DE102007007414B3 - Circulation machine for circulating water circuits in central hot-water supplies from buildings, has circulating pump during start of which no detected current flows within circulation circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Einsatzgebiet und technischer HintergrundField of application and technical background
Die Erfindung betrifft zirkulierende Wasserkreisläufe in zentralen Warmwasserversorgungen von Gebäuden nach Patent 10 2006 054 729, die nach dem allgemein gebräuchlichen Stand der Technik mit Zirkulationspumpen angetrieben und mit einem Rückschlagventil – auch Rückflussverhinderer genannt – gegen rückwärtige Strömung geschützt werden.The The invention relates to circulating water circuits in central hot water supplies of buildings according to the patent 10 2006 054 729, after the commonly used Prior art driven by circulation pumps and with a Check valve - also called backflow preventer - against backward flow are protected.
Hierbei treten nicht selten Fehlfunktionen oder Ausfälle von Baugruppen auf, die lange Zeit unbemerkt bleiben und erhöhten Energieverbrauch oder sogar technische Folgeschäden, z. B. Frühausfall der Pumpe, verursachen können. Dies betrifft insbesondere den Trockenlauf der Pumpe, aber auch die Fehlfunktion des Rückschlagventils.in this connection Not infrequently, malfunctions or failures of assemblies that occur go unnoticed for a long time and increased energy consumption or even technical consequential damage, z. Eg early failure the pump. This applies in particular to the dry running of the pump, but also the Malfunction of the check valve.
Weit verbreitete Pumpenkonstruktionen sind auf die Anwesenheit des Mediums Wasser angewiesen, weil dieses für die Verminderung des Reibungskoeffizienten des Rotors auf dem Achslager und zur Wärmeabfuhr gebraucht wird. Fehlt dieses Medium, so baut sich in den meisten Konstruktionen weder ein nennenswerter Staudruck, noch ein Saugdruck auf. Somit werden Lufteinschlüsse im Pumpengehäuse während des Betriebs nicht heraus befördert, was zum gefährlichen Trockenlauf führt. Solche Lufteinschlüsse können bereits bei der Installation aufgrund unvollständiger Entlüftung oder auch später über das Rohrsystem, meist nach Reparaturen, in die Pumpe gelangen und können längere Zeit unbemerkt bleiben.Far Common pump designs are based on the presence of the medium Water relied because of this for the reduction of the coefficient of friction of the rotor on the axlebox and for heat dissipation is needed. If this medium is lacking, it builds up in most Constructions neither a significant back pressure, nor a suction pressure on. Thus, air pockets in the pump housing during the Operation not carried out, what a dangerous Dry running leads. Such air pockets can already during installation due to incomplete ventilation or later via the pipe system, Usually after repairs, get into the pump and can take longer time go unnoticed.
Rückschlagventile in Brauchwasser-Zirkulationssystemen haben die Aufgabe, einen der Zirkulationsrichtung gegensinnigen Volumenstrom vom Boiler über die Zirkulationsleitung zu einzelnen Zapfstellen zu verhindern und wegen des nötigen Staudrucks zum Öffnen des Ventils gleichzeitig eine Schwerkraftzirkulation zu unterbinden. Durch Verschleiß, Verschmutzung, besonders aber auch durch Verkalkung, kann es dazu kommen, dass Rückschlagventile ausfallen, das heißt, nicht mehr vollständig schließen. Neben der Störung der normalen Warmwasserzirkulation wirkt beim Zapfen von Warmwasser, dass dann teilweise seinen Weg über die eigentliche Zirkulationsleitung nimmt, eine entgegengesetzte Strömung auf den Rotor der Pumpe. Dies geschieht auch dann, wenn diese abgeschaltet ist und somit das Magnetfeld des Stators fehlt, das, je nach Konstruktionsprinzip, für eine zuverlässige Zentrierung des Rotors auf der Achse gebraucht werden könnte. Das kann zu Schäden an der Zirkulationspumpe führen. Eine einsetzende Schwer kraftzirkulation schmälert darüber hinaus den Energie sparenden Effekt einer bedarfsgerechten Zirkulationssteuerung, weil trotz abgeschalteter Pumpe erwärmtes Wasser stetig in das Rohrsystem strömt.check valves in domestic water circulation systems have the task of one of Circulation direction opposite volume flow from the boiler over the Circulation line to prevent individual taps and because the necessary Dynamic pressure to open the valve at the same time to prevent gravity circulation. By wear, Pollution, but especially by calcification, can do so come that check valves fail, that is, not complete anymore shut down. In addition to the disorder the normal hot water circulation acts when tapping hot water, that then partly its way over the actual circulation pipe takes an opposite flow on the rotor of the pump. This happens even when this is turned off and thus the magnetic field of the stator is missing, which, depending on the construction principle, for one reliable Centering of the rotor could be used on the axis. The can cause damage at the circulation pump. An incipient gravity circulation also reduces the energy-saving Effect of a needs-based circulation control, because despite switched off heated pump Water flows steadily into the pipe system.
Durch ein automatisches und wirtschaftliches System zur Frühdiagnose sollen die genannten Fehler rechtzeitig erkannt und Folgeschäden vermieden werden.By an automatic and economical system for early diagnosis The mentioned errors should be recognized in good time and consequential damages avoided become.
Stand der TechnikState of the art
Wirtschaftliche technische Lösungen zur Diagnose des Trockenlaufs der Zirkulationspumpe oder der Fehlfunktion des Rückschlagventils sind für Brauchwasser-Zirkulationssystem nicht bekannt. Auf der Überwachung möglicher Überhitzungen basierende Lösungen sind wegen der regelmäßig zu beobachtenden großen Temperaturschwankungen des Fördermediums in Zirkulationspumpen ungeeignet. Andere gängige Lösungen aus der technologischen Prozessüberwachung, die auf die Messung des Volumenstroms mittels Strömungssensoren ausgerichtet sind, würden unverhältnismäßig hohe Kosten verursachen und werden deshalb praktisch nicht verwendet.economic technical solutions for diagnosing the dry-running of the circulation pump or the malfunction the check valve are for domestic water circulation system not known. On the surveillance possible overheating based solutions are because of the regularly observed huge Temperature fluctuations of the pumped medium unsuitable in circulation pumps. Other common solutions from technological process monitoring, on the measurement of the volume flow by means of flow sensors are aligned disproportionately high Cause costs and are therefore practically not used.
Gemäß
Hier wird nach dem Einschalten der Zirkulationspumpe bei markantem Temperaturgradienten zwischen Wärmequelle und Wärmesenke überwacht, ob nach einer vordefinierten Zeit eine Angleichung der Temperaturen erfolgt. Ist dies nicht der Fall, könnte auf den Ausfall der Förderung geschlossen werden. Übertragen auf ein Brauchwasser-Zirkulationssystem könnte so zwischen Vor- und Rücklauftemperatur oder auch zwischen zwei voneinander entfernten Messstellen im Vorlauf verglichen werden. Die erste Variante hätte in der Praxis eine übermäßige Analysezeit von vielen Minuten und die zweite Variante einen zusätzlichen Temperatursensor mit Messkanal, also erhöhten technischen Aufwand, sowie die Abhängigkeit der Ergebnisse von möglichen gleichzeitigen Zapfvorgängen, zur Folge. Außerdem müsste eine solche Anordnung für jede Anlage individuell parametriert werden, was einem nutzerfreundlichen Seriengerät entgegen steht und viel Raum für Anwenderfehler lässt.Here Switches on after switching on the circulation pump at a marked temperature gradient heat source and heat sink monitors, whether after a predefined time an approximation of the temperatures he follows. If not, it could be due to the failure of the promotion getting closed. Transfer on a domestic water circulation system could thus between supply and return temperature or between two remote measuring points in the flow be compared. The first variant would have an excessive analysis time in practice of many minutes and the second variant an additional one Temperature sensor with measuring channel, so increased technical effort, as well the dependence the results of possible simultaneous Tapping cycles, result. In addition, one would have such arrangement for Each system can be parameterized individually, which is a user-friendly series device opposes and plenty of room for User error leaves.
Ausfälle des Rückschlagventils sollen gemäß dieser Offenlegung mit einem Durchflusssensor er kannt werden, mit dessen Hilfe auf Schwerkraftzirkulation in vor- oder rückwärtiger Richtung während der Ausschaltzeiten der Pumpe geschlossen werden könnte. Nicht immer muss aber ein solcher Ventilausfall von Schwerkraftzirkulation begleitet sein. Das Problem eines gegensinnigen Volumenstroms bei Wasserentnahme, die nur in Brauchwassersystemen, nicht aber bei Betrieb eines Solarkreislaufs auftritt, wird bei dieser Anordnung nicht berücksichtigt.Failures of the check valve to be known according to this disclosure with a flow sensor, it could be concluded with the aid of gravity circulation in the front or rear direction during the off times of the pump. But not always such a valve must be off be accompanied by gravity circulation. The problem of an opposite volume flow at water extraction, which occurs only in service water systems, but not during operation of a solar circuit is not considered in this arrangement.
Es
sind automatische Zirkulationssteuerungen unterschiedlicher Wirkprinzipe
bekannt, mit denen die Zirkulationszeiten an die regelmäßigen oder zufälligen Bedarfszeiten
der Nutzer angeglichen werden. Als besonders fortschrittlich wird
der in
Kommt es zu Fehlfunktionen im Zirkulationssystem, so können solche Steuerungen mehr oder weniger falsche Ergebnisse liefern, weil sie von intakten Systemen ausgehen müssen.comes malfunction in the circulation system, such controls can do more or deliver less false results because of intact systems have to go out.
Andererseits gewinnen solche Steuerungen kontinuierlich Messwerte, die potenziell über derartige Fehlfunktionen informieren könnten, ohne dass bisher geeignete Lösungsvorschläge dafür bekannt sind.on the other hand Such controls continuously gain readings that are potentially beyond those Could inform you about malfunctions, without previously known suitable solutions for it.
Technische AufgabenstellungTechnical task
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung besteht darin, den Trockenlauf von Zirkulationspumpen und den Funktionsausfall des Rückschlagventils in Brauchwasserzirkulations-Systemen frühzeitig und sicher zu diagnostizieren und bei Bedarf zur Abwendung von Folgeschäden eine Notabschaltung der Zirkulationspumpe herbeizuführen. Dafür soll eine Methodik angegeben werden, die ohne nennenswerten Mehraufwand in bekannte Zirkulationssteuerungen integrierbar ist.The The object underlying the invention is to the dry running of circulation pumps and the functional failure the check valve in service water circulation systems early and to diagnose safely and if necessary to avert consequential damage Emergency shutdown of the circulation pump. For this a methodology should be indicated which, without any significant additional effort, become known circulation control systems is integrable.
ProblemlösungTroubleshooting
Das Problem wird mit dem im Hauptanspruch gekennzeichneten Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.The Problem is with the method characterized in the main claim solved. Advantageous embodiments are specified in the further claims.
Die Erfindung verwendet vorzugsweise eine Zirkulationssteuerung in bekannter Ausführung mit einem Mikrocontrollersystem als Gerätebasis. Dieses ist eingangsseitig mit den verwendeten Messsensoren, sowie ausgangsseitig mit der Zirkulationspumpe und einem optischen oder akustischen Indikator verbunden. Gemäß dem Stand der Technik können so alle nachfolgend beschriebenen Funktionseinheiten vorzugsweise in Form von Programmmodulen einer Betriebs-Software realisiert werden. Die Kombination mit Zirkulations-Steuerungsfunktionen bietet sich aus wirtschaftlichen Gründen besonders an, ist aber keine Bedingung zur Anwendung des Diagnoseverfahrens.The The invention preferably uses circulation control in a known manner execution with a microcontroller system as a device base. This is input side with the measuring sensors used, as well as on the output side with the circulation pump and an optical or acoustic indicator. According to the state of technology so preferably all functional units described below be implemented in the form of program modules of an operating software. The Combination with circulation control functions lends itself economical reasons is particular, but is not a condition for the application of the diagnostic procedure.
So wie in bekannten Zirkulationssteuerungen können die Messsensoren vorteilhaft zwei Temperatursensoren als Rohranlegefühler im Vor- und Rücklauf sein, die die Vorlauf-Temperatur θD und die Rücklauf-Temperatur θR bestimmen.As in known circulation controls, the measuring sensors can advantageously be two temperature sensors as pipe feed sensors in the supply and return, which determine the flow temperature θ D and the return temperature θ R.
Zur Erkennung oder Verifizierung von Strömungen des Brauchwassers können alternativ oder zusätzlich auch andere Sensoren eingesetzt werden, deren Signale dann in nahe liegender Weise in die Verarbeitung einfließen. Der Sinn der Erfindung liegt aber insbesondere darin, möglichst ohne zusätzliche Sensorik die Möglichkeiten einer als vorhanden vorausgesetzten bedarfsabhängigen Zirkulationssteuerung mit zu benutzen. Hier bieten sich Anordnungen mit Temperatursensoren besonders an, weshalb diese Sonderform nachfolgend bevorzugt beschrieben wird.to Detection or verification of hot water flows can alternatively or additionally Other sensors are used, the signals then in close in the processing. The meaning of the invention but lies in it, if possible without additional sensors the possibilities a presumed demand-dependent circulation control to use with. Here are arrangements with temperature sensors especially why this special form is described below preferred.
Der Trockenlauf einer Zirkulationspumpe im erläuterten Sinne fährt zwangsläufig dazu, dass während der Laufzeit der Pumpe keine zusätzliche Strömung vorhanden ist, die bei normalem Betrieb zu einem zusätzlichen Volumenstrom im gesamten Zirkulationskreislauf, also auch im Vorlauf, führt. Wird die Pumpe nach einer Pause ohne Zirkulation oder Zapfvorgänge eingeschaltet, so wird sich zwangsläufig der abgekühlte Vorlauf erwärmen, weil dieser mit heißem Wasser aus dem Boiler durchströmt wird. Neben einer intakten Pumpe muss also gewährleistet sein, dass die Boilertemperatur höher ist als die gegenwärtige Vorlauftemperatur, also der Boiler eine deutliche Übertemperatur gegenüber der Umgebung aufweist und die letzte Zapfung oder die letzte Zirkulation so lange zurück liegt, dass sich der Vorlauf inzwischen abkühlen konnte. Anderenfalls wäre mit einer falsch positiven Diagnose zu rechnen.Of the Dry running of a circulation pump in the sense explained inevitably causes that while the duration of the pump no additional flow is present, which in normal operation to an additional Volume flow in the entire circulation circuit, including in the flow, leads. If the pump is switched on after a break without circulation or tapping, so will inevitably the cooled Heat up flow, because this one with hot Water flows from the boiler becomes. In addition to an intact pump must therefore be ensured that the boiler temperature is higher as the present one Flow temperature, so the boiler a significant excess temperature across from the environment and the last tap or the last circulation so long back is that the supply could cool down in the meantime. Otherwise it would be with a to count false positive diagnosis.
Um dies zu vermeiden wird die Vorlauftemperatur kontinuierlich beobachtet und als Voraussetzung für eine durchführbare Diagnose geprüft, dass gegenüber einem letzten Temperaturmaximum eine Abkühlung erfolgte. Alternativ kann auch eine feste Latenzzeit seit dem letzten Zapf- und Zirkulationsvorgang vorausgesetzt werden.Around To avoid this, the flow temperature is continuously monitored and as a condition for a feasible one Diagnosis checked, that opposite a last temperature maximum, a cooling took place. alternative can also have a fixed latency since the last dispensing and circulation process be presupposed.
Wird auf diese Weise ein Trockenlauf durch Ausfall der Förderfunktion erkannt, so wird die Pumpe zweckmäßiger Weise abgeschaltet, um Folgeschäden auszuschließen. Nur nach Behebung der Ursachen soll dann eine Reaktivierung durch manuellen Eingriff erfolgen. Gegebenenfalls können aber nach der Abschaltung auch noch vereinzelte kurzzeitige Kontrollstarts der Pumpe wiederholt ausgeführt werden, um die Diagnose zu verifizieren.Becomes in this way, a dry run due to failure of the delivery function recognized, the pump is suitably switched off to consequential damages excluded. Only after remedy of the causes then a reactivation by manual intervention. If necessary, but after the shutdown even occasional short-term control starts the pump repeatedly be executed to verify the diagnosis.
Eine falsch negative Diagnose ist möglich, wenn unmittelbar nach dem Pumpenstart eine Zapfung erfolgt und die daraus resultierende Strömung die korrekte Funktion der Pumpe vortäuscht. Werden aber alle Pumpenstarts überwacht, so ist die dauernde zufällige Synchronisation zwischen Pumpenstart und nachfolgendem Zapfvorgang und somit das Übersehen eines Funktionsausfalls praktisch auszuschließen.A false negative diagnosis is possible if a tap is taken immediately after pump start and the resulting flow simulates the correct function of the pump. Become but monitors all pump starts, so the continuous random synchronization between the pump start and subsequent tapping and thus the omission of a functional failure is practically impossible.
In Zirkulationssteuerungen, die die Zirkulationspumpe mittels Gewohnheitenspeicher des öfteren vorausschauend starten, kann die Diagnose der Förderfunktion mit solchen Starts kombiniert werden. Werden regelmäßig Sterilisationsläufe ausgelöst, so können auch diese dafür benutzt werden. Trifft beides nicht zu oder sind derartige Starts in der jeweiligen Betriebssituation zu selten, so kann die Pumpe in größeren Abständen auch nur zum Zwecke der Diagnose kurzzeitig gestartet werden, ohne dass dabei das gesamte Leitungsnetz erwärmt wird. Ein solcher Kontrollstart ist z. B. auch während der Erstinbetriebnahme einer Steuerung sinnvoll, um frühzeitig eine mangelnde Entlüftung der Zirkulationspumpe zu erkennen.In Circulation controls that use the circulation pump by means of custom storage often Start predictive, the diagnosis of the promotion function can be such starts be combined. If sterilization runs are triggered regularly, so too this for it to be used. Does not apply to both or are such starts too rare in the respective operating situation, the pump can at longer intervals, too be started briefly only for the purpose of diagnosis, without while the entire pipeline network is heated. Such a start of control is z. B. also during The first commissioning of a controller makes sense to early a lack of ventilation to recognize the circulation pump.
Ursachen für den Ausfall der Förderfunktion können neben dem Trockenlauf ebenso auch versehentlich abgesperrte Ventile, anderweitig nicht durchgängige Rohrleitungen oder ein Ausfall der Zirkulationspumpe, z. B. wegen unterbrochener Zuleitung, sein. Auch in diesen Fällen ist das dauerhafte Sperren der Pumpe bis zu einem Nutzereingriff sinnvoll.causes for the Failure of the conveying function can be next to the dry run as well as accidentally shut off valves, otherwise not consistent Pipelines or a failure of the circulation pump, z. Because of interrupted supply line, be. Even in these cases, this is permanent locking the pump makes sense to a user intervention.
Nicht schließende Rückschlagventile führen dazu, dass beim Zapfen von Warmwasser dieses nicht nur durch den Vorlauf, sondern auch durch den Rücklauf strömt. Hieraus folgt ja gerade die oben beschriebene Schadfunktion. Bei einem Zapfvorgang im abgekühlten Zirkulationskreislauf kommt es deshalb zu einem Temperaturanstieg an der Zirkulationsleitung.Not closing check valves cause, that when tapping hot water this not only by the flow, but also by the return flows. From this follows just the malfunction described above. at a tapping process in the cooled Circulation cycle, therefore, it comes to a temperature increase at the circulation pipe.
Kaltanforderungen, die bekanntlich anhand eines Temperaturanstiegs im Vorlauf gut erkennbar sind, führen bei nicht schließendem Rückschlagventil zu ähnlichen Anstiegen auch im Rücklauf, die als Kriterium ausgewertet werden. Wird nach erkannter Zapfung die Zirkulationspumpe gestartet, so könnte ein anschließender Temperaturanstieg im Rücklauf aber auch Folge der einset zenden Zirkulationsströmung sein. Auch darf nicht außer acht gelassen werden, dass wegen unterschiedlicher Leitungslängen die Erwärmung des Rücklaufs im Fehlerfall mit einer Verzögerung gegenüber der Vorlauferwärmung einsetzen könnte.Cold requirements which are known to be well recognizable by a rise in temperature in the flow, to lead at non-closing Check valve to similar Rise also in the return, which are evaluated as a criterion. Will after recognition tap started the circulation pump, so could a subsequent increase in temperature in the return though also be a consequence of the einset Zenden circulation flow. Also, not allowed except be left that because of different line lengths the warming of the return in case of error with a delay across from the flow heating could use.
Um genannten Besonderheiten Rechnung zu tragen, werden Rücklauf-Temperaturanstiege nach dem Starten der Pumpe nicht als Fehlerindizien gewertet, andererseits aber der Pumpenstart nach Erkennen des Zapfvorgangs noch etwas verzögert, um länger Gelegenheit zur Analyse zu haben. Funktionsanalysen des Rückschlagventils können mit normalen Kaltanforderungen kombiniert werden. Um nicht jede Kaltanforderung künstlich zu verzögern genügt es dabei aber, nur in größeren Abständen, z. B. nach einigen Tagen; wiederholt eine Analyse durchzuführen.Around to take account of the special features mentioned above, return temperature increases will become apparent the start of the pump are not considered as error indicators, on the other hand but the pump start after detecting the tapping process delayed a bit to longer Opportunity for analysis. Functional analysis of the check valve can be combined with normal cold requirements. Not every one Cold call artificial to delay enough but it, but only at longer intervals, z. After a few days; repeatedly perform an analysis.
In selteneren Fällen kann es vorkommen, dass die reverse Strömung im Rücklauf im Fehlerfall für einige Zapfstellen beinahe den gesamten Wasserbedarf deckt. Dann wird unter Umständen die Kaltanforderung im Vorlauf nicht mehr erkannt. Deshalb wird vorgesehen, einen signifikanter Temperaturanstieg im Rücklauf zusätzlich als Anforderungskriterium zu interpretieren.In rarer cases It may happen that the reverse flow in the return in case of failure for some Taps covers almost all the water needs. Then it will be under circumstances the cold request is no longer recognized in the flow. That's why provided a significant increase in temperature in the return in addition to Requirement criterion to interpret.
Ausführungsbeispielembodiment
Anhand
eines Ausführungsbeispiels
soll die Erfindung nachstehend erläutert werden.
Anschließend wird die Vorlauftemperatur weiter überwacht. Nach dem Absinken um eine bestimmte Differenz wird der Vorgang wiederholt. Nur, wenn dieser Test drei Mal hintereinander erfolglos blieb, wird die Pumpe dauerhaft bis zum manuellen Eingriff abgeschaltet und eine Fehleranzeige generiert.Subsequently, will the flow temperature continues to be monitored. After decreasing by a certain difference, the process is repeated. Only if this test has failed three consecutive times, will the pump is switched off permanently until manual intervention and generates an error message.
Im unteren Teil wird die Rücklauftemperatur überwacht und im Falle, dass außerhalb der Pumpenlaufzeit der Rücklauf-Temperaturanstieg ΔθR die Schwelle ΔθRS überschreitet, eine Fehlermeldung ERROR_NRET und eine entsprechende Anzeige generiert.In the lower part of the return temperature is monitored and in the event that outside the pump running time of the return temperature increase Δθ R exceeds the threshold Δθ RS generates an error message ERROR_NRET and a corresponding display.
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