WO2013091874A1 - Einrichtung zur steuerung einer heizungsumwälzpumpe und steuerungsverfahren - Google Patents

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WO2013091874A1
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heating
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Lubor Chytil
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Az - Pokorny Trade S.R.O.
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    • F04D15/0066—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by changing the speed, e.g. of the driving engine
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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 device for controlling a heating circulation pump, as used in conventional heating systems or in heat supply systems.
  • the invention also relates to a method for controlling such a heating circulation pump by means of said devices
  • heating circulation pumps are installed to provide the necessary heat in the heating circuits.
  • Such type pumps usually operate in continuous operation.
  • heating circulation pumps for the purpose of e- nergieeinsparung via a manually operable and often connected to the heating circulation pump control several, mostly 3, set different speeds and thus influence the funded flow in the heating circuit and energy consumption. In general, this is done by switching parts of the stator winding via taps on it.
  • heating circulation pumps have a number of disadvantages.
  • a pump used in continuous operation also promotes medium even if there is no heat requirement at all and above all no decrease in heat quantities.
  • heating circulating pumps are also subject to cavitation during operation, it is generally recommended by installers to always select the lowest flow and lowest power among the manually selectable settings. This des- half, so that cavitation kept low and ultimately the life of the heating circulation pump is increased.
  • the continuous operation creates an unnecessary need for electrical energy.
  • the setting of the heating circulation pump in the constant current operation also makes the control of such a heater or such a heat supply system sluggish.
  • heating circulation pumps in heating systems are operated in on-off operation, these are usually circuit circuits which are not needed at times.
  • a typical case within such heat supply systems is a service water circuit for providing hot water.
  • Such line circuits are usually put into operation or shut down via a central control unit.
  • frequency converters are already being used. These can generate an output frequency varying in the pulse width from an input frequency, so that regulation of the pump power is possible via a position determining the input frequency.
  • Heating circulation pump - is a motor-pump combination consisting of an electric motor and a pump of any type.
  • Controller - is a device that generates hardware based on at least one analog input signal a vibration of a fixed stabilized operating frequency, wherein the pulse width is controlled proportionally in response to the input signal.
  • Measuring signal is a signal of at least one sensor in the line circuit in which the heating circulation pump is arranged, wherein the same can represent a temperature and / or the flow rate and / or the flow rate in the line circuit.
  • Line circuit is a line in which a heating circulation pump is arranged as a conveying member, which need not necessarily be a closed circuit.
  • Steuerley- is the generated by the controller and delivered to the drive motor of the pump or to a power amplifier output signal of the control unit.
  • the object is achieved to drive a heating circulation pump according to the requirements with a power that makes it possible to operate the heating circulation pump exactly to the current requirements and to provide the current volume required.
  • the hardware can be constructed with discrete components, analog comparators, with additional power amplifier stages or with controlled multivibrators.
  • Preferred is a hardware solution with integrated circuits.
  • Particularly preferred is a hardware solution with a fully integrated stabilized pulse width modulator, which supplies the heating circulation pump with the necessary drive energy either directly or via an intermediate power amplifier stage.
  • the particularly preferred operating frequency only causes extremely low interference radiation and, on the other hand, that the power requirement of a heating circulation pump can be covered easily.
  • the device described above works energy efficient. It can be assigned to efficiency class A +, the actual classification depending on the energy consumption of the pump.
  • Such a hardware-based control unit requires only an input signal in the range of about 1 V to about 3.5 V. This makes it possible to use simple sensors without additional intermediate amplification to control the control unit. Resistance thermometers, PTC / NTC resistors, thermocouples or the like which can be connected either directly, via bridge circuits or with the aid of simple amplifiers are therefore possible.
  • sensors can transmit measuring signals to the control device. These can influence the input variable on an equal basis or a hierarchy of priority levels can be determined depending on certain determined measured variables or as a general ranking of the measured variables.
  • a prioritization of a single measured value can be carried out, such as the specification of a setpoint for the temperature in a single room. It is also possible to use output signals of a central unit, which controls a heating system or a heat supply system, as input signals of the control unit, as far as these are analog signals or can be converted into such.
  • An embodiment of the control unit provides to arrange these in a housing which is connected via connecting lines with sensors or a central unit and with the heating circulation pump.
  • control unit in the engine electronics of a heating circulation pump, which is particularly advantageous in electronically commutated motors.
  • Another possibility of the arrangement is the integration of the control unit in a central unit, which controls a heating or heat supply system as a whole.
  • the control method according to the invention consists in detecting, in a first step, a measurement signal which permits a statement about the current operating state within a line circuit in which a heating circulation pump is arranged.
  • the determination of the operating state takes place via sensors arranged in the line circuit.
  • the measuring signal or even several measuring signals are processed in such a way that they are available as analog signals in the low voltage range.
  • the applied input signal for pulse width control of the high-frequency oscillation present at the output of the control unit is used in a subsequent step.
  • the input signal lying between 1 V and 3 V is converted proportionally into a pulse width between 0 and 100% of the base pulse and the drive power applied to the heating circulation pump is determined in this way.
  • control method according to the invention can also carry out several first steps and evaluate a plurality of sensors.
  • an analog input signal is formed from a plurality of measured variables.
  • individual of the sensors to be evaluated can be assigned a ranking.
  • a further embodiment of the control method may be that, instead of measured variables, control signals of a central unit of a heating system or of a heat supply system are converted in a suitable manner into the analogue input signal of the control unit.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a heating system with a heating circulation pump and a control unit assigned to it.
  • Fig. 2- shows a schematic representation of the operation of the pulse width modulation.
  • a heating circulation pump 1 is installed in a line circuit 2 and has the task of generating a pressure flow which transports the heating medium circulating in the line circuit 2 from a heat generator 4 to a heat consumer 3.
  • the heating circulation pump 1 is driven by a motor 5, which receives its drive energy via a line 6 from a control unit 7.
  • the control unit 7 processes analog input signals from sensors 8, 9 and 10, which are arranged, for example, at the input of the heat consumer 3, in the return line between the heat consumer 3 and heat generator 4 or at the output of the heat generator 4.
  • the sensors 8, 9 and 10 can detect various physical variables. For example, this may be the temperature prevailing at the measuring point, a flow velocity or a volume flow. Accordingly, the sensors 8, 9 and 10, depending on the requirements of temperature sensors, Stroit) mungswumbleter or flow measuring devices.
  • the control unit 7 processes the analog signals arriving from the sensors 8, 9 and 10 in a hardware-based manner into a rectangular oscillation with a variable pulse width, wherein the pulse width can vary in its magnitude between 0 and 100%.
  • the controlling input variable can be in a low voltage range.
  • control unit 7 For an inventive operation of the control unit 7, it is sufficient if only one analog control signal of one of the sensors is applied. However, it is also possible to process 0 all input signals to analog input variables, to assign a ranking order to the various input variables or to assign a particular priority to a single measured variable.
  • control unit 7 may be implemented with discrete components or with integrated circuits. It can have an analog comparator or work with a controllable multivibrator.
  • the control unit 7 is consequently provided with an integrated circuit 11 which can supply a rectangular output voltage 13 varying in its pulse width.
  • the input signal 12 in the range between 1 V and 3 V is thereby converted into a pulsating output voltage 13 with a peak value of the voltage between 0 V and 40 V.
  • the amount of energy available at the output 14 depends on the pulse width.
  • An integrator can convert the rectangular output voltage 13 into the operating voltage of the heating circulation pump 1.
  • the control method according to the invention consists in that in a first step at least one measuring signal of one of the sensors 8, 9 or 10 is detected by the control unit 7. This receives an analog measurement signal from one of the sensors and processes it into a pulsating output signal which is generated as a square wave with a variable between 0 and 100% pulse width and in which the pulse width is proportional to the input voltage of the control unit 7.
  • a square wave is subsequently generated with a pulse width corresponding to the magnitude of the input signal.
  • the generated square wave signal is subsequently supplied via the connecting line 6 of the heating circulation pump 1, so that it runs according to the amount of energy supplied at a predetermined speed and generates a predetermined volume flow.
  • the method according to the invention can be designed further in various ways.
  • the control unit 7 can query and process the measured values of various sensors 8, 9 or 10 simultaneously or in succession.
  • the control unit 7 can also query the measured values to be queried with a predetermined ranking.
  • one of the measurement signals can be assigned a special priority.
  • the device according to the invention and the method carried out with the device according to the invention have the advantage that they make it possible to operate a heating circulation pump in a simple manner, at low cost and with maximum energy efficiency, so that a particularly economical operation in the connected heating system or a heat supply system is possible is.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpumpe und ein Steuerungsverfahren für eine solche Einrichtung. Erfindungsgemäß wird durch die Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpumpe ein Quantum Antriebsenergie zur Verfügung gestellt, das mengenmäßig dem aktuellen Erfordernis für den Betrieb der Heizungsumwälzpumpe entspricht. Weiter wird erfindungsgemäß durch die Einrichtung ein in der Pulsbreite gesteuertes Ausgangssignal an die Heizungsumwälzpumpe geliefert. Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren für die Einrichtung erfasst Messsignale, aus denen ein bestehender Wärmebedarf oder ein Wärmeangebot ermittelt wird und steuert die Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpumpe entsprechend den ermittelten Kennwerten an.

Description

Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpumpe und Steuerungsverfahren
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpum- pe, wie sie in herkömmlichen Heizungsanlagen oder in Wärmeversorgungssystemen zum Einsatz kommt. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Heizungsumwälzpumpe mithilfe der genannten Einrichtungen
Es ist allgemein bekannt, dass in Heizungsanlagen, die mit abgesenkten Vorlauf- temperaturen arbeiten, zur Bereitstellung der notwendigen Wärmemengen in den Heizkreisen Heizungsumwälzpumpen eingebaut sind. Solcher Art Pumpen arbeiten gewöhnlich im Dauerbetrieb.
Es ist ebenso bekannt, bei solchen Heizungsumwälzpumpen zum Zweck der E- nergieeinsparung über eine manuell bedienbare und häufig mit der Heizungsumwälzpumpe verbundenen Steuereinheit mehrere, zumeist 3, verschiedene Drehzahlen einzustellen und auf diese Weise den geförderten Volumenstrom im Heizungskreis und den Energieverbrauch zu beeinflussen. Im Allgemeinen geschieht das durch Schalten von Teilen der Statorwicklung über Anzapfungen an dieser.
In Wärmeversorgungssystemen mit mehreren Leitungskreisen ist ebenso bekannt, verschiedene Leitungskreise dadurch außer Betrieb zu nehmen, dass die jeweilige Heizungsumwälzpumpe stillgesetzt wird. Durch Steuerbefehle wird diese dann bei entsprechendem Wärmebedarf wieder in Betrieb genommen.
Die oben geschilderten Betriebsweisen von Heizungsumwälzpumpen haben eine Reihe von Nachteilen. Beispielsweise fördert eine im Dauerbetrieb eingesetzte Pumpe auch dann Medium, wenn überhaupt kein Wärmebedarf und vor allem keine Abnahme von Wärmemengen besteht. Da Heizungsumwälzpumpen während des Betriebes auch der Kavitation unterliegen, wird zumeist durch Installationsbetriebe empfohlen, unter den manuell wählbaren Einstellungen stets die mit niedrigstem Förderstrom und damit niedrigstem Leistungsbedarf zu wählen. Dies des- halb, damit Kavitation gering gehalten und letztlich die Lebensdauer der Heizungsumwälzpumpe erhöht wird.
Bei der Wahl eines solchen Betriebspunktes kann eine Schwankung des Wärme- bedarfes nur über eine Änderung der Temperatur im betroffenen Leitungskreis ausgeglichen werden. In Abhängigkeit vom Leistungsvermögen einer Wärmequelle oder eines Wärmespeichers können Betriebszustände entstehen, bei denen entweder bereit stehende Wärmemengen nicht sogleich weiter gefördert werden können oder der Wärmebedarf wegen der einen zu geringen Volumenstrom lie- fernden Heizungsumwälzpumpe nicht sogleich gedeckt werden kann.
Durch den Dauerbetrieb entsteht ein unnötiger Bedarf an Elektroenergie. Die Einstellung der Heizungsumwälzpumpe im Konstantstrombetrieb macht zudem die Regelung einer solchen Heizung oder eines solchen Wärmeversorgungssystems träge.
Soweit in Wärmeversorgungssystemen Heizungsumwälzpumpen im Ein-Aus- Betrieb betrieben werden, handelt es sich gewöhnlich um Leitungskreise, die zeitweilig nicht benötigt werden. Ein typischer Fall innerhalb solcher Wärmeversorgungssysteme ist ein Brauchwasserkreis zur Bereitstellung von Warmwasser. Sol- che Leitungskreise werden gewöhnlich über eine zentrale Steuereinheit zeitgesteuert in Betrieb genommen bzw. stillgesetzt. Während des Betriebes bestehen jedoch die gleichen Verhältnisse, wie bei den Heizungskreisen, die im Dauerbetrieb laufen und somit auch die gleichen Nachteile. Um die Leistung von Heizungsumwälzpumpen an den tatsächlichen Bedarf anpassen zu können, werden bereits so genannte Frequenzumrichter eingesetzt. Diese können aus einer Eingangsfrequenz eine in der Pulsbreite variierende Ausgangsfrequenz erzeugen, sodass über eine die Eingangsfrequenz bestimmende Stelle eine Regelung der Pumpenleistung möglich ist.
Nachteilig bei diesen Anordnungen ist, dass sie einen niedrigen Wirkungsgrad haben und auch in diesen Anwendungsfällen nur voreingestellte Leistungswerte einstellbar sind. Nach einem Vorschlag in DE 94 00 955 U1 ist deshalb vorgesehen, solche Frequenzumrichter von einem Steuerorgan, das nicht am Einsatzort der Pumpe angeordnet sein muss, fernzusteuern. Verschiedene Formen der drahtgebundenen oder drahtlosen Informationsübertragung sind vorgeschlagen.
Auch bei dieser Form der Steuerung bleibt jedoch der ungünstige Wirkungsgrad der Frequenzumrichter erhalten. Ein weiterer Nachteil kann die Trägheit einer solchen Steuerung sein, weshalb bereits Überwachungsschaltungen für Heizungs- Umwälzpumpen vorgeschlagen wurden, die einen internen Regelkreis zwischen Frequenzumrichter und Pumpenantriebsmotor vorsehen, wie beispielsweise die Vorschläge aus DE 198 60 446 A1 und DE 198 15 232 A1.
Die vorstehend genannten Lösungen können zwar eine Anpassung des Betriebs- zustandes durch steuernde Eingriffe über eine Frequenzsteuerung ermöglichen oder einen vorgegebenen Betriebszustand überwachen und aufrechterhalten, jedoch keine energieoptimierte Steuerung der Betriebsparameter von Heizungsumwälzpumpen gewährleisten. Dies bedeutet, dass in herkömmlichen Heizungen und in Wärmeversorgungssystemen ein unnötiger Einsatz von Elektroenergie erforderlich ist, da auch bei den optimierten Systemen nur im Konstantbetrieb bzw. mit Zeitintervallsteuerungen gearbeitet wird. Es besteht deshalb ein Bedarf an Lösungen für einen effektiveren Betrieb von Heizungsumwälzpumpen, um deren Energiebedarf weiter zu minimieren und insbesondere an die tatsächlichen Erfordernisse anzupassen. Weiterhin besteht ein Bedarf, Heizungsumwälzpumpen so steuern zu können, dass die Trägheit der Regelung von Leitungskreisen, in denen solche Heizungsumwälzpumpen installiert sind, deutlich verringert wird.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Steuerung von Heizungsumwälzpumpen vorzuschlagen, die es ermöglicht, einer solchen Pumpe die Energiemenge zuzuführen, die sie für den jeweiligen Betriebszustand gerade benötigt. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Steuerungsverfahren für Heizungsumwälzpumpen vorzuschlagen, mit dem unter Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung darauf hin gewirkt wird, dass diese Einrichtung stets die gerade erforderliche Energiemenge bereitstellt.
Diese oben stehende Aufgabe wird gelöst mit einer Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpumpe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes dieses Patentanspruches. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Steuerungsverfahren für eine Heizungsumwälzpumpe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 8 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes dieses Patentanspruches. Neben- und nachgeordnete Patentansprüche beschreiben Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung.
In der nachstehenden Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den Patentansprüchen werden die unten aufgeführten Begriffe mit folgendem Bedeutungsinhalt verwendet:
Heizungsumwälzpumpe — ist eine Motor-Pumpe-Kombination, bestehend aus einem Elektromotor und einer Pumpe an sich beliebiger Bauart.
Steuergerät— ist eine Einrichtung, die hardwaregestützt aus wenigstens einem analogen Eingangssignal eine Schwingung einer festen stabilisierten Arbeitsfrequenz erzeugt, wobei deren Pulsbreite in Abhängigkeit vom Eingangssignal proportional gesteuert wird.
Messsignal— ist ein Signal wenigstens eines Sensors im Leitungskreis, in dem die Heizungsumwälzpumpe angeordnet ist, wobei dasselbe eine Temperatur und/oder die Fließgeschwindigkeit und/oder die Durchflussmenge im Leitungskreis abbilden kann. Leitungskreis— ist eine Leitung, in der eine Heizungsumwälzpumpe als Förderorgan angeordnet ist, wobei es sich nicht notwendig um einen geschlossenen Kreislauf handeln muss. Steuergröße— ist das von dem Steuergerät erzeugte und an dem Antriebsmotor der Pumpe bzw. an einen Leistungsverstärker gelieferte Ausgangssignal der Steuereinheit.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine Heizungsumwälzpumpe den Erfordernissen entsprechend mit einer Leistung anzusteuern, die es ermöglicht, die Heizungsumwälzpumpe genau den momentanen Erfordernissen entsprechend zu betreiben und den gerade erforderlichen Volumenstrom bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht, indem ein oder mehrere Messsignale von Sensoren, die im Leitungskreis der Heizungsumwälzpumpe angeordnet sind, als Eingangssignale eines Steuergerätes genutzt werden, das mit einer Schaltungsanordnung proportional zur analogen Eingangsgröße eine über die Pulsbreite modulierte Schwingung am Ausgang der Hardware bereitstellt. Die Hardware kann dabei mit diskreten Bauelementen, Analogkomparatoren, mit zusätzlichen Leistungsverstärkerstufen oder mit gesteuerten Multivibratoren aufgebaut sein.
Bevorzugt wird eine Hardware-Lösung mit integrierten Schaltungen.
Besonders bevorzugt wird eine Hardware-Lösung mit einem voll integrierten stabilisierten Impulsbreite-Modulator, der entweder direkt oder über eine zwischengeschaltete Leistungsverstärkerstufe die Heizungsumwälzpumpe mit der notwendigen Antriebsenergie versorgt.
Dabei wurde gefunden, dass geeignete vollintegrierte Schaltungen über einen weiten Frequenzbereich arbeiten können. Es wurde weiter gefunden, dass ein möglicher Frequenzbereich zwischen 130 Hz und 722 KHz den Anforderungen aus dem Betrieb von Heizungsumwälzpumpen entspricht, wobei eine Frequenz von 4 KHz bevorzugt wird. In Hinsicht auf einen Regelungsbereich von 0 - 100 % zeigt sich diese Arbeitsfrequenz als optimal.
Es wurde gefunden, dass die besonders bevorzugte Arbeitsfrequenz einerseits nur äußerst geringe Störstrahlungen verursacht und andererseits der Leistungsbedarf einer Heizungsumwälzpumpe leicht gedeckt werden kann. Die oben beschriebene Einrichtung arbeitet energieeffizient. Sie kann der Effizienzklasse A+ zugeordnet werden, wobei die tatsächliche Einordnung vom Energieverbrauch der Pumpe abhängt.
Eine solche hardwaregestützte Steuereinheit benötigt nur ein Eingangssignal im Bereich von etwa 1 V bis etwa 3,5 V. Damit wird es möglich, einfache Sensoren ohne zusätzliche Zwischenverstärkung zur Ansteuerung der Steuereinheit einzusetzen. In Betracht kommen somit Widerstandsthermometer, PTC/NTC- Widerstände, Thermoelemente oder dergleichen, die entweder direkt, über Brückenschaltungen oder mithilfe von einfachen Verstärkern anschließbar sind.
Es können mehrere Sensoren Messsignale an die Steuereinrichtung übermitteln. Diese können gleichberechtigt die Eingangsgröße beeinflussen oder es kann eine Hierarchie von Prioritätsstufen abhängig von bestimmten ermittelten Messgrößen oder als generelle Rangfolge der Messgrößen bestimmt werden.
Im einfachsten Fall kann auch eine Priorisierung eines einzelnen Messwertes durchgeführt werden, wie zum Beispiel die Vorgabe eines Sollwertes für die Temperatur in einem einzelnen Raum. Es ist ebenso möglich, Ausgangssignale einer Zentraleinheit, die eine Heizungsanlage oder ein Wärmeversorgungssystem steuert, als Eingangssignale der Steuerungseinheit einzusetzen, soweit diese Analogsignale sind oder in solche umgesetzt werden können. Eine Ausführungsform der Steuereinheit sieht vor, diese in einem Gehäuse anzuordnen, das über Verbindungsleitungen mit Sensoren oder einer Zentraleinheit und mit der Heizungsumwälzpumpe verbunden wird.
Es ist auch möglich, die Steuereinheit in die Motorelektronik einer Heizungsumwälzpumpe zu integrieren, was im Besonderen bei elektronisch kommutierten Motoren vorteilhaft ist. Eine weitere Möglichkeit der Anordnung besteht in der Integration der Steuereinheit in eine Zentraleinheit, die ein Heizungs- oder Wärmeversorgungssystem insgesamt steuert.
Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren besteht darin, dass in einem ersten Schritt ein Messsignal erfasst wird, das eine Aussage über den aktuellen Betriebszustand innerhalb eines Leitungskreises, in dem eine Heizungsumwälzpumpe angeordnet ist, zulässt.
Die Ermittlung des Betriebszustandes erfolgt über im Leitungskreis angeordnete Sensoren. Das Messsignal oder auch mehrere Messsignale werden so aufbereitet, dass sie als Analogsignale im niedrigen Spannungsbereich zur Verfügung stehen.
Über eine in der Steuereinheit angeordnete elektronische Schaltung wird in einem nachfolgenden Schritt das anliegende Eingangssignal zur Pulsbreitensteuerung der am Ausgang der Steuereinheit vorhandenen hochfrequenten Schwingung benutzt. Dabei wird das zwischen 1 V und 3 V liegende Eingangssignal proportional in eine Impulsbreite zwischen 0 und 100 % des Basisimpulses umgesetzt und die an der Heizungsumwälzpumpe anliegende Antriebsleistung auf diese Weise be- stimmt.
Mithin wird im Ergebnis des oben beschriebenen Verfahrens der Heizungsumwälzpumpe gerade die optimale Energiemenge für deren Betrieb bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren kann auch mehrere erste Schritte ausführen und eine Mehrzahl von Sensoren auswerten. In diesem Fall wird aus mehreren Messgrößen ein analoges Eingangssignal gebildet.
In einem solchen Fall kann einzelnen der auszuwertenden Sensoren eine Rangfolge zugeordnet werden.
Es ist auch möglich, bei einer Mehrzahl von Messgrößen eine oder auch mehrere Messgrößen zu priorisieren.
Eine weitere Ausgestaltungsform des Steuerungsverfahrens kann darin bestehen, dass anstelle von Messgrößen Steuersignale einer Zentraleinheit einer Heizungsanlage oder eines Wärmeversorgungssystems auf geeignete Weise in das analo- ge Eingangssignal der Steuereinheit umgesetzt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1— eine schematisierte Darstellung einer Heizungsanlage mit einer Heizungsumwälzpumpe und einer derselben zugeordneten Steuereinheit.
Fig. 2— eine schematische Darstellung der Wirkungsweise der Pulsweiten- modulation.
Eine Heizungsumwälzpumpe 1 ist in einem Leitungskreis 2 installiert und hat die Aufgabe, einen Druckstrom zu erzeugen, der das im Leitungskreis 2 zirkulierende Heizmedium von einem Wärmeerzeuger 4 zu einem Wärmeverbraucher 3 trans- portiert.
Die Heizungsumwälzpumpe 1 wird von einem Motor 5 angetrieben, der seine Antriebsenergie über eine Leitung 6 von einem Steuergerät 7 erhält. Das Steuergerät 7 verarbeitet analoge Eingangssignale von Sensoren 8, 9 und 10, die beispielhaft am Eingang des Wärmeverbrauchers 3, in der Rücklaufleitung zwischen Wärmeverbraucher 3 und Wärmeerzeuger 4 oder am Ausgang des Wärmeerzeugers 4 angeordnet sind.
5
Die Sensoren 8, 9 und 10 können verschiedene physikalische Messgrößen erfassen. Beispielsweise kann dies die am Messpunkt herrschende Temperatur, eine Strömungsgeschwindigkeit oder ein Volumenstrom sein. Dem entsprechend können die Sensoren 8, 9 und 10 je nach Erfordernis Temperatursensoren, Stroit) mungswächter oder Durchflussmesseinrichtungen sein.
Das Steuergerät 7 verarbeitet die von den Sensoren 8, 9 und 10 ankommenden analogen Signale hardwarebasiert zu einer Rechteckschwingung mit einer variablen Pulsbreite, wobei die Pulsbreite in ihrem Betrag zwischen 0 und 100 % 15 schwanken kann. Die steuernde Eingangsgröße kann dabei in einem niedrigen Spannungsbereich liegen.
Für einen erfindungsgemäßen Betrieb des Steuergerätes 7 genügt es, wenn nur ein analoges Steuersignal eines der Sensoren anliegt. Es ist aber auch möglich, 0 alle Eingangssignale zu analogen Eingangsgrößen zu verarbeiten, den verschiedenen Eingangsgrößen eine Rangfolge, eine Rangordnung zuzuweisen oder einer einzelnen Messgröße eine besondere Priorität zuzuweisen.
Die im Steuergerät 7 eingesetzte Hardware kann mit diskreten Bauelementen oder 5 mit integrierten Schaltungen ausgeführt sein. Sie kann über einen Analogkompa- rator verfügen oder mit einem steuerbaren Multivibrator arbeiten.
Bevorzugt wird jedoch die Verwendung geeigneter integrierter Schaltungen, wie beispielsweise der Baustein SG 3524 der Firma Texas Instruments oder vergleichbare Typen dieser Schaltkreisfamilie oder anderer Hersteller, die eine stabi- 0 lisierte Ausgangsspannung und Ausgangsfrequenz liefern, die wiederum in ihrer Pulsbreite zwischen 0 und 100 % variieren kann. Bevorzugt wird dabei eine integrierte Schaltung aus der oben bezeichneten Familie, bei der durch Änderung der Eingangsspannung zwischen 0 V und 10 V, bevorzugt zwischen 1 V und 3,5 V, eine Pulsbreitenmodulation zwischen 0 und 100 % erzeugt werden kann.
Das Steuergerät 7 ist folglich mit einer integrierten Schaltung 11 versehen, die eine in ihrer Pulsbreite variierende rechteckförmige Ausgangsspannung 13 liefern kann. Das Eingangssignal 12 im Bereich zwischen 1 V und 3 V wird dabei in eine pulsierende Ausgangsspannung 13 mit einem Spitzenwert der Spannung zwi- sehen 0 V und 40 V umgewandelt. Die dabei am Ausgang 14 zur Verfügung stehende Energiemenge ist abhängig von der Impulsbreite.
Ein Integrator kann die rechteckförmige Ausgangsspannung 13 in die Betriebsspannung der Heizungsumwälzpumpe 1 umwandeln.
Damit kann unter Berücksichtigung der tatsächlichen Erfordernisse der Heizungsumwälzpumpe 1 genau die Energiemenge bereitgestellt werden, die den Erfordernissen eines effektiven und energiesparenden Betriebs derselben entspricht ist. Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren besteht darin, dass in einem ersten Schritt wenigstens ein Messsignal eines der Sensoren 8, 9 oder 10 durch das Steuergerät 7 erfasst wird. Dieses erhält ein analoges Messsignal von einem der Sensoren und verarbeitet dieses zu einem pulsierenden Ausgangssignal, das als Rechteckschwingung mit einer zwischen 0 und 100 % variablen Pulsbreite erzeugt wird und bei dem die Pulsbreite zu der Eingangsspannung des Steuergerätes 7 proportional ist.
Im Steuergerät 7 wird also nachfolgend eine Rechteckschwingung mit einer dem Betrag des Eingangssignals entsprechende Pulsbreite erzeugt.
Das erzeugte Rechtecksignal wird nachfolgend über die Verbindungsleitung 6 der Heizungsumwälzpumpe 1 zugeführt, sodass diese entsprechend der zugeführten Energiemenge mit einer vorherbestimmten Drehzahl läuft und einen vorherbestimmten Volumenstrom erzeugt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf verschiedene Weise weiter ausgestaltet sein. So kann im ersten Schritt das Steuergerät 7 die Messwerte verschiedener Sensoren 8, 9 oder 10 gleichzeitig oder nacheinander abfragen und verarbeiten.
Das Steuergerät 7 kann die abzufragenden Messwerte auch mit einer vorherbestimmten Rangfolge abfragen.
Weiterhin kann einem der Messsignale eine besondere Priorität zugeordnet sein.
Schließlich können einzelne Messwerte im Hinblick auf ihre Bedeutung für die gesamte Anlage mit einer erhöhten Priorität ausgestattet sein.
Die erfindungsgemäße Einrichtung und das mit der erfindungsgemäßen Einrichtung durchgeführte Verfahren haben den Vorteil, dass sie es ermöglichen, eine Heizungsumwälzpumpe auf einfache Weise, mit geringem Kostenaufwand und in höchster Energieeffizienz so zu betreiben, dass ein besonders wirtschaftlicher Betrieb in der angeschlossenen Heizungsanlage oder einem Wärmeversorgungssystem möglich ist.
Bezugszeichenliste
1 Heizungsumwälzpumpe
2 Leitungskreis
3 Wärmeverbraucher
4 Wärmeerzeuger
5 Motor
6 Leitung
7 Steuergerät
8 Sensor
9 Sensor
10 Sensor
1 1 Schaltung
12 Eingangsspannung
13 Ausgangssignal
14 Ausgang

Claims

Patentansprüche
1 . Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpumpe (1 ), bestehend aus einer Heizungsumwälzpumpe (1 ), die in einem Leitungskreis (2) einer Heizung oder eines Wärmeversorgungssystems eingebaut ist,
und einem Steuergerät (7), das die Heizungsumwälzpumpe (1 ) in Abhängigkeit von Messsignalen und/oder Steuerbefehlen ansteuert,
wobei der Volumenstrom der Heizungsumwälzpumpe (1 ) entsprechend dem Wärmebedarf angeschlossener Wärmeverbraucher oder entsprechend der Wärmebereitstellung angeschlossener Quellen gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät (7)
aus Messsignalen, die im Leitungskreis (2) und/oder in der Heizung und/oder in der Wärmeversorgungsanlage gewonnen werden
und/oder aus Steuerbefehlen, die von einer übergeordneten Zentraleinheit ausgesendet werden,
ein zum Betrag der Messsignale und/oder der Steuerbefehle äquivalentes analoges Eingangssignal für den Bedarf an Antriebsenergie der Heizungsumwälzpumpe (1 ) ermittelt
und das erforderliche Quantum Antriebsenergie als ein proportional zum analogen Eingangssignal in der Pulsbreite moduliertes Ausgangssignal der Heizungsumwälzpumpe (1 ) zur Verfügung stellt.
2. Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpumpe nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät (7) und die Heizungsumwälzpumpe (1 ) in einer Baueinheit vereinigt sind.
3. Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpumpe nach einem der Patentansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass diese ein analoges Eingangssignal erhält, das aus Messsignalen generiert ist, die im Leitungskreis der Heizungsumwälzpumpe (1 ) angeordnete Sensoren (8) und/oder (9) und/oder (10) liefern.
4. Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpumpe nach Patentanspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das analoge Eingangssignal einen Spannungshub im Bereich zwischen 0 V und 10 V, bevorzugt einen Spannungshub von 2,5 V hat.
5. Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpumpe nach Patentanspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Messsignale im Leitungskreis ermittelbare Messgrößen der Temperatur und/oder der Fließgeschwindigkeit und/oder der Durchflussmenge abbilden.
6. Steuerungsverfahren für eine Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpumpe, bestehend aus
einer Heizungsumwälzpumpe (1 ), die in einem Leitungskreis (2) einer Heizung oder eines Wärmeversorgungssystems eingebaut ist
und einem Steuergerät (7), das die Heizungsumwälzpumpe (1 ) in Abhängigkeit von Messsignalen und/oder Steuerbefehlen ansteuert,
wobei der Volumenstrom der Heizungsumwälzpumpe (1 ) entsprechend dem Wärmebedarf angeschlossener Wärmeverbraucher oder entsprechend der Wärmebereitstellung angeschlossener Quellen gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
das der Heizungsumwälzpumpe (1 ) vorgeschaltete Steuergerät (7) in einem ersten Schritt ein Messsignal oder einen Steuerbefehl über einen bestehenden Wärmebedarf oder über ein bestehendes Wärmeangebot er- fasst,
nachfolgend aus den erhaltenen Messsignalen oder Steuerbefehlen die erforderlichen Betriebsparameter als ein zum Betrag der Messsignale und/oder der Steuerbefehle äquivalentes analoges Eingangssignal ermittelt und der Heizungsumwälzpumpe (1 ) die entsprechende Energiemenge als ein proportional zum analogen Eingangssignal in der Pulsbreite moduliertes Ausgangssignal bereitstellt.
7. Steuerungsverfahren für eine Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpumpe nach Patentanspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das der Heizungsumwälzpumpe (1 ) vorgeschaltete Steuergerät (7) in einem ersten Schritt mehrere Messsignale erfasst.
8. Steuerungsverfahren für eine Einrichtung zur Steuerung einer Heizungsumwälzpumpe nach Patentanspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die der Heizungsumwälzpumpe vorgeschaltete Einrichtung ein Messsignal priorisiert.
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