Verfahren und Vorrichtung zum belastungsabhängigen Betreiben einer Filteranlage in Schwimmbädern

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum belastungsabhängigen Betreiben einer Filteranlage in Schwimmbädern, mit der eine Einsparung von Elektroenergie zwischen 30 % und 60 % des bisherigen Aufwandes erzielt werden soll bei gleichzeitiger Einhaltung einer guten, gleichbleibenden Beschaffenheit der Wasserqualität in Bezug auf Hygiene, Sicherheit und Ästhetik, wobei die Erfindung Anwendung bei Neuanlagen und vor handenen Schwimmbädern findet.

[0002] Alle öffentlichen und privaten Schwimmbädern müssen heute mit steuer-bzw. regelbarer Filteranlage ausgerüstet sein, um dem Hygienestandard und den Hygieneanforderungen zu entsprechen.

[0003] Die Aufbereitung und Desinfektion von Schwimm- und Badebeckenwasser erfolgt in deutschen Bädern nach der DIN 19 643. In Form eines geschlossenen Kreislaufes erfolgt nach Entnahme des Beckenwassers seine mechanische und chemische Behandlung mit anschließender Rückführung.

[0004] Zweck einer entsprechenden Anlage ist es, eine gute, gleichbbleibende Beschaffenheit des Beckenwassers in Bezug auf Hygiene, Sicherheit und Ästhetik zu erzielen, damit eine Schädigung der menschlichen Gesundheit, insbesondere durch Krankheitserreger, nicht zu befürchten ist.

[0005] Hauptbestandteil und Hauptenergieverbraucher des hydraulischen Systems ist die Filteranlage, die neben der eigentlichen Filterung die Umwälzung des Beckenwassers bewirkt, dies über 24 h täglich.

[0006] Diese Umwälzung und Filterung erfolgt mit Hilfe elektromotorisch betriebener Pumpen, die in Abstimmung mit dem gesamten Rohrleitungs- und Filtersystem nach den Forderungen der DIN 19 634 zu dimensionieren sind.

[0007] Der erforderliche Volumstrom wird nach entsprechender Dimensionierungsvorschrift in Abhängigkeit von

• Wasserflächen des Beckens
• Wasserfläche je Person
• personenbezogene Frequenz
• personenbezogene Belastung
• Beckenart

bestimmt.

[0008] Darüberhinaus sind

• die Rohrleitungs- und Amaturenwiderstände,
• der Filterwiderstand sowie
• der dynamische Filterverschmutzungswiderstand

zu berücksichtigen.

[0009] Nach diesen vor der Bauphase eines Bades ermittelten bzw. festgelegten Werten wird die Filteranlage dimensioniert. Die zur Realisierung eingesetzten Aggregate garantieren dann den von der DIN geforderten Volumenstrom als eine konstante Größe, ohne Berücksichtigung der Besucherbelastung, die aber andererseits in der Berechnungsformel zur Ermittlung des Volumenstromes eine entscheidende Rolle spielt.

[0010] Zwei- und mehrpumpige Filteranlage bieten zwar über Abschaltung einer Pumpe Möglichkeiten zur Energieeinsparung, dies liegt aber dann in der schwer kalkulierbaren Kompetenz des Schwimmmeisters und erfordert somit erhöhte Aufmerksamkeit.

[0011] Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Verfahren und Einrichtungen bekannt, die durch entsprechende Umwälzungen des Wassers den Normen gerecht werden sollen.

[0012] Die DE-PS 37 44 355 beschreibt ein Verfahren das die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruchs 1 aufweist, und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser in Schwimmbädern. Um Wasserverluste durch Abzug von Schwallwasser als Abwasser bei hohen Füllständen im Schwallwasserbehälter zu vermeiden und eine hohe Reinigungswirkung zu erzielen, sieht das offenbarte Verfahren vor, daß sowohl Oberflächenwasser als Schwallwasser als auch Bodenwasser aus dem Bodenbereich des Beckens abgezogen wird. Das Schwallwasser wird zunächst in einen Schwallwasserbehälter geführt. Das daraus abgezogene Wasser sowie das Bodenwasser werden zusammengeführt und durch eine gemeinsame Umwälzpumpe einem Filter zugeleitet. Die Regelung des Verhältnisses von Schwall- und Bodenwasser erfolgt durch die Steuerung der Durchflußmenge des Bodenwassers. Die Durchflußmenge von Schwallwasser stellt sich dabei entsprechend der vor der Umwälzpumpe herrschenden Druckverhältnisse ein. Mit dem offenbarten Verfahren läßt sich zwar eine Reduzierung der benötigten Frischwassermengen erreichen, jedoch besteht ein wesentlicher Nachteil darin, daß die Umwälzpumpe unabhängig vom Verschmutzungsgrad des Wassers bei konstanter Leistung und entsprechend hohem Energiebedarf betrieben wird.

[0013] Mit der DE-OS 26 45 183 wird der Antrieb der Pumpen einer Umwälzanlage vorgestellt, bei dem der Antrieb der Pumpe, ein Elektromotor, mit zwei Statorwicklungen ausgerüstet ist, so daß er mit zwei Geschwindigkeiten betrieben werden kann. Das entspricht zwei unterschiedlichen Leistungen der Pumpe.

[0014] Die Umschaltung kann neben anderen Möglichkeiten auch durch ein den Trübungsgrad des Wasser erfassendes Meßgerät bewirkt werden. Das Meßgerät kann im Filterrohrsystem oder im Becken selbst angeordnet werden. Mit diesem Verfahren ist keine kontinuierliche Anpassung der Pumpenleistung an die tatsächlichen Gegebenheiten möglich, sondern es können nur zwei unterschiedliche Pumpenleistungen eingestellt werden.

[0015] Die niedrige Pumpenleistung soll zu einer verminderten Geräuschentwicklung führen. Auch die Umschaltung der Pumpenleistung nach Maßgabe des Trübungsgrades des Wassers führt zu keinem brauchbaren Ergebnis, da das den Trübungsgrad erfassende Meßgerät auch gröbere Verschmutzungen mit erfaßt, wenn es im Filterrohrsystem angeordnet ist.

[0016] Die Folge ist eine nicht erwünschte Überdosierung von Chemikalien.

[0017] Bei Anordnung des Meßgeräts im Becken ist eine Beschädigungsgefahr für das Meßgerät nicht ausgeschlossen, wenn es nicht beispielsweise in einer Nische angebracht ist.

[0018] Ein Hinweis für den Ort seiner Anbringung ist der Druckschrift allerdings nicht zu entnehmen. Außerdem ist auch dann die Gefahr einer überdosierung bzw. Unterdosierung nicht auszuschließen.

[0019] Ein weiteres Verfahren wird mit der DE-PS 3730220 vorgestellt, mit dem der Grad der Verunreinigung des Wassers während des Badebetriebes direkt erfaßt wird.

[0020] Dazu wird das Wasser an einer vorgegebenen Stelle unterhalb des Wasserspiegels aus dem Becken entnommen, an welcher die Trübung des Wassers ohne Einfluß von gröberen Verschmutzungen erfahrungsgemäß am größten ist.

[0021] Die entsprechende Trübung des Wassers wird von dem Meßgerät direkt in eine proportionale Ausgangsgröße umgesetzt, nach deren Maßgabe die Leistung der Pumpe geregelt, d.h. den Gegebenheiten kontinuierlich angepaßt wird. Die Leistung der Pumpe wird damit automatisch auf die durch Verunreinigungen hervorgerufene Trübung des Wassers so eingestellt, daß die umgewälzte Wassermenge beispielsweise bei stärkerer Trübung erhöht wird, so daß das Wasser schneller gereinigt wird.

[0022] Die bekannten Verfahren und deren Einrichtungen zu ihrer Realisierung gehen auch weiterhin von vorgegebenen Richtgrößen aus und gestalten so die Verfahren und deren Regelmechanismen.

[0023] In Erkenntnis des bekannten Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und Vorrichtung zum belastungsabhängigen Betreiben einer Filteranlage in Schwimmbädern zu schaffen, das ausgehend von den jeweiligen Bedingungen eine stufenlose Leistungsregelung der Filteranlage, insbesondere die der jeweils vorhandenen Pumpen, bewirkt und mit einfachen Mitteln eine Regelung bei gleichzeitiger Energieeinsparung ermöglicht.

[0024] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Verfahrensanspruches 1 und den Merkmalen des Vorrichtungsanspruches 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0025] Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum belastungsabhängigen Betreiben einer Filteranlage in Schwimmbädern vorgestellt, womit es möglich ist, nur soviel elektrische Energie in die Anlage einzubringen, wie es die Beckenbelastung erfordert, wobei die Höhe des Wasserstandes im Schwallwasserbehälter über geeignete Sensoren als Maß für die im Becken vorhandenen Badenden erfaßt und so aufbereitet wird,

[0026] daß im Prozeßrechner in Verbindung mit anderen projektspezifischen Daten über eine bestimmte Berechnungsvorschrift eine Steuergröße berechnet wird, die über leistungselektronische Stellglieder die Pumpendrehzahl beeinflußt und somit einerseits den Förderstrom und andererseits die Leistungsaufnahme der Pumpen nach bekanntem Zusammenhang variiert, vorzugsweise angeordnet in einem kompakten autarken Schaltschrank.

[0027] Das neue Verfahren stützt sich dabei auf die tatsächlichen Gegebenheiten beim Betreiben eines Schwimmbades, wobei ein Vergleich der nach den DIN Vorgaben errechneten Durchflußmenge zur tatsächlich über eine Messung ermittelten Durchflußmenge in der Filteranlage vorgenommen wird, auf dessen Basis die Grundeinstellung der Pumpenleistung erfolgt.

[0028] Den entscheidenden Energiesparungseffekt bringt hier die elektronische Umsetzung der physikalisch begründeten kubischen Abhängigkeit zwischen Fördermenge und aufzubringender elektrischen Leistung, was bedeutet, daß eine nur um 10 % verminderte Fördermenge eine um ca. 30 % geringere Leistungsaufnahme der Pumpen bewirkt.

[0029] Eine andere Möglichkeit wäre auch, die Besucher eines Schwimmbades mittels elektrischer Zahlung über Lichtschranken oder auch unmittelbar über die Besucherkasse zu erfassen, oder dies in Abhängigkeit vom Wasserstand im Schwallwasserbehälter.

[0030] Eine weitere Möglichkeit zum belastungsabhängigen Betreiben der Filteranlage wäre in der Kombination mit der Erfassung des Filterverschmutzungsgrades und der Frischwasserzufuhr gegeben, wobei die Erfassung der notwendigen Informationen über Differenzmessungen erfolgt.

[0031] Die Frischwasserzufuhr wird in Abhängigkeit der tatsächlichen Besucherzahlen, der Verdunstung und des Heraustragens, über eine Differenzmessung ermittelbar und der wassernetzverträglichen Tageszeit geregelt.

[0032] Durch die exakte Ermittlung des Filterschmutzgrades und der tatsächlich erforderlichen Frischwasserzufuhr wird neben der Energieeinsparung auch der Wasserverbrauch reduziert, da die Frischwasserzufuhr den tatsächlichen Betriebsbedingungen angepaßt wird.

[0033] Die Erfindung soll mit Hilfe eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt das Blockschaltbild zur Regelung der Filteranlage.

[0034] Zur Realisierung des Verfahrens, des belastungsabhängigen Betreibens einer Filteranlage in Schwimmbädern, werden folgende verfahrensbedingte Faktoren herangezogen.

• Der Wasserverlust
• Die Menge des Frischwasserzulaufes
• Der Spüllwasserabgang
• Die Rohrleitungskennzahl
• Die Pumpenkennzahl
• Die Filterkennzahl

[0035] Diese projektspezifischen Daten finden Eingang im Prozeßrechner der Anlage und werden in eine Steuergröße gewandelt.

[0036] Unter Beachtung der tatsächlichen Betriebsbedingungen, feststellbar über die Erfassung der nachfolgend genannten Faktoren, bestimmt sich der erforderliche stündliche Förderstrom nach der Beziehung

mit

darin bedeuten:

Q_hreg =

erforderlicher Förderstrom (geregelt)

Q_h100 =

ungeregelter (bisheriger) Förderstrom

R =

Reduktionsfaktor 0,5...1,0

H =

variable Schwallwasserhöhendifferenz 0,0...1,0

K =

f K₁(t), K₂, K₃, K₄, K₅, K₆ (t), Projektkennzahl

K₁(t) =

Wasserverlust durch Verdunstung, Planschen und Heraustragen

K₂ =

Frischwasserzulauf

K₃ =

Spüllwasserabgang

K₄ =

Rohrleitungskennzahl

K₅ =

Pumpenkennziffer

K₆(t) =

Filterkennzahl

[0037] Geht man also davon aus, daß bei der Besucherzahl "Null" der minimale Förderstrom eingestellt ist (Reaktionsfaktor R = 0,5), so bestimmt die Anzahl der Badenden die Erhöhung dieses Faktors bis maximal 1,0, was dann der maximalen Ausnutzung des Bades und dem maximalen Förderstrom entspricht.

[0038] Verfahrensbedingt wird bei der Regulierung und Steuerung der Filteranlage eines Schwimmbades davon ausgegangen, daß im gesamten Filterkreislauf sich eine konstante Wassermenge befindet, die mittels vorhandener Filterpumpe mit einem bestimmten Volumenstrom pro Zeiteinheit zirkuliert.

[0039] Erfahrungsgemäß verdrängt jeder Badende eine Wassermenge von durchschnittlich 75 dm³ Wasser aus dem Schwimmbecken, welches über Überlaufrinnen in einen Schwallwasserbehälter gelangt.

[0040] Dessen Volumen erhöht sich un diesen von den Badenden verdrängten Betrag. Der somit eingetretende erhöhte Wasserstand wird erfaßt, in ein Signal gwandelt, datenmäßig aufbereitet und einem Prozeßrechner zugeführt. Hieraus und aus den anderen systemrelevanten Daten wird die Steuergröße für einen Frequenzumrichter ermittelt, welcher es ermöglicht, die jeweilige Leistung einer jeden Pumpe stufenlos zu variieren.

[0041] Die Erhöhung des Wasserstandes im Schwallwasserbehälter hat eine Leistungserhöhung der jeweiligen Pumpe zur Folge und bewirkt eine Erhöhung des Wasservolumenstromes pro Zeiteinheit, der nach oben angegebener Beziehung bestimmbar ist.

[0042] Andernfalls veringert sich der Bedarf und die Pumpe wird entsprechend angesteuert.

[0043] Die beigefügte Zeichnung verdeutlicht die schaltungsmäßige Verknüpfung der zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Aggregate und Regeleinrichtungen.

[0044] Das Schwimmbecken 1 ist mit einem Überlauf 2 versehen, von dem das Schwallwasser in einem Schwallwasserbehälter 3 gelangt. Wasserleitungsmäßig ist der Schwallwasserbehälter 3 über eine Filterpumpe 4 und einem Filter 5 mit dem Schwimmbecken 1 verbunden.

[0045] Dem Schwallwasserbehälter 3 sind Sensoren 6 zugeordnet, die schaltungstechnisch mit einer Signalaufbereitung 7 verbunden sind; die dort aufbereiteten Signale werden einem Prozeßrechner 8 zugeführt und mit den im Prozeßrechner 8 anliegenden Systemdaten abgeglichen.

[0046] Die vom Prozeßrechner 8 ermittelte Steuergröße wird einem Frequenzumrichter 9 zugeführt, der daß leistungsabhängige Betreiben der Filterpumpe 4 bewirkt.

[0047] Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und seiner Vorrichtung lassen sich außerordentlich hohe Energieeinsparungseffekte erzielen. Dies liegt insbesondere im kubischen Zusammenhang von Förderstrom und elektrischer Leistung begründet.

[0048] Dies bedeutet, daß ein durch weniger Besucher um z.B. lediglich 10 % gesenkter Förderstrom eine ca. 30 %-ige Einsparung an Elektroenergie zur Folge hat.

[0049] Praktische Untersuchungen haben ergeben, daß bei vielen Schwimmbädern bei richtiger Dimensionierung der Anlage Energieeinsparungen bis zu 60 % und mehr erreicht werden können.

Ansprüche

1. Verfahren zum belastungsabhängigen Betreiben einer Filteranlage in Schwimmbädern, mit welchem das aus dem Becken (1) des Schwimmbades austretende Wasser mittels mindestens einer durch einen in der Drehzahl verstellbaren Elektromotor angetriebenen Pumpe (4) über mindestens eine Filtervorrichtung (5) zurück in das Becken (1) gepumpt wird, wobei die Höhe des Wasserstandes in einem Schwallwasserbehälter (3) mittels Sensoren (6) als Maß für die im Schwimmbecken (1) vorhandenen Badenden erfaßt, wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Wasserstandes

aufbereitet, einem Prozeßrechner (8) zugeführt und mit den gleichfalls zugeführten projektspezifischen Daten wie Wasserverlust, Frischwasserzulauf, Spülwasserabgang, Rohrleitungskennzahl, Pumpenkennzahl und Filterkennzahl in eine Steuergröße gewandelt wird und als Regelgröße auf einen Frequenzumrichter (9) wirkt

und dieser über die Filterpumpe (4) den erforderlichen Förderstrom des Wassers bewirkt, der nach der Beziehung Q_{h reg} = R x Q_{h 100} ermittelt wird,

wobei Q_{h reg} der erforderliche geregelte Förderstrom, Q_{h 100} der der maximalen Ausnutzung des Bades entsprechenden Förderstrom und R ein Reduktionsfaktor ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein Schwallwasserbehälter (3) vorgesehen ist, dem Wasser aus einem Schwimmbecken (1) zuführbar ist und dem ein oder mehrere Sensoren (6) zugeordnet sind, mittels derer die Höhe des Wasserstandes in dem Schwallwasserbehälter (3) erfaßbar ist,

und daß eine Filterpumpe (4) und ein Filter (5) vorgesehen sind,

wobei mittels der Filterpumpe (4) Wasser aus dem Schwallwasserbehälter (3) abführbar und durch den Filter (5) dem Schwimmbecken (1) zuführbar ist,

und wobei die Sensoren (6) mit einer Signalaufbereitung (7) und einem folgenden Prozeßrechner (8) verbunden sind, dem ein Frequenzumrichter (9) nachgeordnet ist, welcher leitungsmäßig mit der Filterpumpe (4) geschaltet ist.

Claims

1. Process for load-related operation of a filtration device for swimming pools in which the water emerging from the basin (1) of the swimming pool is pumped by means of a pump (4) driven by a variable-speed electric motor through at least one filtration device (5) back into the basin (1), wherein the height of the water level in a surge water tank (3) is determined by sensors (6) as a measure of the number of bathers present in the swimming pool (1),
characterised in that

the water level data is processed, supplied to a process computer (8) and using the likewise supplied project-specific data such as water loss, fresh water infeed, flushing water discharge, pipe index, pump index and filter index, is converted into a control variable which acts as a closed-loop control output on a frequency inverter (9),

and this adjusts the water delivery flow rate to the requisite value via the filter pump (4) in accordance with the equation Q_{h reg} = R x Q_{h 100}, where Q_{h reg} is the requisite controlled delivery flow rate, Q_{h 100} is the delivery flow rate corresponding to maximum utilisation of the swimming pool and R is a reduction factor.

2. Device for performing the process according Claim 1,
characterised in that

a surge water tank (3) is provided to which water from a swimming pool (1) can be ducted, and to which one or several sensors (6) is/are allocated, by means of which the height of the water level in the surge water tank (3) can be determined,

and that a filter pump (4) and a filter (5) are provided,

wherein water from the surge water tank (3) can be removed by the filter pump (4) and supplied through the filter (5) to the swimming pool basin (1),

and wherein sensors (6) are connected to a signal processing system (7) and a downstream process computer (8), downstream of which is arranged a frequency inverter (9) which is line-connected to the filter pump (4).

Revendications

1. Procédé pour le fonctionnement dépendant de la charge d'une installation de filtration pour piscines, moyennant lequel l'eau sortant du bassin (1) passent par au moins une installation de filtrage (5) au moyen d'au moins une pompe (4) entraînée par un moteur électrique dont le régime peut être varié, la hauteur du niveau d'eau étant saisie dans un réservoir d'eau d'équilibre (3) au moyen de capteurs (6) en tant que mesure des baigneurs présents dans le bassin de piscine (1), caractérisé en ce que la hauteur du niveau d'eau est traitée, transmise à un calculateur de processus (8) et transformée avec les données spécifiques du projet, telles que pertes d'eau, amenée d'eau fraîche, écoulement d'eau de rinçage, indice de conduite, indice de pompe, indice de filtre également transmises, est transformée en une mesure de commande et agit comme mesure de régulation sur un changeur de fréquence et que celui-ci adapte le débit d'eau nécessaire au moyen de la pompe de l'installation de filtration, qui est calculé d'après l'équation Q_{h reg} = R x Q_{h 100}, Q_hreg étant le débit réglé nécessaire, Q_{h 100} le débit correspondant à l'exploitation maximale de la piscine et R est uns facteur de réduction.

2. Dispositif pour l'exécution du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que un réservoir d'eau d'équilibre (3) est prévu auquel de l'eau provenant d'un bassin de piscine (1) peut été amenée et auquel un ou plusieurs capteurs (6) sont associés moyennant lesquels la hauteur du niveau d'eau dans le réservoir d'eau d'équilibre (3) peut ête saisie, et qu'une pompe d'installation de filtration (4) et un filtre (5) sont prévus, de l'eau pouvant être évacuée du réservoir d'eau d'équilibre (3) moyennant la pompe de l'installation de filtration (4) et pouvant être amenée au bassin de la piscine (1) à travers le filtre (5), et les capteurs (6) étant reliés à un système de traitement de signaux (7) et à un calculateur de processus (8) en aval, lequel est suivi par un changeur de fréquence (9) qui est connecté en ligne à la pompe de l'installation de filtration (4).

Zeichnung