DE102006017286B4

DE102006017286B4 - Schaltung zur Reduzierung der Rücklauftemperatur bei zwei Heizkreisen mit unterschiedlichen Temperaturniveaus

Info

Publication number: DE102006017286B4
Application number: DE102006017286A
Authority: DE
Inventors: Franz Schneider
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2026-04-13
Also published as: DE102006017286A1

Abstract

Verfahren zur Reduzierung der Rücklauftemperatur durch Hintereinanderschaltung von zwei Heizkreisen mit unterschiedlichen Temperaturniveaus,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hauptvorlauf vom Wärmeerzeuger (11) über eine gemeinsame Pumpe (14) und über einen Mischer (15) mit wahlweise
der Schaltstellung, Durchlass zwischen Eingang (0) und Ausgang (3), zunächst zum Heizkreis mit dem höherem Temperaturniveau (12), dann ohne Beimischung zum Heizkreis mit dem niedrigerem Temperaturniveau (13) und dann als Hauptrücklauf zum Wärmeerzeuger (11) geführt wird, oder
mit der Schaltstellung, Durchlass von Eingang (0) und regelbar zwischen den Ausgängen (1) und (3), ein Teil des Hauptvorlaufes zum Heizkreis mit dem höherem Temperaturniveau (12), dann unter Beimischung vom Hauptvorlauf zum Heizkreis mit dem niedrigerem Temperaturniveau (13) und dann als Hauptrücklauf zum Wärmeerzeuger (11) geführt wird, oder
mit der Schaltstellung, Durchlass zwischen Eingang (0) und Ausgang (1), nur zum Heizkreis mit dem niedrigerem Temperaturniveau (13) und dann als Hauptrücklauf zum Wärmeerzeuger (11) geführt wird,...

Description

Es ist bekannt, dass unterschiedliche Heizkreise jeweils in Parallelschaltung mit einer separaten Pumpe versorgt werden. Der Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau wird dabei mit einem Mischer geregelt. Als weitere bekannte Variante wählt man eine zeitlich gestaffelte Versorgung der beiden Heizkreise (z. B.: Warmwasser-Vorrangschaltung).
Beide Varianten haben als Nachteil, dass die Rücklauftemperaturen des Heizkreises mit dem höheren Temperaturniveau die Gesamtrücklauftemperatur ansteigen lassen, was z. B. eine Verminderung der Brennwertnutzung zur Folge hat.
Aus DE 199 12 569 A1 und DE 196 28 708 B4 ist bekannt, dass zwei Heizkreise über nur eine gemeinsame Pumpe versorgt werden. In diesen Schaltungen werden die Heizkreise jedoch zeitlich gestaffelt versorgt, die Gesamtrücklauftemperatur ist dabei immer das Ergebnis des jeweils aktiven Heizkreises. Eine zweistufige Abkühlung der Rücklauftemperatur erfolgt bei diesen Schaltungen nicht. Ferner ist in beiden Schaltungen eine Warmwasser-Vorrangschaltung mit Komforteinschränkung realisiert.
Aus DE 197 13 944 A1 ist eine zweistufige Abkühlung bekannt. Diese Schaltung ist konzipiert für die Verbesserung von Nachteilen bei Nachheizung eines Pufferspeichers mit integrierter Brauchwasserbereitung zur Absenkung der Rücklauftemperatur bei einem Wärmeerzeuger in Brennwerttechnik. Der Pufferspeicher wird dabei über eine Pumpe und einem optionalen Mischer vom Wärmeerzeuger versorgt. Dieser erste optionale Mischer in der Vorlaufleitung wählt die vertikale Position des Eingangs im temperaturgeschichteten Pufferspeicher.
Der Heizkreis Gebäude wird über eine zweite Pumpe durch die gespeicherte Energie im Puffer versorgt. Der Anschluss am Pufferspeicher erfolgt konventionell über einen Mischer und dieser zweiten Pumpe.
Ein dritter optionaler Mischer in der Hauptrücklaufleitung wählt eine eventuelle Abkühlstrecke im unteren Bereich des Pufferspeichers oder eine direkte Rückspeisung zum Wärmeerzeuger.
Nachteilig bei dieser Schaltung ist, dass ein Pufferspeicher benötigt wird. Es entstehen Bereitstellungsverluste durch Wärmeabstrahlung. Ferner benötigt dieser Speicher ein Volumen, welches oftmals in dem Aufstellungsraum nicht zur Verfügung steht. Minimiert man die Größe des Pufferspeichers dagegen auf das Volumen eines üblichen Brauchwasserspeichers, dann würde der nachgeschaltete Heizkreis Gebäude maximal mit der Rücklauftemperatur dieses Speichers versorgt werden, ein Betriebspunkt oberhalb wäre nicht zu bedienen, eine Beimischung für den Heizkreis Gebäude vom wärmeren Hauptvorlauf sieht diese Schaltung erfindungsgemäß nicht vor. Die verfügbare Temperatur für den Heizkreis Gebäude wäre für diesen Betriebspunkt zu niedrig und für diese Anwendung als Ganzes nicht brauchbar. Bei diesem Betriebspunkt müsste man die Vorlauftemperatur am Wärmeerzeuger erhöhen, was für die Zielrichtung einer optimalen Energieausnützung aber kontraproduktiv wäre.
Aus DE 198 21 256 C1 ist eine weitere Schaltung mit einer zweistufigen Abkühlung bekannt. Diese Schaltung basiert auf der konventionellen Parallelschaltung von zwei Heizkreisen mit zwei Pumpen, wobei der Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau mit einem Mischer geregelt ist.
Es wird ein weiterer 3-Wege-Mischer hinzugefügt. Dieser Mischer hat als ersten Eingang den Hauptvorlauf des Wärmeerzeugers, als zweiten Eingang den Rücklauf des ungeregelten Heizkreises mit dem höheren Temperaturniveau und als Ausgang die Vorlaufleitung des geregelten Heizkreises. Je nach Betriebsfall kann damit dem geregelten Heizkreis wahlweise Heizwasser mit der Rücklauftemperatur des ungeregelten Heizkreises oder Heizwasser mit der höheren Hauptvorlauftemperatur zugeführt werden. Liegt die Solltemperatur des geregelten Heizkreises oberhalb der Rücklauftemperatur des ungeregelten Heizkreises, kann der zusätzliche Mischer den geregelten Heizkreis bis zur gewünschten Vorlauftemperatur gleitend versorgen.
In zugehörenden Patentanspruch 6 werden die beiden 3-Wege-Mischventile alternativ zu einem für diese Schaltung konzeptioniertes 4-Wege-Mischventil zusammengefasst, wobei dieses neue Ventil die Funktionen der beiden 3-Wege-Mischventile übernimmt. Dem 4-Wege-Mischventil sind dabei zwei Rückschlagventile zugeordnet, um parasitäre Kreisströme auszuschließen.
Zur Zielerreichung der gesicherten zweistufigen Wärmeausnutzung ist ferner ein Drosselventil erforderlich, um ungewollte Strömungen zwischen den beiden Anschlusspunkten im Hauptrücklauf zu verhindern, der Hinweis dazu ist in dem zugehörigen Patentanspruch 8 gegeben.
Für die Funktion des Regelbetriebes sind die eben benannten Rückschlagventile und das Drosselventil zwar optional. Zur Zielerreichung einer minimierten Rücklauftemperatur sind diese Bauteile unverzichtbar.
Diese Schaltung hat zur unten näher beschriebenen Lösung den Nachteil, dass ein Drosselventil und mindestens ein weiteres 3-Wege-Mischventil, beziehungsweise ein spezielles 4-Wege-Mischventil mit den beiden Rückschlagventilen benötigt wird.
Zusätzlich wird für jeden Heizkreis eine separate Pumpe benötigt, die unten vorgeschlagene Lösung benötigt dagegen nur eine Pumpe.
Aus DE 102 45 572 A1 , einer Weiterentwicklung auf Basis der vorgenannten DE 198 21 256 C1 , sind Schaltungen bekannt, die mit möglichst wenigen Bauteilen auskommen und dennoch beide Heizkreise unabhängig voneinander steuern, vgl. Abs. 0004 der zugehörenden Beschreibung.
Bei der letzten Schaltung werden die beiden Heizkreispumpen gegen eine einzige Pumpe ersetzt. Um die unabhängige Steuerung der Heizkreise weiterhin bei allen Betriebsbedingungen zu ermöglichen, wird dem ersten Heizkreis ein Überströmventilparallel hinzugefügt. Dem zweiten Heizkreis wird gleichzeitig parallel ein Druckbegrenzugsventil eingefügt, anstelle des oben erwähnten Drosselventils, welches für die Funktion optional, aber zur Zielführung einer minimierten Rücklauftemperatur unverzichtbar ist.
Gegenüber der unten beschriebenen Lösung sind die Schaltungen nach DE 198 21 256 C1 und DE 102 45 572 A1 grundsätzlich anders konzeptioniert und aufgebaut.
Außerdem benötigen auch die weiterentwickelten Schaltungen nach DE 102 45 572 A1 einen signifikanten Mehraufwand an Bauteilen.
Dies hat zur Folge, dass die Regelungstechnik komplizierter und aufwendiger aufgebaut ist.
Dies wirkt sich auch nachteilig aus, durch einen Mehraufwand bei der Installation, bei der Wartung und bei Reparaturen.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Rücklauftemperatur des Heizkreises mit dem höheren Temperaturniveau (12) dadurch zu senken, dass die Heizkreise hintereinander geschaltet werden. Der Wärmeerzeuger (11) versorgt zunächst den Vorlauf des Heizkreises mit dem höheren Temperaturniveau (12), der Rücklauf dieses Heizkreises (12) versorgt mit Temperaturbeimischung den Vorlauf des zweiten Heizkreises (13). Die Gesamtrücklauftemperatur wird gegenüber den üblichen Schaltungen gemindert.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass Wirkungsgraderhöhungen u. a. bei Brennwerttechnik, bei Solaranlagen oder Laufzeiterhöhungen bei BHKW's durch die Reduzierung der Rücklauftemperatur erreicht werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass statt zwei Pumpen nur noch eine Pumpe erforderlich wird, der Investitionsbedarf wird verringert. Bei Brennwertgeräten kann die Schaltung im Gehäuse integriert werden, der Montageaufwand am Einsatzort ist gering.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 ermöglicht es, dass der Heizkreis mit dem höherem Temperaturniveau (12) bei Abschaltung des Heizkreises mit dem niedrigerem Temperaturniveau (13) unabhängig betrieben wird (z. B.: Warmwasserbereitung im Sommerbetrieb). Zudem wird bis zum Erreichen einer definierten Grenz-Rücklauftemperatur (T5) am Heizkreis mit dem höherem Temperaturniveau (12) das Ventil (17a) geöffnet (z. B.: Anfahrschaltung der Warmwasserbereitung).
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
1 Patentanspruch 1 (z. B.: Heizkreis (13) = Radiatoren, Heizkreis (12) = Warmwasserbereitung)

a) Heizkreis (13) eingeschaltet, Heizkreis (12) ohne Anforderung Der Heizkreis (13) wird nach Kennlinie (z. B.: abhängig von Aussentemperatur und Zeit) gesteuert. Der Mischer (15) öffnet vollständig in Richtung (1) und schließt vollständig in Richtung (3), die erforderliche Temperatur (T1) am Vorlauf des Heizkreis (13) wird modulierend am Wärmeerzeuger bereitgestellt.
b) Heizkreis (13) und Heizkreis (12) eingeschaltet Die Warmwassertemperatur (T3) hat den unteren Einschaltpunkt erreicht. Der Wärmeerzeuger mouliert auf den Soll-Temperaturwert (T2). Der Mischer öffnet gleitend in Richtung (3) und schließt gleitend in Richtung (1), solange bis die Temperatur T1 (IST) der Temperatur T1 (SOLL) entspricht. Sobald die Warmwassertemperatur (T3) die obere Grenztemperatur erreicht hat, wird Heizkreis (12) wieder abgeschaltet, die Regelung startet wieder gemäß Buchstabe a).
c) Sonderfall: keine Abnahme am Heizkreis (13) Wird am Heizkreis (13) keine Wärme abgenommen, öffnet das diesem Heizkreis zugeordnete Überströmventil (16).

2 Patentanspruch 2 (zusätzliches, temperaturgesteuertes Zweiwegeventil (17a) und Rückschlagklappe (18))
Zur Nutzung niedriger Rücklauftemperaturen am Heizkreis (12) (z. B. Anfahrschaltung Warmwasserbereiter) und zur weitgehenden Vermeidung des Sonderfalls nach 1, Buchstabe c) wird am Rücklauf des Heizkreis (12) ein automatisches Ventil (17a) eingebaut. Es öffnet sich, wenn der Heizkreis (13) keine Wärmeanforderung hat (z. B.: Sommerbetrieb) oder der Temperaturwert (T5) unterhalb einer definierten Grenztemperatur liegt.
Zur Vermeidung eines Kurzschlusses, welcher sich bei Öffnen des Ventils (17a) und gleichzeitiger Wärmeanforderung des Heizkreis (13) zwischen Vorlauf Heizkreis (13) und Rücklauf Heizkreis (12) ergeben würde, wird eine Rückschlagklappe eingebaut.
3 Patentanspruch 3 (manuelles Ventil (17/b))
Als vereinfachte Variante zu Patentanspruch 2 wird anstelle des temperaturgesteuerten Ventils (17/a) ein manuelles Ventil (17/b) eingesetzt. Das Ventil (17/b) wird manuell geöffnet bei gleichzeitiger Arretierung des Mischers (15) in vollständiger Öffnungsrichtung (3) zu Heizkreis (12) (z. B.: Warmwasserbereitung im Sommerbetrieb).
Der Sensor für die Erfassung des Temperaturwertes (T5) ist nicht mehr notwendig, auch die Rückschlagklappe (18) kann entfallen.
Zur Verringerung der Investitionskosten wir auf diese zusätzliche Brennwertnutzung bei niedriger Rücklauftemperatur verzichtet.

Claims

Verfahren zur Reduzierung der Rücklauftemperatur durch Hintereinanderschaltung von zwei Heizkreisen mit unterschiedlichen Temperaturniveaus, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptvorlauf vom Wärmeerzeuger (11) über eine gemeinsame Pumpe (14) und über einen Mischer (15) mit wahlweise der Schaltstellung, Durchlass zwischen Eingang (0) und Ausgang (3), zunächst zum Heizkreis mit dem höherem Temperaturniveau (12), dann ohne Beimischung zum Heizkreis mit dem niedrigerem Temperaturniveau (13) und dann als Hauptrücklauf zum Wärmeerzeuger (11) geführt wird, oder mit der Schaltstellung, Durchlass von Eingang (0) und regelbar zwischen den Ausgängen (1) und (3), ein Teil des Hauptvorlaufes zum Heizkreis mit dem höherem Temperaturniveau (12), dann unter Beimischung vom Hauptvorlauf zum Heizkreis mit dem niedrigerem Temperaturniveau (13) und dann als Hauptrücklauf zum Wärmeerzeuger (11) geführt wird, oder mit der Schaltstellung, Durchlass zwischen Eingang (0) und Ausgang (1), nur zum Heizkreis mit dem niedrigerem Temperaturniveau (13) und dann als Hauptrücklauf zum Wärmeerzeuger (11) geführt wird, wobei zwischen der Vor- und Rücklaufleitung des Heizkreises mit dem niedrigerem Temperaturniveau (13) ein Überströmventil (16) eingebaut ist, um bei gedrosselter Abnahme am Heizkreis (13) eine Aufrechterhaltung des Kreislaufs mit Durchströmung des Heizkreises (12) zu gewährleisten.
Verfahren nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vor- und Rücklaufleitung des Heizkreises mit dem niedrigeren Temperaturniveau (13) ein zusätzliches temperaturgesteuertes Zweiwegeventil (17a) eingebaut wird, welches öffnet, wenn der Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau (13) keine Wärmeanforderung hat, oder eine definierte Grenztemperatur (T5) noch nicht erreicht ist, wobei zur Vermeidung eines Kurzschlusses eine Rückschlagklappe (18) zwischen dem Rücklauf des Heizkreises mit dem höheren Temperaturniveau (12) und dem Vorlauf des Heizkreises mit dem niedrigeren Temperaturniveau (13) eingesetzt wird.
Verfahren nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vor- und Rücklaufleitung des Heizkreises mit dem niedrigeren Temperaturniveau (13) ein zusätzliches manuelles Zweiwegeventil (17b) eingesetzt wird, welches geöffnet wird, wenn der Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau (13) keine Wärmeanforderung hat.