CiFox

Das intelligente Steuergerät für Zirkulationspumpen

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CiFox® Patentiertes Verfahren

Allgemeines

CiFox® wurde aus­schließ­lich als Vor­schalt­gerät für Zirkulations­pumpen in Warm­wasser­verteilungs­anlagen kon­zipiert. Von Anfang an wurde besonderes Augen­merk auf die einfache Hand­habung des Gerätes gelegt. Dies beinhaltet auch die einfache Installation, bei der das Rohr­leitungs­system einer bestehenden Warm­wasser­verteilungs­anlage nicht geöffnet werden muß. Somit ist die Installation auch von einem „Nicht–Fachmann“ durch­zuführen.

Aufgrund dieser kon­zeptionellen Vor­gaben wurde bei CiFox® auf Parameter, die statische Temperatur­werte definieren, sowie auf Parameter, die sich auf tages­zeit­liche Angaben der Betriebs­zeiten der Zirkulations­pumpe beziehen, voll­umfäng­lich ver­zichtet. CiFox® stellt weder einen Ersatz für ein bestehendes Zeit­steuer­gerät dar, noch ist CiFox® mit einem Thermostat gleich­zu­setzen, der durch statisch definierte Temperatur­werte eine Regelung der Zirkulations­pumpe durch­führt.

Vielmehr kombiniert CiFox® verschiedene Parameter zur Steuerung einer Zirkulations­pumpe auf intelligente Weise. Hierbei dienen bestehende Zeit­steuer­geräte quasi als „Parameterlieferant“. Diese Ein­gangs­parameter können bei CiFox® classic auf unter­schied­liche Weise logisch mit­ein­ander ver­knüpft werden und bilden so das Frei­gabe­signal für den patentierten Regel­algorithmus. Der Temperatur­wert, bei dessen Erreichen am Ende der Ring­leitung die Zirkulations­pumpe ab­ge­schaltet wird, wird bei jedem Regel­zyklus dynamisch berechnet. Diese Vor­gehens­weise macht statische Parameter im her­kömm­lichen Sinn über­flüssig. CiFox® passt sich den Ge­geben­heiten in einer be­stehenden Warm­wasser­verteilungs­anlage an.

CiFox® benötigt in allen Geräte­varianten nur zwei Parameter. Mit diesen beiden Parametern läßt sich CiFox® an nahezu jede Warm­wasser­verteilungs­anlage anpassen. Diese beiden Parameter sind:

  1. Abweichung: Dieser Parameter bestimmt die prozentuale Abweichung zwischen der Wasser­temperatur in der Druck­leitung (in der Nähe des Warm­wasser­speichers) und der Wasser­temperatur am Ende der Ring­leitung (in der Nähe der Zirkulations­pumpe). In weit ver­zweig­ten Rohr­leitungs­systemen, die oft in Mehr­familien­häusern vor­zu­finden sind, wird durch einen größeren Ab­weichungs­wert dem stärkeren Abkühlen des warmen Brauch­wassers auf seinem Weg durch das Rohr­leitungs­system Rechnung getragen. Hingegen kann ein kleinerer Ab­weichungs­wert in Warm­wasser­verteilungs­anlagen mit vergleichs­weise kurzen Leitungs­wegen, wie sie bspw. in Ein­familien­häusern instal­liert werden, zu einem höheren Komfort führen.

  2. Sperrzeit: Dieser Parameter bestimmt die Sperr­zeit, die nach dem Ab­schalten der Zirkulations­pumpe in einem Regel­zyklus ab­ge­wartet werden muß, bis ein weiterer Regel­zyklus gestartet werden kann. Während dieser Sperr­zeit kann die Zirkulations­pumpe nicht wieder ein­ge­schaltet werden. Durch Variation dieses Parameters wird in erster Linie dem Grad der Rohr­iso­lierung Rechnung getragen. In Warm­wasser­verteilungs­anlagen mit sehr guter Iso­lierung kühlt das warme Brauch­wasser im Rohr­leitungs­system weniger stark ab als in Warm­wasser­verteilungs­anlagen mit schlechter Iso­lierung. Somit kann bei Anlagen mit höher­wertiger Iso­lierung die Sperr­zeit herauf­ge­setzt werden, was dazu führt, dass die Ab­schalt­zeiten der Zirkulations­pumpe vergrößert werden. Hingegen kann eine minder­wertige Iso­lierung durch Herab­setzen dieses Parameters kom­pensiert werden.

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3-Phasen-Regelalgorithmus

Um die Betriebs­zeiten der Zirkulations­pumpe in einer Warm­wasser­verteilungs­anlage zu minimieren kommt bei CiFox® ein patentierter drei­stufiger Regel­algorithmus zum Einsatz.

  • In der ersten Phase wird die Zirkulations­pumpe für einen kurzen Zeit­raum eingeschaltet. In der Variante CiFox®–classic ab Version 1.5 ist dieser Zeit­raum über DIP–Switches para­metrisier­bar. Es kann zwischen 15 oder 30 Se­kun­den bzw. 1 oder 2 Mi­nu­ten ge­wählt werden. Somit kann CiFox®–classic optimal an jede Warm­was­ser­ver­tei­lungs­an­lage optimal an­ge­passt werden.
    In dieser Zeit wird das warme Brauch­wasser durch das Rohr­leitungs­system der Warm­wasser­verteilungs­anlage aus dem Warm­wasser­speicher bis zu dem Mon­tage­ort des ersten Temperatur­sensors ge­pumpt. Danach wird die Temperatur am ersten Temperatur­sensor ermit­telt. Unter Berück­sich­tigung dieses Mess­wertes und unter Berück­sich­tigung des Parameters „Abweichung“ wird die Abschalt­temperatur berechnet, bei deren Er­reichen am Ende der Ring­leitung die Zirkulations­pumpe ab­ge­schaltet wird.

  • Während der zweiten Phase des Regel­algorithmus bleibt die Zirkulations­pumpe ein­ge­schaltet. Durch zyklischen Soll–/ Ist–Abgleich zwischen der in der ersten Phase berechneten Abschalt­temperatur und der aktuell an­liegenden Temperatur am Ende der Ring­leitung wird der Zeit­punkt bestimmt, an dem die Zirkulations­pumpe ab­ge­schaltet wird.

  • Während der dritten Phase bleibt die Zirkulations­pumpe ab­ge­schaltet. Diese Phase dauert solange an, bis die durch den Parameter „Sperrzeit“ definierte Zeit­spanne ver­strichen ist. Danach startet der Regel­algorithmus erneut.

Durch die Implementierung dieses drei­stufigen Regel­algorithmus kann bei jedem Betriebs­zustand der Warm­wasser­verteilungs­anlage sicher­ge­stellt werden, dass die Betriebs­zeiten der Zirkulations­pumpe minimiert werden. Ist das Wasser inner­halb des Rohr­leitungs­systems aufgrund einer längeren Stand­zeit der Anlage stark ab­ge­kühlt, so fällt die zweite Phase des ersten Regel­zyklus natur­gemäß länger aus als im „normalen“ Betrieb. Anderer­seits beschränkt sich die Ein­schalt­zeit der Zirkulations­pumpe in einem Regel­zyklus auf ein Minimum, wenn unmit­telbar vor dem Start des Regel­zyklus an der letzten Zapf­stelle eine Wasser­entnahme statt­ge­funden hat. In diesem Fall wird lediglich das abgekühlte Brauch­wasser aus der Ring­leitung zurück in den Warm­wasser­speicher gepumpt. Zwischen diesen beiden Extrem­situationen paßt CiFox® die Ein­schalt­zeit der Zirkulations­pumpe an alle möglichen Situationen dynamisch an. Hierbei spielt es keine Rolle, ob das Rohr­leitungs­system weit verzweigt ist oder nicht, ob der Rohr­durch­messer der Druck­leitung größer ist oder kleiner, ob die Iso­lierung hoch­wertig aus­ge­prägt ist oder nicht.


Neben­stehende Grafik ver­deut­licht das tech­nische Ver­fahren wie folgt. In einer Warm­wasser­erzeugungs–/ –ver­teilungs­anlage seien folgende Parameter gegeben:

Solltemperatur im Warmwasserspeicher:

60° C

Abweichung:

10 %

Sperrzeit:

4 min.

Um die Grafik in Abbildung 1 zu vergrößern, klicken Sie diese bitte an. Die Grafik wird danach in einem neuen Fenster Ihres Browsers vergrößert dargestellt.

techn. Verfahren

Abb. 1: Beispiel­hafte Darstellung der Abhängig­keiten zwischen Wasser­temperaturen und Betriebs­zeiten der Zirkulations­pumpe in einer Warm­wasser­verteilungs­anlage.

Nachdem der Regel­akgorithmus für einen längeren Zeit­raum inaktiv gewesen ist (bspw. während der Nacht­stunden), wird dieser bei T = 30 sec. aktiviert. Im Rahmen des ersten Regel­zyklus wird die Zirkulations­pumpe bei T = 30 sec. ein­ge­schaltet. Die Ein­schalt­zeit dauert während der ersten Phase (im Diagramm hellrot unter­legt) des Regel­zyklus 30 Sekunden an. Am Ende dieser ersten Phase wird die Temperatur am ersten Temperatur­sensor mit 50° C ermittelt. Aus diesem Meß­wert wird unter Berück­sich­tigung der definierten Abweichung ein Temperatur­wert von 45° C berrechnet, bei dessen Erreichen am Ende der Ring­leitung die Zirkulations­pumpe abgeschaltet wird. Während der zweiten Phase (im Diagramm gelb unterlegt) des ersten Regel­zyklus bleibt die Zirkulations­pumpe eingeschaltet. Die Temperatur am ersten Sensor steigt permanent weiter an, bis der Maximal­wert – die Soll­temperatur im Warm­wasser­speicher – erreicht ist. Durch zyklischen Soll–/ Ist–Abgleich wird die Wasser­temperatur am zweiten Temperatur­sensor überwacht. Sobald die in der ersten Phase berechnete Abschalt­temperatur erreicht ist, wird die Zirkulations­pumpe ab­ge­schaltet. Dies ist im vor­liegenden Beispiel bei T = 2 min. 30 sec. der Fall. Das Ab­schalten der Zirkulations­pumpe signalisiert gleich­zeitig das Ende der zweiten Phase des ersten Regel­zyklus. Anschließend bleibt in der dritten Phase (im Diagramm grün unterlegt) des ersten Regel­zyklus die Zirkulations­pumpe abgeschaltet. Diese Phase dauert gemäß den vor­ge­gebenen Parametern 4 Minuten an. Während dieser Phase kühlt das warme Brauch­wasser im Rohr­leitungs­system der Warm­wasser­verteilungs­anlage sukzessive ab. Am Ende der dritten Phase des ersten Regel­zyklus beträgt die Wasser­temperatur in der Druck­leitung noch 40° C und in der Ring­leitung noch 25° C.

Bei T = 6 min. 30 sec. wird der zweite Regel­zyklus gestartet. Während der ersten Phase steigt die Wasser­temperatur am ersten Temperatur­sensor auf den Maximal­wert von 60° C an. Aus diesem Temperatur­wert berechnet sich eine Ab­schalt­temperatur von 54° C. Während der zweiten Phase des zweiten Regel­zyklus bleibt die Zirkulations­pumpe ein­ge­schaltet, bis bei T = 8 min. die Ab­schalt­temperatur am zweiten Temperatur­sensor erreicht ist und die Zirkulations­pumpe ab­ge­schaltet wird. Im Unter­schied zum ersten Regel­zyklus erfolgt während der dritten Phase des zweiten Regel­zyklus bei T = 10 min. 45 sec. für die Dauer von 1 min. 15 sec. eine Wasser­entnahme an einer der letzten Zapf­stellen. In Folge dieser Wasser­entnahme steigt die Wasser­temperatur am ersten Temperatur­sensor auf den Maximal­wert an. Die Wasser­temperatur am zweiten Temperatur­sensor sinkt weiter bis auf einen Wert von 35° C ab.

Bei T = 12 min. wird der dritte Regel­zyklus gestartet. Am Ende der ersten Phase wird am ersten Temperatur­sensor ein Wert von 60° C ermittelt, aus dem eine Ab­schalt­temperatur von 54° C be­rechnet wird. Aufgrund der Tat­sache, dass die Wasser­temperatur zu Beginn dieses Regel­zyklus am Ende der Ring­leitung noch 35° C betragen hat und aufgrund der Tat­sache, dass das Rohr­leitungs­system bis zur letzten Zapf­stelle aufgrund der vor­ange­gangenen Wasser­entnahme mit warmem Brauch­wasser maximaler Temperatur durch­spült war, beschränkt sich die zweite Phase des dritten Regel­zyklus auf gerade mal 15 Sekunden. In diesem Zeit­raum wird lediglich das ab­ge­kühlte Brauch­wasser aus der Ring­leitung von der letzten Zapf­stelle bis zur Zirkulations­pumpe zurück in den Warm­wasser­speicher gepumpt. An­schließend erfolgt die dritte Phase des dritten Regel­zyklus, welche in der Grafik nicht voll­ständig dargestellt ist.

Aus der Grafik in Abbildung 1 ist leicht zu erkennen, wie CiFox® die Betriebs­zeiten der Zirkulations­pumpe in einer Warm­wasser­verteilungs­anlage minimiert. Im Rahmen des ersten Regel­zyklus nach einer längeren Stand­zeit der Warm­wasser­verteilungs­anlage beträgt die Ein­schalt­zeit der Zirkulations­pumpe 2 Minuten („1“). Während des „normalen“ Betriebes (ohne Wasser­entnahme) beschränken sich sich die Eins­chalt­zeiten der Zirkulations­pumpe auf 1 Minute und 30 Sekunden („2“). Sobald eine Wasser­entnahme erfolgt werden die Ein­schalt­zeiten weiter bis auf 45 Sekunden („3“). reduziert.

CiFox® reduziert unab­hängig von den bau­lichen Ge­ge­ben­heiten die Einschalt­zeiten der Zirkulations­pumpe in einer Warm­wasser­verteilungs­anlage auf ein Minimum.

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Mindertemperaturen

Unter Minder­temperaturen werden in diesem Zu­sammen­hang Temperatur­werte von 40° C oder weniger verstanden. Sobald CiFox® einen solchen Temperatur­wert am ersten Temperatur­sensor ermittelt, wird die Zirkulations­pumpe ab­ge­schaltet, da davon auszugehen ist, dass bei Auftreten von Minder­temperaturen in der Druck­leitung der Warm­wasser­verteilungs­anlage eine Störung der Warm­wasser­erzeugungs­anlage vorliegt. Eine solche Störung kann unter­schied­liche Ursachen haben. Bspw. treten Minder­temperaturen auf, wenn das Heiz­system einen Defekt aufweist und dem­zu­folge die Warm­wasser­erzeugungs­anlage nicht mehr beheizt wird. Minder­temperaturen können aber auch in Folge eines temporär ge­stei­gerten Bedarfs an warmem Brauch­wasser auftreten (bspw. wenn in einem Mehr­familien­haus mehrere Parteien gleich­zeitig ein Voll­bad vorbereiten). In diesem Fall kann die Temperatur im Warm­wasser­speicher aufgrund des nach­strömenden kalten Brauch­wassers rapide absinken, so dass das Heiz­system mit dem Auf­heizen nicht mehr nach­kommt.

In allen vor­genan­nten Fällen ist ein sofortiges Ab­schalten der Zirkulations­pumpe sinnvoll, da ansonsten das Wasser in der Warm­wasser­erzeugungs­anlage durch permanentes Zirkulieren weiter ab­kühlen würde, was zu einem weiter an­steigenden Energie­bedarf im Heiz­system der Warm­wasser­erzeugungs­anlage führen würde.


Es gibt genau zwei Situationen, in denen CiFox® Minder­temperaturen erkennen kann.

  1. Am Ende der ersten Phase eines jeden Regel­zyklus nachdem der Temperatur­wert am ersten Sensor ermittelt wurde. Wird zu diesem Zeitpunkt ein Temperatur­wert von 40° C oder weniger er­mittelt, erkennt CiFox® eine Minder­temperatur, schaltet die Zirkulations­pumpe sofort ab und geht in die dritte Phase des Regel­zyklus über. Die zweite Phase wird hierbei über­sprungen.

  2. Sobald CiFox® im Rahmen eines Spül­vorgangs zur Verminderung des Legionellen­wachstums Minder­temperaturen am ersten Temperatur­sensor erkennt, wird die Zirkulations­pumpe umgehend ab­ge­schaltet und der Spül­vorgang beendet. Diese Vor­gehens­weise hat nicht zuletzt hygienische Gründe, da Wasser­temperaturen zwischen 20° C und 45° C das Wachstum von Legionellen fördern und so zur Kolonie­bildung beitragen. Mehr zum Thema „Legionellen“ weiter unten in diesem Kapitel.

Die Abschaltung der Zirkulations­pumpe bei Erkennung von Minder­temperaturen in Warm­wasser­verteilungs­anlagen hilft einer­seits Energie ein­zu­sparen und beugt anderer­seits dem Wachstum von Legionellen vor, da Temperaturen von 40° C oder weniger innerhalb der Warm­wasser­verteilungs­anlage vermieden werden.

Abschließend sei auf einen technischen Umstand hingewiesen, welcher das Abschalten der Zirkulations­pumpe bei Erkennung von Minder­temperaturen in Warm­wasser­verteilungs­anlagen be­grün­det. Alle bekannten Zapf­stellen­thermostate funktionieren erst ab einer Warm­wasser­temperatur von mehr als 40° C. Die Reaktion eines Thermostats auf Minder­temperaturen im warmen Brauch­wasser ist von Hersteller zu Hersteller unter­schiedlich. Einige Hersteller öffnen bei ihren Thermostaten das Warm­wasser­ventil und schließen das Kalt­wasser­ventil. Andere Hersteller gehen den ent­gegen­ge­setzten Weg um die Gefahr von Verbrühungen bei abrupt ein­setzendem Heißwasser zu unter­binden. In jedem Fall ist es aus den vor­genan­nten Gründen sinnvoll, die Zirkulations­pumpe ab­zu­schalten, um das Heiz­system der Warm­wasser­erzeugungs­anlage nicht unnötig zu belasten.

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Spülvorgänge zur Verminderung des Legionellen­wachstums

Legionellen kommen überall dort vor, wo erwärmtes Wasser optimale Bedingungen für das Wachstum von Legionellen bietet. Dies kann unter anderem bei Warm­wasser­erzeugungs–/ –verteilungs­anlagen der Fall sein. Hierbei bietet Brauch­wasser, welches über einen längeren Zeit­raum hin­weg in einem Temperatur­bereich von 25° C bis 50° C ge­halten wird, einen idealen Lebens­raum. Sowohl unter­halb als auch ober­halb dieses Temperatur­bereiches wird das Legionellen­wachstum ver­mindert. Ab Temperaturen von ca. 70° C werden Legionellen neutralisiert.

Eine Über­tragung von Legionellen ist prinzipiell durch Kontakt mit Leitungs­wasser möglich, wenn die Legionellen in die tieferen Lungen­ab­schnitte gelangen. Allerdings führt nicht jeder Kontakt mit legionellen­haltigem Wasser zu einer Gesund­heits­gefähr­dung. Erst das Einatmen bakterie­haltigen Wassers als Aerosol (Aspiration bzw. Inhalation bspw. beim Duschen) kann zu einer Er­krankung führen. Hingegen stellt das Trinken von legionellen­haltigem Wasser für Personen mit intaktem Imun­system keine Gesund­heits­gefahr dar.

Ab einem Gehalt von 100 KbE/100 ml (KbE = koloniebildende Einheiten) gilt Trink­wasser bereits als kon­taminiert. Es besteht jedoch „nur“ ein geringes Infektions­risiko. Hand­lungs­bedarf ist geboten ab einer Kontamination von über 10.000 KbE/100 ml. In diesen Fällen liegen extrem hohe Kontaminationen vor, was Sofort­maßnahmen wie bspw. das Desinfizieren der Warm­wasser­verteilungs­anlage oder das Ver­hängen eines Dusch­verbotes erforder­lich macht.

Um einer Kontamination der Warm­wasser­verteilungs­anlage durch Legionellen vor­zu­beugen, muß diese zyklisch mit heißem Brauch­wasser, welches eine Temperatur von mindestens 60° C aufweist für einen Zeit­raum von mehreren Minuten durch­spült werden. Gemäß der all­seitig vor­herrschenden fach­lichen Auf­fassung ist es vollkommen ausreichend, wenn diese Spül­vorgänge zwei– bis dreimal täglich durch­ge­führt werden, sofern an diesen Tagen keine tages­zeitlich bedingte Zirkulation des warmen Brauch­wassers statt­findet. Die Durch­führung dieser Spül­vorgänge ist ins­be­sondere bei längeren Stand­zeiten der Zirkulations­pumpe not­wendig, um einer Kontamination wirksam vorbeugen zu können.

CiFox® führt solche Spül­vorgänge in Zeit­inter­vallen von 8 Stunden durch. Hierbei wird die Zirkulations­pumpe für einen Zei­traum von 5 Minuten dauer­haft ein­ge­schaltet. Durch diese Vor­gehens­weise werden bei längeren Stand­zeiten der Zirkulations­pumpe mehrere Spül­vorgänge pro Tag durch­ge­führt. CiFox® schaltet die Zirkulations­pumpe sofort ab und beendet einen be­gonnenen Spül­vorgang, wenn am ersten Temperatur­sensor, der am Anfang der Druck­leitung und in der Nähe des Warm­wasser­speichers montiert ist, ein Minder­temperaturwert erkannt wird. Die 8–Stunden–Intervalle, in denen CiFox® die Spül­vorgänge durch­führt, werden durch die Frei­gabe des Regel­algorithmus unter­brochen. Ist der Regel­algorithmus aktiv, so kann – eine ver­nünftige Para­metrisierung von CiFox® voraus­gesetzt – davon aus­ge­gangen werden, dass eine aus­rei­chende Durch­spülung der Warm­wasser­verteilungs­anlage zur Vor­beugung gegen die Kontamination des Rohr­leitungs­systems mit Legionellen gegeben ist. Die Durch­führung von Spül­vorgängen würde keinen Mehr­wert im Sinne einer Gefahren­reduktion dar­stellen, sondern lediglich zu einem höheren Energie­bedarf der Warm­wasser­erzeugungs­anlage führen.


Achtung!

Die durch CiFox® zyklisch durch­geführten Spül­vorgänge dienen nicht der Desinfektion im Falle einer Kontamination. Sie dienen lediglich der Ver­minderung des Legionellen­wachstums und wirken einer Kontamination vorbeugend entgegen.


CiFox® stellt welt­weit das erste Steuerungs­system für Zirkulations­pumpen in Warm­wasser­verteilungs­anlagen dar, das zyklisch Spül­vorgänge zur Verminderung des Legionellen­wachstums durch­führt. Warm­wasser­verteilungs­anlagen, die mit CiFox® aus­ge­rüstet sind, weisen nach­weisbar wesentlich seltener Kontaminationen mit Legionellen auf als her­kömmlich gesteuerte Anlagen.

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Letztes Update am 02.10.2020 10:22:53