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Im
Patentantrag Nr. 10 2006 017 286.8 werden zwei Heizkreise mit unterschiedlichem
Temperaturniveau zur Reduzierung der Rücklauftemperatur hintereinander
geschalten. Im Beispiel ist der Heizkreis für die Warmwasserbereitung der
Heizkreis mit dem höheren
Temperaturniveau und der Heizkreis für Heizkörper zur Raumerwärmung ist
der Heizkreis mit dem niedrigerem Temperaturniveau. Zunächst wird
immer der Heizkreis mit dem höheren
Temperaturniveau durchströmt,
danach wird, gegebenenfalls unter Temperaturbeimischung, der Heizkreis
mit dem niedrigerem Temperaturniveau versorgt. Die Temperaturniveaus
für die
im Beispiel genannten Heizkreise sind aber im Jahresverlauf nicht
immer konstant. Bei bestehenden Heizungsanlagen ist das Temperaturniveau
der im Beispiel genannten Heizkreise an kalten Wintertagen genau
umgekehrt.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 1
angegeben. Die Weitergestaltung nach Patentanspruch 1 ermöglicht es, Heizkreise
nach Bedarf wechselseitig in Reihe zu schalten.
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Das
Schaltkriterium für
die Umschaltung der beiden Heizkreise ist zum Beispiel die Außentemperatur
unter Beachtung der Tag/Nacht-Betriebsart.
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Hierzu
werden 2 Stück
bekannte 4/2-Wege-Ventile in jeweils gleiche Schaltstellung gebracht. Im
Patentanspruch 2 werden die beiden 4/2-Wege-Ventile über einen
gemeinsamen Antrieb und ein Schaltgestänge betätigt.
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Im
Patentanspruch 3 wird die Umschaltung der Heizkreise mit einem neuem
8/2-Wege-Ventil durchgeführt,
dieses Ventil vereinigt die Aufgaben der beiden 4/2-Wege-Ventile
in einem Gehäuse.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
näher beschrieben.
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Die
Zeichnungen nach 1 und 2 zeigen als
Blockschaltbilder das Prinzip der Umschaltung zweier Heizkreise.
Es sind jeweils die Heizkreise (12) und (13) angeschlossen.
Die beiden 4/2-Wege-Ventile (20) und (21) haben
jeweils vier Anschlüsse
und zwei Schaltstellungen.
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In 1 sind
die beiden 4/2-Wege-Ventile (20) und (21) so geschaltet,
dass die Verbindungen von (1) nach (1'), (2)
nach (2'),
(3) nach (3')
und von (4) nach (4')
geöffnet
sind.
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In 2 sind
die beiden 4/2-Wege-Ventile (20) und (21) so geschaltet,
dass die Verbindungen von (1) nach (3'), (2)
nach (4'),
(3) nach (1')
und von (4) nach (2')
geöffnet
sind.
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Die
mit Pfeilen eingetragene Strömungsrichtung
des Heizwassers ist dabei wie folgt: In 1 fließt das Heizwasser
vom Eingang (1) zum Eingang (1) und Ausgang (1') des Ventils
(20) zum Eingang (1')
des Heizkreises (93), vom Ausgang (2') des Heizkreises
(13) zurück über den
Eingang (2')
und Ausgang (2) des Ventils (21) zum Ausgang (2).
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Ferner
vom Eingang 3 zum Eingang (3) und Ausgang (3') des Ventils
(20) zum Eingang (3')
des Heizkreises (12), vom Ausgang (4') des Heizkreises (12)
zurück über den
Eingang (4')
und Ausgang (4) des Ventils (21) zum Ausgang (4).
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In 2 fließt das Heizwasser
vom Eingang (1) zum Eingang (1) und Ausgang (3') des Ventils (20)
zum Eingang (3')
des Heizkreises (12), vom Ausgang (4') des Heizkreises
(12) zurück über den
Eingang (4')
und Ausgang (2) des Ventils (21) zum Ausgang (2).
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Ferner
vom Eingang 3 zum Eingang (3) und Ausgang (1') des Ventils
(20) zum Eingang (1')
des Heizkreises (13), vom Ausgang (2') des Heizkreises (13)
zurück über den
Eingang (2')
und Ausgang (4) des Ventils (21) zum Ausgang (4).
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In
den Zeichnungen nach 3 und 4 wird die
Schaltung des Patentanspruchs Nr. 2 der Hauptanmeldung ergänzt um das
vorgenannte Prinzip der Umschaltung der Heizkreise. In 3 ist
der Heizkreis (12) der Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau,
in 4 ist der Heizkreis (13) der Heizkreis
mit dem höheren
Temperaturniveau.
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Die
Zeichnung nach 3 zeigt als Prinzip-Blockschaltbild
eine Heizungsanlage mit zwei Heizkreisen, die von einem Wärmeerzeuger über eine
Pumpe und einem Drei-Wege-Ventil versorgt werden, der Heizkreis
(12) ist der Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau.
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Der
Wärmeerzeuger
(11) heizt in bekannter Weise Wasser auf, z.B. in Gas-Brennwerttechnik. Das
erwärmte
Wasser wird zunächst
zu dem Heizkreis mit dem höheren
Temperaturniveau (12), z.B. indirekter Brauchwasserspeicher
und danach über die
beiden 4/2-Wege-Ventile (20) und (21) zu einem Heizkreis
mit dem niedrigerem Temperaturniveau (13), z.B. Heizkörper zur
Raumerwärmung,
in folgender Weise transportiert:
Eine bekannte Pumpe (14)
fördert
das Heizwasser über
einen bekannten 3/2-Wege-Mischer (15) zur bedarfsgerechten
Versorgung der Heizkreise. Der 3/2-Wege-Mischer hat den Eingang
(0) und die geregelten Ausgänge (1) und (3).
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Der
jeweilige Temperaturwert zur bedarfgerechten Versorgung der Heizkreise
wird in bekannter Weise ermittelt:
Dem Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau (12)
wird eine Solltemperatur des Heizwassers am Vorlauf vorgegeben,
z.B. bei einem indirektem Brauchwasserspeicher eine konstante Vorlauftemperatur.
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Dem
Heizkreis mit dem niedrigerem Temperaturniveau (13) wird
ebenso eine Solltemperatur des Heizwassers am Vorlauf vorgegeben,
z.B. bei Heizkörper
zur Raumerwärmung
eine linear veränderliche
Vorlauftemperatur gemäß Kennlinie
in Abhängigkeit
der Außentemperatur.
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Die
Ist-Werte der Vorlauftemperaturen am Wärmeerzeuger und an den beiden
Heizkreisen werden in bekannter Weise über temperaturabhängige elektrische
Widerstände
gemessen und auf die bedarfsgerechten Soll-Temperaturen geregelt.
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In
der Zeichnung sind folgende Ist-Temperaturwerte zugeordnet:
- – der
Ist-Temperaturwert (T2) am Vorlauf des Heizkreises mit dem höheren Temperaturniveau (12),
sowie der Ist-Temperaturwert (T3) des Brauchwassers im Beispiel
der Anwendung dieses Heizkreises als indirekten Brauchwasserspeicher,
(T5) am Rücklauf
des Heizkreises mit dem höheren
Temperaturniveau (12)
- – der
Ist-Temperaturwert (T1) am Vorlauf des Heizkreises mit dem niedrigerem
Temperaturniveau (13),
- – der
Ist-Temperaturwert (T4) am Wärmeerzeuger (11).
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Der
3/2-Wege-Mischer (15) regelt den Wärmebedarf der Heizkreise über die
Temperaturregelung der Vorlauftemperaturen bei folgenden Betriebsvarianten:
- a) Wärmebedarf
am Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau (13)
und gleichzeitig kein Wärmebedarf
am Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau
(12), im Beispiel Wärmeanforderung
am Heizkreis Raumwärme,
keine Anforderung am Heizkreis für
Warmwasserbereitung (Normalbetrieb ohne Warmwasserbereitung):
Der
Wärmeerzeuger
stellt modulierend die Temperatur (T4) = (T1) zur Verfügung. Der
3/2-Wege-Mischer (15) öffnet
vollständig
die Verbindung von Eingang (0) zum Ausgang (1),
die Verbindung von Eingang (0) zum Ausgang (3)
ist gleichzeitig geschlossen. Das Heizwasser wird dadurch über das
4/2 Wege-Ventil (20), Eingang (1) nach Ausgang
(1') ausschließlich zum
Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau (13) geführt und strömt danach über das
4/2-Wege-Ventil (21), Eingang (2') nach Ausgang (2) wieder
zum Wärmeerzeuger
(11) zurück.
- b) Wärmebedarf
am Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau (13)
und gleichzeitig Wärmebedarf
am Heizkreis mit dem höheren
Temperaturniveau (12), im Beispiel Wärmeanforderung am Heizkreis
Raumwärme
und Anforderung am Heizkreis für
Warmwasserbereitung (Normalbetrieb mit Warmwassebereitung):
Der
Wärmeerzeuger
stellt modulierend die nun definitionsgemäß höhere Temperatur (T4) = (T2) zur
Verfügung.
Der 3/2-Wege-Mischer (15) öffnet die Verbindung Eingang
(0) nach Ausgang (3), und schließt gleichzeitig
die Verbindung Eingang (0) nach Ausgang (1). Das
Heizwasser wird über das
4/2 Wege-Ventil (20), Eingang (3) nach Ausgang
(3') zunächst zum
Heizkreis mit dem höheren
Temperaturniveau (12) geführt. Nach Durchströmen dieses
Heizkreises wird das jetzt abgekühlte
Heizwasser über
das 4/2-Wege-Ventil
(21), Eingang (4')
nach Ausgang (4) geleitet. Das 2-Wege-Ventil (17)
ist definitionsgemäß bei dieser Betriebsvariante
geschlossen. Wenn am Heizkreis (13) Wärmebedarf vorliegt und damit
das Überströmventil
(16) geschlossen ist, passiert das Heizwasser jetzt in
zulässiger
Fließrichtung
das Rückschlagventil
(18), dann strömt
das Heizwasser über
das 4/2-Wege-Ventil (20), Eingang (1) nach Ausgang
(1') zum
Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau (13) und
nach dieser zweiten Abkühlstufe über das
4/2-Wege-Ventil (21), Eingang (2') nach Ausgang (2) zum
Wärmeerzeuger
(11) zurück.
Wenn am Heizkreis (13) kein Wärmebedarf vorliegt und damit
das Überströmventil
(16) öffnet,
fließt
das Heizwasser bereits nach der ersten Abkühlstufe zum Wärmeerzeuger
(11) zurück.
Liegt
die Ist-Temperatur (T1) unterhalb der vorgegebenen Solltemperatur
für den
Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau (13), öffnet der
3/2-Wege-Mischer (15) gleitend die Verbindung Eingang (0)
nach Ausgang (1). Das abgekühlte Heizwasser mischt sich
dadurch mit der wärmeren
Temperatur (T4) solange bis die Ist-Temperatur (T1) die vorgegebene
Soll-Temperatur erreicht hat.
- c) Kein Wärmebedarf
am Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau (13),
jedoch Wärmebedarf
am Heizkreis mit dem höheren
Temperaturniveau (12), im Beispiel keine Wärmeanforderung am
Heizkreis Raumwärme,
aber Anforderung am Heizkreis für
Warmwasserbereitung (Sommerschaltung oder Anfahrschaltung für Warmwasserbereitung)
Der
Wärmeerzeuger
stellt modulierend die Temperatur (T4) = (T2) zur Verfügung. Der
3/2-Wege-Mischer (15) öffnet
die Verbindung von Eingang (0) nach Ausgang (3),
und schließt
gleichzeitig die Verbindung von Eingang (0) nach Ausgang
(1). Das Heizwasser strömt über das 4/2-Wege-Ventil
(20), Eingang (3) nach Ausgang (3') zum Heizkreis
mit dem höheren
Temperaturniveau (12). Nach Durchströmen des Heizkreises mit dem
höheren
Temperaturniveau (12) fließt nun das Heizwasser über das
4/2-Wege-Ventil (21), Eingang (4') nach Ausgang (4) und über das
geöffnete
2-Wege-Ventil (17) oder dem geöffnetem Überströmventil (16) zum Wärmeerzeuger
(11) zurück.
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Die
Zeichnung nach 4 zeigt als Prinzip-Blockschaltbild
eine Heizungsanlage mit zwei Heizkreisen, die von einem Wärmeerzeuger über eine
Pumpe und einem Drei-Wege-Ventil versorgt werden, der Heizkreis
(13) ist der Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau.
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Der
Wärmeerzeuger
(11) heizt in bekannter Weise Wasser auf, z.B. in Gas-Brennwerttechnik. Das
erwärmte
Wasser wird zunächst
zu dem Heizkreis mit dem höheren
Temperaturniveau (13), z.B. Heizkörper zur Raumerwärmung und
danach über die
beiden 4/2-Wege-Ventile (20) und (21) zu einem Heizkreis
mit dem niedrigeren Temperaturniveau (12), z.B. Warmwasserbereitung
in folgender Weise transportiert:
Eine bekannte Pumpe (14)
fördert
das Heizwasser über
einen bekannten 3/2-Wege-Mischer (15) zur bedarfsgerechten
Versorgung der Heizkreise. Der 3/2-Wege-Mischer hat den Eingang
(0) und die geregelten Ausgänge (1) und (3).
-
Der
jeweilige Temperaturwert zur bedarfgerechten Versorgung der Heizkreise
wird in bekannter Weise ermittelt:
Dem Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau (13)
wird eine Solltemperatur des Heizwassers am Vorlauf vorgeben, z.B.
bei Heizkörper
zur Raumerwärmung
eine linear veränderliche
Vorlauftemperatur gemäß Kennlinie
in Abhängigkeit
der Außentemperatur.
-
Dem
Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau (12) wird
ebenso eine Solltemperatur des Heizwassers am Vorlauf vorgegeben,
z.B. bei einem indirektem Brauchwasserspeicher eine konstante Vorlauftemperatur.
-
Die
Ist-Werte der Vorlauftemperaturen am Wärmeerzeuger und an den beiden
Heizkreisen werden in bekannter Weise über temperaturabhängige elektrische
Widerstände
gemessen und auf die bedarfsgerechten Soll-Temperaturen geregelt.
-
In
der Zeichnung sind folgende Ist-Temperaturwerte zugeordnet:
- – der
Ist-Temperaturwert (T1) am Vorlauf des Heizkreises mit dem höheren Temperaturniveau (13),
- – der
Ist-Temperaturwert (T2) am Vorlauf des Heizkreises mit dem niedrigeren
Temperaturniveau (12), sowie der Ist-Temperaturwert (T3)
des Brauchwassers im Beispiel der Anwendung dieses Heizkreises als
indirekten Brauchwasserspeicher, (T5) am Rücklauf des Heizkreises mit
dem niedrigeren Temperaturniveau (12)
- – der
Ist-Temperaturwert (T4) am Wärmeerzeuger (11).
-
Der
3/2-Wege-Mischer (15) regelt den Wärmebedarf der Heizkreise über die
Temperaturregelung der Vorlauftemperaturen bei folgenden Betriebsvarianten:
- a) Wärmebedarf
am Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau
(13) und gleichzeitig kein Wärmebedarf am Heizkreis mit
dem niedrigeren Temperaturniveau (12), im Beispiel Wärmeanforderung
am Heizkreis Raumwärme,
keine Anforderung am Heizkreis für
Warmwasserbereitung ((Normalbetrieb ohne Warmwasserbereitung):
Der
Wärmeerzeuger
stellt modulierend die Temperatur (T4) = (T1) zur Verfügung. Der
3/2-Wege-Mischer (15) öffnet
vollständig
die Verbindung von Eingang (0) zum Ausgang (1),
die Verbindung von Eingang (0) zum Ausgang (3)
ist gleichzeitig geschlossen. Das Heizwasser wird dadurch über das
4/2-Wege-Ventil (20), Eingang (1) nach Ausgang
(1') ausschließlich zum
Heizkreis mit dem höheren
Temperaturniveau (13) geführt und strömt danach über das 4/2-Wege-Ventil (21), Eingang
(2') nach
Ausgang (2) wieder zum Wärmeerzeuger (11) zurück.
- b) Wärmebedarf
am Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau
(13) und gleichzeitig Wärmebedarf
am Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau (12),
im Beispiel Wärmeanforderung am
Heizkreis Raumwärme
und Anforderung am Heizkreis für
Warmwasserbereitung (Normalbetrieb mit Warmwasserbereitung):
Der
Wärmeerzeuger
stellt modulierend die nun definitionsgemäß höhere Temperatur (T4) = (T1) zur
Verfügung.
Der 3/2-Wege-Mischer (15) öffnet die Verbindung Eingang
(0) nach Ausgang (3), und schließt gleichzeitig
die Verbindung Eingang (0) nach Ausgang (1). Das
Heizwasser wird über das
4/2-Wege-Ventil (20), Eingang (3) nach Ausgang
(1') zunächst zum
Heizkreis mit dem höheren
Temperaturniveau (13) geführt. Nach Durchströmen dieses
Heizkreises wird das jetzt abgekühlte
Heizwasser über
das 4/2-Wege-Ventil
(21), Eingang (2')
nach Ausgang (4) geleitet. Das 2-Wege-Ventil (17)
ist definitionsgemäß bei dieser Betriebsvariante
geschlossen. Bei dieser Betriebsvariante liegt definitionsgemäß Wärmebedarf
am Heizkreis (12) vor, daher bleibt auch das Überströmventil
(16) geschlossen. Folglich passiert das Heizwasser jetzt
in zulässiger
Fließrichtung
das Rückschlagventil
(18), dann strömt
das Heizwasser über
das 4/2-Wege-Ventil
(20), Eingang (1) nach Ausgang (3') zum Heizkreis
mit dem niedrigeren Temperaturniveau (12) und nach dieser
zweiten Abkühlstufe über das
4/2-Wege-Ventil (21), Eingang (4') nach Ausgang (2) zum Wärmeerzeuger
(11) zurück.
Liegt
die Ist-Temperatur (T2) unterhalb der vorgegebenen Solltemperatur
für den
Heizkreis mit dem höheren
Temperaturniveau (13), öffnet
der 3/2-Wege-Mischer (15) gleitend die Verbindung Eingang
(0) nach Ausgang (1). Das abgekühlte Heizwasser
mischt sich dadurch mit der wärmeren
Temperatur (T4) solange bis die Ist-Temperatur (T1) die vorgegebene
Soll-Temperatur erreicht hat.
- c) Kein Wärmebedarf
am Heizkreis mit dem höheren
Temperaturniveau (13), jedoch Wärmebedarf am Heizkreis mit
dem niedrigeren Temperaturniveau (12), im Beispiel keine
Wärmeanforderung am
Heizkreis Raumwärme,
aber Anforderung am Heizkreis für
Warmwasserbereitung (Sommerschaltung oder Anfahrschaltung für Warmwasserbereitung)
Diese
Betriebsvariante ist nicht sinnvoll und definitionsgemäß nicht
zulässig.
Zur Realisierung der Sommerschaltung oder Anfahrschaltung für die Warmwasserbereitung
wird Schaltung nach 3, Betriebsvariante c) verwendet.
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Im
Patentanpruch 1 werden bekannte 4/2-Wege-Ventile (20) und
(21) verwendet. In der vorgesehenen automatischen Betriebsart
sind nach dem Stand der Technik zwei Antriebe erforderlich.
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Da
sich die beiden 4/2-Wege-Ventile (20) und (21)
jeweils in der gleichen und entsprechenden Schaltstellung befinden,
wird im Patentanpruch 2 zur Vereinfachung des Aufbaus nur ein Antrieb
sowie ein Schaltgestänge
verwendet.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
naher beschrieben.
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In
der Zeichnung nach 5 sind zwei bekannte 4/2-Wege-Ventile
(20) und (21) dargestellt. Die Ventile haben die
Anschlüsse
(1), (1'),
(2), (2'), (3),
(3'), (4)
und (4').
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Die
Drehschieber (25) im Gehäuse der 4/2-Wege-Ventil (20)
und (21) stellen die gewünschten zwei verschiedenen
Schaltstellungen her.
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Befindet
sich der Drehschieber des 4/2-Wege-Ventil (20) in waagrechter
Position so wird die Verbindung von (1) nach (1') und von (3)
nach (3')
geschalten. Befindet sich der Drehschieber des 4/2-Wege-Ventil (20)
in senkrechter Position so wird die Verbindung von (1)
nach (3')
und von (1')
nach (3) geschalten.
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Befindet
sich der Drehschieber des 4/2-Wege-Ventil (21) in waagrechter
Position so wird die Verbindung von (2) nach (2') und von (4)
nach (4')
geschalten. Befindet sich der Drehschieber des 4/2-Wie-Ventil (21)
in senkrechter Position so wird die Verbindung von (2)
nach (4')
und von (2')
nach (4) geschalten.
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Die
beiden 4/2-Wege-Ventile (20) und (21) sind auf
einer Montageplatte (35) fixiert. Die Fixierung mittels
Verschraubung erfolgt über
eine mit Bohrungen (36) versehene Halteleiste (37).
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Der
Drehschieber (25) des 4/2-Wege-Ventils (20) wird über einen
bekannten automatischen axialen Antrieb betätigt.
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Die
Achsen der Drehschieber (25) der beiden 4/2-Wege-Ventile
(20) und (21) sind über ein Schaltgestänge (27)
und über
drehgelagerte Auflagepunkte (26) verbunden.
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Eine
horizontale Bewegung des Schaltgestänges (27) bewirkt
also eine Drehbewegung der Drehschieber in den Ventil-Gehäusen.
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Im
Patentanspruch 3 wird anstelle von 2 Stück bekannten 4/2-Wege-Ventilen
ein neues 8/2-Wege-Ventil verwendet.
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Es
handelt sich um eine Weiterentwicklung von zwei bekannten 4/2-Wege-Ventilen.
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7 zeigt das 8/2-Wege-Ventil (22)
verfügt über 8 Anschlüsse (1),
(1'), (2),
(2'), (3),
(3'), (4)
und (4').
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Es
sind zwei verschiedene Schaltstellungen möglich:
(1) nach
(1'), (2)
nach (2'),
(3) nach (3'),
(4) nach (4') und
(1)
nach (3'),
(1') nach
(3), (2) nach (4'), (2') nach (4)
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Das
Ventilgehäuse
ist durch eine Scheibe (30) in einen vorderen Schaltzylinder
(23) und in einen hinteren Schaltzylinder (24)
unterteilt.
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Der
Drehschieber (32) im vorderen Teil des Schaltzylinders
(23) ist mit dem Drehschieber (34) im hinteren
Teil des Schaltzylinders (24) über eine achsiale Stange (31)
starr verbunden und drehbar gelagert. In der Scheibenmitte nimmt
eine Bohrung (33) die vorgenannte Stange (31)
auf. Bohrung (33) und Stange (31) sind gegeneinander
abgedichtet.
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Der
automatische achsiale Antrieb der Drehschieber erfolgt wie bei bekannten
Antrieben für 4/2-Wege-Ventile.