DE102004039908B3 - Process for switching on a pump comprises acquiring the actual collector temperature whilst the pump is momentarily operated in the pre-phase at the start of the solar arrangement after a detected rise in collector temperature - Google Patents

Abstract

u Process for switching on a pump comprises acquiring the actual collector temperature whilst the pump is momentarily operated in the pre-phase at the start of the solar arrangement after a detected rise in collector temperature. The pump is further operated when the temperature difference between the collector and storage unit is sufficient for starting the solar arrangement. At least two revolution stages for the pump operation are provided in the pre-phase for the system start. Preferred Features: A threshold value as switching threshold is provided for the rise of the collector temperature per time unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuschalten einer Pumpe für ein Wärmeträgermedium in einem Wärmeträgerkreislauf einer Solaranlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a method for connecting a pump for a heat transfer medium in a heat transfer circuit a solar system according to the preamble of claim 1.

Solaranlagen bestehen aus mindestens einem Sonnenkollektor, welcher in einen Wärmeträgerkreislauf integriert ist. Mit einer Pumpe wird dabei das Wärmeträgermedium durch einen Wärmetauscher, der in der Regel im unteren Bereich eines Warmwasserspeichers angeordnet ist, gefördert. Es gibt bivalente Speicher, d. h. mit einem weiteren Wärmetauscher, meistens im oberen Bereich, zur Nachladung durch einen Heizkessel und Schichtenspeicher mit speziellen Wasserleitelementen. Geregelt werden derartige Anlagen nach den Werten von Temperaturfühlern, beispielsweise für die Kollektor-, Außen- und Speichertemperatur.solar systems consist of at least one solar panel, which in one Heat transfer circuit is integrated. With a pump while the heat transfer medium through a heat exchanger, the usually located in the lower part of a hot water tank is, encouraged. There are bivalent stores, d. H. with another heat exchanger, mostly in the upper area, for recharging by a boiler and stratified storage with special water guiding elements. controlled Such systems are based on the values of temperature sensors, for example for the Collector, outdoor and storage temperature.

Es sind im Wesentlichen drei Verfahren zur Regelung von Solaranlagen bzw. zur Ansteuerung der Pumpe bekannt: Zwei davon arbeiten nach der Temperaturdifferenz zwischen Sonnenkollektor und Warmwasserspeicher. Sie unterscheiden sich lediglich durch Temperaturspreizung und Volumenstrom. Die dritte Variante arbeitet nur mit der Kollektortemperatur, welche gleich oder etwas größer als die Warmwasser-Solltemperatur gehalten wird. Bekannte Sonnenkollektoren besitzen eine sogenannte Absorberfläche, meist aus gut Wärme leitenden metallischen Werkstoffen gefertigt. Über Fühlerhülsen wurden bisher direkt daran auch die Temperaturfühler für die Kollektortemperatur befestigt. Durch den gut Wärme leitenden Kontakt erreichte man ein schnelles Ansprechen bzw. eine direkte Messung. Allerdings sind derartige Fühlerhülsen relativ aufwändig zu fertigen und an der Absorberfläche zu befestigen. Wird aber der Temperaturfühler für die Kollektortemperatur nicht mehr unmittelbar im Absorberbereich platziert, kann möglicherweise vor dem Starten der Pumpe im Wärmeträgerkreislauf der Solaranlage die aktuelle Kollektortemperatur nicht mehr sicher erfasst werden. Beispielsweise könnte ein Systemstart ausbleiben, weil mangels Umwälzung der Wärmeträgermediums die gemessene Kollektortemperatur dafür zu niedrig ist, obwohl eigentlich die Einschaltbedingungen im Bereich der Absorberfläche schon vorliegen.It are essentially three methods of regulating solar systems or to control the pump known: two of them work after the temperature difference between solar collector and hot water tank. They differ only by temperature spread and volume flow. The third variant works only with the collector temperature, which equal or slightly larger than the hot water setpoint temperature is maintained. Well-known solar panels have a so-called absorber surface, usually made of good heat conductive made of metallic materials. About sensor sleeves have been directly to it also the temperature sensors for the Collector temperature attached. Through the good heat contact reached a fast response or a direct measurement. Indeed such sensor sleeves are relative consuming too finished and on the absorber surface to fix. But the temperature sensor for the collector temperature is not placed more directly in the absorber area may possibly before starting the pump in the heat transfer circuit the solar system, the current collector temperature is no longer safe be recorded. For example, could a system start fail, because lack of circulation of the heat transfer medium, the measured collector temperature for that too is low, although actually the turn-on conditions in the range the absorber surface already present.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Solaranlage mit einem außerhalb eines Absorberbereiches, insbesondere in einer Anschlussleitung eines Sonnenkollektors angebrachten Temperaturfühler für die Kollektortemperatur, eine sichere Erfassung der Kollektortemperatur und ein der Betriebssituation angepasstes Zuschalten einer Pumpe zu erreichen.Of the Invention is the object of a solar system with one outside an absorber area, in particular in a connecting line a solar collector mounted temperature sensor for the collector temperature, a safe detection of the collector temperature and one of the operating situation To achieve adapted connection of a pump.

Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention was this is solved with the features of claim 1. Advantageous developments are the dependent claims refer to.

Das Verfahren zum Zuschalten einer Pumpe für ein Wärmeträgermedium in einem Wärmeträgerkreislauf einer Solaranlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Kollektortemperatur erfasst wird, indem die Pumpe in einer Vorphase zum Systemstart der Solaranlage nach einem detektierten Anstieg der Kollektortemperatur pro Zeiteinheit mindestens kurzzeitig in Betrieb genommen wird. Dabei wird die Pumpe beim Vorliegen einer für den Systemstart der Solaranlage ausreichenden Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher weiter betrieben, und es sind mindestens zwei Drehzahlstufen für den Pumpenbetrieb in der Vorphase zum Systemstart vorgesehen.The Method for connecting a pump for a heat transfer medium in a heat carrier circuit a solar system is characterized in that the current Collector temperature is recorded by the pump in a pre-phase to start the solar system after a detected increase the collector temperature per unit of time at least briefly in Operation is taken. The pump is in the presence of a for the System start of the solar system sufficient temperature difference between Collector and storage continue to operate, and there are at least two speed levels for the Pump operation in the pre-phase provided for system start.

In diesem Zeitraum geht die Pumpe zunächst mit einer ersten, kleineren Drehzahlstufe in Betrieb und danach folgt eine zweite, höhere Drehzahlstufe. Dabei kann aus der Vorphase in beiden Drehzahlstufen ein Systemstart der Solaranlage erfolgen, wenn eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher vorliegt. Umgekehrt wird nach einer vorgegebenen Zeitspanne die Pumpe wieder ausgeschaltet, wenn in einer vorgegebenen Zeitspanne eine für den Systemstart der Solaranlage erforderliche Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher oder ein weiterer Temperaturanstieg pro Zeiteinheit nicht erreicht wird.In During this period, the pump starts with a first, smaller one Speed in operation and then follows a second, higher speed level. It can from the preliminary phase in both speed levels, a system start The solar system can be done if there is a sufficient temperature difference between Collector and memory is present. Conversely, after a predetermined Time interval the pump is switched off again, if in a predetermined Time span one for the system start of the solar system required temperature difference between the collector and the tank or a further increase in temperature is not reached per unit of time.

Vorzugsweise läuft die Pumpe nach dem Systemstart mit 100 % ihrer Nenndrehzahl. In der ersten, kleineren Drehzahlstufe wird sie mit 30 % der Nenndrehzahl betrieben, insbesondere um das Kollektorfeld auf seinem Temperaturniveau zu halten und ein Takten der Pumpe zu vermeiden. Für vollständig entlüftete Solarsysteme und Temperaturen des Wärmeträgermediums über 20 °C ist diese Drehzahl ausreichend. In der zweiten, größeren Drehzahlstufe wird die Pumpe mit 100 % der Nenndrehzahl betrieben, denn es gibt Betriebssituationen, in denen der Umlauf des Wärmeträgermediums erschwert oder unmöglich ist. Dazu gehören niedrige Temperaturen, insbesondere Frost, nämlich wenn die Viskosität des glykolhaltigen Wärmeträgermediums erhöht ist, sowie möglicherweise vorhandene Luftblasen im Solarsystem. Diese sammeln sich im oberen Bereich der Solaranlage und verhindern eventuell einen Umlauf bei zu geringer Pumpendrehzahl.Preferably is running? Pump after system startup at 100% of its rated speed. In the first, it is operated at 30% of the rated speed, especially around the collector field at its temperature level Keep and to avoid a cycle of the pump. For fully vented solar systems and temperatures of the Heat transfer medium above 20 ° C is this Speed sufficient. In the second, larger speed level is the Pump operated at 100% of rated speed, because there are operating situations, in which the circulation of the heat transfer medium difficult or impossible is. This includes low temperatures, especially frost, namely when the viscosity of the glycol-containing Heat transfer medium is increased, as well as possibly existing air bubbles in the solar system. These accumulate in the upper Area of the solar system and possibly prevent a circulation at too low a pump speed.

Die Vorphase zum Systemstart der Solaranlage und das Detektieren eines Anstiegs der Kollektortemperatur pro Zeiteinheit ist ausschließlich in einer vorzugebenden und/oder automatisch ermittelbaren möglichen Betriebszeit freigegeben. Daher kann die mögliche Betriebszeit manuell eingestellt werden, wird automatisch aus dem Betriebsverhalten von einem oder mehreren Vortagen ermittelt und/oder ist uhrzeit- und kalenderabhängig. Auch ist die Ankopplung der möglichen Betriebszeit an eingestellte Schaltzeiten einer angeschlossenen Heizungsanlage oder die Abhängigkeit von Messwerten eines Helligkeitssensors denkbar. Als Schaltschwelle für den Anstieg der Kollektortemperatur pro Zeiteinheit ist ein Schwellwert vorgesehen.The preliminary phase to the system start of the solar system and the detection of a rise of the collector tortemperatur per unit of time is released only in a presettable and / or automatically determined possible operating time. Therefore, the possible operating time can be set manually, is automatically determined from the performance of one or more previous days and / or is clock time and calendar-dependent. The coupling of the possible operating time to set switching times of a connected heating system or the dependence on measured values of a brightness sensor is also conceivable. As a switching threshold for the increase in the collector temperature per unit time, a threshold is provided.

Mit der Erfindung wird bei einer Solaranlage mit einem außerhalb des Absorberbereiches, insbesondere in einer Anschlussleitung eines Sonnenkollektors angebrachten Temperaturfühler für die Kollektortemperatur, eine sichere Erfassung der Kollektortemperatur und ein der Betriebssituation angepasstes Zuschalten einer Pumpe gewährleistet. Somit kann ein einziger Temperaturfühler für die Kollektortemperatur außerhalb des Absorberbereiches angebracht werden. Es werden dadurch die Fertigungskosten für einen Sonnenkollektor reduziert, denn bisher war jeder einzelne Sonnenkollektor in einem Kollektorfeld auch mit einer Fühlerhülse versehen. Außerdem kommt das System mit der erfindungsgemäßen, niedrigeren Drehzahlstufe in der Startphase nicht in ein Takten, also ein ständiges Ein-/Ausschalten der Pumpe, zum Beispiel wenn der Wärmeanfall im Sonnenkollektor relativ gering ist. Weiterhin führen beim erfindungsgemäßen Verfahren auch eine geringe Menge Luft in der Solaranlage und/oder eine hohe Viskosität des Wärmeträgermediums wegen der zweiten, höheren Drehzahlstufe nicht zu Problemen.With The invention is in a solar system with an outside the absorber area, in particular in a connecting line of a Solar collector mounted temperature sensor for the collector temperature, a safe detection of the collector temperature and one of the operating situation adapted connection of a pump guaranteed. Thus, a single temperature sensor for the Collector temperature outside be attached to the absorber area. It will be the production costs for one Solar collector reduced, because so far each individual solar collector also provided with a sensor sleeve in a collector field. Besides that comes the system with the invention, lower Speed level in the starting phase not in a clock, so a constant on / off the pump, for example when the heat accumulation in the solar panel is relatively low. Continue to lead at inventive method also a small amount of air in the solar system and / or a high viscosity of the heat transfer medium because of the second, higher Speed level does not cause problems.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur den Ablauf beim Prüfen des Anstiegs der Kollektortemperatur in einer Vorphase vor dem Systemstart bei einer Solaranlage.The Drawing represents an embodiment of Invention is and shows in a single figure the process of Check the rise in collector temperature in a pre-phase before system startup a solar system.

In der Vorphase vor dem eigentlichen Systemstart sind zwei Drehzahlstufen für den Betrieb einer Pumpe im Wärmeträgerkreislauf der Solaranlage vorgesehen. In einem zulässigen Zeitfenster wird die Pumpe nach einem detektierten Anstieg der Kollektortemperatur pro Zeiteinheit mindestens kurzzeitig in Betrieb genommen, um die aktuelle Kollektortemperatur zu erfassen. Entweder reicht dazu bereits eine erste Drehzahlstufe mit 30% der Nenndrehzahl aus, oder die Einschaltbedingungen, also eine entsprechende Kollektortemperatur sowie die Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher für den Systemstart, werden damit nicht erreicht. Dann wird die Pumpe in einer nachfolgenden Phase auf der zweiten Drehzahlstufe mit Nenndrehzahl betrieben. Werden auch hier die Einschaltbedingungen nicht erreicht, beginnt der Funktionsablauf, wahlweise nach einer vorgebbaren Wartezeit, erneut.In The pre-phase before the actual system start are two speed levels for the Operation of a pump in the heat transfer circuit the solar system provided. In a permissible time window, the pump becomes after a detected increase in the collector temperature per unit time at least briefly put into operation, the current collector temperature capture. Either already reaches a first speed level with 30% of the rated speed off, or the switch-on conditions, ie a corresponding collector temperature and the temperature difference between collector and memory for system startup, so not reached. Then the pump will be in a subsequent phase operated at the second speed level at rated speed. Will too here the switch-on conditions are not reached, the functional sequence begins, optionally after a predefined waiting time, again.

Claims (6)

Verfahren zum Zuschalten einer Pumpe für ein Wärmeträgermedium in einem Wärmeträgerkreislauf einer Solaranlage, mit mindestens einem Sonnenkollektor, einem Wärmetauscher in einem Warmwasserspeicher, einem Temperaturfühler für die Speichertemperatur, einem Temperaturfühler für die Kollektortemperatur, welcher in einer Anschlussleitung eines Sonnenkollektors angebracht ist, sowie einem Systemstart und einem Betrieb der Solaranlage in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Kollektortemperatur erfasst wird, indem die Pumpe in einer Vorphase zum Systemstart der Solaranlage nach einem detektierten Anstieg der Kollektortemperatur pro Zeiteinheit mindestens kurzzeitig in Betrieb genommen wird, dass die Pumpe beim Vorliegen einer für den Systemstart der Solaranlage ausreichenden Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher weiter betrieben wird, und dass mindestens zwei Drehzahlstufen für den Pumpenbetrieb in der Vorphase zum Systemstart vorgesehen sind.Method for connecting a pump for a heat transfer medium in a heat transfer circuit of a solar system, comprising at least one solar collector, a heat exchanger in a hot water tank, a temperature sensor for the storage temperature, a temperature sensor for the collector temperature, which is mounted in a connecting line of a solar collector, and a system start and an operation of the solar system as a function of the temperature difference between the collector and memory, characterized in that the current collector temperature is detected by the pump is at least temporarily put into operation in a preliminary phase for system startup of the solar system after a detected increase in the collector temperature per unit time, that the pump continues to operate when there is sufficient temperature difference between collector and accumulator for the system start of the solar system, and that at least two speed levels for the pump nbetrieb in the preliminary phase are provided for system start. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorphase zum Systemstart zunächst eine erste, kleinere Drehzahlstufe für den Pumpenbetrieb und danach eine zweite, höhere Drehzahlstufe für den Pumpenbetrieb vorgesehen ist, wobei in beiden Drehzahlstufen ein Systemstart der Solaranlage erfolgt, wenn eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher vorliegt, und wobei nach einer vorgegebenen Zeitspanne die Pumpe wieder ausgeschaltet wird, wenn in einer vorgegebenen Zeitspanne eine für den Systemstart der Solaranlage erforderliche Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher nicht erreicht wird.Method according to claim 1, characterized in that that in the pre-phase to system start first a first, smaller speed level for pump operation and then a second, higher speed level for the Pump operation is provided, wherein in both speed stages System startup of the solar system takes place when a sufficient temperature difference between collector and memory, and after a predetermined period of time the pump is turned off again when in a predetermined Time span one for the system start of the solar system required temperature difference between collector and storage is not reached. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe nach dem Systemstart mit 100 % der Nenndrehzahl läuft, in der ersten, kleineren Drehzahlstufe mit 30 % der Nenndrehzahl und in der zweiten, größeren Drehzahlstufe mit 100 % der Nenndrehzahl betrieben wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the pump runs at 100% of rated speed after system start, in the first, smaller speed stage with 30% of the rated speed and in the second, larger speed level operated at 100% of the rated speed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorphase zum Systemstart der Solaranlage und das Detektieren eines Anstiegs der Kollektortemperatur pro Zeiteinheit in einer vorzugebenden oder automatisch ermittelbaren möglichen Betriebszeit freigegeben ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the preliminary phase to the system start of the solar system and the detection an increase in the collector temperature per unit time in one to be specified or automatically determined possible operating time released is. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mögliche Betriebszeit manuell eingestellt werden kann, automatisch aus dem Betriebsverhalten von einem oder mehreren Vortagen ermittelt wird, uhrzeit- und kalenderabhängig, von eingestellten Schaltzeiten einer angeschlossenen Heizungsanlage oder von Messwerten eines Helligkeitssensors abhängig ist.A method according to claim 1 or 4, characterized in that the possible operating time ma can be set manually, is determined automatically from the operating behavior of one or more previous days, depends on the time and the calendar, on the set switching times of a connected heating system or on the measured values of a brightness sensor. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Anstieg der Kollektortemperatur pro Zeiteinheit ein Schwellwert als Schaltschwelle vorgesehen ist.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that for the rise in the collector temperature per unit time a threshold as Switching threshold is provided.