WO2012010127A2 - Verfahren zum automatischen hydraulischen abgleich in fluidführenden anlagen - Google Patents

Verfahren zum automatischen hydraulischen abgleich in fluidführenden anlagen Download PDF

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    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the invention relates to a method for automatic hydraulic balancing of
  • Heating and / or cooling systems which are traversed by a heat transfer medium, with at least one heat and / or
  • the heat transfer medium is a fluid
  • the method may in heating and cooling systems with at least one heat and / or cold generator, several
  • liquid-conducting connection of heat and / or refrigerators and consumers and with at least one circulation pump and built-in piping control valves are applied.
  • the invention is therefore based on the object, even with changing load states of all strands, for example one
  • Heating system to obtain an adapted to the design state optimum supply, which is determined by the volumetric flow conditions determined for the design state.
  • object of the invention even with variable, constantly changing
  • Differential pressure sensor per pipe line the differential pressures of input
  • Pipeline strands are measured, the measurement data are transmitted to the arithmetic unit and compared with the stored data pattern, wherein from the determined comparison data from the arithmetic unit
  • Positioning commands are generated by means of which the current strand differential pressures are controlled by the actuators of the control valves to the stored desired differential pressures.
  • control valve is completely opened in fluidly unfavorable pipe string and then by means of the further control valves of the other pipe strands on the arithmetic unit of the differential pressure in the other pipe strands on the
  • Target differential pressure is controlled.
  • Arithmetic unit preferably parallel to the second process step, the pump power of the circulation pump is controlled such that the worst-case piping is still supplied with sufficient differential pressure.
  • the arithmetic unit is connected to the Internet and communicates with connected computers.
  • the inventive method includes the determination of the heat / cooling requirement, the
  • valves are mounted, which can be preset.
  • valves with thermostatic heads are common. However, the thermostatic heads are then mounted after the adjustment or the adjustment takes place at
  • the volume flow determination in each strand is done for example in such a way that the strand regulating valves
  • Differential pressure sensor can be connected. To regulate the differential pressure between the supply and return line is in each case in the most unfavorable strand of the control valve
  • the differential pressure in the further strands is regulated to the required height.
  • the pump speed is regulated to the level that is required, so that the most unfavorable strand is still supplied with sufficient differential pressure.
  • the differential pressure required in the individual piping strings and in the overall plant is determined in the real plant, that is, it will be all resistances of the plant
  • each unfavorable strand installed control valve is completely open and the other control valves only on the
  • Circulation pump can therefore be controlled to a low speed and thus the energy consumption of the system can be further reduced.
  • the differential pressure in the strands can be regulated down, whereby small amounts of water are circulated and in turn reduces energy consumption.
  • FIG. 2 shows a system representation for determining system characteristics
  • FIG. 3 shows a system representation for carrying out the automatic hydraulic adjustment.
  • Arithmetic unit read in and stored.
  • a measurement of the differential pressure between the supply and return lines is carried out for each line 1 to n.
  • the data is read into the arithmetic unit and the arithmetic unit gives permanently
  • Data are stored and a printout of the data to document the actual hydraulic balancing are made.
  • Plant includes, inter alia, a heat or cold generator 2 and several on a ⁇ liquid-conducting piping system 3 hereby connected in series consumers 4, a circulating pump 5 and in the
  • Each control valve 8 has an input 10 and an output 11.
  • Each strand 6 has a
  • Flow line 12 and a return line 13 Flow line 12 and a return line 13.
  • a computing unit 14 is provided with the
  • Control valve 8 are assigned communicates and also communicates with the actuators 7 of the control valves and with the
  • the arithmetic unit 14 gives, as is illustrated in particular in FIG. 3, actuating commands to the actuators 7
  • the strand differential pressures are downshifted in the lowering mode.
  • the arithmetic unit can be programmed accordingly.
  • the arithmetic unit 14 can also with the

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen hydraulischen Abgleich von Heizungs- und/oder Kühlanlagen (1) mit einem Wärme- und/oder Kälteerzeuger (2), mehreren strangweise verbundenen Verbrauchern (4) sowie mit einer Umwälzpumpe (5), wobei in den Rohrleitungssträngen (6) zur Regelung der Strangdifferenzdrücke mit Stellantrieben (7) versehene Regelarmaturen (8) installiert sind, wobei in einem ersten Verfahrensschritt von jeweils einem Differenzdruckaufnehmer (9) pro Rohrleitungsstrang (6) die Differenzdrücke von Eingangs- (10) und Ausgangsseite (11) der Regelarmaturen (8) und anschließend die Strangdifferenzdrücke zwischen Vor- (12) und Rücklaufleitungen (13) erfasst und die erfassten Messdaten in eine Recheneinheit (14) eingelesen und in dieser abgespeichert werden, dass in einem zweiten Verfahrensschritt kontinuierlich die Strangdifferenzdrücke in allen Rohrleitungssträngen (6) gemessen werden, die Messdaten an die Recheneinheit (14) übertragen werden und mit dem abgespeicherten Datenmuster verglichen werden, wobei aus den ermittelten Vergleichsdaten von der Recheneinheit (14) Stellbefehle generiert werden, mittels derer durch die Stellantriebe (7) der Regelarmaturen (8) die aktuellen Strangdifferenzdrücke auf die abgespeicherten Solldifferenzdrücke geregelt werden.

Description

Verfahren zum automatischen hydraulischen Abgleich in fluidführenden Anlagen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen hydraulischen Abgleich von
Heizungs- und/oder Kühlanlagen, die von einem Wärmeträgermedium durchströmt sind, mit mindestens einem Wärme- und/oder
Kälteerzeuger, mehreren über ein den
Wärmeträger führendes Rohrleitungssystem strangweise verbundenen Verbrauchern sowie mit mindestens einer Umwälzpumpe, wobei in den Rohrleitungssträngen zur Regelung der
Strangdifferenzdrücke mit Stellantrieben versehene Regelarmaturen installiert sind.
Das Wärmeträgermedium ist ein Fluid,
vorzugsweise Wasser. Das Verfahren kann bei Heizungs- und Kühlanlagen mit mindestens einem Wärme- und/oder Kälteerzeuger, mehreren
Verbrauchern, Rohrleitungen zur
flüssigkeitsführenden Verbindung von Wärme und/oder Kälteerzeuger und Verbraucher sowie mit mindestens einer Umwälzpumpe und in die Rohrleitungen eingebauten Regelventilen angewandt werden.
Durch die ständig höher werdenden
Anforderungen an die Energieeinsparung von fluidführenden Anlagen in Gebäuden, wie beispielsweise Heizungs-, Kühl- und/oder Sanitäranlagen werden auch exaktere,
beziehungsweise dem momentanen
Energieverbrauch angepasste hydraulische
Verhältnisse gefordert. Die bisher übliche einfache statische Einregulierung der
Volumenströme, zum Beispiel durch
Strangregulierventile, in Anlagen, bei denen sehr häufig wechselnde Lastzustände auftreten, reichen nicht mehr aus. Hinzu kommt, dass vor allem in älteren Anlagen, in denen oft die tatsächliche Rohrführung nicht bekannt ist, selbst eine optimale statische Einregulierung nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, auch bei wechselnden Last zuständen aller Stränge, zum Beispiel einer
Heizungsanlage eine auf den Auslegungszustand angepasste optimale Versorgung zu erhalten, die durch die für den Auslegungszustand ermittelten Volumenstromverhältnisse bestimmt ist .
Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, auch bei variablen, ständig wechselnden
Volumenstromanforderungen der Verbraucher durch einen automatischen hydraulischen
Abgleich eine Unter- beziehungsweise
Überversorgung der einzelnen
Rohrleitungsstränge zu vermeiden und den durch die Umwälzpumpe zur Versorgung der Verbraucher erzeugten Gesamtdifferenzdruck möglichst niedrig zu halten, um hierdurch den
Energieverbrauch der Gesamtanlage zu
verringern .
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die
Erfindung vor, dass in einem ersten
Verfahrensschritt von jeweils einem
Differenzdruckaufnehmer pro Rohrleitungsstrang die Differenzdrücke von Eingangs- und
Ausgangsseite der Regelarmaturen und
anschließend die Strangdifferenzdrücke
zwischen Vor- und Rücklaufleitungen erfasst und die erfassten Messdaten in eine
Recheneinheit eingelesen und in dieser
abgespeichert werden, dass in einem zweiten Verfahrensschritt kontinuierlich die
Strangdifferenzdrücke in allen
Rohrleitungssträngen gemessen werden, die Messdaten an die Recheneinheit übertragen werden und mit dem abgespeicherten Datenmuster verglichen werden, wobei aus den ermittelten Vergleichsdaten von der Recheneinheit
Stellbefehle generiert werden, mittels derer durch die Stellantriebe der Regelarmaturen die aktuellen Strangdifferenzdrücke auf die abgespeicherten Solldifferenzdrücke geregelt werden .
Bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass zu Beginn des zweiten Verfahrensschrittes zunächst die Regelarmatur in strömungsmäßig ungünstigsten Rohrleitungsstrang vollständig geöffnet wird und dann mittels der weiteren Regelarmaturen der weiteren Rohrleitungsstränge über die Recheneinheit der Differenzdruck in den weiteren Rohrleitungssträngen auf den
Solldifferenzdruck geregelt wird.
Auch ist vorgesehen, dass mittels der
Recheneinheit vorzugsweise parallel zum zweiten Verfahrensschritt die Pumpenleistung der Umwälzpumpe derart geregelt wird, dass der ungünstigste Rohrleitungsstrang noch mit ausreichendem Differenzdruck versorgt wird.
In an sich bekannter Weise ist vorgesehen, dass die Regelarmaturen der einzelnen
Verbraucher hinsichtlich ihres Durchflusses voreingestellt werden.
Zudem ist vorteilhaft, wenn die
Strangdifferenzdrücke im Absenkbetrieb
heruntergeregelt werden.
Auch ist bevorzugt, dass die Recheneinheit mit dem Internet verbunden wird und mit daran angeschlossenen Rechnern kommuniziert.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Ermittlung des Wärme/Kühlbedarfs, die
Berechnung des Heizkörpers/Kühlvolumenstroms mittels Wärme/Kühlbedarf und
Temperaturspreizung, die Voreinstellung der Ventile am Verbraucher, die automatische Volumenstromerraittlung im jeweiligen Strang und die Regelung des Differenzdruckes zwischen Vor- und Rücklaufleitung , An den Verbrauchern sind üblicherweise Ventile angebracht, die voreinstellbar sind. Zur Raumheizung sind beispielsweise Ventile mit Thermostatköpfen üblich. Die Thermostatköpfe werden dann aber erst nach der Einregulierung montiert oder aber die Einregulierung erfolgt bei
Offenstellung des Ventiles.
Die Volumenstromermittlung im jeweiligen Strang erfolgt beispielsweise in der Weise, dass die Strangregulierventile
(Regelarmaturen) mit Messschläuchen an die
Differenzdruckaufnehmer angeschlossen werden. Zur Regelung des Differenzdruckes zwischen Vor- und Rücklaufleitung wird jeweils im ungünstigsten Strang das Regelventil
vollständig geöffnet. Mittels der weiteren Regelventile der anderen Stränge wird der Differenzdruck in den weiteren Strängen auf die erforderliche Höhe geregelt. Parallel hierzu wird die Pumpendrehzahl auf das er orderliche Niveau geregelt, so dass der ungünstigste Strang noch mit ausreichendem Differenzdruck versorgt wird.
Gemäß der Erfindung wird der in den einzelnen Rohrleitungssträngen und in der Gesamtanlage erforderliche Differenzdruck in der realen Anlage ermittelt, das bedeutet, es werden sämtliche Widerstände der Anlage
berücksichtigt. Ungenauigkeiten, die durch eine rein rechnerische Ermittlung der
Anlagenwerte entstehen könnten, sind somit vermieden.
Im Ergebnis wird ein permanenter, dynamischer hydraulischer Abgleich in der Anlage
sichergestellt. Damit wird schnell auf eine Veränderung der Energieabnahme an den
Verbrauchern reagiert und ein für alle
Betriebszustände optimaler hydraulischer
Abgleich und damit ein niedriger
Energieverbrauch der Anlage sichergestellt. Zudem können durch den geregelten
Differenzdruck in den Strängen
Strömungsgeräusche an den Verbrauchern
vermieden oder gemindert werden. Weil während des Betriebes das in dem
hydraulisch jeweils ungünstigsten Strang installierte Regelventil ganz geöffnet ist und die weiteren Regelventile nur auf das
unbedingt erforderliche Maß geschlossen werden, entstehen durch den hydraulischen Abgleich nur geringe Druckverluste. Die
Umwälzpumpe kann demzufolge auf eine niedrige Drehzahl geregelt werden und damit kann der Energieverbrauch der Anlage noch weiter verringert werden. Bei Nachtabsenkung kann der Differenzdruck in den Strängen heruntergeregelt werden, wodurch kleine Wassermengen umgewälzt werden und sich wiederum der Energieverbrauch verringert.
In der Zeichnung ist in Figur 1 ein Ablaufplan für das erfindungsgemäße Verfahren des
automatischen hydraulischen Abgleichs gezeigt. In Figur 2 ist eine Systemdarstellung zur Ermittlung von Anlagekenngrößen gezeigt, während in Figur 3 eine Systemdarstellung zur Durchführung des automatischen hydraulischen Abgleichs gezeigt ist.
Wie in Figur 1 gezeigt, wird bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren zunächst so vorgegangen, dass die Anlagekenngrößen
eingegeben und in einer Recheneinheit
eingelesen sowie in dieser abgespeichert werden .
Beispielsweise wird für jeden Strang 1 bis n eine Eingabe von Wärme/Kühlbedarf,
Temperaturspreizung, Ventildaten und Daten des Durchflussraediums durchgeführt. Nachfolgend wird für jeden Strang 1 bis n eine Berechnung des Strangnenndurchflusses aus
Wärme/Kühlbedarfsberechnung vorgenommen. Des Weiteren wird für jeden Verbraucher 1 bis n eine Voreinstellung vorgenommen, also die Voreinstellung der Ventile am jeweiligen
Verbraucher. Des Weiteren wird für jeden Strang 1 bis n eine Differenzdruckmessung an den Regelventilen durchgeführt. Anschließend erfolgt eine Berechnung des Strangdurchflusses aus der Differenzdruckmessung und den
Ventildaten. Diese Daten werden in die
Recheneinheit eingelesen und abgespeichert. Bei dem eigentlichen permanenten dynamischen hydraulischen Abgleich der Anlage wird gemäß Darstellung in Figur 1 für jeden Strang 1 bis n eine Messung des Differenzdruckes zwischen Vor- und Rücklaufleitung durchgeführt. Die Daten werden in die Recheneinheit eingelesen und die Recheneinheit gibt permanent
Stellbefehle an die Stellantriebe der
Regelarmaturen. Gegebenenfalls können diese
Daten gespeichert werden und ein Ausdruck der Daten zur Dokumentation des tatsächlichen hydraulischen Abgleichs gefertigt werden.
Zudem kann mittels der Recheneinheit der
Differenzdruck zwischen Vor- und
Rücklaufleitung als Regelgröße für die
Pumpenleistung der Umwälzpumpe herangezogen werden, so dass die Umwälzpumpe hierdurch ebenfalls angepasst und geregelt werden kann.
In Figur 2 ist ein grundsätzliches
Anlageschema gezeigt. Bei 1 ist eine
entsprechende Heizungs- oder Kühlanlage angegeben, die von einem Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser durchströmt ist. Die
Anlage umfasst unter anderem einen Wärme- oder Kälteerzeuger 2 sowie mehrere über ein θ flüssigkeitsführendes Rohrleitungssystem 3 hiermit strangweise verbundenen Verbrauchern 4, eine Umwälzpumpe 5 sowie in den
entsprechenden Rohrleitungssträngen 6 zur Regelung der Strangdifferenzdrücke bestimmte Regelarmaturen 8 mit Stellantrieben 7. Jede Regelarmatur 8 hat einen Eingang 10 und einen Ausgang 11. Jeder Strang 6 weist eine
Vorlaufleitung 12 und eine Rücklaufleitung 13 auf. Zusätzlich ist eine Recheneinheit 14 vorgesehen, die mit den
Differenzdruckaufnehmern 9, die jeder
Regelarmatur 8 zugeordnet sind, kommuniziert und die ebenfalls mit den Stellantrieben 7 der Regelventile kommuniziert sowie mit der
Umwälzpumpe 5.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird zunächst von dem
Differenzdruckaufnehmer 9 jeweils der
Differenzdruck von Eingangsseite 10 zur
Ausgangsseite 11 der Regelarmatur 8
aufgenommen und anschließend die
Strangdifferenzdrücke zwischen Vorlaufleitung 12 und Rücklaufleitung 13. Diese Daten werden auf die Recheneinheit 14 übertragen, das heißt, in diese eingelesen und abgespeichert.
Die Recheneinheit 14 wiederum, gibt, wie insbesondere in Figur 3 verdeutlicht ist, Stellbefehle an die Stellantriebe 7 der
Regelventile 8 ab, wobei das Regelventil 8 mindestens eines Stranges 6 in Offenstellung gefahren wird (vorzugsweise im ungünstigsten Strang) und die Strangdifferenzdrücke in allen Strängen 6 mittels Stellbewegung der weiteren Regelarmaturen der weiteren Stränge 6 auf die erforderliche Höhe geregelt wird.
Parallel dazu wird von der Recheneinheit 14 die Pumpendrehzahl und damit die
Pumpenleistung geregelt, so dass jeweils der ungünstigste Strang 6 gerade noch mit
ausreichendem Differenzdruck versorgt wird.
Vorzugsweise werden die Strangdifferenzdrücke im Absenkbetrieb heruntergeregelt. Hierzu kann die Recheneinheit entsprechend programmiert werden .
Die Recheneinheit 14 kann auch mit dem
Internet verbunden sein und mit daran
angeschlossenen Rechnern kommunizieren.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, bei einer bestehenden Anlage den Differenzdruck real zu ermitteln, wobei sämtliche Widerstände der Anlage
berücksichtigt werden und Ungenauigkeiten, die durch eine rein rechnerische Ermittlung entstehen könnten, vermieden werden. Im
Ergebnis wird ein permanenter dynamischer hydraulischer Abgleich erreicht. Die Erfindung ist nicht auf das
Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach
variabel .
Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und
Kombinationsmerkmale werden als
erfindungswesentlich angesehen.

Claims

Patentansprüche :
Verfahren zum automatischen hydraulischen Abgleich von Heizungs- und/oder Kühlanlagen (1), die von einem Wärmeträgermedium
durchströmt sind, mit mindestens einem Wärme- und/oder Kälteerzeuger (2) , mehreren über ein den Wärmeträger führendes Rohrleitungssystem (3) strangweise verbundenen Verbrauchern (4) sowie mit mindestens einer Umwälzpumpe (5), wobei in den Rohrleitungssträngen (6) zur Regelung der Strangdifferenzdrücke mit
Stellantrieben (7) versehene Regelarmaturen (8) installiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt von jeweils einem Differenzdruckaufnehmer (9) pro Rohrleitungsstrang (6) die Differenzdrücke von Eingangs- (10) und Ausgangsseite (11) der Regelarmaturen (8) und anschließend die
Strangdifferenzdrücke zwischen Vor- (12) und Rücklaufleitungen (13) erfasst und die
erfassten Messdaten in eine Recheneinheit (14) eingelesen und in dieser abgespeichert werden, dass in einem zweiten Verfahrensschritt kontinuierlich die Strangdifferenzdrücke in allen Rohrleitungssträngen (6) gemessen werden, die Messdaten an die Recheneinheit
(14) übertragen werden und mit dem
abgespeicherten Datenmuster verglichen werden, wobei aus den ermittelten Vergleichsdaten von der Recheneinheit (14) Stellbefehle generiert werden, mittels derer durch die Stellantriebe (7) der Regelarmaturen (8) die aktuellen
Strangdifferenzdrücke auf die abgespeicherten Solldifferenzdrücke geregelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass zu Beginn des zweiten Verfahrensschrittes zunächst die Regelarmatur
(8) in strömungsmäßig ungünstigsten
Rohrleitungsstrang (6) vollständig geöffnet wird und dann mittels der weiteren
Regelarmaturen (8) der weiteren
Rohrleitungsstränge (6) über die Recheneinheit
(14) der Differenzdruck in den weiteren
Rohrleitungssträngen (6} auf den
Solldifferenzdruck geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Recheneinheit (14) vorzugsweise parallel zum zweiten
Verfahrensschritt die Pumpenleistung der
Umwälzpumpe (5) derart geregelt wird, dass der ungünstigste Rohrleitungsstrang (6) noch mit ausreichendem Differenzdruck versorgt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Regelarmaturen (15) der einzelnen Verbraucher (4) hinsichtlich ihres Durchflusses
voreingestellt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangdifferenzdrücke im Absenkbetrieb
heruntergeregelt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (14} mit dem Internet verbunden wird und mit daran angeschlossenen Rechnern kommuniziert.
PCT/DE2011/001319 2010-06-05 2011-06-04 Verfahren zum automatischen hydraulischen abgleich in fluidführenden anlagen WO2012010127A2 (de)

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