IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 17/1999, Seite 77 ff.
Druckerhöhungsanlagen im Umbruch
Heutige Anforderungen der Gebäudetechnik
Steigende Anforderungen in der Gebäudetechnik bei Wasserversorgungs- und Druckerhöhungsanlagen in bezug auf Geräuscharmut, Platzbedarf und Regelgüte sind der Hintergrund für Neuentwicklungen.
Die Pumpeneinheit besteht aus drei verschiedenen Baureihen die sich durch unterschiedliche Pumpenkonstruktionen voneinander abheben.
Allen gemeinsam ist die zentrale Regeleinheit, die bis zu vier parallel geschaltete, beliebig große Hochdruckkreiselpumpen miteinander verknüpft. Besonderes Augenmerk wurde auf eine einfache Bedienung und Handhabung gelegt. Alle einzustellenden Sollwertgrößen bzw. Menüebenen und -parameter lassen sich durch einen einzigen Dreh-Tast-Knopf erfassen und setzen.
Über ein LC-Display in Kombination mit 5 LED’s werden die diversen Betriebszustände angezeigt und die Kommunikation zwischen Betreiber und System ermöglicht. Bestens gerüstet für alle möglichen Anforderungen der Zukunft durch GLT, GA bzw. BMS ist der VR-Regler durch die serienmäßig intern zur Verfügung stehenden seriellen Schnittstellen RS 232 und RS 485.
| Naßläufer-Hochdruckkreiselpumpen. |
Die Betriebseinheit - VR-Regler plus integrierte Pumpen-Regelelektronik - speichert die elektrischen Leistungsdaten, Sollwertvorgaben ect. ab und vergleicht sie permanent mit den hinterlegten Anlagen- bzw. Pumpenparametern. So ist ein intelligenter Systembetrieb sichergestellt. Trockenlauf einzelner Pumpen oder der gesamten Anlage - Null-Last-Situation der nachgeschalteten Verbraucher - erforderliche Zu- bzw. Abschaltung von Spitzenlastpumpen durch steigenden oder fallenden Wasserbedarf werden erkannt und durch entsprechende Aktionen umgesetzt.
Hervorzuheben ist die Regelgüte die durch die Pumpen in Verbindung mit dem VR-Regler erreicht wird. Bis zu einem Sollwert von 5,0 bar beträgt die Regelabweichung nur +/- 0,1 bar bzw. bei Sollwerten >5,0 bar +/- 2% vom jeweiligen Sollwert.
Voraussetzung hierfür ist, daß die Volumenstromänderungsgeschwindigkeit des nachgeschalteten Verbrauchersystems nicht größer ist als die Regelgeschwindigkeit der in den Pumpen integrierten Frequenzumformer.
Als besonders wirtschaftlich hat sich eine spezielle Lösung beim Zu- und Abschalten der Spitzenlastpumpen (durch Praxisversuche nachgewiesen) herauskristallisiert.
Beispiel: Zuschaltung von Spitzenlastpumpen
Bei steigendem Wasserbedarf wird zunächst die Grundlastpumpe auf maximale Drehzahl gefahren. Dort wird die Drehzahlregelung blockiert, um diese Pumpe im Wirkungsgradoptimum betreiben zu können. Die Spitzenlastpumpe 1 übernimmt nun die Regelfunktion. Sie ist durch den Comfort-Vario-Regler bereits bei 96% Drehzahl der Grundlastpumpe zugeschaltet worden. Dies jedoch nur in Bereitschaftsfunktion (20/26% Hz-Betrieb) um im Fall der Leistungsüberschreitung der Grundlastpumpe unverzögert die Regelfunktion übernehmen zu können. Dadurch ist sichergestellt, daß auch beim Zuschalten der Spitzenlastpumpe der normalerweise dann auftretende Druckstoß zuverlässig unterbunden wird. Sollte nach dem Einschalten der 1. Spitzenlastpumpe ein Beharrungszustand eintreten, also kein weiterhin steigender Wasserbedarf des Systems zu verzeichnen sein, so wird die Spitzenlastpumpe nach Ablauf von 15 Sekunden wieder außer Betrieb gesetzt. Unnötiger Stromverbrauch wird dadurch verhindert.
Während der Bereitschaftsschaltung der Spitzenlastpumpe 1 nimmt diese keinerlei Einfluß auf die hydraulische Leistung der Gesamtdruckerhöhungsanlage durch ihre geringe Drehzahl im 20/26 Hz-Betrieb.
Die Zuschaltung weiterer Spitzenlastpumpen erfolgt in Analogie zu den vorstehenden Ausführungen. Auch hierbei werden bereits in Betrieb befindliche Pumpen auf maximaler Drehzahl verriegelt und die Regelungsaufgabe dem neu zugeschalteten Pumpenaggregat übertragen. Damit wird der wirtschaftliche Betrieb bei Nenndrehzahl und damit im Wirkungsgradoptimum der bereits voll ausgelasteten Pumpen erreicht.
Vergleichsmessungen zwischen einer konventionellen Druckerhöhungsanlage mit Festdrehzahlpumpen in Kaskadenschaltung und dem neuen System (bei sonst gleicher Ausstattung der Peripherie) haben eine nicht unerhebliche Senkung des Stromverbrauches ausgewiesen. Bei jeweils 85 m3 Wasserverbrauch pro Woche und gleichem Druckniveau konnte der Stromverbrauch von 50 KWh auf 39 KWh reduziert werden. Dies entspricht einer Stromersparnis von 22%.
Bei den Pumpen stehen insgesamt drei unterschiedliche Typen zur Verfügung:
1. Eine Baureihe als vertikale Hochdruckkreiselpumpe mit Naßläufer-Spalttopfmotor.
2. Eine Baureihe mit oberflächengekühltem Flanschmotor und Hydraulik mit Gleitringdichtung, durch eine Schalenkupplung miteinander verbunden.
3. Als dritte Variante eine ebenfalls mit oberflächengekühltem Motor in Blockformbau. Die Pumpenlaufräder sind auf der verlängerten Motorwelle angeordnet. Die Abdichtung erfolgt wie vor über eine Gleitringdichtung.
Alle Pumpen verfügen über integrierte Frequenzumformer die eine stufenlose Drehzahlregelmöglichkeit zwischen 40 und 100% der Nenndrehzahl ermöglichen. Alle medienberührten Bauteile der Pumpe sind serienmäßig in Edelstahl 1.4301 ausgeführt.
Die Vorteile der einzelnen Baureihen
Die erste Baureihe ist eine speziell für die Anforderungen der Gebäudetechnik konzipierte Pumpe. Sie ist je nach Motorleistung bis zu 20 dBA leiser als Pumpen konventioneller Bauform. In der Praxis bedeutet dies: Sie hören "nichts" vom Pumpenbetrieb. Auf Grund der Naßläuferkonstruktion mit Spalttopfmotor ist diese Pumpe wartungsfrei. Da nur statische Dichtungen zum Einsatz kommen und die Aggregate über Trockenlaufunempfindlichkeit verfügen, ist höchste Betriebssicherheit erfüllt.
Der integrierte Motorvollschutz über PTC und die über die integrierte Regelelektronik vorhandene Motorüberwachung schließt Schäden durch Fehlfunktionen weitestgehend aus. Drei auf dem Frequenzumformer sichtbare LED’s informieren über den jeweiligen Betriebszustand der Pumpe und gestatten im Fehlerfall eine schnelle und sichere Eingrenzung der Fehlerquelle.
| Frontplatte des Reglers mit Bedien- und Anzeigeebene. |
Als weitere Variante ist die zweite Baureihe sowohl für die Gebäudetechnik als auch für industrielle Anwendungen einsetzbar. Beide Baureihen sind in Edelstahl 1.4301 oder alternativ in Edelstahl 1.4404 verfügbar. Die integrierten Frequenzumformer sind luftgekühlt. Die Besonderheit beider Baureihen ist eine mögliche übersynchrone Motordrehzahl. Bei einer Netzversorgungsfrequenz von 50 Hz lassen sich über die integrierten Frequenzumformer Pumpendrehzahlen bis maximal 3770 1/min realisieren. Dies entspricht einer Frequenz von 65 Hz. Für den Kunden bedeutet das: Er kann über ein riesiges Leistungsspektrum verfügen. Dieser Vorteil läßt sich am besten über einen Vergleich festmachen.
Eine Standardpumpe z.B. mit Festdrehzahlmotor erreicht einen maximalen Volumenstrom von 8 m3/h und eine maximale Förderhöhe von 87 m bei Q = 0. Über den Frequenzumformer lassen sich jetzt bei Nutzung der maximalen Drehzahl 12 m3/h und eine Förderhöhe von 148 m erreichen. Wird diese Pumpe auf die Minimaldrehzahl heruntergefahren, läßt sich die Förderhöhe bis auf 22 m bei Q = 0 reduzieren. Damit ist eine Regelbandbreite vorhanden, die in dieser Form bei Hochdruckkreiselpumpen bis jetzt nicht vorhanden war.
Die gesamten Entwicklungen basieren auf dem konsequenten Einsatz der Elektronik. Sie hilft, Energie zu sparen, die Bedienung zu erleichtern und den Service zu optimieren.
Neue Technologien zwingen aber auch dazu, vorhandene Techniken, Vorschriften und deren Anwendung neu zu überdenken!
Dadurch, daß in allen Betriebs- wie auch in der Reservepumpe Frequenzumformer integriert sind, ist ein "weiches" Ein- und Ausschalten und damit der druckstoßfreie Betrieb solcher Druckerhöhungsanlagen gewährleistet.
Die Funktion von Membrandruckgefäßen in Verbindung mit konventionellen Druckerhöhungsanlagen und Festdrehzahlpumpen ist es, Druckstöße zu verhindern und Wasser zwischen den Schaltzyklen zu bevorraten. Ebenfalls soll eine zu hohe Schalthäufigkeit der Pumpen durch den Nutzinhalt der Membrandruckgefäße unterbunden werden. Dementsprechend ist die Verwendung von Gefäßen dieser Art u.a. in der DIN 1988 Teil 5 zurecht vorgeschrieben.
Eine Wasserbevorratung (also das Nutzvolumen) im Membrandruckgefäß ist im wesentlichen von zwei Kenngrößen abhängig: dem Gesamtvolumen des Behälters und der Druckdifferenz mit der er betrieben wird.
Die vorstehend beschriebenen Druckerhöhungsanlagen arbeiten, dem heutigen Komfortanspruch entsprechend, mit Druckdifferenzen von +/- 0,1 bar.
Dadurch wird das Nutzvolumen in einem Membrandruckgefäß quasi gleich 0. Der Anspruch auf Bevorratung entfällt somit.
Die Schalthäufigkeit kann bei elektronischen Druckerhöhungsanlagen durch ein Membrandruckgefäß ebenfalls fast nicht beeinflußt werden. Jede Wasserentnahme aus dem System bewirkt einen Druckabfall, was zwangsläufig bei den vorhandenen engen Drucktoleranzgrenzen automatisch zum Betrieb einer Pumpe führt.
Sind Membrandruckgefäße damit überflüssig?
Letztendlich entscheidet der Kunde, welcher Technologie er den Vorzug gibt!
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