AT501299B1 - Verfahren zum betreiben einer heizanlage mit mischer - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Heizanlage, bei der ein Wärmeträgermedium mit wenigstens einer Pumpe von einer Wärmequelle über einen Vorlauf zu wenigstens einem Wärmeverbraucher und über einen Rücklauf zurück zur Wärmequelle gepumpt wird und bei der mit wenigstens einem Mischer die Vorlauftemperatur durch Beimischung von Wärmeträgermedium aus dem Rücklauf geregelt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Heizanlagen mit zentralen Wärmeerzeugern und Wärmeverteilung mittels Wärmeträgermedium zu Wärmeverbrauchern sind allgemein bekannt. In der Regel werden mit derartigen Heizanlagen Gebäude beheizt. Die Wärmeerzeuger sind dabei Öfen, Wärmepumpen, Solaranlagen oder sonstige Einrichtungen, in denen Wärme zur Verfügung gestellt wird. Ein vom Wärmeerzeuger erwärmtes Wärmeträgermedium kann entweder direkt im Heizkreislauf zirkulieren oder in einem Speicher gesammelt werden. Es ist auch ein neuerlicher Wärmeübergang über einen Wärmetauscher oder ein Vienwegmischventil möglich, so dass ein eigener Heizkreislauf und ein eigener Wärmeerzeugerkreislauf vorliegen. Das Wärmeträgermedium ist in der Regel Wasser, gegebenenfalls mit Additiven zur Vermeidung von Ablagerungen und Korrosion im Leitungsnetz versetzt.

Ausgehend von einer Wärmequelle (Wärmeerzeuger, Pufferspeicher, Wärmetauscher, Vienwegemischventil) wird das erwärmte Wärmeträgermedium über einen Vorlauf zu den Wärmeverbrauchern transportiert. In den Wärmeverbrauchern, beispielsweise Heizkörper, Wärmetauscher zur Warmwasseraufbereitung oder Heizschläuche bei Fuß- oder Wandheizungen, erfolgt eine Wärmeabgabe an die zu beheizenden Räume bzw. die zu beheizenden Flächen. Das abgekühlte Wärmeträgermedium fließt über einem Rücklauf zur Wärmequelle zurück. Vorlauf und Rücklauf bestehend dabei aus einem Leitungssystem mit Einrichtungen zur Zustandserfassung und -änderung des Wärmeträgermediums (Pumpen, Steuer- und Messeinheiten etc.). Wenn die Wärmequelle auf einem niedrigeren Höhenniveau wie die Wärmeverbraucher angeordnet ist, kann eine natürliche Zirkulation als Resultat der Gewichtsunterschiede zwischen erwärmten und abgekühlten Wärmeträgermedium genutzt werden. Allerdings ist die natürliche Zirkulation nur bedingt steuerbar, weshalb nach dem Stand der Technik zur Zirkulation des Wärmeträgermediums eine Pumpe eingesetzt wird.

Bei bekannten, einfach ausgestalteten Heizanlagen, wird die Temperatur des Wärmeträgermediums im Vorlauf durch die Stellung eines Mischers, z.B. eines Dreiweg-Mischventils oder eines Vierweg-Mischventils, bestimmt. Dabei wird das von der Wärmequelle kommende Wärmeträgermedium durch Mischung mit Wärmeträgermedium aus dem Rücklauf auf eine gewünschte Temperatur gebracht.

In der DE 27 47 969 ist beispielsweise ein derartige Heizungsanlage beschrieben, wobei im Vorlauf ein Temperaturfühler angebracht ist, über den die Zumischmenge des Wärmeträgermediums aus der Rücklauf geregelt wird.

Auch zur Erzeugung von Warmwasser sind Anlagen bekannt, bei denen die Wassertemperatur des Brauchwassers durch Zumischung von Frischwasser geregelt wird. Wie beispielsweise in der DE 37 27 442 beschrieben, wird dabei Wasser mit schwankender Temperatur aus einem Wärmespeicher mit Frischwasser vermischt und so auf eine konstante Temperatur gebracht, mit der das Wasser an den Verbrauchsstellen entnommen werden kann.

Die Pumpe und der Mischer sind für die maximale Heizleistung einer Heizanlage ausgelegt. Dabei wird die Pumpe in der Regel differenzdruckgeregelt und der Mischer vorlauftemperaturgeregelt. Mit sinkender Heizleistungsabgabe bei weniger geöffneten Wärmeverbrauchern sinken dabei die Durchflussmengen des Wärmeträgermediums durch Pumpe und Mischer. Das hat bei größeren Heizanlagen, z.B. bei zentral beheizten Wohnhausanlagen, zur Folge, dass Pumpe und Mischer über einen großen Betriebsbereich hinweg ersetzbar sein müssen. Beispielsweise können im Sommerbetrieb nur Wärmetauscher zur Warmwasseraufbereitung als 3 AT 501 299 B1 Wärmeverbraucher vorhanden sein, Pumpe und Mischer arbeiten dann nur mit einem Bruchteil der maximalen Durchflussmenge des Wärmeträgermediums.

Bei Heizungsanlegen mit Mischer bewirkt auch eine steigende Außentemperatur, dass die 5 Zumischmenge aus dem Rückfluss abnimmt. Für diesen Fall ist in der DE 23 58 754 A1 ein Verfahren und eine Steuerung einer Heizungsanlage beschrieben, bei der die Leistung der Umwälzpumpe in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf gesteuert wird. io Eine Steuerung für Heizungsanlagen mittels einer Pumpe mit variierbarer Fördermenge für die Zirkulation einer Trägerflüssigkeit ist auch in der DE 26 13 297 beschrieben.

Dabei kommt es oft zu einem unerwünschten Pendeln der Vorlauftemperatur, da mit geringen Durchflussmengen des Wärmeträgermediums keine optimalen Mischvorgänge mehr möglich 15 sind.

Nach dem Stand der Technik werden für Heizanlagen, die eine hohe maximale Heizleistung bei gleichzeitig großem Betriebsbereich aufweisen, parallel zu einem Hauptmischer und einer Hauptpumpe ein kleinerer Zusatzmischer und eine kleinere Zusatzpumpe angeordnet. Zusatz-20 mischer und Zusatzpumpe sind dabei für die niedrigen Durchsatzmengen des Wärmeträgermediums ausgelegt, bei denen Hauptpumpe und Hauptmischer keinen zufrieden stellenden Mischvorgang mehr liefern. Aber auch bei dieser Lösung kann es in Betriebsbereichen mit weiterer Verringerung der Durchsatzmengen zu einem Pendeln der Vorlauftemperatur kommen. 25 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Heizanlage mit Mischer anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 5. Der Vorteil liegt 30 dabei in der Vermeidung des Pendelns der Vorlauftemperatur in allen Betriebszuständen und begründet sich in der Anordnung eines Rückfluss-Bypasses, der den zumindest einen Mischer und die zumindest eine Pumpe überbrückt und über den jeder Zuleitung des zumindest einen Mischers ein Teil des Wärmeträgermediums zugeführt wird. In jenem Abschnitt des Vorlaufs, der zwischen den Anschlüssen des Rückfluss-Bypasses liegt, addieren sich dann die Durch-35 flussmengen des Wärmeträgermediums durch die geöffneten Wärmeverbraucher und den Rückfluss-Bypass. Für die in diesem Abschnitt des Vorlaufs liegenden Pumpen und Mischer kann somit eine Mindestdurchflussmenge eingestellt werden, bei der noch kein Pendeln der Vorlauftemperatur auftritt. 40 Daraus ergibt sich die Möglichkeit, bei Heizanlagen mit hoher maximaler Heizleistung und vielen nur zeitweise offenen Wärmeverbrauchen kostengünstige Mischeinrichtungen einzusetzen, die einen schmalen optimierten Betriebsbereich aufweisen.

Eine vorteilhafte Ausprägung der Erfindung sieht vor, dass für den zumindest einen Mischer 45 eine bauartabhängige Mindestdurchflussmenge festgelegt wird, wobei bei einer Annäherung an diese mit einem Ventil im Rückfluss-Bypass der Durchfluss so weit erhöht wird, dass die Mindestdurchflussmenge in dem zumindest einen Mischer nicht unterschritten wird. Die Heizanlage kann dann bis zu der Durchflussmenge durch die Wärmeverbraucher, bei dem noch kein Pendeln des Vorlaufs auftritt, mit geschlossenem Ventil im Rückfluss-Bypass betrieben werden, so Erst wenn sich die Durchflussmenge der unteren Grenze des optimierten Mischerbetriebsbereichs nähert, wird das Ventil geöffnet, so dass immer eine eingestellte minimale Durchflussmenge vorhanden ist. Damit wird die Leistungsaufnahme der Pumpe für den gesamten Betriebsbereich optimiert. 55 Das Ventil ist dabei vorteilhaft in dem Bereich des Rückfluss-Bypass angeordnet, der nicht als 4 AT 501 299 B1

Abzweigungen zu den Mischeranschlüssen ausgebildet ist, so dass die gesamte Rückflussmenge des Wärmeträgermediums durch das Ventil strömt.

Von Vorteil ergibt sich weiters, wenn vor allen Leitungszusammenführungspunkten im Lei-5 tungsnetz Rückflussverhinderer angeordnet werden um Fehlzirkulationen zu verhindern. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Anlage verbessert, weil so ein Maximum der im Wärmeträgermedium gespeicherten Wärme an die Wärmeverbraucher gelangt. Die Rückflussverhinderer können beispielsweise Rückschlagventile oder Rückschlagklappen sein, die nur eine Flussrichtung zulassen und dabei in Flussrichtung einen geringen Strömungswiderstand aufweisen. 10

Um die Annäherung an die Mindestdurchflussmenge in dem zumindest einen Mischer zu erfassen, empfiehlt es sich, die Durchflussmenge über die Drehzahl der zumindest einen Pumpe zu messen, wenn es sich dabei um eine Kreiselpumpe mit durchflussproportionaler Drehzahl handelt. Das Wärmeträgermedium wird dann bei Annäherung an eine Mindestdrehzahl der 15 Hauptpumpe nur mehr mittels Zusatzpumpe über den kleineren Zusatzmischer geführt oder das Ventil im Rückfluss-Bypass geöffnet. Damit können zusätzliche Elemente zur Durchflussmengenmessung entfallen.

Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen beispielhaft: 20

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Heizanlage mit Mischer nach dem Stand der Technik

Fig. 2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Heizanlage mit einer Pumpe und einem Mischer 25 Fig. 3: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Heizanlage mit zwei Pumpen und zwei Mischern

In dem in Figur 1 dargestellten Heizungsschema wird ausgehend von einer Wärmequelle 1 über einem Vorlauf 2 durch einen Mischer 4 und eine Pumpe 5 das erwärmte Wärmeträgermedium 30 zu Wärmeverbrauchern 8 bewegt. Die Wärmequelle 1 kann dabei ein Wärmeerzeuger (z.B. Ofen, Wärmepumpe, Solarelement, Thermalquelle etc.), ein Speicher oder eine Wärmeübergabeeinrichtung (Wärmetauscher, Vierwegemischventil) sein. Im Mischer 4, der hier als Dreiwegmischventil mit Stellmotor M dargestellt ist, wird dem erwärmten Wärmeträgermedium ein Teil des abgekühlten Wärmeträgermediums aus dem Rücklauf 3 zugemischt. Als Pumpe 5 kommt in 35 der Regel eine Kreiselumwälzpumpe zum Einsatz, deren Fördermenge proportional zur Drehzahl ist.

Durch die Stellung des Stellmotors M des Mischers 4 wird das Mischverhältnis zwischen erwärmtem und abgekühltem Wärmeträgermedium bestimmt, woraus sich die Vorlauftemperatur 40 T ergibt, mit der das Wärmeträgermedium zu den Wärmeverbrauchern 8 gelangt und die mit einem Thermometer 6 erfasst wird. Der Mischer 4 wird dabei so geregelt, dass die Vorlauftemperatur T der Solltemperaturvorgabe nachfolgt.

Die Differenz zwischen dem Druck im Vorlauf 2 und im Rücklauf 4 wird über ein Manometer 7 45 erfasst. Die Pumpe 5 arbeitet dabei mit einer Differenzdruckregelung mit konstanter Differenzdruckvorgabe. Daraus ergibt sich die Abhängigkeit der Durchflussmenge durch die Pumpe 5 von der Anzahl durchströmter Wärmeverbraucher 8, wobei diese meist in parallel geschaltete Zonen aufgeteilt sind. Je weniger Zonenventile geöffnet sind, desto geringer muss dann die Durchflussmenge durch die Pumpe eingestellt werden, damit der Druckabfall in den Wärme-50 Verbrauchern 8 konstant bleibt. Ab einer bauartbedingten Mindestdurchflussmenge des Mischers 4 kann es dann zum unerwünschten Pendeln der Vorlauftemperatur T kommen.

In Figur 2 ist das in Figur 1 dargestellte Schema um die erfindungsgemäße Anordnung eines Rückfluss-Bypasses 10 erweitert, mit dem verhindert wird, dass die Durchflussmenge des 55 Wärmeträgermediums durch den Mischer 4 und die Pumpe 5 unter einen Mindestwert abfällt,

Claims (6)

1. 5 AT 501 299 B1 bei dem es zum Pendeln der Vorlauftemperatur T kommt. Dabei ist es günstig, wenn die Durchflussmenge über die Drehzahl der als Kreiselumwälzpumpe ausgebildeten Pumpe 5 erfasst wird. 5 Der Rückfluss-Bypass 10 zweigt nach dem Thermometer 6 ab und führt zu einem Ventil 11, mit dem die Durchflussmenge durch den Rückfluss-Bypass 10 gesteuert wird. Hinter dem Ventil 11 erfolgt eine Aufzweigung und Weiterführung zu den beiden Verbindungspunkten mit den Zuflussleitungen des Mischers 4. Das Ventil 11 ist beispielsweise ein Magnetventil oder ein Hahn, der über einen Stellmotor M gesteuert wird. 10 In allen Leitungen, die in die Zuflussleitungen des Mischers 4 münden, sind Rückflussverhinderer 12 angeordnet, um Fehlzirkulationen zu verhindern. In Figur 3 ist das Schema einer erfindungsgemäßen Heizanlage mit zwei Mischern 4 und 14 15 und zwei Pumpen 5 und 13 für große Wohnhausanlagen dargestellt. Dabei ist dem Leitungszweig mit der Hauptpumpe 5 und dem Hauptmischer 4 ein Leitungszweig mit einer kleineren Zusatzpumpe 5 und einem Zusatzmischer 4 parallel geschaltet. Die beiden Leitungszweige überbrückend ist wieder ein Rückfluss-Bypass 10 mit einem Ventil 11 angeordnet. Über ein den Pumpen 5 und 13 nachgeschaltetes Thermometer 6 wird die Vorlauftemperatur T erfasst, die 20 als Istgröße für die Temperaturregelung der Mischer 4 und 14 dient. Der dem Druckabfall in den Wärmeverbrauchern 8 entsprechende Differenzdruck Δρ zwischen dem Druck im Vorlauf 2 und dem Druck im Rücklauf 3 wird wieder über ein Manometer 7 erfasst. Der Differenzdruck Δρ ist dabei die Istgröße für die Differenzdruckregelung der Pumpen 5 25 und 13. Beim Vollbetrieb mit maximaler Heizleistung sind dann beide Pumpen 5 und 13 in Betrieb. Mit abnehmender Heizleistung und damit sinkender Durchflussmenge wird die Drehzahl in der Hauptpumpe 5 gesenkt. Das geschieht so lange, bis für den Hauptmischer 4 die Minimaldurchflussmenge erreicht wird. Dann wird das Wärmeträgermedium nur mehr über den kleineren Zusatzmischer 14 geleitet, indem die Hauptpumpe 5 nicht mehr und die Zusatzpumpe 30 13 weiter betrieben wird. Bei weiterer Absenkung der Heizleistung und damit der Durchfluss menge durch die Wärmeverbraucher 8 wird die Drehzahl der Zusatzpumpe 13 weiter reduziert, bis die Mindestdurchflussmenge des Zusatzmischers 14 erreicht wird. Dann wird das Ventil 11 im Rückfluss-Bypass geöffnet und eine zusätzliche Zirkulation durch den Zusatzmischer 14 und die Zusatzpumpe 13 erzeugt. 35 Unmittelbar hinter den Pumpen 5 und 13 sind wieder Rückflussverhinderer 12 angeordnet, um eine Fehlzirkulation zu verhindern. 40 Patentansprüche: 1. Verfahren zum Betreiben einer Heizanlage, bei der ein Wärmeträgermedium mit wenigstens einer Pumpe (4) von einer Wärmequelle (1) über einen Vorlauf (2) zu wenigstens einem Wärmeverbraucher (8) und über einen Rücklauf (3) zurück zur Wärmequelle (1) ge- 45 pumpt wird und bei der mit wenigstens einem Mischer (4) die Vorlauftemperatur (T) durch Beimischung von Wärmeträgermedium aus dem Rücklauf (3) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zuleitung des zumindest einen Mischers ein Teil des Wärmeträgermediums über einen den zumindest einen Mischer (4) und die zumindest eine Pumpe (5) überbrückenden Rückfluss-Bypass (10) zugeführt wird. 50
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den zumindest einen Mischer (4) eine bauartabhängige Mindestdurchflussmenge festgelegt wird und dass bei einer Annäherung an diese mit einem Ventil (11) im Rückfluss-Bypass (10) der Durchfluss so weit erhöht wird, dass die Mindestdurchflussmenge in dem zumindest einen Mischer (4) 55 nicht unterschritten wird. 6 AT 501 299 B1
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anordnung von Rückflussverhinderern (12) vor allen Leitungszusammenführungspunkten Fehlzirkulationen verhindert werden.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherung an die Mindestdurchflussmenge in dem zumindest einen Mischer (4) über die Drehzahl der zumindest einen Pumpe (5) erfasst wird.
5. 5. Anordnung zur Durchführung der Verfahren nach einen der Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Heizanlage zumindest eine Pumpe (5) und zumindest ein Mischer (4) angeordnet sind und dass ein die zumindest eine Pumpe (5) und den zumindest einen Mischer (4) überbrückender Rückfluss-Bypass (10) vorgesehen ist und dass dieser Rückfluss-Bypass mit jeder Zuleitung des zumindest einen Mischers verbunden ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Rückfluss-Bypass (10) ein Ventil (11) zur Festlegung des Durchflusses angeordnet ist. Hiezu 2 Biatt Zeichnungen