the drinking water network is hydraulically balanced.
  • a lack of or poor hydraulic balancing occurs when the decentralized temperature deviates significantly from the central temperature of the water flowing through the centrifugal pump unit.
  • the latter is determined by the centrifugal pump unit, in particular an internal temperature sensor, or a temperature sensor connected to the centrifugal pump unit.
  • the centrifugal pump unit can receive the decentralized temperature either directly from a connected temperature sensor or as a measured value via the communication interface. It then compares the at least one decentralized drinking water temperature with the central drinking water temperature and assumes an incorrect hydraulic balancing if a deviation between the decentralized and central drinking water temperatures exceeds a limit value, for example 2 K.
  • the distance between the heat source and the centrifugal pump unit can be determined from the time between the pump being switched back on, or the start of circulation, and the occurrence of the maximum, in conjunction with the flow rate that occurred during this time (e.g. in litres or m 3 per hour).
  • This distance can be specified in the form of a "hot spot after x% of the pipe volume before the circulation system". Even such a rough orientation is helpful for the user.
  • it is important that the pipe cross-section is known. An average value also works for different cross-sections.
  • the flow rate is 1.5 m 3 /h, for a pipe measuring 22x1 mm, for example, the flow velocity is 1.3 m/s. If the time to a local temperature maximum is 20 s, a hot spot is located at a distance of 26 m in front of the centrifugal pump unit.
  • the centrifugal pump unit determines its flow and, after the flush valve is triggered, assumes a flush valve defect if the flow does not increase.
  • this requires that the differential pressure between the circuit line and the flush valve outlet is lower than the differential pressure previously generated by the centrifugal pump unit.
  • the differential pressure to the flush valve outlet can be increased and thus the volume flow of the water flowing out can be limited.
  • a flush valve defect can be determined as described above, preferably via the speed of the pump unit or the temperature difference across the backflow preventer.
  • the centrifugal pump unit preferably issues a message about this flush valve defect.
  • each message can be displayed by the centrifugal pump unit, for example on a display of a control unit and/or acoustically.
  • each message can be sent via the communication interface, for example to a building management system, a remote server of a monitoring center or a mobile device.
  • each message can be displayed as an error or warning in the Pump electronics, in particular a web interface, so that all messages can be queried via a communication network connected to the communication interface.
  • the centrifugal pump unit is part of a compact unit within the drinking water supply network.
  • This compact unit has an inlet for taking in drinking water from the circuit and an outlet for pumping drinking water into the circuit, with the centrifugal pump unit being arranged between the inlet and the outlet to pump the water in the circuit.
  • the compact unit can contain other components so that these do not have to be installed separately.
  • the compact unit can be used for both hot water and cold water circulation systems.
  • flushing valve which is part of a flushing unit, is also an integral part of the compact unit and is therefore not arranged externally and away from the centrifugal pump or compact units used for circulation, as is usual in the state of the art, so that the effort for assembly or installation of the unit on site is reduced.
  • the pump unit, the electric motor and the pump electronics form a structural unit, with the pump electronics preferably being attached to the outside of the electric motor, in particular to an axial end face.
  • Centrifugal pump units of this type are generally known.
  • the centrifugal pump unit according to the invention is specially designed for use in a drinking water circulation system. The structural unification of all centrifugal pump components reduces the effort required to manufacture the compact unit.
  • the pump electronics can be installed in the compact unit spatially independent of the electric motor, especially when removed from the electric motor. This has the advantage that it can be arranged at a different location than the pump unit, which allows greater freedom in the design of the compact unit and the spatial arrangement of its components.
  • the pump electronics are intended to control or energize the electric motor and to carry out control or regulation of the electric motor and the pump unit.
  • the pump electronics have a frequency converter and operating software that carries out this control or regulation.
  • the pump electronics are additionally equipped with a software component and a switching output that can be controlled by this, with which the flush valve is connected for control purposes.
  • the pump electronics can include a display and operating unit.
  • This can have a display for displaying information and at least one operating element for making inputs.
  • the operating element can be a rotary and/or pressable button. Alternatively, it can be a touch-sensitive surface of the display, whereby additional operating elements can be present if necessary.
  • the display is advantageously a graphic color display.
  • the display and control unit can serve different purposes. For example, it can be set up to accept a manual input of the trigger command for the flush valve.
  • the display and control unit can also be used in the classic way to configure the centrifugal pump unit, in this case in particular to configure the water circulation. For example, a certain type of control and/or certain values of parameters or limit values can be set.
  • the display and control unit can be used to display information about the drinking water supply network, such as the water temperature or the volume flow of the circulating drinking water.
  • errors or error states can be displayed on the display and control unit. Since the display and control unit is part of the centrifugal pump unit, all of the aforementioned options take place directly on the centrifugal pump unit.
  • the flush valve can be a solenoid valve, for example.
  • the flush unit can have an outlet with a siphon that is open to the atmosphere. This outlet, which is open to the atmosphere, prevents contamination from the direction of the outlet. If necessary, the outlet and the siphon can also be integrated into the compact unit, in such a way that these components of the flush unit are enclosed by a housing of the compact unit.
  • the flushing unit preferably has a sensor that detects water in a part of the flushing unit, in particular in the siphon, which is connected to the centrifugal pump unit or the pump electronics via a corresponding interface.
  • the sensor can be a level sensor.
  • the centrifugal pump unit can thus monitor whether water in the siphon exceeds a certain limit level, possibly as a result of a blockage in the drain line, and the siphon threatens to overflow. It can preferably be provided that the centrifugal pump unit closes the flushing valve if water is detected or if the water level is too high, so that the flushing unit does not overflow.
  • the centrifugal pump unit or the pump electronics can be connected to a local or global data network such as an intranet, Internet or building automation system via the communication interface and can be remotely operated and/or queried via it.
  • the communication interface can be a web interface or an industrial bus interface such as Modbus or Bacnet.
  • the communication interface can also be wired or a radio interface such as a Bluetooth, NFC, RFID or WLAN interface, etc.
  • a radio interface has the advantage that the centrifugal pump unit or the compact unit can be wirelessly connected to a portable external device such as a smartphone, laptop or tablet and can also be operated or queried.
  • the communication interface is usually a combination of hardware and software to provide the necessary data communication on the one hand and the necessary data processing, particularly protocols, on the other.
  • the communication interface preferably contains a web server to access the centrifugal pump unit for operation and/or data retrieval via TCP/IP using a browser.
  • the centrifugal pump unit controls a UV lamp.
  • it can have a switchable output for connecting the UV lamp.
  • a UV lamp is used to kill germs and can also be part of the compact unit or arranged externally to it.
  • the switching output can be switched by the pump electronics and can be potential-free, for example form a relay output, or serve to switch the power supply of the UV lamp on and off.
  • the previously mentioned limit values and/or time periods may be parameters that can be specified for the pump electronics.
  • FIG. 1 illustrates an example of a drinking water supply network 30 in a schematic representation.
  • the drinking water supply network 30 is supplied with fresh drinking water via a house connection 28 by a water supplier who supplies the drinking water at a specific temperature and a specific pressure.
  • a main line 29 connects the house connection 28 to a circuit 31 (circulation line) to which several consumers 32 are connected in the form of drinking water extraction points.
  • the extraction points here are, for example, a faucet on a washbasin, a bathtub fitting and a toilet.
  • the circuit consists of several supply and return lines.
  • the main line 29 initially flows into a central supply line 33, from which a first, second and third local supply line 34 branches off and connects the consumers 32 in the manner of a hydraulic series connection.
  • the local supply lines each merge into a local return line 35.
  • These local return lines 35 flow via a circulation valve 37 for hydraulic balancing of the local circuits 34, 35 into a common central return line 36, which in turn flows into a circulation arrangement A with a centrifugal pump unit 2, which conveys the return water back into the main line 29 and thus feeds it back into the circuit 31.
  • a circulation arrangement A with a centrifugal pump unit 2, which conveys the return water back into the main line 29 and thus feeds it back into the circuit 31.
  • the circulation arrangement A is in Figure 1 represented as a black box, the implementation of which is based on a variant Figure 2 shows.
  • FIG. 2 illustrates in schematic representation an implementation of the circulation arrangement A by a compact unit 1 according to the invention.
  • the circulation arrangement A here comprises a section of the main line 29, the end of which opens into the circuit 31, which is shown here in simplified form by a single pipe and at the end again enters the circulation arrangement A.
  • the compact unit 1 has an inlet 3 for receiving drinking water from the circuit 31 and an outlet 5 for conveying drinking water into the circuit 31, the outlet 5 being connected to the main line 29.
  • a centrifugal pump unit 2 with a pump unit 2a, an electric motor 2b driving it and pump electronics 2c for controlling and regulating the electric motor 2b.
  • a flush valve 7a for draining drinking water from the circuit 31 is hydraulically arranged between the inlet 3 and the outlet 5, and in this embodiment it is located between the centrifugal pump unit 2 and the outlet 5. More precisely, it is located between the centrifugal pump unit 2 and a backflow preventer 11, which prevents drinking water from flowing back from the main line 29 via the outlet 5 into the compact unit.
  • a further backflow preventer 11 is also arranged in the main line 29.
  • the line between the backflow preventer 11 of the compact unit 1 and the main line 29 is referred to below as the intermediate line 16.
  • a central element of the compact unit 1 is the multi-way pipe section 10, which in this design variant has three connections and the flushing valve 7a via which the centrifugal pump unit 2 is connected to the inlet 4 and via the non-return valve to the outlet 5. In more detail, it connects the centrifugal pump unit 2, the flushing valve 7a and the non-return valve 11 to one another.
  • the centrifugal pump unit 2 has a display and operating unit 2d with a display 8, an operating element 9, and a radio communication interface.
  • the centrifugal pump unit 2 also contains a temperature sensor 20 for detecting the temperature of the drinking water being pumped, and a volume flow determination 22.
  • the centrifugal pump unit 2 is therefore not only an actuator in the form of a pump, but also a sensor component within the compact unit 1.
  • the flush valve 7a is a solenoid valve and is connected to the pump electronics 2c via a control line 13. In other words, the flush valve 7a can be triggered by the pump electronics 2c.
  • the centrifugal pump unit 2 pumps the drinking water from the circuit 31 via the backflow preventer 11 and the intermediate line 16 to the main line 26 and thus back into the circuit 31.
  • fresh drinking water only flows into the circuit 31 via the main line 29 when water is removed from the circuit 31, e.g. by withdrawal from one of the consumers 32 or by draining water as a result of an open flush valve 7a.
  • the flush valve 7a is open so that the drinking water flows from the circuit 31 into a free outlet 7b with siphon 7c. Circuit 31 is thus largely emptied and filled with fresh drinking water.
  • FIG 3 shows a more detailed view of a compact unit 1 according to a first embodiment of the invention in a schematic representation.
  • the centrifugal pump unit 2 is located between the inlet 3 and the multi-way pipe section 10.
  • the centrifugal pump unit 2 consists of the structural combination of a pump unit 2a, an electric motor 2b driving it and pump electronics 2c, which are attached to the electric motor 2b.
  • the pump electronics 2c have a communication interface with which the centrifugal pump unit 2 and thus the compact unit 1 are connected via a communication line 17 to a building automation system, a local network or the Internet (www).
  • the centrifugal pump unit 2 can be remotely controlled and/or remotely queried in this way.
  • the electric motor 2b is designed as a wet rotor, with its rotor rotating in a rotor chamber filled with the drinking water being pumped.
  • Flow channels between the pump chamber containing the impeller and the rotor chamber ensure a continuous flow through the rotor chamber.
  • a filter 19 is located in the direction of flow in front of the centrifugal pump unit 2, which filters out coarse particles from the drinking water before they can enter the pump unit 2a.
  • the filter 19 is located between the inlet valve 4 and the pump unit 2a.
  • the multi-way pipe section 10 is cross-shaped here and thus has four connections 10a, 10b, 10c, 10d, between each of which there is a 90° angle, with the pump unit 2a being connected to an inlet connection 10a of the multi-way pipe section 10.
  • the flushing valve 7a is connected to an opposite first outlet connection 10b.
  • a second outlet connection 10c branches off to the right-hand side, which is connected to the backflow preventer 11 and leads to the outlet 5 of the compact unit 1.
  • a manually operated outlet valve 6 is arranged between the backflow preventer 11 and the outlet 5, analogous to the inlet valve 5.
  • An intermediate line 16 connects the outlet 5 to the main line 29.
  • the multi-way pipe section 10 On the left-hand side, the multi-way pipe section 10 has a third outlet connection 10d, to which a sampling valve 18 is arranged. This enables a drinking water sample to be taken for quality testing directly from the compact unit 1 according to the invention.
  • the flush valve 7a is part of a flush unit 7, which also includes a free outlet 7b, a siphon 7c and an optional level sensor 7e.
  • the flush valve 7a is a solenoid valve and has an electromagnetic actuator 7d, which is connected to the pump electronics 2c via a control line 13.
  • the pump electronics 2c can trigger the flush valve 7a via the control line 13 so that the drinking water in the circuit 31 flows into the free outlet 7b.
  • the free outlet 7b is open to the atmosphere to prevent germs from the drain or siphon 7c from entering the circuit 31.
  • the level sensor 7e monitors a possible overflow of the flush unit 7 due to a blockage. It is also connected to the pump electronics 2 via a sensor line 14.
  • An extension module 15 is connected to the output 5 of the compact unit 1, which can be a cooling unit or a filter, for example.
  • the output connection 5 of the compact unit 1 is arranged in the middle on the side.
  • the centrifugal pump unit 2 is designed to ensure that the drinking water circulates continuously in the circuit 31. To this end, the centrifugal pump unit 2 can keep its volume flow or its delivery head or differential pressure constant, in particular regulate it.
  • the drinking water enters the compact unit 1 via the inlet 3 and flows through the inlet valve 4 and through the filter 19 into the pump unit 2, which increases the pressure of the drinking water. Since the flush valve 7 is closed, the drinking water flows from the inlet connection 10a to the second outlet connection 10c of the multi-way pipe section 10 and through the backflow preventer 11 and the outlet valve 6 to the outlet 5, from where it flows through the intermediate line 16 to the main line 29 and then re-enters the circuit 31.
  • a tapping activity occurs when drinking water is drawn from one of the consumers 32. In this case, the pressure in the drinking water supply network and the The volume flow delivered by the centrifugal pump unit 2 and fresh drinking water flows from the house connection 28 via the main line 29 into the circuit 31.
  • the reduction in pressure and volume flow leads to a change in the operating point of the centrifugal pump unit 2. This is also detected by the centrifugal pump unit 2, especially since it has to compensate for the deficit. A change in the operating point therefore corresponds to a tapping activity.
  • the centrifugal pump unit has a volume flow or differential pressure determination in the form of one or more sensors or calculates the volume flow or differential pressure in a known manner.
  • the centrifugal pump unit 2 or its pump electronics 2c are set up to detect and document every tapping activity at the consumers 32, in particular to store it in a memory, e.g. in the form of an event.
  • the centrifugal pump unit 2 is set up to trigger the flushing valve 7a if there has been no tapping activity or no change in the operating point for a certain period of time. This period is preferably between 24 and 72 hours. If tapping activity occurs, the centrifugal pump unit 2 begins to wait for the period again.
  • the centrifugal pump unit 2 can be set up, in addition to or as an alternative to the aforementioned tapping activity-dependent flushing criterion, to trigger the flushing valve 7a after a certain period of time has elapsed. This period is, for example, 72 hours.
  • the centrifugal pump unit 2 has an internal temperature sensor 20, which is used to determine the temperature of the drinking water being pumped. In addition, the centrifugal pump unit documents this temperature by displaying it above the time. Advantageously, this can also be used to determine and document the temperature at which the water supplier provides the drinking water at the house water connection 28 by documenting the lowest temperature at the end of a flushing process (approach: the heating of the water during flushing is negligible).
  • the drinking water in the circuit 31 can heat up, which accelerates the formation of germs and may result in temperatures that are unhygienically unacceptable.
  • This heating process is monitored by the centrifugal pump unit 2. It triggers the flush valve 7a when the temperature of the drinking water being pumped reaches or exceeds a limit value, for example 25°C. Since this limit value may be exceeded at times, particularly in the summer months, it is also sensible in this case to overlay the temperature-dependent flushing criterion with the time-dependent flushing criterion, so that flushing takes place every 72 hours in any case.
  • the centrifugal pump unit 2 closes the flush valve 7a when the level sensor 7e indicates that a limit level in the siphon 7c has been reached or exceeded in order to prevent overflow.
  • the centrifugal pump unit 2 can carry out a valve test in which the flush valve 7a is triggered briefly, for example for a few seconds, in particular 3 seconds, preferably at midnight.
  • the flush valve 7a When the flush valve 7a is triggered, it opens and the drinking water is separated into the free outlet 7b. Since this is open to the atmosphere, the opening of the flush valve 7a represents a hydraulic short circuit and the drinking water is separated at the pressure of the water supplier, approx. 2-6 bar, minus the pipe losses in the drinking water network and at maximum speed.
  • a flow reducer can be arranged in front of or behind the flush valve 7a, which regulates a constant flow regardless of the pressure, for example 10 l/min. Since the drinking water to be separated in the design variant according to Figure 3 flows through the centrifugal pump unit 2, drives it starts the pump unit 2a like a turbine, so that the electric motor 2b works as a generator.
  • the electric motor is switched off or not energized for the time being.
  • the centrifugal pump unit can monitor the separation or flushing process. As a result of the monitoring, the centrifugal pump unit 2 can apply a switch-off criterion so that the amount of water to be separated to flush the circuit and thus the economic loss for the unused drinking water is minimal.
  • the centrifugal pump unit 2 waits for this point in time and switches off the flush valve 7a when the temperature reaches or falls below a target value, e.g. 20°C. In addition, the centrifugal pump unit switches off the flush valve 7a when the temperature no longer changes or no longer changes significantly, in other words when it has reached a minimum value.
  • a target value e.g. 20°C
  • This temperature change-based switch-off criterion is superimposed on the previous temperature-based criterion and ensures that the flush valve 7a is switched off even when the temperature of the drinking water supplied by the water supplier is above the target value. The water consumption for flushing remains minimal.
  • the flush valve 7a can be switched off when a predetermined amount of drinking water in liters or cubic meters or drinking water has been drained for a certain period of time. These criteria can also be used optionally in addition to or as an alternative to the aforementioned criteria. Since the centrifugal pump unit 2 determines its currently pumped volume flow via the volume flow determination 22, it can function as a water meter by multiplying the volume flow from the time the flush valve is triggered by time. The centrifugal pump unit 2 switches the flush valve 7a off when the predetermined amount of drinking water has flowed through it.
  • the target value, the quantity and/or the period of time are parameters that can be specified in the pump electronics. This takes into account the fact that the pump electronics cannot know at the factory how large the drinking water supply network is in which the compact unit is installed. However, it is intended that the pump electronics be set up to independently determine the quantity of drinking water to be drained or the period of time for draining. This is achieved by measuring the time or the amount of water flowing through the centrifugal pump during the first flush until the temperature has dropped to the minimum value. The amount of water then present or the time that has elapsed up to that point can then be saved as parameters for a quantity-based or time-based switch-off criterion in the pump electronics 2c.
  • the centrifugal pump unit 2 can detect the hydraulic short circuit resulting from the opening of the flush valve 7a by a change in its operating point. From this, the centrifugal pump unit can recognize that the flush valve 7a is functioning properly. If the electric motor is not powered during this time, the flush valve is functioning properly can be recognized by the fact that the pump speed is greater than zero because water is flowing through the pump unit 2a and driving its impeller. Conversely, this means that the centrifugal pump unit 2 can or does conclude that the flush valve 7a is defective if, after the flush valve 7a has been triggered, the expected change in operating point or the positive pump speed is not present despite the motor being switched off. The centrifugal pump unit 2 then issues an error message, for example via the display 8 or the communication interface.
  • the additional temperature sensor 21a in the direction of flow behind the non-return valve 11 enables the pump electronics 2c to detect the state of the flush valve 7a at any time. This is particularly useful if the flush valve 7a does not trigger itself. To do this, the pump electronics 2c evaluates the temperature measured by the additional temperature sensor 21a by comparing it with the temperature measured by itself. If the temperature measured by the additional temperature sensor 21a remains constant while the temperature measured by the pump-internal temperature sensor 20 drops, the flush valve 7a is obviously open and flushing is taking place (flushing operation). If the If, however, both temperatures are the same, circulation takes place (circulation mode).
  • the pump electronics 2c can even detect a fault in the flush valve 7a. If the temperatures remain the same after the flush valve 7a has been triggered, it is incorrectly closed. If the temperatures are different in circulation mode, water is obviously flowing out via the flush valve 7a, i.e. it is incorrectly opened. In all cases, the status, in particular an error state of the flush valve 7a, can be shown by the pump electronics 2c on the display 8, reported via the communication interface and/or stored in the pump electronics 2c so that it can be queried remotely.
  • An external sensor 21b is arranged in the extension module 15, which is also connected to the pump electronics 2c via a sensor line 14.
  • the pump electronics 2 are thus able to monitor the extension module 15 with regard to the measured variable recorded.
  • the external sensor 21b can be a temperature sensor that records the temperature at the outlet of the cooling unit.
  • the centrifugal pump unit 2 can be set up to carry out temperature control based on this temperature. Alternatively or additionally, if a limit value is exceeded, an error or warning message can be generated by the centrifugal pump unit 2 and shown on the display 8 or sent via the communication line 17 to indicate an error in the cooling unit.
  • the external sensor 21b can be a differential pressure sensor that detects the pressure drop across the filter and thus indicates its degree of contamination.
  • the centrifugal pump unit 2 can be set up to adapt its control based on this differential pressure, e.g. to increase the discharge head with increasing differential pressure in order to keep the speed of the circulating drinking water constant.
  • an error or warning message can be generated by the centrifugal pump unit 2 and shown on the display 8 or sent via communication line 17 to indicate maintenance or replacement of the filter.
  • FIG 4 shows another embodiment of a compact unit 1 according to the invention. It differs from the variant in Figure 3 in that the centrifugal pump unit 2 is not located in front of the flush valve 7a in the direction of flow, but behind it, ie it is not arranged on the inlet side, but on the outlet side.
  • the flush valve 7a is not arranged between the centrifugal pump unit 2 and the outlet 5, but between the inlet 3 and the centrifugal pump unit 2.
  • This arrangement has the advantage that the centrifugal pump unit 2 does not overflow during flushing operation, ie is driven like a turbine by the drinking water to be separated. This is because during flushing the water rests in the intermediate line 16. This means that there is no risk of overloading the intermediate circuit of the frequency converter. Monitoring of the flushing process is only possible to a limited extent.
  • a further temperature sensor 21a must be used between the inlet and the flush valve 7a.
  • the centrifugal pump unit 2 cannot function as a water meter here.
  • the advantage is that the correct functioning of the backflow preventer 11 can be checked. If the centrifugal pump unit 2 detects a flow during the flushing activity, e.g. a speed other than zero despite the electric motor 2b not being powered, it is assumed that the backflow preventer 11 is defective. The centrifugal pump unit 2 then issues an error message, for example via the display 8 or the communication interface.
  • a temperature sensor 21c can be arranged in a line between the circuit line 31 and the consumer 32 and can record a decentralized drinking water temperature.
  • This decentralized temperature sensor 21c is connected to the pump electronics 2c so that it can determine whether the drinking water network is hydraulically balanced.
  • the centrifugal pump unit 2 compares the decentralized drinking water temperature with the central drinking water temperature, which is recorded by the pump's internal temperature sensor 20, and assumes a poor hydraulic balance if a deviation between the decentralized and central drinking water temperatures exceeds a limit value of, for example, 2K. If a poor hydraulic balance is detected, the centrifugal pump unit 2 issues an error message, for example via the display 8 or the communication interface.
  • FIG. 5 shows a flow chart for implementing double flushing. Double flushing serves to exchange the volume of water in the intermediate line 16 that remains in the intermediate line 16 during conventional flushing via the flush valve 7a, since this forms a branch line due to the non-return valve 11.
  • step S3 the flush valve is opened in step S3 and the fresh drinking water flows through the main line 29 into the circuit line 31 or into the central flow line 33, the local flow lines 34, the local return lines 35 and the central return line 36 until it reaches the centrifugal pump unit 2 and the flushing valve 7a, where it is discharged.
  • step S5 If the condition is met, the flush valve is closed in step S5 and the centrifugal pump unit 2 returns to circulation mode, step S6. However, this only remains for a comparatively short period of time, for example 60 seconds for about 50 m of pipe, so that the fresh drinking water can push the water volume from the intermediate line 16 into the main line 29 and, if necessary, into the circuit line 31.
  • step S7 The flushing valve 7a is then opened again, step S7, so that the displaced water volume of the intermediate line 16, driven by the incoming fresh water, flows to the flushing valve 7a and is separated there. This means that water is exchanged in the entire circuit line.
  • a check is again carried out to determine whether a condition for ending the flushing has been met, step S8. Since the water already has its minimum temperature at the start of the flushing operation, the predefined flushing duration or the predefined flushing volume can be used as a stop condition.
  • a modified temperature change condition can be used in which the centrifugal pump unit first evaluates the water temperature to see whether it is increasing and then falling again until the temperature no longer changes or the change in temperature falls below the limit value. This is because the temperature increase is caused by the volume of water that was previously in the intermediate line.
  • step S9 If the condition is met, the flushing valve is closed again in step S9 and the centrifugal pump unit 2 returns to circulation mode, step S1.
  • Figure 5 shows a flow chart for implementing hot spot detection. This method is used to estimate the location of a heat source that causes an unusual heat input into the drinking water supply network 30. The location is determined in the form of a distance to the centrifugal pump unit 2. Knowing the pipe lengths of the drinking water supply network 30, the distance can then be used to determine where exactly the heat source must be in the building in which the drinking water supply network 30 extends, what the heat source is, and whether the heat input into the drinking water supply network 30 caused by the heat source can be prevented if necessary.
  • the distance between the heat source and the centrifugal pump unit can be determined as follows: A flow rate of 1.5 m 3 /h, for example, in a pipe of 22x1 mm (20 mm inner diameter) and a flow rate of 1.3 m/s results in a distance of 26 m in 20 s. This distance can also be specified in the form of "hot spot after x% of the pipe volume before the circulation system".
  • the invention includes any changes, variations or modifications of embodiments which involve the exchange, addition, change or omission of elements, components, process steps, values or information, as long as the basic idea of the invention is retained, regardless of whether the change, variation or modifications lead to an improvement or deterioration of an embodiment. s

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Wasserzirkulation in einem Trinkwasserversorgungsnetzwerk (30), das wenigstens einen Kreislauf (31) zur Zirkulation von Trinkwasser, ein Kreiselpumpenaggregat (2) zur Aufnahme von Trinkwasser aus und Förderung in den Kreislauf (31) und wenigstens einen aus dem Kreislauf (31) mit Trinkwasser gespeisten Verbraucher (32) aufweist. Das Kreiselpumpenaggregat (2) weist eine Pumpeneinheit (2a), einen diese antreibenden Elektromotor (2b) und eine Pumpenelektronik (2c) zur Steuerung und Regelung des Elektromotors (2b) auf und ermittelt Betriebsinformationen über die Wasserzirkulation oder das Trinkwasserversorgungsnetzwerk (30) die es zur Überwachung der Wasserzirkulation und von Komponenten des Trinkwasserversorgungsnetzwerks (30) verwendet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Wasserzirkulation in einem Trinkwasserversorgungsnetzwerk, das wenigstens einen Kreislauf zur Zirkulation von Trinkwasser, ein Kreiselpumpenaggregat zur Aufnahme von Trinkwasser aus und Förderung in den Kreislauf und wenigstens einen aus dem Kreislauf mit Trinkwasser gespeisten Verbraucher aufweist, wobei das Kreiselpumpenaggregat eine Pumpeneinheit, einen diese antreibenden Elektromotor und eine Pumpenelektronik zur Steuerung und Regelung des Elektromotors aufweist.
  • Trinkwasserversorgungsnetzwerke in Gebäuden dienen der Versorgung von Verbrauchern in Gestalt von Zapfstellen wie Wasserhähnen, Toiletten oder Duschen mit kaltem oder warmen Trinkwasser. Um das Lebensmittel "Trinkwasser" hygienisch sicher bereitzustellen, muss eine Vermehrung der Keime im Trinkwasser ausgeschlossen werden. Je nachdem, um welchen Verbraucher es sich handelt, wie häufig die Räumlichkeiten, in dem sich der Verbraucher befindet, genutzt werden und in welchem Teil des Gebäudes sie sich befinden, erfolgt eine Wasserentnahme mehr oder weniger regelmäßig, gegebenenfalls auch selten. Die Folge einer unregelmäßigen Wasserentnahme ist Stagnationswasser in den Zulaufleitungen zu den Verbrauchern, was wiederum eine Verkeimung mit Bakterien und Viren begünstigt. Dies ist gerade bei großen Trinkwassernetzwerken wie in Krankenhäusern, Hotels und öffentlichen Gebäuden ein Problem. Zur Verbesserung der Trinkwasserqualität, werden Trinkwasserversorgungsnetzwerke mit Kreisläufen realisiert, in denen das Trinkwasser bis zu den Entnahmestellen im Kreislauf gefördert wird.
  • Neben baulichen Anforderungen zur Vermeidung von Stagnation sowie Materialvorgaben gibt es betriebliche Anforderungen an die Trinkwassertemperatur und den Wasseraustausch. So ist beispielsweise in der Richtlinie VDI DVGW 6023 "Hygiene in Trinkwasserinstallationen" vorgesehen, dass alle 72 Stunden ein vollständiger Wasseraustausch des zirkulierenden Trinkwassers erfolgt, um in der Zirkulationsleitung befindliches, ungenutztes Trinkwasser durch frisches, kaltes Trinkwasser zu ersetzen. Der Wasseraustausch erfolgt, indem das Wasser der Zirkulationsleitung in einen Abfluss abgelassen und nicht mehr als Trinkwasser verwendet wird.
  • Die Trinkwassertemperatur bei kaltem Trinkwasser muss gemäß der Richtlinie VDI DVGW 6023 "Hygiene in Trinkwasserinstallationen" möglichst kalt und maximal 25° C einhalten, um eine unzulässige Vermehrung von Keimen zu verhindern.
  • Für warmes Trinkwasser gibt es ebenfalls Temperaturvorgaben, um eine unzulässige Vermehrung von Keimen zu verhindern, allerdings als Mindesttemperaturen, wie dies im Arbeitsblatt DVGW W511 beschrieben ist.
  • In beiden Fällen, d.h. für "Trinkwasser kalt" und "Trinkwasser warm", hilft eine Installation, die mit einem Kreislauf, d.h. als Zirkulation ausgeführt ist. Punktuelle Wärmeeinträge bzw. -verluste führen dann nicht direkt zu unzulässigen Temperaturen, sondern verteilen sich auf den gesamten zirkulierten Wasserinhalt und verändern die Wassertemperatur nur wenig. Auf diese Weise werden unzulässige Temperaturbereiche und eine Vermehrung der Keime im Trinkwasser vermieden.
  • Der Forderung nach einer Trinkwasserzirkulation, insbesondere im Kaltwassernetzwerk, unter Einhaltung von Hygienestandards wird im Markt durch die Anordnung einzeln zu montierender und zu verbindender Komponenten wie Kreiselpumpe, Ventile, Rohrstücke, Sensoren, Spüleinheit, Kühlaggregat, Filter etc. nachgekommen. Daneben sind auch fertige Kompaktbaueinheiten bekannt, die zumindest einige der genannten Einzelkomponenten in einer Baueinheit vereinigen, so dass diese im Gebäude lediglich aufgestellt und angeschlossen werden muss. Eine Baueinheit dieser Art besitzt in der Regel eine übergeordnete, gegebenenfalls extern zur Baueinheit angeordnete Steuerungselektronik, an welche die sensorischen und aktorischen Komponenten der Baueinheit angeschlossen sind.
  • Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Überwachen einer Wasserzirkulation in einem Trinkwasserversorgungsnetzwerk bereitzustellen, das eine Überwachung der Einhaltung von Hygienestandards bei der Wasserzirkulation ermöglicht, mit geringem Montage und Verkabelungsaufwand eingerichtet werden kann, und insbesondere Synergien der Einzelkomponenten der Trinkwasserzirkulation ausnutzt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist in Anspruch 2 angegeben und wird nachfolgend erläutert.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Überwachen einer Wasserzirkulation in einem Trinkwasserversorgungsnetzwerk vorgeschlagen, das wenigstens einen Kreislauf zur Zirkulation von Trinkwasser, ein Kreiselpumpenaggregat zur Aufnahme von Trinkwasser aus und Förderung in den Kreislauf und wenigstens einen aus dem Kreislauf mit Trinkwasser gespeisten Verbraucher aufweist, wobei das Kreiselpumpenaggregat eine Pumpeneinheit, einen diese antreibenden Elektromotor und eine Pumpenelektronik zur Steuerung und Regelung des Elektromotors aufweist, und wobei das Kreiselpumpenaggregat Betriebsinformationen über die Wasserzirkulation oder das Trinkwasserversorgungsnetzwerk ermittelt und auf vielfältige Weise zur Überwachung der Wasserzirkulation verwendet. Dies wird nachfolgend erläutert.
  • Kern der Erfindung ist es somit, eine bereits vorhandene Systemkomponente, nämlich das Kreiselpumpenaggregat respektive dessen Pumpenelektronik, insbesondere deren Intelligenz und Funktionalität, bei der Einhaltung und Überwachung der Einhaltung von Hygienestandards in der Trinkwasserversorgung zu nutzen. Auf eine übergeordnete zentrale Steuerelektronik kann somit verzichtet werden. Folgemäßig reduziert sich auch der Aufwand für die Montage und Verkabelung der erforderlichen Sensorik und/ oder Aktorik, da das Kreiselpumpenaggregat selbst als Sensor und/ oder Aktor und die Pumpenelektronik als Steuereinheit für die Wasserzirkulation fungiert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl für Warmwasser- als auch für Kaltwasserzirkulationssysteme verwendet werden.
  • Hauptsächlich wird das Kreiselpumpenaggregat im Zirkulationsbetrieb, insbesondere dauerhaft, betrieben, bei dem es das Trinkwasser durch den Kreislauf im Kreis fördert. Das Kreiselpumpenaggregat liegt somit innerhalb des Kreislaufs. Dadurch werden Sicherheit gegen Übertemperatur und stationäre Temperaturzustände im Trinkwasserversorgungsnetzwerk erreicht, die sich leicht auswerten lassen. Das Kreiselpumpenaggregat kann hierfür mit konstanter Drehzahl, volumenstromgeregelt oder druckgeregelt betrieben werden. Eine Regelung des Kreiselpumpenaggregats auf einen konstanten Volumenstrom bietet sich beispielsweise an, wenn in dem Trinkwasserversorgungsnetzwerk manuelle Strangabgleichventile oder Strömungsteiler montiert sind. Dagegen ist eine Proportionaldruckregelung geeignet, wenn in dem Trinkwasserversorgungsnetzwerk Regelventile verbaut sind. Während des Zirkulationsbetriebs überwacht das Kreiselpumpenaggregat die Wasserzirkulation.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ermittelt das Kreiselpumpenaggregat seinen Durchfluss und überwacht ihn auf eine Änderung oder das Erreichen eines Grenzwerts. Ebenso kann das Kreiselpumpenaggregat seine Förderhöhe bzw. seinen Differenzdruck oder die Temperatur des geförderten Wassers auf eine Änderung oder das Erreichen eines Grenzwerts überwachen. Somit kann auf eigenständige Sensoren oder Sensorkomponenten wie ein Volumenstromsensor, ein Drucksensor oder ein Temperaturfühler, die im Trinkwasserversorgungsnetzwerk installiert und datentechnisch verkabelt werden müssen, verzichtet werden. Ferner kann vom Kreiselpumpenaggregat der aktuelle Betriebszustand, einschließlich des Hygienezustands der Wasserzirkulation respektive des Trinkwassernetzwerks beurteilt und gegebenenfalls eine geeignete Maßnahme ergriffen werden, um die Trinkwasserhygiene einzuhalten. Schließlich können auch kurzfristige und langfristige Änderungen des Betriebszustands erkannt werden.
  • Der Durchfluss, die Förderhöhe/Differenzdruck oder die Temperatur können jeweils mit Hilfe eines in das Kreiselpumpenaggregat integrierten Sensors (Volumenstromsensor, Differenzdrucksensor, Temperatursensor) oder auch rechnerisch aus Pumpengrößen ermittelt werden, wie dies im Stand der Technik an sich bekannt ist.
  • Durch den vom Kreiselpumpenaggregat ermittelten Durchfluss ist ihm die Menge des in der Kreisleitung zirkulierenden Wassers pro Zeiteinheit bekannt. Ferner ist ihm durch die Ermittlung der Förderhöhe bekannt, ob und in welcher Höhe ein Druckabfall entlang der Kreisleitung vorliegt, d.h. ein oder mehrere Zapfventile der Verbraucher geöffnet sind. Schließlich ist dem Kreiselpumpenaggregat durch die Erfassung der Temperatur des durch sie fließenden Wassers möglich, den temperaturbedingten Hygienezustand des Trinkwasserversorgungsnetzwerks zu beurteilen.
  • Unterschreitet der Durchfluss einen unteren Grenzwert, nimmt das Kreiselpumpenaggregat, respektive seine Pumpenelektronik, ein geschlossenes Ventil innerhalb des Kreislaufs an, das die Zirkulation beeinträchtigt oder sogar verhindert. Das geschlossene Ventil kann z.B. ein absperrbares Service-Ventil sein, das vor oder hinter dem Kreiselpumpenaggregat angeordnet ist, um einen Strangabschnitt des Trinkwassernetzwerks von der Wasserversorgung zu trennen. Geeigneterweise kann das Kreiselpumpenaggregat in diesem Fall eine korrespondierende Meldung, insbesondere eine Fehlermeldung ausgeben, die auf die Grenzwertunterschreitung bzw. dieses geschlossene Ventil hinweist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Kreiselpumpenaggregat eine langfristige Bewertung des Zustands des Trinkwasserversorgungsnetzwerks durchführt, indem das Kreiselpumpenaggregat regelmäßig in Intervallen, beispielsweise von mehreren Stunden bis wenigen Tagen, vorzugsweise alle 24 Stunden, seinen Arbeitspunkt ermittelt und eine Änderung des Arbeitspunktes langfristig überwacht. Das bedeutet, dass der jeweils ermittelte Arbeitspunkt abgespeichert und mit dem letzten ermittelten Arbeitspunkt oder mit mehreren vergangenen Arbeitspunkten verglichen wird. Der Arbeitspunkt gibt den hydraulischen Widerstand des Trinkwasserversorgungsnetzwerks an. Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung stets nachts zu einer festen Uhrzeit, beispielsweise zwischen 0 Uhr und 4 Uhr, um sicherzustellen, dass während der Ermittlung an keinem Verbraucher Wasser aus der Kreisleitung entnommen wird.
  • Die Auswertung einer Änderung des Arbeitspunktes kann auf unterschiedliche Weise erfolgen.
  • In einer ersten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, eine strukturelle Änderung des Trinkwasserwasserversorgungsnetzwerks (Systemänderung) annimmt, wenn sich der Arbeitspunkt abrupt verändert, d.h. ein neu ermittelter Arbeitspunkt erheblich von dem oder den vorherigen Arbeitspunkten abweicht, indem sich beispielsweise wenigstens eine der den Arbeitspunkt definierenden Größen betraglich mehr als 30% oder sogar mehr als 50% gegenüber ihrem vorherigen Wert geändert hat. Denn der ermittelte Arbeitspunkt sollte bei fehlender Wasserentnahme an einem Verbraucher stets gleichbleiben. Eine strukturelle Änderung des Trinkwasserwasserversorgungsnetzwerks in Form einer Verlängerung, Verkürzung, Durchmesseränderung der Rohrleitungswege oder auch dem Austausch von Komponenten wie Ventilen führt dagegen zu einem anderen hydraulischen Widerstand des Trinkwasserversorgungsnetzwerks, der sich in einer erheblichen Änderung des Arbeitspunktes bemerkbar macht.
  • Als Arbeitspunkt des Kreiselpumpenaggregats wird die Kombination aus wenigstens zwei voneinander unabhängigen physikalischen Größen des Kreiselpumpenaggregats betrachtet, vorzugsweise der Durchfluss (Volumenstrom) und die Förderhöhe (Differenzdruck). Alternativ können Durchfluss und Drehzahl, Drehzahl und Förderhöhe, Leistung und Durchfluss, Stromaufnahme und Durchfluss, Drehzahl und Drehmoment oder zwei beliebige andere Größen des Kreiselpumpenaggregats den Arbeitspunkt definieren.
  • In einer zweiten Ausführungsvariante ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, einen zugesetzten Filter in dem Kreislauf annimmt, wenn der den Arbeitspunkt mitdefinierende Differenzdruck der Kreiselpumpe allmählich, d.h. von ermitteltem Arbeitspunkt zu Arbeitspunkt ansteigt oder über einen Grenzwert steigt. Ein Filter im Kreislauf kann sich infolge von mittransportierten Partikeln im Wasser zunehmend zusetzen, so dass der Druckabfall über dem Filter allmählich zunimmt. Auch dies macht sich im Arbeitspunkt des Kreiselpumpenaggregats bemerkbar, da ein höherer Druck erforderlich ist, um denselben Durchfluss zu fördern.
  • Weiter ist in einer dritten Ausführungsvariante zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, ein defekt offenes Regelventil in dem Kreislauf annimmt, wenn der den Arbeitspunkt mitdefinierende Differenzdruck allmählich absinkt oder unter einen Grenzwert fällt. Das Regelventil kann ein solches Ventil sein, das einen Teilstrom des zirkulierenden Trinkwassers in einem Zweig der Kreisleitung definiert, an die ein oder mehrere Verbraucher angeschlossen sind. Die Erkennung eines solchen Defekts im Trinkwasserversorgungsnetzwerk ist von besonderer Bedeutung, da in diesem Fall der hydraulische Abgleich des Netzwerks nicht mehr sichergestellt ist und andere Stränge unterversorgt werden könnten.
  • Geeigneterweise kann das Kreiselpumpenaggregat in allen vorgenannten Fällen eine korrespondierende Meldung, insbesondere eine Fehlermeldung ausgeben, die z.B. auf die Änderung des Trinkwasserversorgungsnetzwerks, oder auf den Differenzdruckanstieg oder die Grenzwertüberschreitung bzw. auf die Notwendigkeit einer Filterreinigung oder eines Filteraustauschs, oder auf den Differenzdruckabfall oder die Grenzwertunterschreitung bzw. auf die Notwendigkeit einer Reparatur des Regelventils hinweist.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist das Kreiselpumpenaggregat in einer ersten Ausführungsvariante in Strömungsrichtung des Wassers vor einem mit dem Kreislauf verbundenen Spülventil zum Ablassen von Wasser aus dem Kreislauf angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das über das Spülventil abzuscheidende, aus dem Kreislauf nachfließende Trinkwasser durch die Kreiselpumpe strömt und somit auf verschiedene Weise von der Kreiselpumpe überwacht oder vermessen werden kann, beispielsweise im Hinblick auf Temperatur, Spülvolumen, Strömungsgeschwindigkeit etc.
  • Der Spülbetrieb stellt neben der Zirkulation bzw. dem Zirkulationsbetrieb einen weiteren Betriebsfall des Trinkwasserversorgungsnetzwerks bzw. des Pumpenaggregats dar. Im Spülbetrieb ist das Pumpenaggregat geeigneterweise antriebslos geschaltet, da das Wasser aufgrund des Atmosphärendrucks hinter dem Spülventil automatisch zu diesem strömt.
  • Bei der vorgenannten Anordnung ist vorgesehen, dass das Kreiselpumpenaggregat im antriebslosen Zustand ermittelt, ob seine Drehzahl größer null ist, um eine Spülaktivität zu erkennen bzw. das Spülventil zu überprüfen. So kann das Kreiselpumpenaggregat, insbesondere die Pumpenelektronik, annehmen, dass das Spülventil geöffnet ist, wenn die Drehzahl größer null ist. Denn wenn das Spülventil geöffnet ist, fließt das Wasser durch das Kreiselpumpenaggregat zum Spülventil und aus dem Kreislauf hinaus, und treibt dabei das Laufrad der Pumpeneinheit wie bei einer Turbine an, obgleich der Elektromotor nicht angetrieben wird. Alternativ kann das Kreiselpumpenaggregat, insbesondere die Pumpenelektronik, während eines ausgelösten Spülbetriebs annehmen, dass das Spülventil defekt ist, wenn die Drehzahl null ist. Denn wenn der Spülbetrieb ausgelöst wurde, d.h. das Spülventil angesteuert wurde zu öffnen, müsste das Wasser durch das Kreiselpumpenaggregat hindurch zum Spülventil fließen und das Laufrad dabei antreiben. Ist dies jedoch nicht der Fall, ist das Spülventil trotz Auslösung offensichtlich geschlossen geblieben und infolgedessen defekt.
  • In einer zweiten Ausführungsvariante ist das Kreiselpumpenaggregat in Strömungsrichtung des Wassers hinter einem mit dem Kreislauf verbundenen Spülventil zum Ablassen von Wasser aus dem Kreislauf angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das über das Spülventil abzuscheidende Trinkwasser nicht durch die Kreiselpumpe strömt und die Kreiselpumpe somit bei geöffnetem Spülventil nicht überströmt wird, d.h. das Laufrad der Kreiselpumpe vom abgelassenen und aus dem Kreislauf nachströmenden Wassers nicht angetrieben wird und der Elektromotor somit auch nicht generatorisch läuft, was zur Verhinderung einer Überlastung des Frequenzumrichters der Pumpenelektronik besondere Maßnahmen erfordert. Bei einer solchen Anordnung ist das Kreiselpumpenaggregat im Spülbetrieb ebenfalls antriebslos geschaltet. Das Kreiselpumpenaggregat ermittelt im antriebslosen Zustand, ob seine Drehzahl größer null ist, um einen Rückflussverhinderer zu überprüfen. Der Rückflussverhinderer vermeidet, dass bei geöffnetem Spülventil frisches Trinkwasser entgegen der bestimmungsgemäßen Zirkulationsrichtung fließt und über das Spülventil abgeschieden wird. So kann das Kreiselpumpenaggregat, insbesondere die Pumpenelektronik während eines Spülbetriebs annehmen, dass ein in Reihe mit dem Kreiselpumpenaggregat liegender Rückflussverhinderer, insbesondere ein zwischen dem Spülventil und dem Kreiselpumpenaggregat angeordneter Rückflussverhinderer, defekt ist, wenn die Drehzahl größer null ist.
  • Die Bestimmung der Drehzahl ist mit einem bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik möglich. Beispielsweise kann dies über die elektrische Spannung erfolgen, die ein permanentmagnetischer Rotor im Stator induziert, d.h. die sogenannte "back EMF". Alternativ kann eine Drehung des Laufrads mit Hilfe eines Hall-Sensors erkannt werden, der das Magnetfeld der Rotormagnete oder anderer Magnete an einer rotierenden Komponente der Pumpeneinheit, beispielsweise am oder im Laufrad detektiert, wobei eine Änderung des Magnetfelds auf eine Drehung des Rotors deutet.
  • Der antriebslose Zustand ist ein Zustand, bei dem der Elektromotor unbestromt ist, d.h. kein elektrisches Drehmoment auf den Rotor wirkt. Mit anderen Worten ist der Elektromotor ausgeschaltet.
  • Geeigneterweise kann das Kreiselpumpenaggregat auch in den vorgenannten drei Fällen eine korrespondierende Meldung, insbesondere eine Fehlermeldung ausgeben, die z. B. auf ein geöffnetes oder defektes Spülventil oder einen defekten Rückflussverhinderer hinweist.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Kreiselpumpenaggregat eine kurzfristige Bewertung des Zustands des Trinkwasserversorgungsnetzwerks durchführt, indem das Kreiselpumpenaggregat seinen Arbeitspunkt kontinuierlich oder quasi kontinuierlich ermittelt und eine Änderung des Arbeitspunktes überwacht, so dass kurzfristige Änderungen erkannt werden können. Das bedeutet, dass der jeweils ermittelte Arbeitspunkt abgespeichert und mit dem letzten ermittelten Arbeitspunkt oder mit mehreren vergangenen Arbeitspunkten verglichen wird. Eine quasi kontinuierliche Ermittlung liegt vor, wenn der Arbeitspunkt in diskreten Zeitschritten, z. B. in Intervallen von einer Millisekunde bis wenigen oder 10 Sekunden ermittelt wird. Das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, nimmt eine Zapfaktivität an dem Verbraucher an, wenn sich der Arbeitspunkt verändert. Eine Zapfaktivität liegt vor, wenn an dem wenigstens einen Verbraucher Wasser aus der Kreisleitung entnommen wird. Es fließt dann frisches Trinkwasser in die Kreisleitung nach, das beispielswiese von einem Wasserversorger an einem Hausanschluss bereitgestellt wird.
  • Wird die Wasserentnahme beendet, so geht der Arbeitspunkt wieder zum Ausgangszustand zurück, in dem er vor der Wasserentnahme war. Somit kann das Kreiselpumpenaggregat auch die Dauer einer Wasserentnahme feststellen, indem die Zeit gemessen wird, die von der Änderung des Arbeitspunktes bis zur Rückkehr zum Ausgangszustand vergeht. Werden zwei oder mehr Verbraucher nacheinander geöffnet, macht sich dies in einer mehrfachen sprunghaften Änderung des Arbeitspunktes in dieselbe Richtung bemerkbar. Somit kann das Kreiselpumpenaggregat anhand der Änderungen des Arbeitspunktes auch feststellen, an wie vielen Verbrauchern gleichzeitig Wasser entnommen wird.
  • Eine Bestimmung der Häufigkeit der Wasserentnahmen innerhalb eines bestimmten Zeitraums, der Dauer der einzelnen oder gesamten Wasserentnahme(n) und/oder der Zapfintensität, d.h. der Anzahl an gleichzeitig offenen Verbrauchern, hat den Vorteil, dass das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, die Menge an ausgetauschtem Wasser in der Kreisleitung bewerten kann. Mit dieser Erkenntnis kann das Kreiselpumpenaggregat z.B. eine Spülung unterdrücken, wenn die Häufigkeit, Dauer und/ oder Intensität der Wasserentnahmen innerhalb eines Zeitraums ausreichend groß ist, um die Trinkwasserhygiene einzuhalten. Dies hat den Vorteil, dass unnötige Spülungen verhindert und somit Wasser eingespart werden kann. Eine ausreichend große Wasserentnahme bzw. ausreichende Zapfaktivität liegt zumindest dann vor, wenn innerhalb von 72 Stunden der gesamte Wasserinhalt der Kreisleitung entnommen, d.h. mindestens das gesamte Volumen der Kreisleitung durch frisches Trinkwasser ersetzt worden ist.
  • Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, jede Zapfaktivität, vorzugsweise auch deren Dauer und/ oder Intensität dokumentiert. Somit können diese Informationen zu jedem Zeitpunkt im Nachhinein am Kreiselpumpenaggregat abgerufen werden.
  • Es kann außerdem vorgesehen sein, dass das Kreiselpumpenaggregat die Temperatur des geförderten Trinkwassers ermittelt und auf eine Änderung oder das Erreichen eines Grenzwerts überwacht. Das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, löst ein Spülventil aus, wenn die Temperatur des geförderten Wassers einen oberen Grenzwert erreicht oder überschreitet. Dies kann als Temperaturspülen bezeichnet werden. Das Kreiselpumpenaggregat ermittelt dann während der Zirkulation die Temperatur und vergleicht sie mit dem oberen Grenzwert. Beispielsweise beträgt der obere Grenzwert 25°C. Wird das Spülventil ausgelöst, strömt das in der Kreisleitung erwärmte Wasser zum Spülventil und wird dort abgeschieden. Es fließt dann in der Regel frisches, kühleres Trinkwasser in die Kreisleitung hinein, beispielsweise mit einer Temperatur von maximal 16°C. So kann sichergestellt werden, dass sich das Wasser in der Kreisleitung in der Regel nicht auf eine Temperatur erwärmt, die eine Keimbildung begünstigt.
  • Bei dem vorgenannten Grenzwert kann es sich um eine Maximaltemperatur handeln, bei deren Erreichen oder Überschreiten das Kreiselpumpenaggregat unmittelbar eine Temperaturspülung auslöst. Gemäß einer weiteren Alternative kann das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, eine Temperaturspülung schon bei einer niedrigeren Temperatur auslösen, wenn diese Temperatur für einen gewissen Zeitraum überschritten ist. Eine Auslösung des Spülventils erfolgt also dann, wenn die Temperatur des geförderten Wassers für einen vorgegebenen Zeitraum oberhalb eines bestimmten Grenzwerts liegt. Dieser Grenzwert kann z.B. 23° C und der Zeitraum 3 Minuten betragen. Das Kreiselpumpenaggregat überwacht somit in diesem Fall während der Zirkulation, ob zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, nämlich ob der Temperaturgrenzwert überschritten ist und ob dies für die Dauer des bestimmten Zeitraums der Fall ist. Letzteres kann durch einen Zähler erfasst werden, der durch die Erreichung oder Überschreitung des Temperaturgrenzwerts ausgelöst wird. Sinkt die Temperatur des geförderten Wassers wieder unter den Grenzwert, kann der Zähler zurückgesetzt werden.
  • Beispielsweise das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, das Spülventil schließen, wenn die Temperatur des geförderten Wassers einen unteren Grenzwert erreicht oder unterschreitet. Das Kreiselpumpenaggregat ermittelt dann während der Spülung die Temperatur und vergleicht sie mit dem unteren Grenzwert. Sobald das in die Kreisleitung einfließende, frische Trinkwasser das Kreiselpumpenaggregat erreicht, entspricht die ermittelte Temperatur der Temperatur des frischen Trinkwassers, welche in der Regel deutlich geringer ist, als der zuvor genannte obere Grenzwert. Beispielsweise beträgt der untere Grenzwert 20°C.
  • Alternativ kann das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, das Spülventil schließen, wenn sich die Temperatur nicht mehr ändert oder die Änderung der Temperatur des geförderten Wassers einen Grenzwert erreicht oder unterschreitet. Das Kreiselpumpenaggregat ermittelt dann während der Spülung den Temperaturgardienten und wertet diesen aus. Erreicht das frische Trinkwasser das Kreiselpumpenaggregat sinkt die ermittelte Temperatur auf die Temperatur des frischen Trinkwassers, welche ein Minimum ist und konstant bleibt. Ändert sich die Temperatur also nicht mehr, d.h. der Temperaturgardienten ist null, oder nur noch wenig, d.h. der Temperaturgradient liegt unter dem Grenzwert z.B. 0,1 K/60s, kann das Kreiselpumpenaggregat davon ausgehen, dass die Kreisleitung vollständig gespült ist und die Spülung beenden. Gegenüber der Verwendung eines unteren Temperaturgrenzwerts hat dies den Vorteil, dass die Spülung nicht zu früh beendet wird und die Beendigung abhängig wird von der Temperatur, mit der der Versorger das Trinkwasser liefert.
  • Gemäß einer weiteren Alternative kann das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, das Spülventil schließen, wenn ein vordefiniertes Spülvolumen abgelassen wurde. Das Kreiselpumpenaggregat ermittelt dann während der Spülung die Menge abgelassenen Wassers anhand ihres Durchflusses und vergleicht sie mit dem vordefinierten Spülvolumen. Dieses Spülvolumen entspricht mindestens dem Wasservolumen, das die Zirkulationsleitung oder das Trinkwassernetzwerk umfasst. Es kann dem Kreiselpumpenaggregat vorgegeben werden, beispielsweise über die Anzeige- und Bedieneinheit oder die Kommunikationsschnittstelle. Das Kreiselpumpenaggregat kann das Spülvolumen allerdings auch selbst bestimmen, indem das Spülventil geöffnet und die Zeit ermittelt wird, bis sich die Temperatur nicht mehr ändert oder die Änderung der Temperatur des geförderten Wassers einen Grenzwert erreicht oder unterschreitet, und diese Zeit mit dem Durchfluss multipliziert wird. Dies kann beispielsweise einmalig bei der Inbetriebnahme des Kreiselpumpenaggregats erfolgen.
  • Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Kreiselpumpenaggregat mit wenigstens einem Sensor verbunden ist und ein elektrisches Signal dieses Sensors auswertet. Die Auswertung kann daraufhin erfolgen, ob der vom Sensor erfasste Messwert einen Grenzwert erreicht oder sich ändert.
  • Der Sensor ist in einer Ausführungsvariante ein Temperatursensor. Ein solcher Temperatursensor kann hinter einem Rückflussverhinderer angeordnet sein, so dass das Kreiselpumpenaggregat den Zustand des Spülventils erkennen kann. Dies wird nachfolgend noch beschrieben.
  • Der Temperatursensor kann alternativ hinter einem Kühlaggregat angeordnet sein, das ebenfalls hydraulisch in der Kreisleitung liegt, um das Trinkwasser zu kühlen. Auf diese Weise überwacht das Kreiselpumpenaggregat das Kühlaggregat. Denn im Betrieb des Kühlaggregats sollte die Temperatur des Wassers hinter dem Kühlaggregat niedriger sein, als die Temperatur des durch das Kreiselpumpenaggregat fließenden Wassers. Ist das nicht der Fall, was das Kreiselpumpenaggregat durch Vergleich der beiden Temperaturen feststellen kann, kann es eine entsprechende Meldung ausgeben und auf einen Kühlaggregatdefekt hinweisen.
  • Gemäß einer weiteren Alternative kann der Temperatursensor in einer Leitung zwischen der Kreisleitung und dem Verbraucher angeordnet sein und eine dezentrale Trinkwassertemperatur erfassen. Dies hat den Vorteil, dass das Kreiselpumpenaggregat einen fehlenden oder schlechten hydraulischen Abgleich erkennen und mit der Ausgabe einer entsprechenden Meldung darauf hinweisen kann, wie nachfolgend noch beschrieben wird.
  • In einer anderen Ausführungsvariante kann der Sensor ein Differenzdrucksensor sein. Ein solcher Sensor kann beispielsweise die Druckdifferenz über einem Trinkwasserfilter messen, der ebenfalls hydraulisch in der Kreisleitung liegt, um das Trinkwasser zu filtern. Das Kreiselpumpenaggregat kann die Druckdifferenz mit einem Grenzwert vergleichen und bei Erreichen oder Überschreiten des Grenzwerts eine Meldung ausgeben, wonach der Filter zu stark zugesetzt ist und gereinigt oder ersetzt werden muss.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Kreiselpumpenaggregat die Temperatur des Wassers in Strömungsrichtung vor einem mit dem Kreislauf verbundenen Spülventil und hinter einem hinter dem Spülventil liegenden Rückflussverhinderer erfasst und die erfassten Temperaturwerte miteinander vergleicht. Da die Temperaturen im Zirkulationsbetrieb, d.h. bei geschlossenem Spülventil gleich sein müssen, kann das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, im Falle ungleicher Temperaturwerte annehmen, dass das Spülventil geöffnet ist bzw. nach einer Spülung nicht richtig geschlossen hat, mithin defekt ist. Umgekehrt kann das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, im Falle gleicher Temperaturwerte bei geöffnetem Spülventil, d.h. im Spülbetrieb, annehmen, dass der Rückflussverhinderer defekt ist, weil offensichtlich frisches Trinkwasser durch den Rückflussverhinderer zum Spülventil fließt, was der Rückflussverhinderer gerade verhindern soll. Im ordnungsgemäßen Betrieb des Rückflussverhinderer sollte die Temperatur des Wassers hinter dem Rückflussverhinderer dagegen höher als in dem Kreiselpumpenaggregat sein, sobald dort das frische Trinkwasser ankommt, da der Rückflussverhinderer in einem im Spülbetrieb nicht durchspülten Abschnitt liegt.
  • Geeigneterweise kann das Kreiselpumpenaggregat auch in den vorgenannten beiden Fällen eine korrespondierende Meldung, insbesondere eine Fehlermeldung ausgeben, die z.B. auf ein geöffnetes oder defektes Spülventil oder einen defekten Rückflussverhinderer hinweist.
  • Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung stellt das Kreiselpumpenaggregat anhand wenigstens einer dezentralen Trinkwassertemperatur in einer aus der Kreisleitung, in der das Kreiselpumpenaggregat das Wasser fördert, gespeisten lokalen Kreisleitung fest, ob das Trinkwassernetzwerk hydraulisch abgeglichen ist. Ein fehlender oder schlechter hydraulischer Abgleich liegt vor, wenn die dezentrale Temperatur wesentlich von der zentralen Temperatur des durch das Kreiselpumpenaggregat fließenden Wassers abweicht. Letztere wird von dem Kreiselpumpenaggregat, insbesondere einem internen Temperatursensor, oder einem an das Kreiselpumpenaggregat angeschlossenen Temperatursensor ermittelt. Das Kreiselpumpenaggregat kann die dezentrale Temperatur entweder direkt von einem angeschlossenen Temperatursensor erhalten oder als Messwert über die Kommunikationsschnittstelle. Es vergleicht dann die wenigstens eine dezentrale Trinkwassertemperatur mit der zentralen Trinkwassertemperatur und nimmt einen fehlerhaften hydraulischen Abgleich an, wenn eine Abweichung der dezentralen und zentralen Trinkwassertemperatur voneinander einen Grenzwert, beispielsweise 2 K überschreitet.
  • Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Kreiselpumpenaggregat eine Detektion einer Wärmequelle (Hot Spot Erkennung) durchführt, die Wärme in das Trinkwasserversorgungsnetzwerk einstrahlt. Hierzu führt das Kreiselpumpenaggregat respektive die Pumpenelektronik die folgenden Schritte aus:
    1. a. Abschalten der Pumpeneinheit, um bei fehlender Zirkulation in der Kreisleitung zuzulassen, dass sich ein lokal begrenztes Volumen in einem Rohrleitungsabschnitt des Trinkwasserversorgungsnetzwerks, der benachbart zu der Wärmequelle liegt, durch die Wärmequelle erwärmt,
    2. b. Wiedereinschalten der Pumpeneinheit nach einer bestimmten Zeitspanne, so dass das Trinkwasser in der Kreisleitung wieder zirkuliert,
    3. c. Überwachung der Temperatur des geförderten Trinkwassers,
    4. d. Auswertung der Temperatur bezüglich des Auftretens eines lokalen Maximums, und
    5. e. Schätzung des Abstands der Wärmequelle zum Kreiselpumpenaggregat aus dem Zeitraum vom Wiedereinschalten der Pumpeneinheit bis zum Auftreten des Maximums und dem in diesem Zeitraum vorliegenden Durchfluss.
  • Sobald das erwärmte Volumen, das sich zuvor in dem benachbart zu der Wärmequelle liegenden Rohrleitungsabschnitt des
  • Trinkwasserversorgungsnetzwerks befand, das Kreiselpumpenaggregat erreicht, steigt die Temperatur des geförderten Wassers auf ein Maximum an und fällt anschließend wieder ab. Aus dem Zeitraum zwischen dem Widereinschalten der Pumpe, respektive dem Zirkulationsbeginn, und dem Auftreten des Maximums in Verbindung mit dem Durchfluss, der in diesem Zeitraum vorlag (z.B. in Liter oder m3 pro Stunde), kann der Abstand der Wärmequelle zum Kreiselpumpenaggregat bestimmt werden. Diese Abstandsangabe kann in der Art "Hot Spot nach x% des Leitungsvolumens vor der Zirkulationsanlage" erfolgen. Für den Anwender ist bereits eine solche grobe Orientierung hilfreich. Für eine konkretere Abstandsangabe ist es wichtig, dass der Rohrleitungsquerschnitt bekannt ist. Bei unterschiedlichen Querschnitten funktioniert auch ein Durchschnittswert. Beträgt der Durchfluss z.B. 1,5 m3/h, liegt bei einer Rohrleitung von 22x1 mm eine Fließgeschwindigkeit von 1,3 m/s vor. Beträgt die Zeitspanne bis zu einem lokalen Temperaturmaximum 20 s, liegt ein Hot-Spot in einer Entfernung von 26 m vor dem Kreiselpumpenaggregat.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass das Kreiselpumpenaggregat seinen Durchfluss ermittelt und nach der Auslösung des Spülventils einen Spülventildefekt annimmt, wenn sich der Durchfluss nicht erhöht. Dies setzt allerdings voraus, dass der Differenzdruck zwischen der Kreisleitung und dem Spülventilausgang geringer ist, als der zuvor vom Kreiselpumpenaggregat erzeugte Differenzdruck. Mit Hilfe eines Durchflussbegrenzers kann der Differenzdruck zum Spülventilausgang allerdings erhöht und damit der Volumenstrom des abfließenden Wassers begrenzt werden. In diesem Fall kann ein Spülventildefekt wie zuvor beschrieben bevorzugt über die Drehzahl der Pumpeneinheit oder die Temperaturdifferenz über dem Rückflussverhinderer ermittelt werden. Vorzugsweise gibt das Kreiselpumpenaggregat eine Meldung über diesen Spülventildefekt aus.
  • Alle vorgenannten Meldungen können vom Kreiselpumpenaggregat beispielsweise auf einem Display einer Bedieneinheit und/ oder akustisch angezeigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann jede Meldung über die Kommunikationsschnittstelle gesendet werden, beispielsweise zu einer Gebäudeleittechnik, einem entfernten Server einer Überwachungszentrale oder einem mobilen Gerät. Ferner kann vorgesehen sein, jede Meldung als Fehler oder Warnhinweis in der Pumpenelektronik, insbesondere einem Webinterface zu hinterlegen, so dass alle Meldungen über ein mit der Kommunikationsschnittstelle verbundenes Kommunikationsnetzwerk abgefragt werden können.
  • Vorzugsweise ist das Kreiselpumpenaggregat Teil einer Kompaktbaueinheit innerhalb des Trinkwasserversorgungsnetzwerks. Diese Kompaktbaueinheit hat einen Eingang zur Aufnahme von Trinkwasser aus dem Kreislauf und einen Ausgang zur Förderung von Trinkwasser in den Kreislauf, wobei zwischen dem Eingang und dem Ausgang das Kreiselpumpenaggregat angeordnet ist, um das Wasser im Kreislauf zu fördern. Die Kompaktbaueinheit kann weitere Komponenten beinhalten, so dass diese nicht separat montiert werden müssen. Die Kompaktbaueinheit kann sowohl für Warmwasser- als auch für Kaltwasserzirkulationssysteme verwendet werden.
  • Von Vorteil ist es, wenn das Spülventil, das Teil einer Spüleinheit ist, ebenfalls integraler Bestandteil der Kompaktbaueinheit ist, und somit nicht wie im Stand der Technik üblich, extern und abseits der für die Zirkulation verwendeten Kreiselpumpe oder kompakter Baueinheiten angeordnet ist, so dass sich der Aufwand für die Montage oder Aufstellung der Baueinheit vor Ort reduziert.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante bilden die Pumpeneinheit, der Elektromotor die Pumpenelektronik baulich eine Einheit, wobei die Pumpenelektronik vorzugsweise außen am Elektromotor, insbesondere an einer axialen Stirnseite befestigt ist. Derartige Kreiselpumpenaggregate sind allgemein bekannt. Jedoch ist das erfindungsgemäße Kreiselpumpenaggregat speziell für die Anwendung in einem Trinkwasserzirkulationssystem eingerichtet. Durch die bauliche Vereinigung aller Kreiselpumpenkomponenten ist der Aufwand für die Herstellung der Kompaktbaueinheit reduziert.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante kann die Pumpenelektronik räumlich unabhängig vom Elektromotor, insbesondere im vom Elektromotor abgenommenen Zustand in der Kompaktbaueinheit eingebaut sein. Dies hat den Vorteil, dass sie an einer anderen Stelle als die Pumpeneinheit angeordnet werden kann, was einen größeren Gestaltungsspielraum beim Design der Kompaktbaueinheit und der räumlichen Anordnung ihrer Komponenten lässt.
  • In jedem Fall ist die Pumpenelektronik bestimmungsgemäß dafür vorgesehen, den Elektromotor anzusteuern bzw. zu bestromen sowie eine Steuerung oder Regelung des Elektromotors sowie der Pumpeneinheit auszuführen. Die Pumpenelektronik besitzt hierfür einen Frequenzumrichter und eine Betriebssoftware, die diese Steuerung oder Regelung ausführt. Erfindungsgemäß ist die Pumpenelektronik zusätzlich mit einer Softwarekomponente und einem von dieser ansteuerbaren Schaltausgang ausgerüstet, mit dem das Spülventil steuerungstechnisch verbunden ist.
  • Um Einstellungen direkt an der Kompaktbaueinheit vornehmen zu können, kann die Pumpenelektronik eine Anzeige- und Bedieneinheit umfassen. Diese kann ein Display zur Anzeige von Informationen und wenigstens ein Bedienelement aufweisen, um Eingaben zu tätigen. Das Bedienelement kann ein drehbarer und/ oder drückbarer Knopf sein. Es kann alternativ eine berührungssensitive Oberfläche des Displays sein, wobei gegebenenfalls zusätzliche Bedienelemente vorhanden sein können. Vorteilhafterweise ist das Display ein grafisches Farbdisplay.
  • Die Anzeige- und Bedieneinheit kann unterschiedlichen Zwecken dienen. Beispielsweise kann sie eingerichtet sein, eine manuelle Eingabe des Auslösebefehls für das Spülventil entgegenzunehmen. Die Anzeige- und Bedieneinheit kann auch in klassischer Weise zur Konfiguration des Kreiselpumpenaggregats, im vorliegenden Fall insbesondere zur Konfiguration für die Wasserzirkulation dienen. So können beispielsweise eine bestimmte Regelungsart und/ oder bestimmte Werte von Parametern oder Grenzwerten eingestellt werden. Weiter alternativ kann die Anzeige- und Bedieneinheit zur Wiedergabe von Informationen über das Trinkwasserversorgungsnetzwerk dienen, wie beispielsweise die Wassertemperatur oder der Volumenstrom des zirkulierenden Trinkwassers. Des Weiteren können Fehler oder Fehlerzustände an der Anzeige- und Bedieneinheit angezeigt werden. Da die Anzeige- und Bedieneinheit Teil des Kreiselpumpenaggregats ist, erfolgen folglich alle vorgenannten Möglichkeiten direkt am Kreiselpumpenaggregat.
  • Bei dem Spülventil kann es sich beispielsweise um ein Magnetventil handeln. In einer Ausführungsvariante kann die Spüleinheit einen zur Atmosphäre hin offenen Auslauf mit einem Siphon aufweist. Dieser atmosphärenoffene Auslauf verhindert eine Rückverkeimung aus Richtung des Auslaufs. Gegebenenfalls können der Auslauf und der Siphon ebenfalls in der Kompaktbaueinheit integriert sein, und zwar derart, dass diese Komponenten der Spüleinheit von einem Gehäuse der Kompaktbaueinheit mitumschlossen werden.
  • Vorzugsweise weist die Spüleinheit einen Wasser in einem Teilbereich der Spüleinheit, insbesondere in dem Siphon detektierenden Sensor auf, der mit dem Kreiselpumpenaggregat, respektive der Pumpenelektronik über eine entsprechende Schnittstelle verbunden ist. Beispielsweise kann der Sensor ein Pegelsensor sein. So kann das Kreiselpumpenaggregat überwachen, ob Wasser im Siphon, möglicherweise in Folge einer Verstopfung der Abflussleitung, einen bestimmten Grenzpegel überschreitet und der Siphon überzulaufen droht. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Kreiselpumpenaggregat im Falle detektierten Wassers bzw. bei einem zu hohen Wasserpegel das Spülventil schließt, damit die Spüleinheit nicht überläuft.
  • In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, über die Kommunikationsschnittstelle an ein lokales oder globales Datennetzwerk wie ein Intranet, Internet oder eine Gebäudeautomation anzuschließen und darüber fernzubedienen und/ oder fernabzufragen. Bei der Kommunikationsschnittstelle kann es sich z.B. um ein Webinterface oder eine industrielle Bus-Schnittstelle wie z.B. Modbus oder Bacnet handeln. Außerdem kann die Kommunikationsschnittstelle kabelgebunden oder eine Funkschnittstelle sein, wie z.B. eine Bluetooth-, NFC-, RFID- oder WLAN-Schnittstelle etc. Eine solche Funkschnittstelle hat den Vorteil, dass das Kreiselpumpenaggregat respektive die Kompaktbaueinheit kabellos mit einem tragbaren externen Gerät wie z.B. einem Smartphone, Laptop oder Tablet verbunden und ebenfalls bedient oder abgefragt werden kann.
  • Bei der Kommunikationsschnittstelle handelt es sich üblicherweise um eine Kombination aus Hardware und Software, um einerseits die nötige datentechnische Kommunikation und andererseits die nötige Datenverarbeitung insbesondere Protokolle bereitzustellen. Vorzugsweise beinhaltet die Kommunikationsschnittstelle einen Webserver, um einen Zugrifft auf das Kreiselpumpenaggregat zur Bedienung und/ oder Datenabfrage über TCP/IP mit Hilfe eines Browsers zu halten.
  • In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Kreiselpumpenaggregat, respektive die Pumpenelektronik, eine UV-Lampe ansteuert. Hierzu kann es einen schaltbaren Ausgang zum Anschließen der UV-Lampe aufweisen. Eine solche UV-Lampe dient der Abtötung von Keimen und kann ebenfalls Bestandteil der Kompaktbaueinheit oder extern zu dieser angeordnet sein. Der Schaltausgang ist von der Pumpenelektronik schaltbar und kann potentialfrei sein, beispielsweise einen Relaisausgang bilden, oder zur an- und abschaltbaren Spannungsversorgung der UV-Lampe dienen.
  • In einer Ausführungsvariante kann es sich bei den zuvor genannten Grenzwerten und/ oder Zeiträumen um der Pumpenelektronik vorgebbare Parameter handeln.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren erläutert. Bei den Figuren behalten identische oder funktionsgleiche Elemente von Figur zu Figur dasselbe Bezugszeichen.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung die Begriffe "aufweisen", "umfassen" oder "beinhalten" keinesfalls das Vorhandensein weiterer Merkmale ausschließen. Ferner schließt die Verwendung des unbestimmten Artikels bei einem Gegenstand nicht dessen Plural aus.
  • Es zeigen:
    • Figur 1:
    ein beispielhaftes Trinkwasserversorgungsnetzwerk einem Kreislauf und einer zentralen Zirkulationsanordnung
    Figur 2:
    eine beispielhafte Implementierungsvariante der zentralen Zirkulationsanordnung nach Figur 1 gemäß der Erfindung
    Figur 3:
    eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Kompaktbaueinheit
    Figur 4:
    eine zweite Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Kompaktbaueinheit
    Figur 5:
    ein Ablaufdiagramm zum doppelten Spülen
    Figur 6:
    ein Ablaufdiagramm zur Hot-Spot Erkennung
  • Figur 1 veranschaulicht ein beispielhaftes Trinkwasserversorgungsnetzwerk 30 in schematischer Darstellung. Das Trinkwasserversorgungsnetzwerk 30 wird über einen Hausanschluss 28 von einem Wasserversorger mit frischem Trinkwasser versorgt, der das Trinkwasser mit einer bestimmen Temperatur und einem bestimmten Druck liefert. Eine Hauptleitung 29 verbindet den Hausanschluss 28 mit einem Kreislauf 31 (Zirkulationsleitung), an den mehrerer Verbraucher 32 in Gestalt von Trinkwasserentnahmestellen angeschlossen sind. Die Entnahmestellen sind hier beispielhaft ein Wasserhahn eines Waschbeckens, eine Badewannenarmatur und eine Toilette. Der Kreislauf besteht in diesem Beispiel aus mehreren Vor- und Rücklaufleitungen. So mündet die Hauptleitung 29 zunächst in eine zentrale Vorlaufleitung 33, von der eine erste, zweite und dritte lokale Vorlaufleitung 34 abgeht und die Verbraucher 32 in der Art einer hydraulischen Reihenschaltung verbindet. Am Ende des letzten Verbrauchers 32 der Reihe gehen die lokalen Vorlaufleitungen jeweils in eine lokale Rücklaufleitung 35 über. Diese lokalen Rücklaufleitungen 35 münden über ein Zirkulationsventil 37 für einen hydraulischen Abgleich der lokalen Kreisläufe 34, 35 in eine gemeinsame zentralen Rücklaufleitung 36, welche ihrerseits in eine Zirkulationsanordnung A mit einem Kreiselpumpenaggregat 2 mündet, welches das Rücklaufwasser wieder in die Hauptleitung 29 fördert und damit wieder in den Kreislauf 31 einspeist. Auf diese Weise wird das Trinkwasser kontinuierlich bis zu den Verbrauchern 32 umgewälzt, so dass in den einzelnen Rohrleitungen 33, 34, 35, 36 ein unzulässiger Wärmeeintrag minimiert wird. Die Zirkulationsanordnung A ist in Figur 1 als Blackbox dargestellt, deren Implementierung gemäß einer Variante Figur 2 zeigt.
  • Es sei angemerkt, dass das Trinkwasserversorgungsnetzwerk 30 in einer anderen Variante eine andere hydraulische Struktur aufweisen kann. So kann beispielsweise ein zentraler Kreislauf vorliegen, von dem aus über einen Strömungsteiler Trinkwasser in eine lokale Vorlaufleitung zu den Verbrauchern und vom letzten Verbraucher über eine lokale Rücklaufleitung wieder zurück zum Strömungsteiler strömt. Über diesen wird das Trinkwasser wieder in die zentrale Vorlaufleitung eingespeist, welche an ihrem Ende in eine zentrale Rücklaufleitung übergeht, die in die Zirkulationsanordnung mündet. Gemäß einer weiteren Variante können die Leitungen zu den Verbrauchern reine Stichleitungen, d.h. ohne Rücklaufleitung sein, wobei ein Wasserzähler am Anfang der jeweiligen Stichleitung zu einem oder mehreren Verbrauchern liegt.
  • Figur 2 veranschaulicht in schematischer Darstellung eine Implementierung der Zirkulationsanordnung A durch eine erfindungsgemäße Kompaktbaueinheit 1. Die Zirkulationsanordnung A umfasst hier einen Abschnitt der Hauptleitung 29, deren Ende in den Kreislauf 31 mündet, welcher hier vereinfacht durch eine einzige Rohrleitung dargestellt ist und am Ende wiederum in die Zirkulationsanordnung A eintritt.
  • Die Kompaktbaueinheit 1 weist einen Eingang 3 zur Aufnahme von Trinkwasser aus dem Kreislauf 31 und einen Ausgang 5 zur Förderung von Trinkwasser in den Kreislauf 31 auf, wobei der Ausgang 5 mit der Hauptleitung 29 verbunden ist. Zwischen dem Eingang 3 und dem Ausgang 5 ist ein Kreiselpumpenaggregat 2 mit einer Pumpeneinheit 2a, einem diese antreibenden Elektromotor 2b und einer Pumpenelektronik 2c zur Steuerung und Regelung des Elektromotors 2b angeordnet. Des Weiteren ist auch ein Spülventil 7a zum Ablassen von Trinkwasser aus dem Kreislauf 31 hydraulisch zwischen dem Eingang 3 und dem Ausgang 5 angeordnet, wobei es in dieser Ausführungsvariante zwischen dem Kreiselpumpenaggregat 2 und dem Ausgang 5 liegt. Genauer gesagt, liegt es zwischen dem Kreiselpumpenaggregat 2 und einem Rückflussverhinderer 11, der eine Rückströmung von Trinkwasser von der Hauptleitung 29 über den Ausgang 5 in die Kompaktbaueinheit verhindert.
  • Ein weiterer Rückflussverhinderer 11 ist außerdem in der Hauptleitung 29 angeordnet. Die Leitung zwischen dem Rückflussverhinderer 11 der Kompaktbaueinheit 1 und der Hauptleitung 29 wird nachfolgend als Zwischenleitung 16 bezeichnet.
  • Ein zentrales Element der Kompaktbaueinheit 1 bildet das Mehrwege-Rohrstück 10, das in dieser Ausführungsvariante drei Anschlüsse aufweist und das Spülventil 7a über das das Kreiselpumpenaggregat 2 mit dem Eingang 4 und über den Rückflussverhinderer mit dem Ausgang 5 verbindet. Genauer betrachtet, verbindet es also das Kreiselpumpenaggregat 2, das Spülventil 7a und den Rückflussverhinderer 11 miteinander.
  • Zwischen dem Kreiselpumpenaggregat s und dem Eingang 4 ist ein manuell betätigbares Eingangsventil 4 angeordnet, dass bei Bedarf abgesperrt werden kann.
  • Das Kreiselpumpenaggregat 2 besitzt eine Anzeige- und Bedieneinheit 2d mit einem Display 8, einem Bedienelement 9, und einer Funkkommunikationsschnittstelle. Ferner beinhaltet das Kreiselpumpenaggregat 2 einen Temperatursensor 20 zur Erfassung der Temperatur des geförderten Trinkwassers, und eine Volumenstrombestimmung 22. Somit ist das Kreiselpumpenaggregat 2 nicht nur ein Aktor in Gestalt einer Pumpe, sondern auch eine Sensorkomponente innerhalb der Kompaktbaueinheit 1.
  • Das Spülventil 7a ist ein Magnetventil und über eine Steuerleitung 13 mit der Pumpenelektronik 2c verbunden. Mit anderen Worten ist das Spülventil 7a von der Pumpenelektronik 2c auslösbar. Im geschlossenen Zustand des Spülventils 7a fördert das Kreiselpumpenaggregat 2 das Trinkwasser vom Kreislauf 31 über den Rückflussverhinderer 11 und die Zwischenleitung 16 zur Hauptleitung 26 und damit wieder in den Kreislauf 31. Es sei angemerkt, dass frisches Trinkwasser nur dann über die Hauptleitung 29 in den Kreislauf 31 nachströmt, wenn Wasser aus dem Kreislauf 31 entfernt wird, z.B. durch eine Entnahme an einem der Verbraucher 32 oder durch Ablassen von Wasser infolge eines geöffneten Spülventils 7a. Im ausgelösten Zustand ist das Spülventil 7a geöffnet, so dass das Trinkwasser aus dem Kreislauf 31 in einen freien Auslauf 7b mit Siphon 7c fließt. Der Kreislauf 31 wird somit weitestgehend geleert und mit nachströmendem, frischem Trinkwasser gefüllt.
  • Figur 3 zeigt eine detailliertere Ansicht einer Kompaktbaueinheit 1 gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung in schematischer Darstellung. Wie in Figur 2 dargestellt, liegt das Kreiselpumpenaggregat 2 zwischen dem Eingang 3 und dem Mehrwege-Rohrstück 10. Das Kreiselpumpenaggregat 2 besteht auch hier aus der baulichen Vereinigung einer Pumpeneinheit 2a, einem diese antreibenden Elektromotor 2b und einer Pumpenelektronik 2c, die am Elektromotor 2b befestigt ist. Die Pumpenelektronik 2c weist eine Kommunikationsschnittstelle auf, mit der das Kreiselpumpenaggregat 2 und somit die Kompaktbaueinheit 1 über eine Kommunikationsleitung 17 mit einer Gebäudeautomation, einem lokalen Netzwert oder dem Internet (www) verbunden ist. Das Kreiselpumpenaggregat 2 kann auf diese Weise fernbedient und/oder fernabgefragt werden.
  • Der Elektromotor 2b ist als Nassläufer ausgeführt, wobei sein Rotor in einem mit dem geförderten Trinkwasser gefüllten Rotorraum dreht. Strömungskanäle zwischen der das Laufrad aufnehmenden Pumpenkammer und dem Rotorraum sorgen für eine kontinuierliche Durchströmung des Rotorraums. Um zu verhindern, dass sich diese Strömungskanäle zusetzen und der Rotorraum infolgedessen nicht mehr ausreichend durchströmt wird, so dass dort eine erhöhte Keimbildung stattfinden kann, liegt in Strömungsrichtung vor dem Kreiselpumpenaggregat 2 ein Filter 19, der groben Partikel aus dem Trinkwasser herausfiltert, bevor sie in die Pumpeneinheit 2a eintreten können. Der Filter 19 liegt zwischen dem Eingangsventil 4 und der Pumpeneinheit 2a.
  • Das Mehrwege-Rohrstück 10 ist hier kreuzförmig und weist somit vier Anschlüsse 10a, 10b, 10c, 10d auf, zwischen denen je ein 90° Winkel besteht, wobei die Pumpeneinheit 2a an einen Eingangsanschluss 10a des Mehrwege-Rohrstücks 10 angeschlossen ist. An einem gegenüberliegenden ersten Ausgangsanschluss 10b ist das Spülventil 7a angeschlossen. Zur rechten Seite geht ein zweiter Ausgangsanschluss 10c ab, der mit dem Rückflussverhinderer 11 verbunden ist und zum Ausgang 5 der Kompaktbaueinheit 1 führt. Zwischen dem Rückflussverhinderer 11 und dem Ausgang 5 ist ein manuell betätigbares Ausgangsventil 6 analog zum Eingangsventil 5 angeordnet. Eine Zwischenleitung 16 verbindet den Ausgang 5 mit der Hauptleitung 29. Zur linken Seite weist das Mehrwege-Rohrstück 10 einen dritten Ausgangsanschluss 10d auf, an den ein Probenentnahmeventil 18 angeordnet ist. Dieses ermöglicht die Entnahme einer Trinkwasserprobe für Qualitätsuntersuchungen direkt an der erfindungsgemäßen Kompaktbaueinheit 1.
  • Das Spülventil 7a ist Teil einer Spüleinheit 7, die außerdem einen freien Auslass 7b, einen Siphon 7c und einen optionalen Pegelsensor 7e umfasst. Das Spülventil 7a ist ein Magnetventil und weist einen elektromagnetischen Stellantrieb 7d auf, der über eine Steuerleitung 13 mit der Pumpenelektronik 2c verbunden ist. Die Pumpenelektronik 2c kann das Spülventil 7a über die Steuerleitung 13 auslösen, so dass sich das in den Kreislauf 31 befindliche Trinkwasser in den freien Auslauf 7b ergießt. Der freier Auslauf 7b ist zur Atmosphäre hin offen, um zu verhindern, dass Keime aus dem Abfluss bzw. Siphon 7c in den Kreislauf 31 eintreten. Der Pegelsensor 7e überwacht einen möglichen verstopfungsbedingten Überlauf der Spüleinheit 7. Er ist über eine Sensorleitung 14 ebenfalls mit der Pumpenelektronik 2 verbunden.
  • An den Ausgang 5 der Kompaktbaueinheit 1 ist ein Erweiterungsmodul 15 angeschlossen, das beispielsweise ein Kühlaggregat oder ein Filter sein kann. Im Falle eines Kühlaggregats können Rohranschlüsse nach oben oder nach unten abgehen. Um in beiden Fällen eine Montage zu ermöglichen, d.h. wahlweise in einer auf oben und unten bezogenen Normalorientierung und einer hierzu kopfüber liegenden Orientierung (upside down), ist der Ausgangsanschluss 5 der Kompaktbaueinheit 1 seitlich mittig angeordnet.
  • Das Kreiselpumpenaggregat 2 ist dafür vorgesehen, dass das Trinkwasser in dem Kreislauf 31 kontinuierlich zirkuliert. Hierzu kann das Kreiselpumpenaggregat 2 ihren Volumenstrom oder ihre Förderhöhe bzw. Differenzdruck konstant halten, insbesondere regeln. Im Zirkulationsbetrieb tritt das Trinkwasser über den Eingang 3 in die Kompaktbaueinheit 1 ein, und strömt durch das Eingangsventil 4 und durch den Filter 19 in das Pumpenaggregat 2 hinein, welches den Druck des Trinkwassers erhöht. Da das Spülventil 7 geschlossen ist, strömt das Trinkwasser vom Eingangsanschluss 10a zum zweiten Ausgangsanschluss 10c des Mehrwege-Rohrstücks 10 und durch den Rückflussverhinderer 11 und das Ausgangsventil 6 zum Ausgang 5, von wo es durch die Zwischenleitung 16 weiter zur Hauptleitung 29 fließt und anschließend wieder in den Kreislauf 31 eintritt. Eine Zapfaktivität liegt vor, wenn an einem der Verbraucher 32 Trinkwasser entnommen wird. In diesem Fall sinken der Druck im Trinkwasserversorgungsnetzwerk und der vom Kreiselpumpenaggregat 2 geförderte Volumenstrom und es strömt frisches Trinkwasser vom Hausanschluss 28 über die Hauptleitung 29 in den Kreislauf 31.
  • Das Absenken des Drucks und des Volumenstroms führt beim Kreiselpumpenaggregat 2 zu einer Veränderung seines Arbeitspunktes. Dies wird vom Kreiselpumpenaggregat 2 auch erkannt, zumal es das Defizit ausregeln muss. Eine Änderung des Arbeitspunktes korrespondiert somit mit einer Zapfaktivität. Das Kreiselpumpenaggregat weist hierfür eine Volumenstrom- oder Differenzdruckbestimmung in Form eines bzw. jeweils eines Sensors auf oder ermittelt den Volumenstrom oder den Differenzdruck rechnerisch in an sich bekannter Weise. Das Kreiselpumpenaggregat 2 bzw. ihre Pumpenelektronik 2c ist eingerichtet, jede Zapfaktivität an den Verbrauchern 32 zu erkennen und zu dokumentieren, insbesondere in einem Speicher abzuspeichern z.B. in Gestalt eines Ereignisses.
  • Erfolgt für einen längeren Zeitraum keine Zapfaktivität, wird eine Verkeimung des nicht ausgetauschten Wassers begünstigt. In diesem Fall sollte das Trinkwasser in der Zirkulationsleitung durch frisches Trinkwasser ersetzt werden. Das Kreiselpumpenaggregat 2 ist eingerichtet, das Spülventil 7a auszulösen, wenn für einen bestimmten Zeitraum keine Zapfaktivität erfolgte bzw. keine Arbeitspunktänderung eingetreten ist. Dieser Zeitraum liegt bevorzugt zwischen 24 und 72 Stunden. Tritt eine Zapfaktivität auf, beginnt das Kreiselpumpenaggregat 2, den Zeitraum erneut abzuwarten.
  • Da der Fall eintreten kann, dass eine Zapfaktivität oder wenige Zapfaktivitäten zu gering ist/ sind, um die gesamte Mange an zirkulierendem Trinkwasser zu entnehmen und durch Frisches zu ersetzen, kann das Kreiselpumpenaggregat 2 zusätzlich oder alternativ zu dem vorgenannten zapfaktivitätsabhängige Spülkriterium eingerichtet sein, das Spülventil 7a nach Ablauf eines bestimmten Zeitraums auszulösen. Dieser Zeitraum beträgt beispielsweise 72 Stunden.
  • Das Kreiselpumpenaggregat 2 weist einen internen Temperatursensor 20 auf, mit dem die Temperatur des geförderten Trinkwassers bestimmt wird. Zusätzlich dokumentiert das Kreiselpumpenaggregat diese Temperatur, indem sie sie über der Zeit abspeichert. Vorteilhafterweise kann damit auch festgesellt und dokumentiert werden, mit welcher Temperatur der Wasserversorger das Trinkwasser am Hauswasseranschluss 28 zur Verfügung stellt, indem die niedrigste Temperatur am Ende eines Spülvorgangs dokumentiert wird (Ansatz: Die Erwärmung des Wassers beim Spülen ist vernachlässigbar).
  • Während des Zirkulationsbetriebs kann sich das Trinkwasser in dem Kreislauf 31 erwärmen, wodurch die Keimbildung beschleunigt wird und gegebenenfalls hygienisch unzulässige Temperaturen erreicht werden. Dieser Erwärmungsprozess wird von dem Kreiselpumpenaggregat 2 überwacht. Es löst das Spülventil 7a aus, wenn die Temperatur des geförderten Trinkwassers einen Grenzwert erreicht oder überschreitet, beispielsweise 25°C. Da es sein kann, dass dieser Grenzwert zeitweise, insbesondere in den Sommermonaten durchweg überschritten wird, ist es auch in diesem Fall sinnvoll, wenn das temperaturabhängige Spülkriterium mit dem zeitraumabhängigen Spülkriterium überlagert wird, so dass in jedem Fall alle 72 Stunden gespült wird.
  • Des Weiteren schließt das Kreiselpumpenaggregat 2 das Spülventil 7a, wenn der Pegelsensor 7e das Erreichen oder Überschreiten eines Grenzpegels im Siphon 7c anzeigt, um einen Überlauf zu verhindern. Zum Sicherstellen, dass der Siphon 7c stets mit Wasser gefüllt ist und damit ein Geruchsverschluss vorliegt, kann das Kreiselpumpenaggregat 2 einen Ventiltest durchführen, bei dem das Spülventil 7a kurz, beispielsweise für wenige Sekunden, insbesondere 3 Sekunden, ausgelöst wird, vorzugsweise um Mitternacht.
  • Infolge der Auslösung des Spülventils 7a öffnet dieses und das Trinkwasser wird in den freien Auslass 7b abgeschieden. Da dieser zur Atmosphäre hin offen ist, stellt das Öffnen des Spülventils 7a quasi einen hydraulischen Kurzschluss dar und das Trinkwasser wird mit dem Druck des Wasserversorgers, ca. 2-6 bar, abzüglich der Rohrleitungsverluste im Trinkwassernetzwerk und mit maximaler Geschwindigkeit abgeschieden. Allerdings kann ein Durchflussminderer vor oder hinter dem Spülventil 7a angeordnet werden, der unabhängig vom Druck einen konstanten Durchfluss einregelt, beispielsweise 10 l/min. Da das abzuscheidende Trinkwasser in der Ausführungsvariante gemäß Figur 3 durch das Kreiselpumpenaggregat 2 fließt, treibt es die Pumpeneinheit 2a turbinenartig an, so dass der Elektromotor 2b generatorisch arbeitet. Um zu verhindern, dass der Zwischenkreis des Frequenzumrichters in der Pumpenelektronik überlastet wird, wird der Elektromotor für die Zeit ausgeschaltet bzw. nicht bestromt. Ferner kann das Kreiselpumpenaggregat den Abscheidungs- bzw. Spülprozess überwachen. Infolge der Überwachung kann das Kreiselpumpenaggregat 2 ein Abschaltkriterium anwenden, so dass die zum Spülen des Kreislaufs abzuscheidende Wassermenge und damit der wirtschaftliche Verlust für das ungenutzte Trinkwasser minimal ist.
  • Während der Abscheidung des Wassers kann dessen Temperatur durch den pumpeninternen Temperatursensor 20 gemessen werden. Da frisches Trinkwasser mit einer in der Regel deutlich geringeren Temperatur aus der Hauptleitung 29 in den Kreislauf 31 nachfließt und irgendwann auch das Kreiselpumpenaggregat 2 erreicht, wartet das Kreiselpumpenaggregat 2 auf diesen Zeitpunkt und schaltet das Spülventil 7a ab, wenn die Temperatur einen Zielwert erreicht oder unterschreitet, z.B. 20°C. Zusätzlich schaltet das Kreiselpumpenaggregat das Spülventil 7a ab, wenn sich die Temperatur nicht mehr oder nicht mehr wesentlich ändert, mit anderen Worten einen Minimalwert erreicht hat. Dieses temperaturänderungsbasierte Abschaltkriterium ist dem vorherigen temperaturbasierten Kriterium überlagert und stellt sicher, dass eine Abschaltung des Spülventils 7a auch dann erfolgt, wenn die Temperatur des vom Wasserversorger gelieferten Trinkwassers über dem Zielwert liegt. Dabei ist der Wasserverbrauch für die Spülung weiterhin minimal.
  • Alternativ kann eine Abschaltung des Spülventils 7a dann erfolgen, wenn eine vorbestimmte Menge an Trinkwasser in Liter oder Kubikmeter oder für einen bestimmten Zeitraum Trinkwasser abgelassen worden ist. Auch diese Kriterien können wahlweise zusätzlich oder alternativ zu den vorgenannten Kriterien verwendet werden. Da das Kreiselpumpenaggregat 2 über die Volumenstrombestimmung 22 ihren aktuell geförderten Volumenstrom bestimmt, kann sie als Wasserzähler fungieren, indem sie den Volumenstrom ab Auslösung des Spülventils mit der Zeit multipliziert. Das Kreiselpumpenaggregat 2 schaltet das Spülventil 7a dann ab, wenn die vorbestimmte Menge an Trinkwasser durch sie hindurchgeflossen ist.
  • Bei dem Zielwert, der Menge und/ oder dem Zeitraum handelt es sich um einen in der Pumpenelektronik vorgebbaren Parameter. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass die Pumpenelektronik werksseitig nicht wissen kann, wie groß das Trinkwasserversorgungsnetzwerk ist, in der die Kompaktbaueinheit verbaut wird. Allerdings ist vorgesehen, dass die Pumpenelektronik eingerichtet sein, die Menge abzulassenden Trinkwassers oder den Zeitraum für das Ablassen selbständig zu ermitteln. Dies gelingt, indem bei einer ersten Spülung die Zeit oder die durch die Kreiselpumpe geflossene Wassermenge gemessen wird, bis die Temperatur auf den Minimalwert gesunken ist. Die dann vorliegende Wassermenge bzw. die bis dahin vergangene Zeit können dann als Parameter für ein mengenbasiertes oder zeitbasiertes Abschaltkriterium in der Pumpenelektronik 2c abgespeichert werden.
  • Den infolge der Öffnung des Spülventils 7a entstehenden hydraulischen Kurzschluss kann das Kreiselpumpenaggregat 2 durch eine Änderung seines Arbeitspunkts feststellen. Hieraus kann das Kreiselpumpenaggregat die ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit des Spülventils 7a erkennen. Falls in dieser Zeit der Elektromotor unbestromt ist, kann die ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit des Spülventils daran erkannt werden, dass die Pumpendrehzahl größer null ist, weil Wasser durch die Pumpeneinheit 2a strömt und ihr Laufrad antreibt. Im Umkehrschluss bedeutet das, dass das Kreiselpumpenaggregat 2 auf einen Defekt des Spülventils 7a schließen kann bzw. schließt, wenn nach dem Auslösen des Spülventils 7a die zu erwartende Arbeitspunktänderung bzw. die positive Pumpendrehzahl trotz abgeschaltetem Motor nicht vorliegt. Das Kreiselpumpenaggregat 2 gibt dann eine Fehlermeldung aus, beispielsweise über das Display 8 oder die Kommunikationsschnittstelle.
  • Der weitere Temperatursensor 21a in Strömungsrichtung hinter dem Rückflussverhinderer 11 ermöglicht der Pumpenelektronik 2c den Zustand des Spülventils 7a jederzeit zu erkennen. Dies ist vor allem dann sinnvoll, wenn es das Spülventil 7a nicht selbst auslöst. Hierzu wertet die Pumpenelektronik 2c die von dem weiteren Temperatursensors 21a gemessene Temperatur aus, indem es diese mit der selbst gemessenen Temperatur vergleicht. Bleibt die von dem weiteren Temperatursensor 21a gemessene Temperatur konstant, während die von dem pumpeninternen Temperatursensor 20 gemessene Temperatur sinkt, ist das Spülventil 7a offensichtlich geöffnet und es wird gespült (Spülbetrieb). Sind die beiden Temperaturen dagegen gleich, findet eine Zirkulation statt (Zirkulationsbetrieb). In Kombination mit dem Wissen, das das Spülventil 7a ausgelöst worden ist, welches die Pumpenelektronik 2c jedenfalls dann hat, wenn sie das Spülventil 7a selbst auslöst, oder alternativ im Falle einer Fremdauslösung über die Kommunikationsschnittstelle mitgeteilt bekommt, kann die Pumpenelektronik 2c sogar einen Fehler des Spülventils 7a erkennen. Bleiben die Temperaturen nach der Auslösung des Spülventils 7a gleich, ist es fehlerhaft geschlossen. Sind die Temperaturen im Zirkulationsbetrieb verschieden, fließt offensichtlich Wasser über das Spülventil 7a ab, d.h. es ist fehlerhaft geöffnet. In allen Fällen kann der Status, insbesondere ein Fehlerzustand des Spülventils 7a von der Pumpenelektronik 2c auf dem Display 8 angezeigt, über die Kommunikationsschnittstelle gemeldet und/ oder fernabfragbar in der Pumpenelektronik 2c hinterlegt sein.
  • In dem Erweiterungsmodul 15 ist ein externer Sensor 21b angeordnet, der ebenfalls über eine Sensorleitung 14 mit der Pumpenelektronik 2c verbunden. Somit ist die Pumpenelektronik 2 in der Lage, das Erweiterungsmodul 15 bezüglich der erfassten Messgröße zu überwachen. Ist das Erweiterungsmodul 15 ein Kühlaggregat, so kann der externe Sensor 21b ein Temperatursensor sein, der die Temperatur am Ausgang des Kühlaggregats erfasst. Das Kreiselpumpenaggregat 2 kann eingerichtet sein, eine Temperaturregelung aufgrund dieser Temperatur durchzuführen. Alternativ oder zusätzlich kann bei Überschreiten eines Grenzwerts eine Fehler- oder Warnmeldung vom Kreiselpumpenaggregat 2 erzeugt werden und am Display 8 angezeigt oder über die Kommunikationsleitung 17 versendet werden, um auf einen Fehler des Kühlaggregats hinzuweisen.
  • Ist das Erweiterungsmodul 15 ein Filter so kann der externe Sensor 21b ein Differenzdrucksensor sein, der den Druckabfall über dem Filter erfasst und somit dessen Verschmutzungsgrad angibt. Das Kreiselpumpenaggregat 2 kann eingerichtet sein, eine seine Regelung aufgrund dieses Differenzdrucks anzupassen, z.B. mit steigendem Differenzdruck die Förderhöhe zu erhöhen, um die Geschwindigkeit des zirkulierenden Trinkwassers konstant zu halten. Alternativ oder zusätzlich kann bei Überschreiten eines Grenzwerts eine Fehler- oder Warnmeldung vom Kreiselpumpenaggregat 2 erzeugt werden und am Display 8 angezeigt oder über die Kommunikationsleitung 17 versendet werden, um auf die Wartung oder den Austausch des Filters hinzuweisen.
  • Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Kompaktbaueinheit 1. Sie unterscheidet sich von der Variante in Figur 3 darin, dass das Kreiselpumpenaggregat 2 nicht in Strömungsrichtung vor, sondern hinter dem Spülventil 7a liegt, d.h. nicht eingangsseitig, sondern ausgangsseitig angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das Spülventil 7a nicht zwischen dem Kreiselpumpenaggregat 2 und dem Ausgang 5, sondern zwischen dem Eingang 3 und dem Kreiselpumpenaggregat 2 angeordnet. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass das Kreiselpumpenaggregat 2 im Spülbetrieb nicht überströmt, d.h. turbinenartig durch das abzuscheidende Trinkwasser angetrieben wird. Denn während des Spülens ruht das Wasser in der Zwischenleitung 16. Somit besteht hier nicht die Gefahr einer Überlastung des Zwischenkreises des Frequenzumrichters. Eine Überwachung des Spülprozesses ist nur eingeschränkt möglich.
  • So muss für die Verwendung eines temperatur- oder temperaturänderungsbasierten Abschaltkriteriums für das Spülventil 7a ein weiterer Temperatursensor 21a zwischen dem Eingang und dem Spülventil 7a verwendet werden. Ferner kann das Kreiselpumpenaggregat 2 hier nicht als Wasserzähler fungieren.
  • Ein Vorteil der Anordnung in Figur 4 besteht jedoch darin, dass die ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit des Rückflussverhinderers 11 geprüft werden kann. Stellt das Kreiselpumpenaggregat 2 während der Spülaktivität eine Durchströmung fest, z.B. eine Drehzahl ungleich null trotz unbestromtem Elektromotor 2b wird auf einen Defekt des Rückflussverhinderers 11 geschlossen. Das Kreiselpumpenaggregat 2 gibt dann eine Fehlermeldung aus, beispielsweise über das Display 8 oder die Kommunikationsschnittstelle.
  • Wie in Figur 1 dargestellt, kann in einer Ausführungsvariante ein Temperatursensor 21c in einer Leitung zwischen der Kreisleitung 31 und dem Verbraucher 32 angeordnet sein und eine dezentrale Trinkwassertemperatur erfassen. Dieser dezentrale Temperatursensor 21c ist mit der Pumpenelektronik 2c verbunden, so dass sie feststellen kann, ob das Trinkwassernetzwerk hydraulisch abgeglichen ist.
  • Hierzu vergleicht sie die dezentrale Trinkwassertemperatur mit der zentralen Trinkwassertemperatur, die der pumpeninterne Temperatursensor 20 erfasst, und nimmt einen schlechten hydraulischen Abgleich an, wenn eine Abweichung der dezentralen und zentralen Trinkwassertemperatur voneinander einen Grenzwert von beispielsweise 2K überschreitet. Wurde ein schlechter hydraulischer Abgleich erkannt, gibt das Kreiselpumpenaggregat 2 eine Fehlermeldung aus, beispielsweise über das Display 8 oder die Kommunikationsschnittstelle.
  • Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Realisierung eines doppelten Spülens. Das doppelte Spülen dient dazu, auch das Wasservolumen in der Zwischenleitung 16 auszutauschen, das während des konventionellen Spülens über das Spülventil 7a, in der Zwischenleitung 16 verbleibt, da diese aufgrund des Rücklaufverhinderers 11 eine Stichleitung bildet.
  • Das Verfahren geht aus vom Zirkulationsbetrieb, in dem das Kreiselpumpenaggregat 2 das Wasser in der Kreisleitung 31 umwälzt, Schritt S1. Während des Zirkulationsbetriebs wird kontinuierlich überprüft, ob eine Bedingung zur Spülung der Kreisleitung vorliegt, Schritt S2. Eine solche Spülbedingung kann z.B. sein, dass
    • über einen bestimmten Zeitraum keine oder nur eine unzureichende Zapfaktivität an den Verbrauchern 32 festgestellt worden ist, oder
    • die Temperatur des geförderten Trinkwassers den oberen Grenzwert von z.B. 25°C erreicht oder überschreitet, oder
    • die Temperatur des geförderten Trinkwassers für einen vorgegebenen Zeitraum, z.B. 3min, oberhalb eines bestimmten Grenzwerts von z.B. 23°C liegt, oder
    • ein bestimmter Zeitraum von z.B. 72 Stunden vergangen ist, oder
    • ein bestimmtes Datum und/ oder eine bestimmte Uhrzeit erreicht ist, oder
    • ein manueller Auslösebefehl zum Spülen über die Anzeige- und Bedieneinheit 2d erhalten wird, oder
    • ein Fernauslösebefehl zum Spülen über die Kommunikationsschnittstelle, insbesondere das Webinterface, erhalten wird.
  • Ist die Bedingung erfüllt, wird das Spülventil in Schritt S3 geöffnet und das frische Trinkwasser fließt durch die Hauptleitung 29 in die Kreisleitung 31 respektive in die zentrale Vorlaufleitung 33, die lokalen Vorlaufleitungen 34, die lokalen Rücklaufleitungen 35 und die zentrale Rücklaufleitung 36, bis es zum Kreiselpumpenaggregat 2 und dem Spülventil 7a gelangt, wo es aus ausgeschieden wird.
  • Während dieses Spülbetriebs wird geprüft, ob eine Bedingung zum Beenden der Spülung erfüllt ist, Schritt S4. Eine solche Stoppbedingung kann z.B. sein, dass
    • die Temperatur des geförderten Trinkwassers einen unteren Grenzwert von z.B. 20°C erreicht oder unterschreitet, oder
    • sich die Temperatur nicht mehr ändert oder die Änderung der Temperatur des geförderten Trinkwassers einen Grenzwert unterschreitet, oder
    • eine vordefinierte Spüldauer abgelaufen ist, oder
    • ein vordefiniertes Spülvolumen abgelassen wurde.
  • Ist die Bedingung erfüllt, wird das Spülventil in Schritt S5 geschlossen und das Kreiselpumpenaggregat 2 kehrt zurück in den Zirkulationsbetrieb, Schritt S6. Dieser verbleibt jedoch nur einen vergleichsweise kurzen Zeitraum von beispielsweise 60 Sekunden für etwa 50m Rohrleitung, damit das frische Trinkwasser das Wasservolumen aus der Zwischenleitung 16 in die Hauptleitung 29 und gegebenenfalls in die Kreisleitung 31 schieben kann.
  • Anschließend wird das Spülventil 7a erneut geöffnet, Schritt S7, so dass auch das verschobene Wasservolumen der Zwischenleitung 16, getrieben von dem nachfließenden Frischwasser, zum Spülventil 7a fließt und dort abgeschieden wird. Somit findet in der gesamten Kreisleitung ein Wasseraustausch statt. Während des Spülbetriebs wird wieder überprüft, ob eine Bedingung zum Beenden der Spülung erfüllt ist, Schritt S8. Da das Wasser schon zu Beginn des Spülbetriebs seine Minimaltemperatur hat, bietet sich als Stoppbedingung an, die vordefinierte Spüldauer oder das vordefinierte Spülvolumen zu verwenden. Alternativ kann eine modifizierte Temperaturänderungsbedingung verwendet werden, bei der das Kreiselpumpenaggregat die Wassertemperatur zunächst daraufhin auswerten, ob sie ansteigt und anschließend wieder abfällt, bis sich die Temperatur nicht mehr ändert oder die Änderung der Temperatur den Grenzwert unterschreitet. Denn der Temperaturanstieg wird durch das Wasservolumen verursacht, das zuvor in der Zwischenleitung war.
  • Ist die Bedingung erfüllt, wird das Spülventil in Schritt S9 wieder geschlossen und das Kreiselpumpenaggregat 2 kehrt zurück in den Zirkulationsbetrieb, Schritt S1.
  • Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Realisierung einer Hot-Spot Erkennung. Dieses Verfahren dient dazu, die Lage einer Wärmequelle zu schätzen, die einen außergewöhnlichen Wärmeeintrag in das Trinkwasserversorgungsnetzwerk 30 bewirkt. Die Bestimmung der Lage erfolgt in Form eines Abstands zum Kreiselpumpenaggregat 2. In Kenntnis der Rohrleitungslängen des Trinkwasserversorgungsnetzwerks 30 kann dann anhand des Abstands ermittelt werden, wo genau sich in dem Gebäude, in dem sich das Trinkwasserversorgungsnetzwerk 30 erstreckt, die Wärmequelle liegen muss, um welche Wärmequelle es sich handelt, und ob der durch die Wärmequelle verursachte Wärmeeintrag in das Trinkwasserversorgungsnetzwerk 30 gegebenenfalls unterbunden werden kann.
  • Zur Hot-Spot Erkennung führt das Kreiselpumpenaggregat respektive die Pumpenelektronik ausgehend vom Zirkulationsbetrieb nacheinander die folgenden in Figur 6 veranschaulichten Schritte aus:
    • S10
    Abschalten der Pumpeneinheit 2a, um bei fehlender Zirkulation in der Kreisleitung zuzulassen, dass sich ein lokal begrenztes Volumen in einem Rohrleitungsabschnitt des Trinkwasserversorgungsnetzwerks 30, der benachbart zu der Wärmequelle liegt, durch die Wärmequelle erwärmt,
    S11
    Wiedereinschalten der Pumpeneinheit 2a nach einer bestimmten Zeitspanne, so dass das Trinkwasser in der Kreisleitung 31 wieder zirkuliert,
    S12
    Überwachung der Temperatur des geförderten Trinkwassers,
    S13
    Auswertung der Temperatur bezüglich des Auftretens eines lokalen Maximums, und
    S14
    Schätzung des Abstands der Wärmequelle zum Kreiselpumpenaggregat aus dem Zeitraum vom Wiedereinschalten der Pumpeneinheit 2a bis zum Auftreten des Maximums und dem in diesem Zeitraum vorliegenden Durchfluss.
  • Beträgt der Zeitraum beispielsweise 20s kann der Abstand der Wärmequelle zum Kreiselpumpenaggregat wie folgt bestimmt werden:
    Ein Durchfluss z.B. 1,5 m3/h bei einer Rohrleitung von 22x1 mm (20mm Innendurchmesser) und einer Fließgeschwindigkeit von 1,3 m/s ergibt bei 20 s einen Abstand von 26 m. Diese Abstandsangabe kann aber auch in der Art "Hot Spot nach x% des Leitungsvolumens vor der Zirkulationsanlage" erfolgen.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft zum Zwecke der Veranschaulichung gegeben ist und den Schutzbereich der Erfindung keineswegs einschränkt. Merkmale der Erfindung, die als "kann", "beispielhaft", "bevorzugt", "optional", "ideal", "vorteilhaft", "gegebenenfalls" oder "geeignet" angegeben sind, sind als rein fakultativ zu betrachten und schränken ebenfalls den Schutzbereich nicht ein, welcher ausschließlich durch die Ansprüche festgelegt ist. Soweit in der vorstehenden Beschreibung Elemente, Komponenten, Verfahrensschritte, Werte oder Informationen genannt sind, die bekannte, naheliegende oder vorhersehbare Äquivalente besitzen, werden diese Äquivalente von der Erfindung mit umfasst. Ebenso schließt die Erfindung jegliche Änderungen, Abwandlungen oder Modifikationen von Ausführungsbeispielen ein, die den Austausch, die Hinzunahme, die Änderung oder das Weglassen von Elementen, Komponenten, Verfahrensschritte, Werten oder Informationen zum Gegenstand haben, solange der erfindungsgemäße Grundgedanke erhalten bleibt, ungeachtet dessen, ob die Änderung, Abwandlung oder Modifikationen zu einer Verbesserung oder Verschlechterung einer Ausführungsform führt.
    s
    • Bezugszeichenliste
    • 1 Kompaktbaueinheit
    • 2 Kreiselpumpenaggregat
    • 2a Pumpeneinheit
    • 2b Elektromotor
    • 2c Pumpenelektronik
    • 2d Anzeige- und Bedieneinheit
    • 3 Eingang
    • 4 Eingangsventil
    • 5 Ausgang
    • 6 Ausgangsventil
    • 7 Spüleinheit
    • 7a Spülventil
    • 7b freier Auslauf
    • 7c Siphon
    • 7d Ventilstelleinheit
    • 7e Sensor
    • 8 Display
    • 9 Bedienelement
    • 10 Mehrwege-Rohrstück
    • 10a Eingangsanschluss
    • 10b erster Ausgangsanschluss
    • 10c zweiter Ausgangsanschluss
    • 10d dritter Ausgangsanschluss
    • 11 Rückflussverhinderer
    • 12 Elektrische Versorgungsleitung
    • 13 Steuerleitung
    • 14 Sensorleitung
    • 15 Erweiterungsmodul
    • 16 Zwischenleitung
    • 17 Kommunikationsleitung, Bus
    • 18 Probenentnahmeventil
    • 19 Filter
    • 20 pumpeninterner Temperatursensor
    • 21a, 21b weiterer Sensor
    • 21c dezentraler Temperatursensor
    • 22 Volumenstrombestimmung
    • 28 Hausanschluss für Trinkwasser
    • 29 Hauptleitung
    • 30 Trinkwasserversorgungsnetzwerk
    • 31 Kreislauf/ Zirkulationsleitung
    • 32 Verbraucher
    • 33 Zentrale Vorlaufleitung
    • 34 Lokale Vorlaufleitung
    • 35 Lokale Rücklaufleitung
    • 36 Zentrale Rücklaufleitung
    • 37 Zirkulationsventil

Claims (13)

  1. Verfahren zum Überwachen einer Wasserzirkulation in einem Trinkwasserversorgungsnetzwerk (30), das wenigstens einen Kreislauf (31) zur Zirkulation von Trinkwasser, ein Kreiselpumpenaggregat (2) zur Aufnahme von Trinkwasser aus und Förderung in den Kreislauf (31) und wenigstens einen aus dem Kreislauf (31) mit Trinkwasser gespeisten Verbraucher (32) aufweist, wobei das Kreiselpumpenaggregat (2) eine Pumpeneinheit (2a), einen diese antreibenden Elektromotor (2b) und eine Pumpenelektronik (2c) zur Steuerung und Regelung des Elektromotors (2b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselpumpenaggregat (2) Betriebsinformationen über die Wasserzirkulation oder das Trinkwasserversorgungsnetzwerk (30) ermittelt zur Überwachung der Wasserzirkulation verwendet, und
    - dass das Kreiselpumpenaggregat (2) seinen Durchfluss ermittelt und auf eine Änderung oder das Erreichen eines Grenzwerts überwacht, und das Kreiselpumpenaggregat (2) ein geschlossenes Ventil innerhalb des Kreislaufs (31) annimmt, wenn der Durchfluss einen unteren Grenzwert unterschreitet, und/ oder
    - dass das Kreiselpumpenaggregat (2) regelmäßig in Intervallen seinen Arbeitspunkt ermittelt und eine Änderung des Arbeitspunktes langfristig überwacht, wobei das Kreiselpumpenaggregat (2)
    - eine strukturelle Änderung des Trinkwasserversorgungsnetzwerks (30) annimmt, wenn sich der Arbeitspunkt abrupt verändert, und/ oder
    - einen zugesetzten Filter in dem Kreislauf (31) annimmt, wenn ein den Arbeitspunkt mitdefinierender Differenzdruck allmählich ansteigt oder über einen Grenzwert steigt, und/ oder
    - ein defekt offenes Regelventil (37) in dem Kreislauf (31) annimmt, wenn ein den Arbeitspunkt mitdefinierender Differenzdruck allmählich absinkt oder unter einen Grenzwert fällt,
    und/ oder
    - dass das Kreiselpumpenaggregat (2) in Strömungsrichtung des Trinkwassers
    - entweder vor einem mit dem Kreislauf (31) verbundenen Spülventil (7a) zur Ablassung von Trinkwasser aus dem Kreislauf (31) angeordnet ist, und im antriebslosen Zustand ermittelt, ob seine Drehzahl größer null ist, wobei das Kreiselpumpenaggregat (2) annimmt, dass das Spülventil (7a) geöffnet ist, wenn die Drehzahl größer null ist, oder während eines ausgelösten Spülbetriebs annimmt, dass das Spülventil (7a) defekt ist, wenn die Drehzahl null ist,
    - oder hinter einem mit dem Kreislauf (31) verbundenen Spülventil (7a) zur Ablassung von Trinkwasser aus dem Kreislauf (31) angeordnet ist, und im antriebslosen Zustand ermittelt, ob seine Drehzahl größer null ist, wobei das Kreiselpumpenaggregat (2) während eines Spülbetriebs annimmt, dass ein in Reihe mit dem Kreiselpumpenaggregat (2) liegender Rückflussverhinderer (11) defekt ist, wenn die Drehzahl größer null ist, und/ oder
    - dass das Kreiselpumpenaggregat (2) seinen Arbeitspunkt kontinuierlich oder quasi kontinuierlich ermittelt und eine Änderung des Arbeitspunktes überwacht, wobei das Kreiselpumpenaggregat (2) eine Zapfaktivität an dem Verbraucher (32) annimmt, wenn sich der Arbeitspunkt verändert, und/ oder
    - dass das Kreiselpumpenaggregat (2) mit einem hinter einem Kühlaggregat, das hydraulisch in dem Kreislauf (31) liegt, um das Trinkwasser zu kühlen, angeordneten Temperatursensor verbunden ist und ein elektrisches Signal dieses Sensors auswertet, wobei das Kreiselpumpenaggregat (2) die Temperatur des Wassers hinter dem Kühlaggregat mit der Temperatur des durch das Kreiselpumpenaggregat (2) fließenden Wassers vergleicht und einen Kühlaggregatdefekt annimmt, wenn die Temperatur des Wassers hinter dem Kühlaggregat nicht niedriger ist, als die Temperatur des durch das Kreiselpumpenaggregat (2) fließenden Wassers, und/ oder
    - dass das Kreiselpumpenaggregat (2) die Temperatur des Trinkwassers in Strömungsrichtung vor einem mit dem Kreislauf (31) verbundenen Spülventil (7a) und hinter einem hinter dem Spülventil (7a) liegenden Rückflussverhinderer (11) erfasst und die erfassten Temperaturwerte miteinander vergleicht, wobei das Kreiselpumpenaggregat (2)
    - im Falle ungleicher Temperaturwerte bei geschlossenem Spülventil (7a) annimmt, dass das Spülventil (7a) defekt ist, und/ oder
    - im Falle gleicher Temperaturwerte bei geöffnetem Spülventil (7a) annimmt, dass der Rückflussverhinderer (11) defekt ist, und/ oder
    - dass das Kreiselpumpenaggregat (2) wenigstens eine dezentrale Trinkwassertemperatur mit einer zentralen Trinkwassertemperatur vergleicht, wobei die dezentrale Trinkwassertemperatur in einer aus dem Kreislauf (31), in der das Kreiselpumpenaggregat (2) das Trinkwasser fördert, gespeisten lokalen Kreisleitung (34, 35) ermittelt wird, und die zentrale Trinkwassertemperatur von dem Kreiselpumpenaggregat (2) oder einem daran angeschlossenen Temperatursensor (21a) ermittelt wird, und dass das Kreiselpumpenaggregat (2) einen fehlerhaften hydraulischen Abgleich annimmt, wenn eine Abweichung der dezentralen und zentralen Trinkwassertemperatur voneinander einen Grenzwert überschreitet, und/ oder
    - dass das Kreiselpumpenaggregat (2) eine Detektion einer Wärmequelle durchführt, die Wärme in das Trinkwasserversorgungsnetzwerk (30) einstrahlt, indem sie die folgenden Schritte ausführt:
    a. Abschalten der Pumpeneinheit (2a), um bei fehlender Zirkulation in dem Kreislauf (31) zuzulassen, dass sich ein lokal begrenztes Volumen in einem Rohrleitungsabschnitt des Trinkwasserversorgungsnetzwerks (30), der benachbart zu der Wärmequelle liegt, durch die Wärmequelle erwärmt,
    b. Wiedereinschalten der Pumpeneinheit (2a) nach einer bestimmten Zeitspanne,
    c. Überwachung der Temperatur des geförderten Trinkwassers,
    d. Auswertung der Temperatur bezüglich des Auftretens eines lokalen Maximums, und
    e. Schätzung des Abstands der Wärmequelle zum Kreiselpumpenaggregat (2) aus dem Zeitraum vom Wiedereinschalten der Pumpeneinheit (2a) zum Auftreten des Maximums und der in diesem Zeitraum vorliegenden Durchfluss.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselpumpenaggregat (2) im Falle der Annahme eines geschlossenen Ventils innerhalb des Kreislaufs (31) eine korrespondierende Meldung ausgibt, die auf die Grenzwertunterschreitung oder das geschlossene Ventil hinweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die regelmäßige Ermittlung des Arbeitspunktes in Intervallen stets nachts zu einer festen Uhrzeit erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselpumpenaggregat (2) im Falle der Überwachung der Änderung des Arbeitspunktes eine korrespondierende Meldung ausgibt, die auf die Änderung des Trinkwasserversorgungsnetzwerks (30), oder auf den Differenzdruckanstieg oder die Grenzwertüberschreitung bzw. auf die Notwendigkeit einer Filterreinigung oder eines Filteraustauschs, oder auf den Differenzdruckabfall oder die Grenzwertunterschreitung bzw. auf die Notwendigkeit einer Reparatur des Regelventils (37) hinweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselpumpenaggregat (2) im Falle der Annahme eines geöffneten oder defekten Spülventils (7a) oder eines defekten Rückflussverhinderer (11) eine korrespondierende Meldung ausgibt, die auf das geöffnete oder defekte Spülventil (7a) oder den defekten Rückflussverhinderer (11) hinweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede angenommene Zapfaktivität, vorzugsweise auch deren Dauer und/ oder Intensität, dokumentiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselpumpenaggregat (2) im Falle einer angenommenen Zapfaktivität die Dauer einer Wasserentnahme feststellt, indem die Zeit gemessen wird, die von der Änderung des Arbeitspunktes bis zur Rückkehr zum Ausgangszustand vergeht.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselpumpenaggregat (2) anhand von mehrfachen sprunghaften Änderungen des Arbeitspunktes feststellt, an wie vielen Verbrauchern (32) gleichzeitig Wasser entnommen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselpumpenaggregat (2) die Menge an ausgetauschtem Wasser im Kreislauf (31) bewertet, indem die Häufigkeit der Wasserentnahmen innerhalb eines bestimmten Zeitraums, die Dauer der einzelnen oder gesamten Wasserentnahme(n) und/oder der Zapfintensität in Form der Anzahl an gleichzeitig offener Verbrauchern (32) bestimmt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselpumpenaggregat (2) die Temperatur des geförderten Trinkwassers ermittelt und auf eine Änderung oder das Erreichen eines Grenzwerts überwacht.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselpumpenaggregat (2) ein Spülventil (7a) auslöst, wenn die Temperatur des geförderten Wassers einen oberen Grenzwert erreicht oder überschreitet, und/ oder das Kreiselpumpenaggregat (2) ein Spülventil (7a) schließt, wenn die Temperatur des geförderten Wassers einen unteren Grenzwert erreicht oder unterschreitet, oder wenn sich die Temperatur nicht mehr ändert oder die Änderung der Temperatur des geförderten Wassers einen Grenzwert erreicht oder unterschreitet.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselpumpenaggregat (2) während einer Spülung die Menge abgelassenen Wassers anhand ihres Durchflusses ermittelt und mit dem vordefinierten Spülvolumen vergleicht, wobei das Kreiselpumpenaggregat ein Spülventil schließt, wenn das vordefinierte Spülvolumen abgelassen wurde.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselpumpenaggregat (2) im Falle der Annahme eines defekten Spülventils (7a) oder eines defekten Rückflussverhinderers (11) eine korrespondierende Meldung ausgibt.
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