Vorstellung: Ansteuerung Umwälzpumpe mittels Servo für eine Differenzregelung

[Aurel_B]

Hallo zusammen,

ich würde hier gerne ein kleines Hardwareprojekt vorstellen mit welchem ich eine Wilo Umwälzpumpe via Servo und selber gebautem Adapter ansteure.

Hintergrund: moderne Umwälzpumpen (kurz: UWP) regeln meines Wissens nach alle nach Druckdifferenzen: beim Erreichen der Raumsolltemperatur schliessen die Thermostate, der Druck steigt und die Pumpe senkt die Leistung. Sobald die Thermostate wieder öffnen sinkt der Druck, die Pumpe erhöht die Leistung. Das mag meiner Meinung nach sinnvoll sein bei konventionellen Heizungen mit hoher Vorlauftemperatur, bei einer Wärmepumpe möchte man ja möglichst gerine Vorlauftemperaturen und einen hohen Volumenstrom -> die Thermostate sollten möglichst nicht abregeln sondern ich will möglichst jeden Radiator mit warmem Wasser durchfliessen damit ich eine möglichst hohe Wärmeabgabefläche habe. Daher gibt es i.d.R. nicht viel zu regeln für die modernen Umwälzpumpen und Radiatoren, bei einer Fussbodenheizung ist das glaub ich wieder anders wegen der "Selbstregelung".

Jetzt ist es allerdings so, dass ich bei milden Aussentemperaturen nur wenig Wärmebedarf habe -> Leistung UWP runter damit kein unnötiger Stromverbrauch. Bei niederen Aussentemperaturen und hohem Wärmebedarf sollte im Gegensatz die UWP so viel Volumen wie möglich/nötig erlauben.
Ebenfalls Regelungsbedarf besteht für mich bei einer EVU Sperre: nach ca. 1-2h ist bei uns der Puffer ausgekühlt und liefert kaum noch Wärme, die Differenz Vorlauf- zu Rücklauftemperatur sinkt und nähert sich 1°.
Für diese beiden Anwendungsfälle habe ich mir überlegt würde eine Delta-Temp Regelung viel mehr Sinn machen: ich strebe ein Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf von sagen wir 4° an und steuere die UWP entsprechend.

Da meine Wilo Pumpe nur eine manuelle Veränderung anhand eines Einstellrades vorsieht habe ich mir einen Adapter gebaut: ein 3D gedruckter Adapter passt via Klemmpassung in das Einstellrad der Wilo Pumpe. Dieser hat Löcher, dort kann man 2 gekürzte Nägel reinstecken und somit eine mechanische Verbindung zu einer Futaba Servoscheibe schaffen (ich habe zusätzlich noch Kleber verwendet). 2 mit dem Laser ausgeschnittene Platten sorgen für die Befestigung an der Pumpe, alles ist demontierbar und somit vollständig reversibel. Ich habe zusätzlich noch das Einstellrad demontiert, den kleinen Gummiring entfernt und das Rad wieder befestigt, so lässt es sich praktisch widerstandsfrei drehen. Nötig ist das wohl nicht. Die Bilder im Anhang geben euch eine Vorstellung, ich weiss leider nicht, wie ich die direkt einfügen kann in den Text, dann könnte ich bei Bedarf eine kleine Anleitung schreiben.

Die Servoansteuerung funktioniert im Moment via FHEM -> Modbus (TCP) -> ESP8266. Bei meiner Wilo Pumpe liegt der nutzbare Regelbereich zwischen etwas unter 1 und ca. 5, das entspricht ca 30°. Die Servoansteuerung ist genügend fein, das in diesem Bereich eine sehr präzige Regelung möglich ist.

Ein PID20 Regler in FHEM strebt eine Solldifferenztemperatur von 4° an und regelt entsprechend meine Servoansteuerung. Wichtig hier ist: Sprünge in der Differenz gibt es kurzfristig weiterhin (-> z.B. Wärmepumpe schaltet sich ein, Vorlauftemperatur steigt relativ rasch an, Rücklauf bleibt vorerst tief weil noch kühleres Wasser in den Radiatoren ist und zuerst zirkulieren muss. D.h. die Differenz ist für ein paar Minuten relativ hoch, die Heizung ist halt ein träges System), längerfristig wird allerdings sehr schön geregelt.

Im Anhang habe ich ebenfalls ein Beispiel hierfür: man sieht 2xEVU Sperren, der Puffer kühlt aus und die Differenz VL-RL tendiert gegen 0. Die Leistung der UWP (rot) wird entsprechend reduziert (ist verkehrt: 150 == wenig Pumpenleistung, 0 == Volllast). Auch interessant: wir hatten einen Kälteeinbruch in dieser Nacht, plötzlich stieg der Wärmebedarf rasant. Die Leistung der UWP wurde konstant erhöht bis sie unter Volllast lief. Das ermöglicht tiefere Vorlauftemperaturen mit dem Nachteil, das es dann im Haus stark rauscht und der Strombedarf der UWP entsprechend ansteigt.

Ich habe die Dateien für den 3D gedruckten Adapter sowie die beiden Montageplatten (alles für eine Wilo Pumpe) angehängt, vielleicht sind sie für jemanden hilfreich?

Wenn Interesse besteht, so kann ich gerne weitere Details posten.

Beste Grüsse, Anton

Es ist alles noch in der Evaluationsphase, der Code daher provisorisch. Wenn Interesse besteht, kann ich ihn hier posten.