DE102010014431A1

DE102010014431A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Nutzung der Wärmeenergieresourcen eines Gebäudes

Info

Publication number: DE102010014431A1
Application number: DE102010014431A
Authority: DE
Inventors: Norbert Lindner; Silvio Esser; Ringo Grahl gen. Römer
Original assignee: CONVIA GmbH
Current assignee: CONVIA GmbH
Priority date: 2010-04-05
Filing date: 2010-04-05
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-04-06
Also published as: DE102010014431B4; DE202010016095U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung der Wärmeenergieresourcen von Gebäuden zur Heizung und/oder Kühlung von Räumen, die von einer zentralen Heizungs- und/oder Kühleinrichtung über Vor- und Rücklaufleitungen für ein Heiz- und/oder Kühlmedium versorgbar sind, wobei Temperaturdifferenzen zwischen Räumen gemessen werden und durch Kopplung von Vor- und Rücklaufleitungen in Form von Zwischenkreisläufen ein Wärmeaustausch zwischen den Räumen, die eine Temperaturdifferenz aufweisen, erfolgt und/oder zur Kühlung von Räumen die Heizungseinrichtungen genutzt werden, indem ein Wärmeaustausch mit dem permanent fließenden Kaltwasserzulauf für das Gebäude erfolgt

Description

Die Erfindung betrifft die Nutzung von Wärmeenergieresourcen von Räumen, die einer natürlichen und einer künstlichen Erwärmung/Kühlung unterliegen, in der Gesamtwärmeenergiebilanz eines Gebäudes oder von baulichen Einheiten.
In Zeiten von steigenden Energiepreisen gewinnt die Erschließung natürlicher Ressourcen zunehmend an Bedeutung. Das gilt besonders für die Nutzung der Sonnenenergie als unbegrenzt mit großem Potential verfügbarer Energiequelle. Für alle Gebäude entstehen durch die Ausrichtung der Strahlung beschienene und beschattete Bereiche mit Temperaturdifferenzen von mehr als 10 K. Besonders hohe Bürogebäude mit großen Fensterflächen erzielen eine starke Aufheizung durch die Sonnenbestrahlung. Weil die Sonnenwanderung die beschienenen Flächen verändert, muss das System zur Gewinnung der Sonnenenergie flexibel auf diese Veränderung reagieren. Da der Wohlbefindlichkeitsbereich der meisten Menschen bei 21°C +/–3 K liegt ergeben sich für fast alle Raumbereiche nur geringfügige Differenzen zur gewünschten Raumtemperatur. Infolgedessen entstehen vor allem in Übergangszeiten gleichzeitig Heiz- wie Kühlanforderungen.
Aber nicht nur durch die Sonnenbestrahlung sondern auch durch die unterschiedliche Raumnutzung entstehen künstlich erzeugte Temperaturdifferenzen. So existieren in industriell genutzten Gebäuden häufig stark überheizte Bereiche neben nur als Büro- und Lagerbereiche genutzten Räumen mit Heizbedarf. Andererseits erzeugen die Lebensmittelkühlanlagen in Verkaufsbereichen unangenehm unterkühlte Zonen während Eingangsbereiche im Sommer stark gekühlt werden.
Üblicherweise werden gegenwärtig parallel ein Heiz- wie ein Kühlsystem vorgehalten (4-Rohr-Systqeme). Das führt dazu, dass durch zusätzlichen Energieaufwand die durch Sonne beheizten Räume gekühlt und gleichzeitig die zu kalten Räume geheizt werden. Dabei müssen zwei Rohrsysteme installiert werden, die auch nur in den Übergangszeiten gleichzeitig genutzt werden. Alternativ existieren Systeme, die wechselweise zum Heizen oder Kühlen betrieben werden (2-Rohr-System). Dabei kann nur gemittelt werden, so dass entweder nach einem zentral gesteuerten Programm umgeschaltet oder erst gekühlt wird wenn in allen Räumen kein Heizbedarf mehr besteht.
Aufgabe der Erfindung ist es, die unterschiedlichen Raumtemperaturen und übliche Heiz- bzw. Kühlsysteme für eine Optimierung der Raumtemperatur eines Gebäudes oder Gebäudekomplexes nutzbar zu machen.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Verfahrensmerkmalen des Anspruches 1, eine Vorrichtung benennt Anspruch 5, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Verfahren zur Nutzung der Wärmeenergieresourcen von Gebäuden zur Heizung und/oder Kühlung von Räumen, die von einer zentralen Heizungs- und/oder Kühleinrichtung über Vor- und Rücklaufleitungen für ein Heiz- und/oder Kühlmedium versorgbar sind, sieht vor, dass Temperaturdifferenzen zwischen Räumen gemessen werden und durch Kopplung von Vor- und Rücklaufleitungen in Form von Zwischenkreisläufen ein Wärmeaustausch zwischen den Räumen, die eine Temperaturdifferenz aufweisen, erfolgt und/oder zur Kühlung von Räumen die Heizungseinrichtungen genutzt werden, indem ein Wärmeaustausch mit dem permanent fließenden Kaltwasserzulauf für das Gebäude erfolgt.
Dabei können jeweils die Rücklaufleitung eines Raumes oder einer Raumgruppe mit der Vorlaufleitung eines anderen Raumes oder einer Raumgruppe gekoppelt werden, so dass das umlaufende Heiz- und/oder Kühlmedium die Räume nacheinander erreicht.
Weiterhin ist vorgesehen, dass zeitweilig der Rücklauf eines Raumes mit dem Vorlauf eines Raumes gekoppelt wird, so dass das Heiz- und/oder Kühlmedium sich in dieser Verweildauer der Raumtemperatur annähert.
Dabei werden bevorzugt die Vor- und Rücklauftemperaturwerte erfasst und einer zentralen Steuerung zugeleitet, die unter Berücksichtigung von mindestens Solltemperaturwerten und des Betriebszustandes der zentralen Heiz- und/oder Kühleinrichtung die Einstellung der die Kopplung von Vor- und Rückläufen vornehmenden Ventile veranlasst.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Nutzung der Wärmeenergieresourcen von Gebäuden zur Heizung und/oder Kühlung von Räumen über Heiz- und/oder Kühlaggregate, die über Vor- und Rücklaufleitungen mit einer zentralen Heizund/oder Kühleinrichtung gekoppelt sind, sieht vor, dass mittels eines Kreuzstrom-Ventils oder eines Mischkammerventils mindestens der Rücklauf aus einem Raum mit dem Vorlauf eines anderen Raumes zum Zwecke des Wärmeaustausches zwischen den Räumen koppelbar ist und/oder zu Kühlzwecken die zentrale Heizeinrichtung über einen Wärmetauscher mit der Kaltwasserleitung des Gebäudes gekoppelt ist, so dass ein gekühltes Medium in den zentralen Vorlauf eingespeist wird.
In einer bevorzugten Ausführung weist das Kreuzstromventil oder das Mischkammerventil bei der Verwendung für zwei Räume oder Raumeinheiten, deren Heiz- und Kühlagregate über eine Vor- und eine Rücklaufleitung verfügen, Anschlüsse folgender Art auf

– einen Anschluss zum zentralen Vorlauf,
– einen Anschluss zum zentralen Rücklauf,
– einen Anschluss zum Vorlauf des ersten Raumes,
– einen Anschluss zum Rücklauf aus dem ersten Raum,
– einen Anschluss zum Vorlauf in den zweiten Raum und
– einen Anschluss zum Rücklauf aus dem zweiten Raum

a) jeder Raum an den zentralen Vor- und Rücklauf anschließbar ist (Parallelbetrieb),
b) der Rücklauf aus dem zweiten Raum mit dem Vorlauf des ersten Raumes koppelbar ist, während der Vorlauf des zweiten Raumes mit dem zentralen Vorlauf und der Rücklauf des ersten Raumes mit dem zentralen Rücklauf verbunden sind (Heizen),
c) der Rücklauf aus dem zweiten Raum mit dem Vorlauf des ersten Raumes koppelbar ist, während der Rücklauf aus dem ersten Raum mit dem zentralen Rücklauf und der Vorlauf des zweiten Raumes mit dem zentralen Vorlauf verbunden sind (Kühlen),
d) der zentrale Vorlauf mit dem zentralen Rücklauf verbindbar ist, während der Rück- und Vorlauf des ersten Raumes und die des zweiten Raumes jeweils verbunden sind, so dass innerhalb jedes Raumes ein Umlauf erfolgt (Bypass).

Ein entsprechender Ventileinsatz für das Kreuzstrom-Ventil verfügt über zwei Kanäle mit jeweils drei Öffnungen und einem Kanal mit zwei Öffnungen, wobei in jeder Schaltstellung mindestens 2 Öffnungen pro Kanal mit Anschlüssen zu einem Vor- und/oder Rücklauf verbunden sind.
Ein derartiges neues Kreuzstrom-Ventil für einen multivalenten Medientransport, war bisher nicht nötig. Dieses neuartige Ventil soll mit nur einem Antrieb in einer Ebene den direkten Anschluss von zentralem Vor- und Rücklauf wie auch der Vor- und Rückläufe der Raumgruppen mit natürlichem Temperaturgefälle ermöglichen.
Ein weiterer Teil der Erfindung ist eine komplexe Regelung, die neben der üblichen Erfassung der Raumsoll- und Raumistwerte zusätzlich die Vor- und Rücklauftemperaturen misst, die Umsteuerung des Medienstromes durch komplexe Steuerung der Ventile vornimmt und gleichzeitig die zentralen Heiz- und Kühlaggregate zur bedarfsgerechten Anpassung der Vorlauftemperatur beeinflusst. Weiterhin kann die dezentral angeordnete Steuerung über Standard-Bussysteme das Zusammenwirken mit Gebäudeleittechnik sowie Smart-Metering unterstützen. Neben dem besseren Komfort bringt die Nutzung der natürlichen Temperaturdifferenzen einen erheblichen Energiegewinn.
Zum Umleiten des Kaltwasserstromes der Kaltwasserleitung über den Wärmetauscher der zentralen Heizeinrichtung wird bevorzugt ein 2-Wege-Bypass-Ventil eingesetzt, das folgende Schaltstellungen realisiert:

– vollständige Umleitung des Kaltwasserstromes über den Wärmetauscher und Rückleitung in die Kaltwasserleitung,
– teilweise Umleitung des Kaltwasserstromes über den Wärmetauscher,
– Sperrung des Zuflusses zum Wärmetauscher und
– Sperrung des Kaltwasserstromes.

Das Verfahren und die Vorrichtungskomponenten machen folgende Systemverbesserungen möglich:

1. Durch gezieltes regionales Mischen der Vor- und Rückläufe können die örtlichen Temperaturdifferenzen zur Energieeinsparung genutzt werden.
2. Obwohl nur eine zentral vorgegebene Vorlauftemperatur verwendet wird, kann anstatt der erforderlichen Maximaltemperatur eine mittlere Temperatur mit wesentlich geringeren Energiekosten gefahren werden.
3. Durch Regelung der Zentralaggregate entsprechend der aktuellen Bedarfswerte können die Vorlauftemperaturen direkt von den Raumtemperaturreglern beeinflusst werden.
4. Weder die Nachteile des 4-Rohr-Systems, bei dem die längste Zeit nur die Hälfte der Anlage genutzt wird, noch die des 2-Rohr-Systems das in den Übergangszeiten nicht anpassungsfähig ist, treten bei diesem neuartigen System auf.
5. Durch Erfassung der Temperaturen von zentralem Vor- und Rücklauf sowie der Vor- und Rückläufe der wärmeren wie kälteren Raumgruppe direkt an der Mischkammer kann aus der jeweiligen Differenz der tatsächliche Energiebedarf ermittelt werden. Durch Protokollierung und Abrechnung entsprechend eines Smart-Metering-Systems können so Informationen zu Verbrauchsverläufen generiert. werden.
6. Durch Einsatz des neuartigen Mehrwege-Ventils zur Umschaltung des Zulaufes zum Heizkessel wird der Kaltwasserzulauf des Gebäudes mit durchschnittlich 16...18°C zum Kühlen des Heizwasserkreislaufes genutzt und gleichzeitig eine Bypassfunktion integriert. Auf diese Weise ist es möglich reine Heizungssysteme in den Sommermonaten mit gekühltem Wasser zu betreiben ohne zusätzlich eine Kühlanlage installieren zu müssen.

Diese Verbesserungen können in allen Klimatisierungsanlagen angewandt werden, wo bereits 2-Rohr-Systeme vorhanden sind. 4-Rohr-Systeme wären nicht mehr erforderlich. Wärmepumpen, die nur in 2-Rohr-Systemen eingesetzt werden, können so mit größeren Umschaltintervallen in der Übergangszeit effektiver betrieben werden. Ebenso kann in Klima-Lüftungs-Anlagen prinzipiell die gleiche Steuerungstechnik eingesetzt werden, wenn die Lüftungsklappen funktional ähnlich dem Prinzip des Kreuzstrom-Ventils angeordnet werden. Insoweit schließt der verwendete Begriff Heiz- und/oder Kühlmedium neben flüssigen auch gasförmige Medien ein.
In Lüftungs-Klima-Anlagen wird der Mediumstrom durch proportional gesteuerte Stellklappen gelenkt. Üblicherweise wird hier nur der Vorlauf in Rohren zu den Räumen geführt während der Rücklauf als Druckausgleich über Flure unkontrolliert erfolgt. Dadurch ist das Prinzip des Medientausches zwischen den Räumen nicht in gleicher Weise anwendbar.
Das neuartige Mischkammerventil, mit seiner Mischkammer sorgt in einer weiteren Ausführung dafür, dass eine bedarfsgerechte Umsteuerung der Mediumströme möglich wird. Bevorzugt münden dabei die oben genannten Anschlüsse des Mischkammerventils in eine Mischkammer, in der ein Kanal verdrehbar angeordnet ist, wobei der Kanal im Parallelbetrieb geschlossen ist, im Heizbetrieb- bzw. Kühlbetrieb die Verbindung jeweils zwischen einem Rück- und einem Vorlauf und im Bypassbetrieb zwischen dem zentralen Vor- und Rücklauf herstellt.
Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:
1: den prinzipiellen Aufbau des Verfahrens
2: die Vorrichtung Kreuzstrom-Ventil
3: die Vorrichtung Kreuzstrom-Mischkammer
4: das Verfahren zur Kühlung des Heizkessels mittels Kaltwasserzufluss
5: die Vorrichtung 2-Wege-Bypass-Ventil
1 zeigt, wie mittels eines Kreuzstrom-Ventils 9, Mehrwege-Raumventilen und Koordination von Raumreglern, zentralen Heiz- und/oder Kühlanlagen 4, 5 sowie der Schaltstelle für Gebäudeleittechnik 1 und der Steuereinrichtung 2 für die Heizung und Kühlung übliche 2-Rohr-Systeme zu einem komplexen System ausgebaut werden, das die natürlichen Temperaturgefälle flexibel nutzt um die Temperierung der Räume den Bedürfnissen anzupassen.
Dazu sind im Standard-2-Rohr-System die zentralen Heizund/oder Kühlanlagen 3, 4 über zwei 3-Wege-Ventile mit den zentralen Vor- und Rückläufen 5, 6 verbunden mittels derer die Umschaltung zwischen Heiz- und Kühlsystem erfolgt. Bei Nutzung einer Wärmepumpe wird dabei anlagenintern das Wirkprinzip umgeschaltet. Der Mediumstrom wird durch eine volumengeregelte Pumpe im Rücklauf 6 angetrieben. Die Raumregler steuern jeweils ein Ventil, das den Medienfluss vom zentralen Vorlauf 5 an den Raumkonvektor 7.1, 8.1 freigibt. Die Rückläufe sind direkt mit dem zentralen Rücklauf 6 verbunden. Über eine gemeinsame Steuerleitung wird die Umschaltung der Wirkfunktion der Zentralaggregate auch an die Raumregler geleitet (Change-Over-Funktion). Häufig werden bei Nichtnutzung von Räumen durch Präsenzmelder oder ECO-Funktionen die Raumtemperaturen im Heizbetrieb abgesenkt bzw. im Kühlmodus größere Abweichungen vom Sollwert zugelassen (Verbreiterung der neutralen Zone). In Anlagen mit konstantem Volumenstrom sind 3-Wege-Ventile als Bypässe bei geschlossenem Raumventil eingefügt. Die Raumregler können lediglich bei Abweichungen vom Sollwert den Zufluss des Vorlaufes freigeben ohne Einfluss auf die Temperatur des Vorlaufes zu haben.
Diese in Bestandsanlagen bereits vorhandenen Elemente werden in dem neuartigen Temperierungssystem weiter genutzt und durch das Zwischenschalten von Kreuzstrom-Ventilen 9 erweitert. Die Raumventile werden durch 3-Wegeventile mit Bypassfunktion ausgestattet. Durch Temperaturmeßfühler 11 an den zentralen Vor- und Rückläufen 5, 6 sowie an den Raumvor- und -rückläufen kennt die Steuerelektronik die jeweiligen Temperaturen. Durch Vergleich der Temperatur an Raumvor- und -rücklauf kann ermittelt werden ob der Raumregler das Ventil geöffnet hat. Besser ist der Anschluss des Raumreglerausganges zur Ventilsteuerung an die Steuerelektronik des Kreuzstrom-Ventils 9 und die Steuerung der Raumventile durch die Steuerelektronik. Bei Neuanlagen kann diese Verkabelung generell verwendet werden. Bei Verwendung von Raumreglern mit Proportionalausgang 0...10 V kann die Abweichung vom Sollwert genauer detektiert und durch proportionale Vorlauftemperaturen ein schnellerer Ausgleich erreicht werden.
Das neue Temperierungssystem geht davon aus, dass die Wohlfühltemperatur der Menschen im schmalen Bereich von 19 bis 23°C liegt und lediglich eine Sollwertdifferenz von 4 K ausgeregelt werden muss. Für generellen Heizbedarf, d. h. sowohl im Warm-Raum wie Kalt-Raum besteht Bedarf, werden mittels des CO-Kontaktes sowohl die Heizanlage 3 aktiviert bzw. die Wärmepumpe und alle Raumregler auf Heizbetrieb geschaltet. Das Kreuzstrom-Ventil 9 verbindet in Stellung „parallel” die Vorläufe wie auch die Rückläufe direkt miteinander. Erwärmen sich die Räume, so wird der Warm-Raum 8 eher die Solltemperatur erreichen als der Kalt-Raum 7. Der Raumregler schaltet den Ausgang ab bzw. reduziert die Spannung auf 0 V. Bei gleicher Raumnutzung wird auf der gleichen Gebäudeseite dies für alle Räume mit lediglich 4 K Sollwertdifferenz gelten. Da die natürliche Temperaturdifferenz oft mehr als 10 K beträgt, müssen die meisten Kalt-Räume weiter beheizt werden. Anstatt weiter warmes Medium aus der zentralen Heizungsanlage 3 zu nutzen wird nun die Vorlauftemperatur durch Öffnen des zentralen Bypasses und Mischen mit dem Rücklauf abgesenkt, das Kreuzstrom-Ventil 9 in Stellung „heizen” geschaltet und damit der Rücklauf des Warm-Raumes 8 mit dem Vorlauf des Kalt-Raumes 7 verbunden und der Kalt-Raum weiter geheizt.
Um den Wärmeüberschuss im Warm-Raum 8 zu nutzen wird über den CO-Kontakt der Raumregler in Kühlbetrieb umgeschaltet.
Bleibt der Ausgang des Reglers geschlossen ist die Solltemperatur erreicht oder unterschritten und es wird im Intervall wieder auf Heizbetrieb umgeschaltet. Bleibt der Ausgang im Kühlbetrieb geöffnet ist der Warm-Raum 8 wärmer als gewünscht. Nun wird das Raumventil geöffnet und der Vorlauf durch den Warm-Raum erwärmt. Gleichzeitig kühlt dies den Warm-Raum. Mit dem nun wärmeren Rücklauf kann der Kalt-Raum 7 weiter geheizt werden bis auch dieser den Sollwert erreicht und der Raumregler den Ausgang schließt.
Durch intervallmäßiges Umschalten auf Kühlen wird ebenfalls ermittelt wann hier Kühlbedarf entsteht. Die Steuerelektronik schaltet das Kreuzstrom-Ventil 9 in Stellung „kühlen”, so dass der kalte Vorlauf 5 zuerst in den Kalt-Raum 7 fließt. Der Rücklauf aus dem Kalt-Raum ist immer noch kalt genug um den Warm-Raum 8 weiter zu kühlen indem nur die natürliche Temperaturdifferenz genutzt wird ohne den zentralen Vorlauf 5 aktiv zu kühlen.
Bis auch im Kalt-Raum 7 Kühlbedarf entsteht, bleibt der zentrale Bypass geöffnet. Geringe Sollwertunterschiede zwischen den Räumen können nun lediglich durch Umschalten des Kreuzstrom-Ventils 9 zwischen „heizen” und „kühlen” ausgeglichen werden.
Entsteht auch im Kalt-Raum 7 ein Kühlbedarf öffnet der Raumregler seinen Ausgang, das Kreuzstrom-Ventil 9 wird in Stellung „parallel” geschaltet. Da kein Heizbedarf mehr besteht wird auf die zentrale Kühlanlage 4 umgeschaltet, der zentrale Bypass geschlossen und der Vorlauf 5 entsprechend der Sollwertabweichung, erkennbar an der Spannung des Proportionalausganges, abgesenkt.
Werden Räume nicht genutzt und die ECO-Funktion durch Präsenzmelder oder zentrale Uhrsteuerungen ausgelöst und deshalb die Raumventile geschlossen, kann das Kreuzstrom-Ventil 9 in Stellung „Bypass” den hydraulischen Weg verkürzen. Dadurch kann die Pumpenleistung ebenfalls reduziert werden.
Durch diese komplexe erfindungsgemäße Steuerung wird es möglich, in den Übergangszeiten auch in 2-Rohr-Systemen den Vorlauf bedarfsgerecht mit wesentlich geringeren Temperaturdifferenzen zu regeln und gleichzeitig Heizen und Kühlen zu können.
Speziell für moderne Wärmepumpen, die ideal für 2-Rohr-Systme aber ungeeignet für 4-Rohr-Systeme sind, da sie nur entweder heizen oder kühlen können, wird auf diese Weise ein effektiver Betrieb ermöglicht, weil die Umschaltphasen länger werden. Vor allem die gleitende Vorlauftemperaturanpassung ohne zentrale CO-Umschaltung verringert das Überschwingen der Raumtemperatur wie es bei großen Differenzen zwischen Vorlauf- und Raumtemperatur auftritt.
2 zeigt als eine entscheidende Systemkomponente den prinzipiellen Aufbau und die Funktionsweise des KreuzstromVentils 9 in den vier Betriebsarten „parallel”, „heizen”, „kühlen” und „Bypass”.
Durch eine spezielle neuartige Gestaltung des Ventileinsatzes können die vorab beschriebenen Funktionsweisen ohne komplizierte Verrohrung von zwei 6-Wege-Ventilen erreicht werden. Dazu wird das Ventilgehäuse mit 6 in bestimmtem Winkel zueinander angeordneten Anschlüssen versehen. Der mittlere Anschluss ist der zentrale Zu- bzw. Rücklauf sowie die beiden Zu- bzw. Rückläufe zu den Räumen. Der Ventilkern besitzt eine Durchgangsbohrung sowie zwei sich jeweils mittig treffende Sackbohrungen.
In Stellung „parallel” gemäß 2.1 ist der zentrale Vorlauf 5 über die beiden anderen Ausgängen mit den Vorläufen 7.2 und 8.2 der Räume 7 und 8 verbunden. Die andere Bohrungsgruppe des Ventileinsatzes 9.1 verbindet die Rückläufe 7,3 und 8,3 aus den Räumen 7, 8 mit dem zentralen Rücklauf 6. Die Durchgangsbohrung ist außer Funktion.
2.2 zeigt die Betriebsart „heizen” (der zentrale Vorlauf 5 fließt in den wärmeren Raum 8, der Rücklauf 8.3 als Vorlauf 7.2 in den Raum 7 und dessen Rücklauf 7.3 in den zentralen Rücklauf 6). In der gezeigten Stellung ist der zentrale Vorlauf 5 über eine Bohrungsgruppe des Ventileinsatzes 9.1 mit dem Vorlauf 8.2 des Raumes 8 verbunden. Über die Durchgangsbohrung fließt der Rücklauf 8.3 aus Raum 8 zum Vorlauf 7.2 des Raumes 7. Die andere Bohrungsgruppe verbindet den Rücklauf 7.3 aus dem Raum 7 mit dem zentralen Rücklauf 6.
2.3 zeigt die Betriebsart „kühlen” (der zentrale Vorlauf 5 fließt in den kühleren Raum 7 der Rücklauf 7.3 als Vorlauf 8.2 in den Raum 8 und dessen Rücklauf 8.3 in den zentralen Rücklauf 6. In der gezeigten Stellung ist der zentrale Vorlauf 5 über eine Bohrungsgruppe des Ventileinsatzes 9.1 mit dem Ausgang des Vorlaufes 7.2 von Raum 7 verbunden. Über die Durchgangsbohrung fließt der Rücklauf 7.3 aus Raum 7 zum Vorlauf 8.2 des Raumes 8. Die andere Bohrungsgruppe verbindet den Rücklauf 8.3 aus Raum 8 mit dem zentralen Rücklauf 6.
2.4 zeigt die Betriebsart „Bypass” (der zentrale Vorlauf 5 fließt direkt in den zentralen Rücklauf 6 – Bypassfunktion)
In der gezeigten Stellung ist der zentrale Vorlauf 5 über die Durchgangsbohrung des Ventileinsatzes 9.1 direkt mit dem zentralen Rücklauf 6 verbunden, so dass keine Unterbrechung des Mediumstromes bei geschlossenen Raumventilen erfolgt.
Zur Gewährleistung einer exakten Messung der Mediumtemperaturen in unmittelbarer Nähe des Kreuzstrom-Ventils 9 werden die Einzelteile des Kreuzstrom-Ventils 9 bevorzugt aus spritzbarem Plasikwerkstoff geformt, der sowohl eine thermische Entkopplung gewährleistet als auch die Sauerstoffdiffusion verhindert.
3 zeigt als eine entscheidende Systemkomponente den prinzipiellen Aufbau und die Funktionsweise der Kreuzstrom-Mischkammer 10.1 eines Mischkammerventils 10 in den vier Betriebsarten „parallel”, „heizen”, „kühlen” und „Bypass”, die durch Verdrehen eines Kanals 10.2 erreicht werden. Die Anschlüsse des Mischkammerventils 10 münden in eine Mischkammer 10.1, in der der Kanal 10.2 verdrehbar angeordnet ist, wobei der Kanal 10.2 im Parallelbetrieb geschlossen ist, im Heizbetrieb- bzw. Kühlbetrieb die Verbindung jeweils zwischen einem Rück- und einem Vorlauf und im Bypassbetrieb zwischen dem zentralen Vor- und Rücklauf herstellt.
In 4 ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die aber auch eine eigenständige Funktion aufweisen kann, nämlich eine Vorrichtung zum Umleiten des Kaltwasserstromes der Kaltwasserleitung 13 über den Wärmetauscher 12 der zentralen Heizeinrichtung 3.
Durch Einsatz des neuartigen Mehrwege-Ventils zur Umschaltung des Zulaufes zum Heizkessel wird der Kaltwasserzulauf des Gebäudes mit durchschnittlich 16...18°C zum Kühlen des Heizwasserkreislaufes genutzt und gleichzeitig eine Bypassfunktion integriert. Auf diese Weise ist es möglich reine Heizungssysteme in den Sommermonaten mit gekühltem Wasser zu betreiben ohne zusätzlich eine Kühlanlage installieren zu müssen.
Als neuartiges Wegeventil wird das in 5 dargestellte 2-Wege-Bypass-Ventil 14 eingesetzt, das folgende Schaltstellungen realisiert:

– vollständige Umleitung des Kaltwasserstromes über den Wärmetauscher 12 und Rückleitung in die Kaltwasserleitung 13,
– teilweise Umleitung des Kaltwasserstromes über den Wärmetauscher 12,
– Sperrung des Zuflusses zum Wärmetauscher 12 und
– Sperrung des Kaltwasserstromes.

Bezugszeichenliste

1: Schaltstelle für Gebäudetechnik
2: Steuereinrichtung für Heizungs- und Kühltechnik
3: zentrale Heizanlage
4: zentrale Kühlanlage
5: zentraler Vorlauf
6: Zentraler Rücklauf
7: Raum 1 (kalt)
7.1: Heiz-/Kühlaggregat
7.2: Vorlauf
7.3: Rücklauf
8: Raum 2 (warm)
8.1: Heiz-/Kühlaggregat
8.2: Vorlauf
8.3: Rücklauf
9: Kreuzstrom-Ventil
9.1: Ventileinsatz
10: Mischkammerventil
10.1: Mischkammer
10.2: Kanal
11: Temperaturmesseinrichtungen
12: Wärmetauscher
13: Kaltwasserleitung
14: 2-Wege-Bypass-Ventil

Claims

Verfahren zur Nutzung der Wärmeenergieresourcen von Gebäuden zur Heizung und/oder Kühlung von Räumen, die von einer zentralen Heizungs- und/oder Kühleinrichtung über Vor- und Rücklaufleitungen für ein Heiz- und/oder Kühlmedium versorgbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturdifferenzen zwischen Räumen gemessen werden und durch Kopplung von Vor- und Rücklaufleitungen in Form von Zwischenkreisläufen ein Wärmeaustausch zwischen den Räumen, die eine Temperaturdifferenz aufweisen, erfolgt und/oder zur Kühlung von Räumen die Heizungseinrichtungen genutzt werden, indem ein Wärmeaustausch mit dem permanent fließenden Kaltwasserzulauf für das Gebäude erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die Rücklaufleitung eines Raumes oder einer Raumgruppe mit der Vorlaufleitung eines anderen Raumes oder einer Raumgruppe gekoppelt wird, so dass das umlaufende Heiz- und/oder Kühlmedium die Räume nacheinander erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zeitweilig der Rücklauf eines Raumes mit dem Vorlauf dieses Raumes gekoppelt wird, so dass das Heizund/oder Kühlmedium sich in dieser Verweildauer der Raumtemperatur annähert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor- und Rücklauftemperaturwerte erfasst und einer zentralen Steuerung zugeleitet werden, die unter Berücksichtigung von mindestens Solltemperaturwerten und des Betriebszustandes der zentralen Heiz- und/oder Kühleinrichtung die Einstellung der die Kopplung von Vor- und Rückläufen vornehmenden Ventile veranlasst.
Vorrichtung zur Nutzung der Wärmeenergieresourcen von Gebäuden zur Heizung und/oder Kühlung von Räumen über Heiz- und/oder Kühlaggregate, die über Vor- und Rücklaufleitungen mit einer zentralen Heiz- und/oder Kühleinrichtung gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Kreuzstrom-Ventils (9) oder eines Mischkammerventils (10) mindestens der Rücklauf (8.3) aus einem Raum (8) mit dem Vorlauf (7.2) eines anderen Raumes (7) zum Zwecke des Wärmeaustausches zwischen den Räumen (8, 7) koppelbar ist und/oder zu Kühlzwecken die zentrale Heizeinrichtung (3) über einen Wärmetauscher (12) mit der Kaltwasserleitung (13) des Gebäudes gekoppelt ist, so dass ein gekühltes Medium in den zentralen Vorlauf (5) eingespeist wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreuzstromventil (9) oder das Mischkammerventil (10) bei der Verwendung für zwei Räume (7, 8), deren Heiz- und Kühlagregate (7.1, 8.1) über eine Vor- und eine Rücklaufleitung verfügen, Anschlüsse folgender Art aufweist einen Anschluss zum zentralen Vorlauf (5) einen Anschluss zum zentralen Rücklauf (6) einen Anschluss zum Vorlauf (7.2) in Raum (7) einen Anschluss zum Rücklauf (7.3) aus Raum (7) einen Anschluss zum Vorlauf (8.2) in Raum (8) einen Anschluss zum Rücklauf (8.3) aus Raum (8) und der Ventileinsatz (9.1 oder 10.1) so ausgebildet ist, dass a) jeder Raum (7, 8) an den zentralen Vor- und Rücklauf (5, 6) anschließbar ist (Parallelbetrieb), b) der Rücklauf (8.3) aus Raum (8) mit dem Vorlauf (7.2) von Raum (7) koppelbar ist, während der Vorlauf (8.2) des Raumes (8) mit dem zentralen Vorlauf (5) und der Rücklauf (7.3) des Raumes (7) mit dem zentralen Rücklauf (6) verbunden sind (Heizen), c) der Rücklauf (7.3) aus Raum (7) mit dem Vorlauf (8.2) von Raum (8) koppelbar ist, während der Rücklauf (8.3) aus Raum (8) mit dem zentralen Rücklauf (6) und der Vorlauf (7.2) des Raumes (7) mit dem zentralen Vorlauf (5) verbunden sind (Kühlen), d) der zentrale Vorlauf (5) mit dem zentralen Rücklauf (6) verbindbar ist, während der Rück- und Vorlauf des Raumes (7) und die des Raumes (8) jeweils verbunden sind, so dass innerhalb jedes Raumes (7, 8) ein Umlauf erfolgt (Bypass).
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventileinsatz (9.1) über zwei Kanäle mit jeweils drei Öffnungen und einem Kanal mit zwei Öffnungen verfügt, wobei in jeder Schaltstellung mindestens 2 Öffnungen pro Kanal mit Anschlüssen zu einem Vor- und/oder Rücklauf verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse des Mischkammerventils (10) in eine Mischkammer (10.1) münden, in der ein Kanal (10.2) verdrehbar angeordnet ist, wobei der Kanal (10.2) im Parallelbetrieb geschlossen ist, im Heizbetrieb- bzw. Kühlbetrieb die Verbindung jeweils zwischen einem Rück- und einem Vorlauf und im Bypassbetrieb zwischen dem zentralen Vor- und Rücklauf herstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelteile des Kreuzstrom-Ventils (9) und oder des Mischkammerventils (10) bevorzugt aus spritzbarem Plasikwerkstoff geformt sind, der sowohl eine thermische Entkopplung gewährleistet als auch die Sauerstoffdiffusion verhindert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umleiten des Kaltwasserstromes der Kaltwasserleitung (13) über den Wärmetauscher (12) der zentralen Heizeinrichtung (3) ein 2-Wege-Bypass-Ventil (14) eingesetzt ist, das folgende Schaltstellungen realisiert: – vollständige Umleitung des Kaltwasserstromes über den Wärmetauscher (12) und Rückleitung in die Kaltwasserleitung (13), – teilweise Umleitung des Kaltwasserstromes über den Wärmetauscher (12), – Sperrung des Zuflusses zum Wärmetauscher (12) und – Sperrung des Kaltwasserstromes.