DE10158462A1

DE10158462A1 - Einrichtung und ein Verfahren zum Regeln der Vorlauftemperatur in einem Heizkreislauf

Info

Publication number: DE10158462A1
Application number: DE10158462A
Authority: DE
Inventors: Mario Adam
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EOn Ruhrgas AG
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2003-01-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln der Vorlauftemperatur in einem Heizkreislauf (8), mit einer Vorlauf- und einer Rücklaufleitung (9, 10), die an einen Wärmeerzeuger (1) angeschlossen sind und mit mindestens einer Regeleinheit (4), die mindestens ein Stellsignal für ein Stellgerät (5) erzeugt. Erfindungsgemäß ist das Stellgerät ein Ventil (13), das sich in einer Bypassleitung (12) befindet, die an die Vorlauf- und die Rücklaufleitung (9, 10) angeschlossen ist, wobei das Ventil einen Thermostellantrieb (14) aufweist. DOLLAR A Vorzugsweise wird das Ventil (13) zeitlich getaktet. Alternativ kann das Ventil (13) ein Ventilstellglied aufweisen, dessen Hub variabel ist. DOLLAR A Vorteilhafterweise ist ein selbsttätiges Thermostatventil (16), das die Vorlauftemperatur auf einen Maximalwert begrenzt, in einer zweiten Bypassleitung (15) angeordnet, die parallel zur ersten Bypassleitung (12) an die Vorlauf- und die Rücklaufleitung (9, 10) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Regeln der Vorlauftemperatur in einem Heizkreislauf mit einer Vorlauf- und einer Rücklaufleitung, die an einen Wärmeerzeuger angeschlossen sind und mit mindestens einer Regeleinheit, die mindestens ein Stellsignal für ein Stellgerät erzeugt.

Der Heizkreislauf kann Heizkörper, Radiatoren oder ähnliches oder eine Fußbodenheizung versorgen.

Der Wärmeerzeuger kann beispielsweise ein Heizkessel mit einem brennstoffbetriebenen Wärmeerzeuger, ein Warmwasserspeicher, der unter anderem mittels Solarkollektoren beheizt wird oder ein weiterer höher temperierter Heizkreislauf sein.

Bei Heizkesseln oder Warmwasserspeichern, die mit einem Brenner beheizt werden, wird in der Regel die Vorlauftemperatur mittels einer Regeleinheit geregelt, die in Abhängigkeit vom Wärmebedarf ein Stellsignal zur Verstellung der Brennerleistung liefert.

Bei Heizkreisläufen, die mit Niedertemperatur betrieben werden, insbesondere weil sie an Brennwertgeräte angeschlossen sind, wird die Vorlauftemperatur meistens durch Ein- und Ausschalten des Brenners auf eine konstante Temperatur geregelt, in der Regel in Verbindung mit einem Zwei-Punkt-Raumthermostat. Alternativ kann die Vorlauftemperatur auch in Verbindung mit einem stetig arbeitenden Raumthermostat oder einer witterungsgeführten Regelung auf gleitende Temperaturen gemäß einer Heizkurve geregelt werden. Es ist auch möglich, die Leistung des Brenners modulierend zu vergrößern oder zu verringern.

Diese relativ einfachen Regelungen sind allerdings nicht ausreichend bei Heizkreisläufen, die an Wärmeerzeuger mit einem konstant hohen Austrittstemperaturniveau oder an Warmwasserspeichern, die unter anderem mittels einer Solarkollektor-Anlage beheizt werden, angeschlossen sind. Bei Solarbeheizung kann die Wassertemperatur im Speicher und somit die Vorlauftemperatur unabhängig von der Regelung des Brenners bis 90°C erreichen, so dass die zulässige Vorlauftemperatur in Fußbodenheizungen und die optimale Temperatur bei Heizkörpern weit überschritten werden.

Bei alten Heizgeräten mit konstanter Vorlauftemperatur sowie bei Heizkreisläufen mit einer Kombination aus Heizkörpern und Fußbodenheizung ist die Regelung der Vorlauftemperatur mittels Mischern bekannt. Die Vorlauftemperatur wird witterungsgeführt gemäß einer Heizkurve durch stetig veränderbare Zumischung von Wasser aus der Rücklaufleitung mittels eines Mischers geregelt. Mischer sind Armaturen, die als Drehschieber, Hahn oder Klappe ausgebildet sind. Das mischende Organ macht eine Drehbewegung und wird mit Hilfe eines Stellmotors bewegt.

Diese Regelung hat den Nachteil, dass der Mischer, der zugehörige Stellmotor und die Regelung aufwendig sind und hohe Kosten verursachen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zum Regeln der Vorlauftemperatur in Heizkreisläufen zu schaffen, bei denen die Vorlauftemperatur einen Grenzwert überschreiten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 aufgeführten kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß ist das Stellgerät ein Ventil, das sich in einer Bypassleitung befindet, die an die Vorlauf- und die Rücklaufleitung angeschlossen ist, wobei das Ventil einen Thermostellantrieb aufweist.

Ventile mit Thermostellantrieb sind relativ einfache Bauteile und sind wesentlich kostengünstiger als die bekannten Mischer. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Einrichtung mit dem Wärmeerzeuger eine kompakte Baueinheit bilden kann.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist besonders geeignet für Heizkreisläufe mit einem Warmwasserspeicher, der an eine Solarkollektor-Anlage angeschlossen ist.

Das Regelverhalten der Einrichtung kann weiter verbessert werden, wenn das Ventil zeitlich getaktet wird und/oder wenn das Ventil ein Ventilstellglied aufweist, dessen Hub variabel ist. Die Vorlauftemperaturanpassung kann auf diese Art und Weise weiter verstetigt werden.

Bei einer bevorzugten Einrichtung wird die Vorlauftemperatur mittels eines selbsttätigen Thermostatventils auf einen Maximalwert begrenzt, wobei sich das Ventil in einer zweiten Bypassleitung befindet, die sich parallel zur ersten Bypassleitung zwischen der Vorlauf- und der Rücklaufleitung erstreckt.

Die Erfindung befasst sich ferner mit einem Verfahren zum Regeln der Vorlauftemperatur in mindestens einem Heizkreislauf, mit einer Vorlaufleitung und einer Rücklaufleitung, die an einen Wärmeerzeuger angeschlossen sind, der wenigstens zeitweise von einem Brenner beheizt wird und mit mindestens einer Regeleinheit, die mindestens ein Stellsignal zur Verstellung der Leistung des Brenners erzeugt, wenn der Istwert der Vorlauftemperatur unterhalb des Sollwertes liegt. Mittels des Stellsignals wird ein Ventil mit einem Thermostellantrieb verstellt, wenn der Istwert der Vorlauftemperatur oberhalb eines Sollwertes liegt, wobei sich das Ventil in einer Bypassleitung befindet, die an die Vorlauf- und die Rücklaufleitung angeschlossen ist.

Durch die Kombination einer kostengünstigen Brennerregelung und der relativ einfachen Ventilregelung kann die Vorlauftemperatur quasi gleitend geregelt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem Wärmeerzeuger in Form eines Warmwasserspeichers;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem Wärmeerzeuger in Form eines Heizkessels;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung einem Wärmeerzeuger in Form eines Heizkessels und mit zwei Heizkreisläufen.
Der in Fig. 1 dargestellte Wärmeerzeuger 1 in Form eines Warmwasserspeichers weist einen gasbetriebenen Brenner 2 auf, dessen Brennkammer 3 sich im Inneren des Warmwasserspeichers 1 befindet. Eine Regeleinheit 4 ist mittels einer Steuerleitung 21a mit einem ersten Temperaturfühler 17 verbunden. Die Regeleinheit 4 regelt in Abhängigkeit von der Isttemperatur, die an dem ersten Temperaturfühler 17 im oberen Bereich des Warmwasserspeichers gemessen wird, die Leistung des Brenners, indem ein Stellsignal zur Verstellung eines Ventils 5 in einer Brennstoffleitung 6 erzeugt wird, wenn die Isttemperatur unterhalb der Solltemperatur liegt.
Ein Wärmetauscher 7 ist an eine nicht dargestellte Solar-Kollektoranlage angeschlossen. Ein Heizkreislauf 8, der eine Heizkörperanordnung 8a oder eine Fußbodenheizung mit Wärme versorgt, weist eine Vorlauf- und eine Rücklaufleitung 9, 10 auf. Während die Vorlaufleitung 9 im oberen Bereich des Warmwasserspeichers 1 angeschlossen ist, ist die Rücklaufleitung 10 in dessen unteren Bereich angeschlossen.
In der Vorlaufleitung 9 befindet sich wie üblich eine Umwälzpumpe 11, die mittels einer Steuerleitung 21b mit der Regeleinheit verbunden ist. Die Umwälzpumpe 11 kann getaktet werden, um eine möglichst stetige Vorlauftemperaturanpassung zu erreichen.
Eine Bypassleitung 12 ist an die Vorlauf- und die Rücklaufleitung 9, 10 angeschlossen. In der Bypassleitung 12 befindet sich ein Ventil 13 mit einem Thermostellantrieb 14.
Das Ventil 13 weist in an sich bekannter Art und Weise ein nicht dargestelltes Gehäuse mit einer Öffnung auf, die von einem Ventilstellglied, dessen Hub variabel ist, beherrscht wird. Ein zweiter Temperaturfühler 18, der über eine Steuerleitung 21c mit der Regeleinheit und dem Thermostellantrieb verbunden ist, misst den Istwert der Vorlauftemperatur, der über die Steuerleitung 21c zur Regeleinheit 4 gelangt. Wenn der Istwert der Vorlauftemperatur oberhalb des Sollwertes liegt, insbesondere weil der Warmwasserspeicher solar erwärmtes Wasser mit zu hoher Temperatur speichert, regelt das Ventil 13 die Vorlauftemperatur. Der Thermostellantrieb 14 erhält von der Regeleinheit 4 Stellsignale über eine elektrische Steuerleitung 21c in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Soll- und Isttemperatur. Zu Anpassung der Vorlauftemperatur an den Sollwert strömt Wasser durch die Öffnung im Ventilgehäuse aus der Rücklaufleitung 10 in die Vorlaufleitung 9. Auf diese Weise wird die Vorlauftemperatur auf einfache Art und Weise relativ genau geregelt. Durch die Kombination von Brennerregelung und Ventilregelung kann die Vorlauftemperatur quasi gleitend geregelt werden. Das Ventil 13 kann einen variablen Hub besitzen oder zeitlich getaktet werden, um eine möglichst stetige Anpassung der Isttemperatur an die Solltemperatur zu erreichen.
In einer zweiten Bypassleitung 15, die parallel zur ersten Bypassleitung 12 verläuft, befindet sich ein Thermostatventil 16, das einen nicht dargestellten Sollwerteinsteller und einen dritten Temperaturfühler 19 aufweist. Das Thermostatventil 16 begrenzt selbsttätig die Temperatur des Wassers in der Vorlaufleitung 9 auf eine maximale Temperatur, z. B. 45°, 60° oder 75°C, indem es Wasser aus der Rücklaufleitung 10 in die Vorlaufleitung 9 strömen lässt.
Insbesondere bei Fußbodenheizungen ist es üblich, zusätzlich zur Vorlauftemperaturregelung einen Sicherheitstemperaturbegrenzer 20, der über eine Steuerleitung 21d mit der Regeleinheit verbunden ist, vorzusehen, der bei Erreichen einer voreingestellten Temperatur die Umwälzpumpe 11 abschaltet, um eine thermische Beschädigung der Fußbodenheizungsrohre in jedem Falle zu vermeiden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem Wärmeerzeuger 1 in Form eines Heizkessels, an dem der Heizkreislauf 8 in üblicher Weise angeschlossen ist. Der Heizkessel erzeugt Heizungswasser mit einer konstanten Temperatur von z. B. 60°C. Ein erster Temperaturfühler 17 ist in der Vorlaufleitung 9 angeordnet. Ansonsten entspricht die Einrichtung der Ausführungsform nach Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung mit zwei Heizkreisläufen. An den ersten Heizkreislauf 22 sind nicht dargestellte Heizkörper 22a angeschlossen. Wie üblich befindet sich im ersten Heizkreislauf 22 eine Umwälzpumpe 23. Die Temperatur im ersten Heizkreislauf wird auf konstante Temperatur von z. B. 60°C geregelt. Von diesem Heizkreislauf zweigt ein zweiter, niedriger temperierter Heizkreislauf 8 für eine Fußbodenheizung 8a ab. Ansonsten entspricht die Einrichtung der Ausführungsform nach Fig. 2.
Im Rahmender Erfindung sind ohne weiteres Abwandlungsmöglichkeiten gegeben: So können statt einer zentralen Regeleinheit auch mehrere dezentrale Regeleinheiten eingesetzt werden. Die Leistung des Brenners kann auf beliebige Weise geregelt werden, beispielsweise durch taktenden Betrieb. Schließlich kann das Ventils 13 und der Temperaturfühler 18 eine Baueinheit bilden. Gleiches gilt für das Thermostatventil 16 und den Temperaturfühler 19. Bei einer Ausführungsform mit zwei Heizkreisläufen kann jeder Heizkreislauf eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Regeln der Vorlauftemperatur aufweisen.

Claims

1. Einrichtung zum Regeln der Vorlauftemperatur in mindestens einem Heizkreislauf (8), mit einer Vorlauf- und einer Rücklaufleitung (9, 10), die an einen Wärmeerzeuger (1) angeschlossen sind und mit mindestens einer Regeleinheit (4), die mindestens ein Stellsignal für ein Stellgerät (5) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellgerät ein Ventil (13) ist, das sich in einer Bypassleitung (12) befindet, die an die Vorlauf- und die Rücklaufleitung (9, 10) angeschlossen ist, wobei das Ventil einen Thermostellantrieb (14) aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (13) zeitlich getaktet wird und/oder dass das Ventil (13) ein Ventilstellglied aufweist, dessen Hub variabel ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein selbsttätiges Thermostatventil (16), das die Vorlauftemperatur auf einen Maximalwert begrenzt, in einer zweiten Bypassleitung (15) angeordnet ist, die parallel zur ersten Bypassleitung (12) an die Vorlauf- und die Rücklaufleitung (9, 10) angeschlossen ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeerzeuger (1) von einem Brenner (2) beheizt wird, wobei die Regeleinheit (4) ein Stellsignal zur Verstellung der Leistung des Brenners (2) erzeugt.

5. Verfahren zum Regeln der Vorlauftemperatur in einem Heizkreislauf, mit einer Vorlaufleitung und einer Rücklaufleitung, die an einen Wärmeerzeuger angeschlossen sind, der wenigstens zeitweise von einem Brenner beheizt wird und mit mindestens einer Regeleinheit, die ein Stellsignal zur Verstellung der Leistung des Brenners erzeugt, wenn der Istwert der Vorlauftemperatur unterhalb des Sollwertes liegt, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Steilsignals ein Ventil mit einem Thermostellantrieb verstellt wird, wenn der Istwert der Vorlauftemperatur oberhalb eines Sollwertes liegt, wobei sich das Ventil in einer Bypassleitung befindet, die an die Vorlauf- und die Rücklaufleitung angeschlossen ist.