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:
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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.
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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.
3-Phasen-Regelalgorithmus
Um die Betriebszeiten der Zirkulationspumpe in einer Warmwasserverteilungsanlage zu minimieren kommt bei CiFox® ein patentierter dreistufiger Regelalgorithmus zum Einsatz.
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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.
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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.
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Nebenstehende Grafik verdeutlicht das technische Verfahren wie folgt. In einer Warmwassererzeugungs–/ –verteilungsanlage seien folgende Parameter gegeben:
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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.
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.
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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.
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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.
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.
