[FBH/thermische Stellantriebe] (mal wieder) PWM-Zykluszeit kleiner als Öffnungszeit

[Uwe!]

Wenn kurz nach dem Ausschalten wieder eingeschaltet wird, reagiert der Antrieb also sofort ohne Totzeit.

logisch, weil schon alles warm ist.

Beim Ausschalten hingegen gibt es immer eine Verharrzeit von 30 Sekunden

auch klar. Das Abkühlen dauert immer gleich lang. (bzw. wie Du sagst, wenn er sehr lange an war ist evtl. etwas mehr Wärme gespeichert und es dauert etwas länger. Da aber nur Kunststoff außen rum ist, wird das wohl nur im einstelligen Sekundenbereich sein.

Damit wäre er bei gleich langen Zyklen also nach kurzer Zeit vollständig geöffnet.

Nein. Das ist eine nicht zulässige Schlussfolgerung.
Die "Berge" werden langsam wachsen, aber von Zyklus zu Zyklus etwas weniger und irgendwann wird zwischen "Wachsen" und "Schrumpfen" ein Gleichgewicht entstehen.

[mmutz]

irgendwie scheint es mir, dass hier viel zu kompliziert gedacht wird

Wenn Du deine Anlage auf Effizienz trimmen möchtest, sei Dir das ungenommen. Allerdings gibt es mindestens zwei Gründe, die für einige Leute dagegen sprechen:

1. Komfortverlust: Einzelne Räume/Gebäudeteile sind kaum mehr in vernünftiger Zeit auf Temperatur zu bringen.
2. 2-Rohr-Kühlfunktion: Wenn die WP auch kühlen kann, dann entspricht der HA für's Heizen in den meisten Fällen nicht den Einstellung, die man in einem 4-Rohr-System für's Kühlen benützen würde.

Es ist nicht relevant, wenn einzelne Mitleser hier die Effizienz in den Vordergrund stellen, oder keine Kühlung haben. Es geht um's Prinzip, und da muss man sich auch mit diesen anderen Zielen beschäftigen.

[smai]

Nein. Das ist eine nicht zulässige Schlussfolgerung.
Die "Berge" werden langsam wachsen, aber von Zyklus zu Zyklus etwas weniger und irgendwann wird zwischen "Wachsen" und "Schrumpfen" ein Gleichgewicht entstehen.

Das verstehe ich nun nicht.
Wenn ich 1 Minute einschalten öffnet sich der Antrieb um 2mm. Danach schalte ich 1 Minute aus und er schliesst sich um 1mm. Nach 2 Minuten ist er also 1mm weiter geöffnet.
Gegen Ende nimmt das zwar ab, weil die Öffnung ja nicht linear verläuft, aber trotzdem ist Öffnen > Schliessen.

Ich möchte aber noch zwei weitere Punkte einbringen:

1. Gemäss Datenblatt hat der Antrieb (und damit auch das von mir eingesetzte Ventil) einen Hub von nur 4mm. Wahrscheinlich ist also das Ventil bereits komplett geöffnet, wenn die Hubkappe 5.5mm erreicht (1.5mm beim Start plus die 4mm Hub).
Damit ist es also noch schwieriger, die richtige Schwebeposition zu finden.

2. Soweit ich weiss ist der Wasserdurchfluss bei gewöhnlichen Ventilen nicht unbedingt linear zum Hub.
Eine Öffnung von z.B. 20% bewirkt also nicht zwingend einen Wasserfluss von 20%, was die richtige Schwebeposition weiter erschwert.

[Uwe!]

Gegen Ende nimmt das zwar ab, weil die Öffnung ja nicht linear verläuft, aber trotzdem ist Öffnen > Schliessen.

nein, kann es nicht sein.
Wir waren uns doch glaube ich einig, dass das Öffnen über eine Dehnungselement funktioniert und das dessen Ausdehnung von der Temperatur abhängig ist.
Wenn "Öffnen > Schließen" ein dauerhafter Zustand wäre, müsste dass Dehnelement immer wärmer werden. Das wird evtl. bei vielleicht 80% PWM bereits der Fall sein. Vielleicht sogar schon bei 70% oder weniger. Aber nicht bei kleinen PWM Werten.
Lös dich gedanklich von den unterschiedlich langen Totzeiten, die spielen auf Dauer keine Rolle.

was die richtige Schwebeposition weiter erschwert.

beide Punkte sind valide.
Das sind die von mir schon angeführten Gründe, warum es keine allgemeine Empfehlung für die "schwebenden Ventile" gibt!

[smai]

Wenn "Öffnen > Schließen" ein dauerhafter Zustand wäre, müsste dass Dehnelement immer wärmer werden. Das wird evtl. bei vielleicht 80% PWM bereits der Fall sein. Vielleicht sogar schon bei 70% oder weniger. Aber nicht bei kleinen PWM Werten.
Lös dich gedanklich von den unterschiedlich langen Totzeiten, die spielen auf Dauer keine Rolle

Das klingt eigentlich vernünftig, passt aber irgendwie nicht zu meinen Beobachtungen.

Ich hatte ja 60 Sekunden ein und 90 Sekunden aus. Das wäre also eine Zykluszeit von 150 Sekunden und ein Stellwert von 40%.
In diesem Zustand ist der Antrieb zumindest während 3 gemessenen Zyklen konstant zwischen 4mm und 6mm geschwankt, im Mittel also fix bei 5mm geblieben. Bei 60% müsste er aber bei 3.7mm landen (maximaler Stellweg = 7mm - 1.5mm = 5.5mm | Sollwert = 5.5mm * 40% + 1.5mm = 3.7mm).
Die 4mm waren ja der Startwert für diese Messung (angefahren wurden diese 4mm übrigens von offen, also zuvor war der Strom an, dann habe ich ausgeschaltet und bei 4mm wieder eingeschaltet).

Ich werde das wohl nochmal testen mit mehr Zyklen und verschiedenen Puls- und Zykluslängen sowie den Startwerten ganz offen und ganz geschlossen.

[gnika7]

1. Komfortverlust: Einzelne Räume/Gebäudeteile sind kaum mehr in vernünftiger Zeit auf Temperatur zu bringen.
2. 2-Rohr-Kühlfunktion: Wenn die WP auch kühlen kann, dann entspricht der HA für's Heizen in den meisten Fällen nicht den Einstellung, die man in einem 4-Rohr-System für's Kühlen benützen würde.

Es ist nicht relevant, wenn einzelne Mitleser hier die Effizienz in den Vordergrund stellen, oder keine Kühlung haben. Es geht um's Prinzip, und da muss man sich auch mit diesen anderen Zielen beschäftigen.

1. Wieso Verlust? Ich habe doch gar keinen Komfortverlust. Meine ERR springt nur bei Bedarf an und ist nicht dauerhaft im Betrieb. Ich sehe da keinen Unterschied im Komfort.
2. Die Kühlfunktion habe ich zugegebener Weise unterschlagen. Da muss man sich etwas mehr Gedanken machen. Z.B. im Bad NC-Ventile. Bei Fliessen als Boden muss man dann etwas runterregeln, etc. Aber die Aktoren können ja zwischen Heizen und Kühlen umschalten.

[mmutz]

Ich habe doch gar keinen Komfortverlust.

Was ein Komfortverlust ist, ist subjektiv. Daher ist es egal, dass Du es nicht als Verlust siehst. Andere Leute im Forum tun das sehr wohl.

[RBender]

Was ein Komfortverlust ist, ist subjektiv. Daher ist es egal, dass Du es nicht als Verlust siehst. Andere Leute im Forum tun das sehr wohl.

Wenn Dir eine Meinung nicht gefällt oder nicht in deinen Ideenkatalog passt, dann ist diese Meinung für die allgemeine Diskussion wohl irrelevant??
Mhh - klingt für mich etwas überheblich bzw. arrogant!

[mmutz]

Wenn Dir eine Meinung nicht gefällt oder nicht in deinen Ideenkatalog passt, dann ist diese Meinung für die allgemeine Diskussion wohl irrelevant??
Mhh - klingt für mich etwas überheblich bzw. arrogant!

Ich weiss nicht, wo Du das rausliest. Ich habe zunächst dargestellt, dass es Gründe gibt, die für eine ERR sprechen. Wenn gnika7 dann wiederkommt und meint, dass es für ihn kein Komfortverlust ist, wenn er keine Reserven einplant, dann ist das seine Meinung. In der Tat möchte ich meine zukünftige FBH auch am Effizienzmaximum fahren, aber das ist genauso irrelevant für diesen Thread wie die Frage ob gnika7 es als Komfortverlust sieht, wenn er die VL nach unten jagt.

Ich wiederhole mich:

Es ist nicht relevant, wenn einzelne Mitleser hier die Effizienz in den Vordergrund stellen, oder keine Kühlung haben. Es geht um's Prinzip [kurzer PWM-Zyklen], und da muss man sich auch mit diesen anderen Zielen beschäftigen.

Was ist jetzt überheblich bzw. arrogant? a) Die Wünsche der anderen Forumsteilnehmer de facto vom Tisch zu wischen, um seine eigene Meinung (die ich im Übrigen teile) als das einzig glückseligmachende zu verkaufen, oder b) darauf hinzuweisen, dass es diese anderen Wünsche/Randbedingungen gibt und sie daher berücksichtigt werden müssen?

[mmutz]

wo erkennst Du in den Unterlagen, dass es zu "Drift" kommt? (und das frage ich ganz ohne Häme, einfach nur weil ich das nicht so sehe und verstehen will...)

Ich habe die Voraussetzungen genannt, unter denen es zur Drift kommt: Lineare Bewegung, (annähernd) gleiche Öffnungs- und Schließzeiten, Totzeit und Verharrzeit 0s. Die Totzeit von 0s ist experimentell (zumindest einmal) bestätigt, jedenfalls für (sehr) kurze PWM-Zyklen. Ebenso die annähernd gleichen Öffnungs- und Schließzeiten, was sich im Übrigen mit den Angaben in den Datenblättern deckt. Unbestätigt, und damit Vermutungen, waren die Linearität (die ist widerlegt) und die Verharrzeit von 0s (experimentell zu 30s bestimmt). Mein Fehler war also, zu ignorieren, was temperaturtechnisch mit dem PTC während der Tot- und Verharrzeiten passiert, insb. wenn die Pulse so kurz sind, dass sich die beiden überschneiden, denn genau da ergibt sich die von Dir genannte Einstellung einer mittleren Temperatur = Öffnung.

[smai]

was temperaturtechnisch mit dem PTC während der Tot- und Verharrzeiten passiert, insb. wenn die Pulse so kurz sind, dass sich die beiden überschneiden, denn genau da ergibt sich die von Dir genannte Einstellung einer mittleren Temperatur = Öffnung

Das ist in der Tat ein interessanter Gedanke.

Dafür müsste aber die Ansteuerung IMHO anders sein:
Zuerst muss die richtige Position angefahren werden, und danach mit kurzen Zyklen und einer Pulsweite von 50% die Stellung praktisch gehalten werden.
Die Zyklen müssen so kurz sein, dass sich der Antrieb kaum bewegt, denn sobald er an einer Endlage anstösst, würde die mittlere Stellung verschoben.

Wenn "Öffnen > Schließen" ein dauerhafter Zustand wäre, müsste dass Dehnelement immer wärmer werden.

Dazu noch ein Gedanke, aber ohne fundiertes Wissen:
Wenn ich den Antrieb durchgehend unter Strom setze, wäre doch dies genau der Fall. Er würde ja immer weiter mit voller Kraft das Dehnelement heizen, obwohl das halten der Temperatur weniger Energie brauchen würde als beim Öffnen.
Könnte es nicht sein, dass der Antrieb bei Erreichen der Endlage selbst den Strom runterregelt oder sogar in einen internen PWM-Modus wechselt?
Man müsste das mal nachmessen.

[gnika7]

Ich weiss nicht, wo Du das rausliest. Ich habe zunächst dargestellt, dass es Gründe gibt, die für eine ERR sprechen. Wenn gnika7 dann wiederkommt und meint, dass es für ihn kein Komfortverlust ist, wenn er keine Reserven einplant, dann ist das seine Meinung. In der Tat möchte ich meine zukünftige FBH auch am Effizienzmaximum fahren, aber das ist genauso irrelevant für diesen Thread wie die Frage ob gnika7 es als Komfortverlust sieht, wenn er die VL nach unten jagt.

Hmm, wie gesagt, der HA der Heizung ist so, dass in jedem Raum bei voll geöffneten Stellantrieben die maximal gewünschten Temperaturen für den Raum erreicht werden. Genauer gesagt, die Heizkreise in Badräumen sind voll geöffnet und die restlichen entsprechend der maximal gewünschten Temperaturen gedrosselt. Die ERR dient dann dazu (bei Bedarf) die Temperatur runter zu regeln. Falls man mal doch die höheren Temperaturen als die maximal gewünschten haben möchte, kann man die Heizkurve anheben. Damit hätte man dann den von dir genannten Fall mit Reserve. Diese Reserve bei WP dauerhaft vorzuhalten, ist wie Vollgas geben und gleichzeitig Handbremse anziehen. Warum sollte ich das also dauerhaft machen? Wenn ich mal tatsächlich temporär über die maximal gewünschte Temperatur nach oben will, dann hebe ich einfach die HK für diese Periode an. Also sehe ich keine Komforteinschränkungen im genannten Fall, da eine normale ERR vorhanden ist. Aber ehrlich gesagt brauche ich diese gar nicht. Da ich auch die Fremdwärme über eine automatisierte Absenkung der HK im gewissen Rahmen regele. Nur wenn es mal zu viel ist, dann muss ERR eingreifen.

Für diesen Thread ist vor allem aber relevant, dass eine "Schwebung" bei dem vorgeschlagenen Vorgehen gar nicht nötig ist, da alle Heizkreise im Normallfall voll geöffnet sind. Wenn dann einzelne Heizkreise runtergeregelt werden, so wird der benötigte Mindestvolumentstrom trotzdem nicht unterschritten. Somit muss ich auch nicht mit der Schwebung den Mindestvolumenstrom sicherstellen. Trotzdem hat man ERR mit allen Vorteilen ohne den Nachteil die Mindestvolumenströme abzuwürgen. Trotzdem kann man die Parameter dann so einstellen, dass eine "Schwebung" erreicht wird. Einen relevanten Vorteil hat es dann aber nicht, da der Stellantrieb dann eh bei 100% offen ist.

Wie gesagt, wenn mit der WP noch gekühlt wird, sollte man z.B. für Bad NC nehmen und in der Heizperiode Solltemp einfach auf 25°C stellen. Dann ist der Stellantrieb voll geöffnet. In der Kühlperiode behält man das Soll und hat dann einen geschlossenen Stellantrieb.

Grüße
Nika

[mmutz]

Zuerst muss die richtige Position angefahren werden, und danach mit kurzen Zyklen und einer Pulsweite von 50% die Stellung praktisch gehalten werden.

Das ist ja das, was mittlerweile unter "Marc's Kegeltheorie" hier firmiert. Das ignoriert aber die Wärmekapazität des Systems. Uwe's Erklärung (wenn ich's richtig verstanden habe) ist folgende: Durch ein gegebenes PWM-Tastverhältnis wird dem Dehnelement eine gewisse Energie zugeführt = Wärmezufuhr. Gleichzeitig kühlt das Element aber durch Wärmeabgabe an die Umgebung ab, und zwar proportional zur Temperaturdifferenz zur Umgebung (denk: U-Wert). Ist die PWM-Frequenz hinreichend hoch, so ergibt sich im Mittel eine bestimmte, quasi-konstante, Wärmezufuhr. Durch die mit der Temperatur steigende Wärmeabgabe ergibt sich irgendwann, bei "gering-genugem" PWM-Stellwert durch Wärmezufuhr (Strom durch PTC) und -abfuhr (Abkühlung an Umgebung) ein Gleichgewicht der Wärmeflüsse, also eine konstante Temperatur des Dehnelements, mithin eine konstante Öffnung des Ventils. Die Öffnung ist aber nicht proportional zur Stellgröße (das wäre Zufall). Insb. ist die Stellung abhängig von der Umgebungstemperatur, da der Wärmeabfluss davon abhängt.

[cobrito]

Also ich hab mir jetzt kurzerhand den Gira HA 6fach und einen Stellantrieb bestellt, damit ich das selbst testen kann.

[tsb2001]

Klasse Diskussion! Fehlt nur noch, dass hier die Eigenzeit des Thyristors oder die des Transistors (je nach Art der Spannung) mit einfließt, damit auch noch die hundertste Stelle hinter dem Komma berechnet werden kann, wann das Ding denn nun genau schaltet...
Kurze Frage: ihr seid euch aber alle bewusst, dass diese Stellantrieben nebst Ansteuerung ein absolut träges System aus absolut willkürlich dynamischen Größen bestehend aus der Trägheit des Heizungssystems und der Gebäudehülle aus unterschiedlichen Komponenten ausregeln soll?

Das Konstrukt aus Gebäudehülle (Aussentemperatur, Fensterflächen, Wandstärken) und Heizungssystem (Fußbodenheizung (extrem träge), Vorlauftemperatur, Durchflussgeschwindigkeit (Heizungssystem tatsächlich hydraulisch abgeglichen???)) in sich ist so undefinierbar, was die Zeiten anbetrifft, dass es fürchterlich egal ist, ob so ein Stellantrieb zwischendrin mal kurzzeitig komplett geschlossen oder auch mal offen ist.

Der klassiche thermische Stellantrieb, wo ich mittlerweile hunderte von verbaut habe, braucht so seine drei bis fünf Minuten, bis der an voller Spannung voll aufgesteuert ist. Und wenn man den einfach dumm rum liegen läßt, braucht der an der frischen Luft auch mindestens die gleiche Zeit zum schliessen. Nun ist das Ding in einem UP-Heizkreisverteiler eingebaut, in dem sich schön die Wärme staut. Dann kann es auch mal etwas länger werden. Oder - eigene Erfahrung - als unmittelbarer Stellantrieb am Heizkörper verbaut; innerhalb einer schönen Verblendung aus Holz, in der sich die Wärme staut... da macht das Teil, was es will...

Die Dinger sind von Ihrem Zeitverhalten so undefinierbar, dass es sich gar nicht lohnt, in irgendeiner Weise darüber zu dikutieren, was das elektrische Stellglied davor so alles kann.

Und dann kommt noch die unmittelbare Störgröße on top: der Supergau, wenn einer zufällig die Badezimmertür mit der eingestellten Raumtemperatur von 24 Grad aufmacht, und die kalte Luft aus dem Treppenhaus mit rund 16 Grad strömt mal so eben an dem Raumthermostat vorbei... Alle Bauteile schön warm aber: 8 Kelvin Temperaturdelta offensichtlich in der Raumluft, der P-Anteil vom Regler springt unmittelbar in die Bresche und der I-Anteil schleicht bei der großen Differenz von Tsoll zu Tist zügig hinterher. Nach fünf Minuten ist der Stellantrieb offen und pumpt munter mit voller Drehzahl der Heizungssystempumpe und der eingestellten Heizkurve das Wasser in die Fußbodenheizung. Nach zehn Minuten entdeckt einer den Fehler und schließt dir Tür. Währenddessen hat die Fußbodenheizung den Estrich um circa 0,irgendwas Kelvin aufgeheizt. Wenn man nicht grade ganz schnell Kältespray auf den themischen Stellantrieb sprüht, läuft man Gefahr, dass die Raumtemperatur nach Aufheizung duch die umgebenden Bauteile mit dem nunmehr zusätzlich erwärmten Estrich vom Sollwert nach 10 Minuten vielleicht auf 24,2°C landet...
Oha, voll übersteuert... Nun hab ich den Raum aber eventuell gar nicht verlassen, sondern stehe unter der Dusche und heize zusätzlich noch mit meiner Körpertemperatur den Raum; und zugleich auch mit dem durch den Duschkopf plätscherndes Wasser mit angenehmen 38°C. Dann wird es nämlich auch wärmer... Oder das Gegenteil passiert und der Badezimmerlüfter geht an und pustet meine feucht-warme Duschwasser-und-Badeluft zwecks Anti-Schimmelbefall oder gar einfacher Anti-Stinkwirkung wegen überstrapazierter Toilettennutzung nach draussen.

Und da diskutiert man dann über Regelzeiten und eventuellen Totzeiten von Ventilen? Die ganze Theorie von den Vorpostings ist in großen Teilen zwar technisch richtig, aber trotzdem voll an der Praxis vorbeidiskutiert...

smai mit Posting 74:
Du weiß jetzt, wie weit die Dinger sich heben und senken... Was du aber "elektrisch" nicht wissen kanst, sind folgende Dinge:
- Wie verhält sich die Hydraulik im Heizkreis bei den angegebenen Hubeinstellungen (Thema Druckdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf (hydraulisch abgeglichen?))
- Wieviel Wärmeeintrag gibt es real (Vorlauftemperatur und eingestellte Heizkurve des Wärmeerzeugers in Verbindung mit der Fördermenge der Heizkreispumpe)
- Wie viel Heizfläche habe ich zur Verfügung stehen

Beispiel: der Heizungsbauer errichtet eine recht homogene Warmwasserfußbodenheizung mit sehr nah beieinanderliegenden Heizungsschleifen im Estrich. Das Gebäude ist sehr gut gedämmt und wird mittels einer Luft-Wasser-Wärmepumpe beheizt, die am effektivsten arbeitet, wenn die Vorlauftemperatur die kleinste Temperaturdifferenz zur Aussenluft aufweist.
Daher stellt er die Heizkennlinie für die Wohnräume ein, welche bei beispielsweise 0° Aussentemperatur exakt eine Vorlauftemperaur von 21°C zur Verfügung stellt. Nun sind draussen 0°C, im Inneren hast du den warmen Estrich mit 21°C Vorlauftemperatur.
Nun kannst du den Stellantrieb ganz aufsteuern. Es fließt Wasser durch deine Fußbodenheizung, aber deine Heizplatte in Form des des Estrichs hat dann, wenn nämlich die Raumtemperatur gleich der Vorlauftemperatur ist, eine Leistungsabgabe von exakt "0" Watt. Das was du in den Vorlauf reinschickst, kommt hinten unverändert wieder raus. Du kannst das Ventil auch schliessen, der Estrich ist und sämtlichen massiven Bauteile drumherum sind warm und die Raumtemperatur bleibt erst mal auf Grund der Speichermasse gleich und sinkt durch die Wärmebrücken nach Aussen erst allmählich ab...
Lässt du das Ventil einfach auf, ist die Heizung bei einer bestimmten Aussentemperatur (in dem Fall 0°C) selbstlimitierend und gibt nur dann Wärme ab, sobald die Raumtemperatur unter die Vorlauftemperatur fällt. Zu regeln giobts dann gar nichts.

Zurück zum Thema: Grade bei der Raumtemperaturregelung fließen sehr viele Störgrößen mit undefinierbarem Charakter mit ein, wobei die thermo-elektrische Öffnungszeit des Stellgliedes den wohl den geringsten Einfluss die ganze Regelei hat.