CH510237A - Verfahren zum Regeln von Heizungsanlagen und Heizungsanlage zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zum Regeln von Heizungsanlagen und Heizungsanlage zur Ausführung des Verfahrens
Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zum Regeln von mit flüssigem Wärmeträger arbeitenden Heizungsanlagen mit mindestens einer Umwälzpumpe im Wärmeträgerzirkulationssystem sowie einer Vorrichtung zur Beimischung rückströmender, abgekühlter Flüssigkeit in den   Vorlaufstrom    zur Erreichung und Aufrechterhaltung einer   Regelgrösse,    insbesondere der Vorlauf- oder Raumtemperatur, wobei die Verstellung der Rücklaufbeimischungsvorrichtung mit Hilfe einer durch die Umwälzpumpe bedingten, im Zirkulationssystem auftretenden Druckdifferenz erfolgt, welche man im Sinne einer   Regelwirkung    verändert.



   Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung des Verfahrens nach dem Hauptpatent und besteht darin, dass man die Druckdifferenz ganz oder teilweise mittels gesteuerten Bypassens der Umwälzpumpe, mittels gesteuerten   Drosselns    der Versorgerleitung oder mittels gesteuerten Kurzschliessens der zum Stellorgan führenden Druckdifferenzleitungen veränderbar gestaltet.



   Die Erfindung betrifft auch eine Heizungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.



   Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnung sowie des bekannten Standes der Technik und von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltschema einer bekannten selbsttätigen Regelvorrichtung für eine Mischwasserpumpenheizanlage;
Fig. 2 ein Schaltschema einer Heizungsanlage gemäss einer Ausführung im Sinne der Erfindung;
Fig. 3 eine Variante einer Schaltung einer Heizanlage analog derjenigen gemäss Fig. 2;
Fig. 4 eine Charakteristik mit Betriebspunkt der Umwälzpumpe im Schema, gemäss Fig. 1;
Fig. 5 eine Pumpencharakteristik bei festem Totalwiderstand der Anlage und veränderbarer Drehzahl der Umwälzpumpe, und
Fig. 6 eine Pumpencharakteristik für veränderliche Drehzahl der Pumpe und veränderbarem Widerstand der Anlage.



   Soweit es sich bei den Anlagen um gleiche Teile handelt, sind in den Figuren der Zeichnung die gleichen Bezugszeichen verwendet.



   Fig. 1 zeigt das Schema einer bekannten Anlage, mit einem Heizkessel 85, einem oder mehreren Heizkörpern 87 sowie einem Beimischventil 89 und einer Umwälzpumpe 90 mit einem Pumpenmotor 91. Eine Heizkesselvorlaufleitung 93 führt vom Heizkessel 85 zum Beimischventil 89, während eine Versorgerleitung 95, von der Umwälzpumpe 90 herkommend, den bzw.



  die Heizkörper 87 mit Vorlaufheizwasser versorgt. Eine Rücklaufleitung 97 führt das abgekühlte Wasser aus den Heizkörpern 87 entweder dem Heizkessel 85 oder durch eine Bypassleitung 98 dem Beimischventil 89 zu.



   Die Steuerung des Beimischventils 89 erfolgt von einem Raumthermostaten 103 aus, welcher ein Magnetventil 101 in einer Druckleitung 100 derart steuert, dass dieses entweder in seiner   Offnungslage    den vollen Druck von der Druckseite der Pumpe 90 auf das Beimischventil 89 zur Wirkung bringt oder dieses Ventil 89 durch Schliessen des Magnetventils 101 drucklos hält.



  Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass das Beimischventil 89 zwei Lagen einnimmt: In der einen gelangt das heisse Wasser aus dem Heizkessel 85 über die Vorlaufleitung 93 und das Mischventil 89 zur Umwälzpumpe 90 und von dort durch die Versorgerleitung 95 in die Heizkörper 87, von wo es durch die Rücklaufleitung 97 zum Heizkessel 85 zurückkehrt. In der anderen Lage des Beimischventils 89 ist die Heizkesselvorlaufleitung 93 geschlossen und das über die Rücklaufleitung 97 zurückströmende Wasser wird über die Bypassleitung 98 dem Beimischventil 89 zugeführt.  



   Bei dieser bekannten Anordnung erfolgt die Versorgung der Heizkörper 87 entweder mit durch den Heizkessel 85 zirkulierendem Wasser oder aber mit dem Wasser durch die Bypassleitung 98, in welchem Falle der Heizkessel 85 vollständig ausgeschaltet ist. Durch diese Massnahmen werden die Temperatur und der Durchfluss des Wärmemittels im System im wesentlichen konstant gehalten, da die   Widerstandsverhälinisse    im System beim Bypassen und beim Durchlauf durch den Heizkessel ungefähr gleich liegen, d. h. gleich gemacht werden.



   Da es sich somit bei dieser bekannten Anlage um eine Auf-Zu-Regulierung für den Bypass und den normalen Vorlaufdurchfluss handelt und die Widerstände im System entsprechend abgestimmt sind, erscheint in der zugehörigen Pumpencharakteristik gemäss Fig. 4 bei einem festen Widerstand W der Anlage und bei einer nicht veränderbaren Drehzahl n, der Arbeitspunkt P der Pumpe als Invariante, welcher Punkt P sich auch beim Umstellen vom Vorlauf auf den Bypass mithin nicht ändert. Es findet hier keine Regulierung mit Veränderung des Arbeitspunktes statt, und die von der Umwälzpumpe 90 erzeugte Druckdifferenz spielt bezüglich Betrag für die Regulierung dieser Anlage überhaupt keine Rolle. Sie kann im übrigen nicht verändert werden.



   In Fig. 2 ist Schaltschema gemäss der Zentralheizungsanlage nach Fig. 1 des Hauptpatentes im Ausschnitt dargestellt. Hier erfolgt vom Vorlaufwassertemperaturfühler 23 eine Einwirkung auf das Regelgerät 25, das seinerseits bei dieser Variante den Antriebsmotor SM der Umwälzpumpe 7 regelt und dessen Drehzahl verstellt. Dadurch ändert, entsprechend der Pumpencharakteristik (Fig. 5), die Druckdifferenz   Ap,    die in den Leitungen 24 und 26 herrscht und durch welche das Stellorgan 16 entsprechend verstellt wird. Dieses regelt die Anteile des aus der Heizkesselvorlaufleitung 3 kommenden Heisswasseranteils und des aus der Rücklaufleitung 13 über die Bypassleitung 15 zufliessenden kälteren Rücklaufwassers. Der Regelvorgang ist anhand der Pumpencharakteristik gemäss Fig. 5 einfach zu übersehen. Der Systemwiderstand Wo ist konstant.



  Durch Anderung der Normaldrehzahl   nO    auf   nl    bzw.



     n    ändert sich der Arbeitspunkt 0 auf Oi bzw. 02, da im Sinne der Widerstandsparabel Wo des ganzen Heizungssystems bei grösserer Durchflussmenge   Ql    ein entsprechend grösserer Druckabfall   LXPr    herrscht. Die analogen Überlegungen gelten für den Betriebspunkt O2.



   Der Sinn dieser Regelung liegt darin, durch Anderung des Wertes von Ap die Regelgrösse des Mischventiles 16 und damit das Verhältnis der Mengen von Heisswasser zu rückgeführtem Wasser zu ändern. Da bei entsteht eine der Pumpencharakteristik entsprechende Anderung der Gesamtdurchflussmenge Q, wie aus
Fig. 5 ersichtlich ist. Diese Mengenänderung wirkt sich in dem Sinne positiv aus, als sie den eingeleiteten Regelvorgang unterstützt.

  Soll beispielsweise bei sinken der Temperatur die Vorlaufwassermenge unter entspre chender Drosselung der beigemischten Rücklaufwassermenge erhöht werden und wird in diesem Sinne die Drehzahl   nO    auf   nl    erhöht, so geht neben der Anderung des Mischverhältnisses im Sinne steigender Temperatur des   Vcrlaufwassers    gleichzeitig eine   Anderung    der ge samten Durchflussmenge Q einher, indem diese vom
Wert Qo auf den Wert   Qt    steigt. Ein analoges Verhalten tritt ein, wenn die Temperatur im Heizungssystem abgesenkt werden soll. Der Vorgang wird hier regeltechnisch begünstigt, indem nicht nur die Mischtemperatur absinkt, sondern gleichzeitig die Durchsatzmenge von Qo auf Q2 abnimmt.



   Es ist aber grundsätzlich auch mögiich, mittels einer die Pumpe 7 überbrückenden Bypassleitung 110 und eines Regelventils 111, welches vom Regler 25 betätigt wird, im Sinne der strichpunktierten Linien der Fig. 2, bei konstanter Drehzahl (no = konstant) eine Regelung herbeizuführen. Dabei nimmt im Sinne der Parallelschaltung der Gesamtwiderstand W ab und entsprechend steigt längs der Kurve für no die Gesamtdurchsatzmenge Q während   fflp    abnimmt. Durch das Heizsystem strömt trotz der erhöhten Gesamtfördermenge der Pumpe eine geringere Wassermenge, da ja fortwährend ein Teil nach der Pumpe entnommen und über die Bypassleitung 110 wieder der Pumpensaugseite zugeführt wird, womit, was die Heizseite betrifft, mit dieser Regelung das gleiche erreicht werden kann, wie mit einer Drehzahlregelung nach kleineren Drehzahlen   n.   



  Die Bypassregelung ist aber mit einem schlechteren Wirkungsgrad erkauft, da die Gesamtumwälzmenge vergrössert und mithin die Leistungsaufnahme der Pumpe ansteigt, trotz der geringen, durch das Heizsystem geförderten Wassermenge.



   In Fig. 3 ist eine Schaltung gemäss der Erfindung dargestellt, in welcher die Drehzahl der Umwälzpumpe 7 konstant ist. In der Versorgerleitung 9 ist eine Drossel 114 in Form einer   Klappe    oder eines Regulierventils eingebaut, dessen Lage vom   Vorlaufwassertemperatur-    fühler 23 über das Regelgerät 25 beeinflusst wird.



  Durch den Einbau einer derartigen Drossel 114 wird der Gesamtwiderstand W der Heizungsanlage veränderbar gestaltet, was sich in der Lage der Widerstandsparabeln, z. B. gemäss Fig. 6, äussert, wo die Parabel Wo einen Mittelwert,   Wi    den Gesamtwiderstand bei offener Drossel 114 und   W    den Gesamtwiderstand der Anlage bei starker Drosselung darstellt. Durch entsprechende Regelung der Drossel 114 wird der von der Pumpe 7 erzeugte, zum Regeln des Mischventils 16 verwendete Differenzdruck Ap geändert.

  Dabei kann die ganze Schaltung derart vorgesehen werden, dass die sich dadurch ändernde Gesamtdurchflussmenge im Sinne der angestrebten Veränderung ändert, d. h. so, dass bei erhöhter Wärmezufuhr zum Verbraucher die Gesamtdurchflussmenge durch   Offenen    der Drossel 114 steigt, wobei das Mischventil 16 die Heizkesselvorlaufleitung 3 öffnend und die Rücklaufwasserleitung 15 schliessend beeinflusst.

 

   Daraus geht hervor, dass die Anpassung einer Heizungsanlage an das   Gesamtdurchlaufsystem    mit einer Drehzahlregelung der Pumpe oder aber mit Hilfe einer Drosselungsvorrichtung im Sinne der Fig. 2 und 3 durchgeführt wird. Der Erfindungsgedanke kann auch in dem Sinne verwirklicht werden, dass die auf die Rücklaufbeimischungsvorrichtung wirkende Druckdifferenz, erzeugt durch die Umwälzpumpe, mittels eines Drosselventils 118 in einer Verbindungsleitung 119 zwischen den Druckentnahmeleitungen 24 und 26, z. B.



  stetig steuerbar, gesteuert wird, damit wird im Sinne des Hauptpatentes ein Teil der Druckdifferenz. der mit gleichbleibender Drehzahl drehenden Umwälzpumpe zur Regelung verwendet. Die Dimensionierung der Leitungen 24, 26 und 119 ist dabei wichtig. Zwischen dem Ventil 118 und der Leitung 9 ist eine Drossel 120 ein  gebaut und die Leitung 119 gegenüber den Leitungen 24 und 26 mit grossem Durchflussquerschnitt versehen. Bei geschlossenem Ventil 118 herrscht der volle Differenzdruck am Stellorgan 16 (ohne dass in diesen beiden Leitungen 24 und 26 eine Strömung herrscht).

 

  Durch Oeffnen des Ventils 118 werden die beiden Leitungen 24 und 26 in dem Sinne über die Leitung 119 kurzgeschlossen, dass sich am Druckdifferenzempfänger, z. B. der Membrane 27 (siehe Fig. 1 im Hauptpatent) nur noch eine geringe, im Extremfall keine Druckdifferenz mehr aufbauen kann, in jedem Falle aber eine wesentlich geringere, als sie die Pumpe 7 ergibt. Die durch die Leitung 119 durchströmende Wassermenge ist selbst bei voll offenem Ventil 118 derart gering, dass die Fördermenge und die Druckdifferenz an der Pumpe 7 praktisch nicht verändert werden. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   I. Verfahren nach dem Patentanspruch I des Hauptpatentes, dadurch gekennzeichnet, dass man die Druckdifferenz ganz oder teilweise mittels gesteuerten Bypassens der Umwälzpumpe (7), mittels gesteuerten Drosseln einer Versorgerleitung (9) oder mittels gesteuerten Kurzschliessens von zum Stellorgan (16) führenden Druckdifferenzleitungen (24, 26) veränderbar gestaltet.

   II. Vorrichtung nach dem Patentanspruch II des Hauptpatentes zur Ausführung des Verfahrens nach dem Patentanspruch I hiervor, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelgerät (25) ein Durchflussregelorgan (111) einer die Umwälzpumpe (7) überbrückenden Bypassleitung (110) oder ein Drosselorgan (114) in der Versorgerleitung (9) oder den Durchfluss einer die Druckdifferenzleitungen (24, 26) kurzschliessenden steuerbaren Verbindungsleitung (119) steuert.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung einer Kurzschlussleitung (119) mittels eines stetig steuerbaren Magnetven- tils (118) erfolgt.

   2. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (119) ein Magnetventil (118) vorgesehen ist, vor welchem in Strömungsrichtung eine z. B. im Querschnitt veränderbare Drosselstelle (120) angeordnet ist.