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

[mmutz]

Du bist neu hier, daher gehe ich nicht davon aus, dass Du bisher auch nur einen Bruchteil der unzähligen FBH-Threads hier im Forum gelesen hast. Daher hier ein bisschen Background:

Der Punkt bei der ganzen Diskussion ist, dass nicht nur theoretisch, sondern schon mehrfach praktisch hier im Forum berichtet, moderne Wärmeerzeuger, insb. Wärmepumpen, durch zu viele geschlossene Ventile, trotz eigentlichem Heizbedarfs, allein aufgrund der Eigenart der niederfrequenten PWM-Steuerung mit ihren periodischen Nullstellungen, abgewürgt werden, weil der Mindestdurchfluss nicht mehr gewährleistet ist. Es wurde auch schon über Probleme beim Abtauen berichtet, weil in den wenigen offenen Zweigen nicht genug Volumen dafür zur Verfügung stand.

Es geht also überhaupt nicht um den (trägen) Wärmeabnehmer, sondern den (zu flinken) Wärmeerzeuger. Insofern sind Verweise auf die Trägheit einer FBH (hier) fehl am Platz.

Es ist genau dieser eine Punkt, der hier im Forum seit Jahren rauf und runter diskutiert wurde (um die P und I-Parameter geht's hier im Augenblick mal nicht): übermäßiges Takten verhindern. Die klassische Lösung ist, einen Trennspeicher vorzusehen. Oder halt sich von der ERR zu befreien, entweder offiziell oder durch nachträgliches Abschrauben der Stellantriebe, einen korrekten hydraulischen Abgleich vorausgesetzt, und den thermischen Abgleich über evtl. mehrere Heizperioden durchzuführen. Ich habe aber bereits gnika7 geschrieben, dass und warum ein Verzicht auf die ERR nicht immer möglich oder gewünscht ist — egal wie man selbst dazu steht. Und über den Trennspeicher und seine Auswirkung auf die JAZ einer WP brauchen wir auch nicht nochmal zu reden. Braucht man die ERR also, wegen z.B. Kühlfunktion, dann rennt man mit WPn (aber auch Gas-Brennwert) unweigerlich in dieses Problem. Stetigantriebe würden das lösen, bei zehnfachen Kosten für die Antriebe. Daher kommt immer mal wieder die Idee auf, durch sehr kurze PWM-Zyklen die billigen Antriebe in Schwebung zu bringen und damit die teuren stetigen Antriebe zu emulieren. Wann immer diese Idee bisher aufkam, wurde sie durch Teile des Forums — drücken wir es höflich aus — in Frage gestellt, siehe z.B. Zitat in Post #1.

Daher der (erneute) Versuch, zu verstehen, was es damit wirklich auf sich hat. Nicht mehr und nicht weniger. Das Problem ist real, wie jeder Interessent durch Recherche im Forum feststellen kann.

[smai]

tsb2001 wir sind ja einer Meinung, deshalb verstehe ich nicht ganz, weshalb du mich angreifst.
Mit den Messungen wollte ich ja nur Fakten zu den widersprüchlichen Annahmen schaffen.
Deine Einwände habe ich zumindest teilweise ja selbst bereits eingebracht.

Nur in einem Punkt bin ich anderer Meinung: Gerade weil es bei RTR so viele Einflüsse gibt, sollte der Stellantrieb möglichst das machen, was der Regler vorgibt. Sonst muss der Regler neben den Störgrössen auch noch die Feher des Antriebs ausbügeln.

Um die Abweichung des Antriebs von der Vorgabe möglichst gering zu halten, sehe ich aber im Gegensatz zu anderen hier eher eine etwas längere Zykluszeit geeignet, weil dann der Anteil an Tot- und Verharrzeit geringer ist.

Meine Tests sollen nur akademisches Interesse befriedigen und Fakten schaffen, wo sonst nur mit Vermutungen diskutiert wird.

[gnika7]

Ich habe aber bereits gnika7 geschrieben, dass und warum ein Verzicht auf die ERR nicht immer möglich oder gewünscht ist — egal wie man selbst dazu steht.

Und ich habe geschrieben, dass bei meinem Ansatz ein Verzicht auf ERR nicht nötig ist, die Schwebung der Antriebe nicht notwendig und der Mindestvolumenstrom trotzdem sichergestellt wird.


Grüße Nika

[smai]

Ich habe nun noch die Kegelspitzentheorie überprüft:

Erste Testreihe mit 50%, Zykluszeit 30 Sekunden (also 15s ein, 15s aus), Starthub 5mm.
Da gab es einen eindeutigen Drift nach Offen: Nach 3min war der Hub bereits bei 6mm, nach 6min bei 7mm (und damit in Endlage wo er dann auch geblieben ist).
Ein sichbares schwanken des Hubes war aber wie erwartet nicht vorhanden.

Zweite Testreihe mit 33% (10s ein, 20s aus), Starthub 5mm.
Hier war das Verhalten etwas differenzierter: Nach 5min waren es 6mm, nach 10min aber 6.4mm. Diese 6.4mm waren es auch nach 15min noch.
Es kam also zu einer Stabilisierung, aber erst nach einem gewissen Drift.

Für mich zeigt dies, dass es in der Praxis kaum möglich ist, eine stabile Lage an einer definierten Position zu halten.
Evtl. hängt die richtige Pulsweite ja sogar noch von Medien- und/oder Raumtemperatur, Luftzug, Feuchtigkeit, Netzfrequenz oder sonst was ab.

[RBender]

Du bist neu hier, daher gehe ich nicht davon aus, dass Du bisher auch nur einen Bruchteil der unzähligen FBH-Threads hier im Forum gelesen hast. Daher hier ein bisschen Background:

Wieder so ne seltsame Bemerkung. War der Beitrag nicht fundiert genug? Braucht er jetzt noch 5 Jahre Zugehörigkeit zum Forum?

Der Punkt bei der ganzen Diskussion ist, dass nicht nur theoretisch, sondern schon mehrfach praktisch hier im Forum berichtet, moderne Wärmeerzeuger, insb. Wärmepumpen, durch zu viele geschlossene Ventile, trotz eigentlichem Heizbedarfs, allein aufgrund der Eigenart der niederfrequenten PWM-Steuerung mit ihren periodischen Nullstellungen, abgewürgt werden, weil der Mindestdurchfluss nicht mehr gewährleistet ist. Es wurde auch schon über Probleme beim Abtauen berichtet, weil in den wenigen offenen Zweigen nicht genug Volumen dafür zur Verfügung stand.

Ah..ok.
Jetzt habe ich verstanden, warum du diesen Beitrag hier aufgemacht hast. Ich dachte es geht um Regelung einer FBH und nicht darum wie man eine taktende WP (weil einfach kein Volumen da ist) mit Hilfe schwebender Antriebe in den Griff bekommt. Ich bin jetzt noch nicht so lange im Forum, aber ich kann dir sagen, das wird damit nicht funktionieren. Eigentlich könnte man deshalb das ganze hier beenden!

[rosebud]

Im regelungstechnischen Leben versucht man immer, progressiv vorzugehen: Ob es die Stellung des Gaspedals im Auto ist oder die Position des Lenkers beim Durchfahren einer Kurve. Bei schnelleren Regelstrecken ist auf-zu ohnehin aus Gründen des Komforts ausgeschlossen: Nehmen wir als Beispiel die T°regelung einer Lüftungsanlage per 0..10V am Stellantrieb des Heizventils oder - noch drastischer - die Regelung des Luftdrucks in Zu- und Abluftkanal per Ansteuerung eines Frequenzumrichters.
Ob das thermische Ventil einer Fußbodenheizung bei 50% Ansteuerung in einem PWM-Zyklus von 10 s einen Millimeter weiter öffnet als ein anderes, spielt letztlich überhaupt keine Rolle. Hierfür hat man eine T°regelung für den Raum und wenn es ein halbes Grad wärmer ist als gewünscht, positioniert die Regelung den Stellantrieb passend. Entscheidend ist: Die T°regelung ist stabil, und dies erreicht man ausschließlich mit korrekten PID-Parametern und Leistungsreserve. Genauso im Auto: Wenn man 80 km/h nur mit Vollgas erreicht, hat man entweder den falschen Gang eingelegt oder die Batterie im E-Auto pfeift auf der letzten Zelle.

[smai]

rosebud wenn man die Korrektur des falsch gestellten Antriebs per Regler ausgleichen muss, schwingt doch das System zumindest bei einer FBH unberechenbar umher. Bis der Regler die Falschstellung mitkriegt, kann ja gut eine Stunde vergehen.
Und 1mm ist immerhin ein Viertel des ganzen Stellwegs. Im Versuch war es ja noch extremer, statt 50% geöffnet war das Ventil ganz offen.

Bei einer Wärmepumpe will man definitiv keine grosse Reserve im Vorlauf und bei richtiger Auslegung und Abgleich ist dies auch nicht notwendig. Der Regler sollte dann nur bei Fremdwärme reagieren müssen und dies nur nach unten.
Klar ist es einfacher, wenn die Heizung überdimensioniert ist und die Vorlauftemperatur zu hoch, aber effizient ist das definitiv nicht und die WP beginnt erst recht zu Takten.
In der heutigen Welt müssen wir halt das Optimum aus Komfort und Ressourcenverbrauch finden.

P.S.: Aus selbem Grund verstehe ich auch nicht, weshalb ein Auto überhaupt schneller als 130km/h fahren können muss (zumindest ausserhalb Deutschlands).

[rosebud]

Wenn die PID-Parametrierung korrekt ist, schwingt nichts und am allerwenigsten unberechenbar! Mit den Werksparametern der Regler ist man ohnehin auf verlorenem Posten. Für eine FBH mit ein wenig Leistungsreserve im Hintergrund und die nicht hydraulisch abgewürgt ist, benutze ich immer ein P-Band von 24 K (manche Regler können nur 12 K, das reicht in vielen Fällen auch) und eine I-Zeit von einer Stunde. Schneller nachzustellen ist sinnlos, weil die Strecke nicht schneller reagiert. Probieren Sie es mal aus und zeichnen Sie Soll- und Istwert der T° sowie die Ausgangsgröße des Reglers auf. PWM-Zykluszeit: Hier empfehle ich 10 bis 30 Sekunden.

Zum Auto: Man muß auch berücksichtigen, ob das Auto die 130 km/h nur in der Ebene oder auch an Steigungen erreicht und innerhalb welchen Zeitraums es aus dem Stand auf 130 km/h beschleunigt.

[Gast1961]

ein P-Band von 24 K (manche Regler können nur 12 K, das reicht in vielen Fällen auch) und eine I-Zeit von einer Stunde.

Damit bewirken 2,4K Temperaturabweichung gerade mal 10% Änderung des Stellwerts. Der PI-Regler wird damit de facto zum I-Regler, der P-Anteil ist vernachlässigbar. Kann man schon machen, aber "korrekt" ist die falsche Bezeichnung dafür.

Zur PWM: Welcher Aktor (Hersteller und Modell) erlaubt Einstellung von 10s Zykluszeit?

[rosebud]

Richtig. Eine Stunde später sind es 20%, eine weitere Stunde 30%... Reagiert die Regelstrecke FBH so schnell auf die Wärmezufuhr? Soll heißen: wie groß ist die Regelabweichung noch nach einer Stunde? Erkennt man Bewegung in der RaumT°? Wenn ja, ist die I-Zeit passend, wenn nein, muß man sie vergrößern. Man stelle sich ein P-Band von 4 K vor: 25% Ventilversatz bei einer Abweichung von 1 K. Welche FBH spielt da dynamisch mit? Wie bereits geschrieben: Aufzeichnen!

Aktoren mit PWM-Zykluszeiten von 10 s liefert ABB, z.B. ES/S 4.1.2.1 oder VAA/S 6.230.1. Die kenne ich persönlich.

[Gast1961]

Richtig. Eine Stunde später sind es 20%, eine weitere Stunde 30%... Reagiert die Regelstrecke FBH so schnell auf die Wärmezufuhr? Soll heißen: wie groß ist die Regelabweichung noch nach einer Stunde?

Auch wenn eine FBH langsam ist: so wird alles noch langsamer, wenn das Ventil trotz starker Regelabweichung stundenlang kaum reagiert.

[rosebud]

Wie bereits geschrieben: Zeitverhalten aufzeichnen.

[smai]

Da kann ich leider nicht mit Messdaten dienen, weil ich gar keine ERR habe.
Mein Haus ist mit aussentemperaturgeführter Heizung und hydraulischem Abgleich eigentlich immer im angenehmen Bereich. Nur das Wohnzimmer wird bei starkem Sonnenschein deutlich erwärmt, aber mit FBH wäre eine ERR da auch zu langsam.
Im schweizer Mittelland scheint die Sonne während der Heizperiode aber sowieso nur selten.

Um dies zu verhindern, plane ich in Zukunft die Nutzung der Wetterprognose, um rechtzeitig zu antipizieren.

Den einzigen Ventilantrieb habe ich im Wintergarten, um diesen im Winter auf 12°C zu halten und in der Übergangszeit nicht unnötig zu heizen.

[tsb2001]

tsb2001 wir sind ja einer Meinung, deshalb verstehe ich nicht ganz, weshalb du mich angreifst.
Mit den Messungen wollte ich ja nur Fakten zu den widersprüchlichen Annahmen schaffen.
Deine Einwände habe ich zumindest teilweise ja selbst bereits eingebracht.

Nur in einem Punkt bin ich anderer Meinung: Gerade weil es bei RTR so viele Einflüsse gibt, sollte der Stellantrieb möglichst das machen, was der Regler vorgibt. Sonst muss der Regler neben den Störgrössen auch noch die Feher des Antriebs ausbügeln.

Um die Abweichung des Antriebs von der Vorgabe möglichst gering zu halten, sehe ich aber im Gegensatz zu anderen hier eher eine etwas längere Zykluszeit geeignet, weil dann der Anteil an Tot- und Verharrzeit geringer ist.

Meine Tests sollen nur akademisches Interesse befriedigen und Fakten schaffen, wo sonst nur mit Vermutungen diskutiert wird.

Hi Smai, ich wollte dich doch gar nicht angreifen. Du hast dir viel Arbeit gemacht und das ist löblich. Aber mal ehrlich: meinst du, dass das Stellglied da den Bock fett macht? Konnte ich bisher in der praxis in keiner Weise feststellen....

rosebud Genau!

mmutz : Auch wenn ich nicht lange dabei bin, habe ich in meinem Leben schon dutzende Wärmepumpen verkauft und in Betrieb genommen. Meine Meinung dazu ist immer folgende: Wenn jemand Geld hat, eine Wärmepumpe zu kaufen und eine Einzelraumregelung zu realisieren, hat der auch die paar Euro für einen vernünftigen Pufferspeicher, um den Volumenstrom des Wärmeerzeugers gegenüber dem vom Heizkreis sauber auszukoppeln und ein Takten zu vermeiden. Sonst habe ich den Auftrag einfach nie angenommen und auch nicht ausgeführt! Da kommen nämlich später die Probleme von ganz von selbst. Darunter möchte ich nicht leiden wollen...

[Gast1961]

Wie bereits geschrieben: Zeitverhalten aufzeichnen.

Ich habe keinen Zweifel, daß deine FBH mit P=4K und Nachstellzeit 60min schwingt. Diese Nachstellzeit ist für eine FBH viel zu kurz.

Anstatt der korrekten Lösung (Nachstellzeit deutlich erhöhen, passend zum P-Wert) reduzierst du die Auswirkung indirekt über einen extremen P-Wert. Kann man alles machen, aber "korrekte" Auslegung eines Regelkreises funktioniert anders.