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Aus
DE 10 2006 017 286 B4 ist bekannt, dass zwei Heizkreise mit unterschiedlichen Temperaturniveaus durch einen Mischer in Reihe hintereinander geschaltet werden, um eine möglichst niedrige Rücklauftemperatur zu erreichen. Die Hintereinanderschaltung kann bis zur Erreichung einer gewissen Mindestwasseremenge durchgeführt werden, danach öffnet ein Überströmventil, bzw. um diese unkontrollierte Überströmung zu vermeiden, wird ein zusätzliches Zweiwegeventil parallel zu diesem Überstömventil geöffnet. Die Mindestwassermenge ergibt sich aus dem Bedarf des Heizkreises mit dem niedrigeren Temperaturniveau, der im Beispiel aus parallel geschalteten, Thermostat – gesteuerten Radiatoren besteht. Wenn nur noch wenige Thermostatventile geöffnet sind, steigt der Druck an, bis das Überströmventil öffnet, bzw. das automatische Zweiwegeventil geöffnet wird.
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Aus
DE 10 2010 010 088 A1 ist bekannt, dass anstelle des vorgenannten Überströmventils und des Zweiwegeventils ein Mischer im Rücklauf nach dem Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau eingebaut ist. Die Einstellung einer Mindestwassermenge für den Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau wird durch Öffnen des Mischers erreicht, eingestellt wird ein Teilstrom in Richtung zur Wärmequelle und ein Teilstrom in Richtung des Heizkreises mit dem niedrigeren Temperaturniveau. Es wird ein Regelkreis mit Durchflusssensor aufgebaut. Als alternative und einfachere Lösung wird bei geringem Durchfluss eine Vorrangschaltung für den Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau umgeschaltet. Bei der Vorrangschaltung ist ein Komfortverzicht zu verzeichnen.
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Die Pumpenleistung muss in
DE 10 2006 017 286 B4 und in
DE 10 2010 010 088 A1 für eine Hintereinanderschaltung beider Heizkreise ausgelegt werden. Der Gesamtwiderstand ergibt sich der Summe der Widerstände beider Heizkreise. In der Praxis hat der Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau als indirekter Warmwasserspeicher zumeist einen relativ geringen Strömungswiderstand. Der Widerstand des Heizkreises mit dem niedrigeren Temperaturniveau, der im Beispiel aus parallel geschalteten, Thermostat – gesteuerten Radiatoren besteht, ist meist die bestimmende Größe. In der Folge wird entweder der Einsatz einer speziell für diesen Bedarfsfall konstruierten Pumpe erforderlich, oder aber es wird eine Pumpe eingebaut, die im Falle der ausschließlichen Versorgung des Heizkreises mit dem höheren Temperaturniveau überdimensioniert ist (Sommerfall). Bei Verwendung einer speziellen Pumpe ergeben sich Nachteile bei Reparatur und Ersatzbeschaffung. Bei Verwendung einer überdimensionierten Pumpe ergibt sich ein zu hoher Energieverbrauch.
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Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Mindestdurchflussmenge auf eine einfachere Art sicherzustellen, zudem soll die Pumpenleistung und damit der Stromverbrauch reduziert werden. Ferner soll die Verwendung einer Vorrangschaltung für einen Heizkreis und damit der zeitweise Verzicht zur Nutzung des zweiten Heizkreises verzichtbar werden.
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Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die erforderliche Mindestwassermenge für jeden Heizkreis durch eine eigene Pumpe sichergestellt wird. Bei Hintereinanderschaltung beider Heizkreise wird die Wassermenge durch den Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau bestimmt, im Beispiel besteht dieser Heizkreis aus Thermostat – gesteuerten Radiatoren. Bei geringer Abnahme am Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau kann es dazu führen, dass der Bedarf für den Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau nicht mehr ausreicht. Zur Sicherstellung des Wärmebedarfs des Heizkreises mit dem höheren Temperaturniveau wird die Pumpe (22) zusätzlich eingeschaltet, wobei die Durchflussrichtung am Steller nicht verändert wird, der Steller (11), Eingang (0) nach Ausgang (1) bleibt geöffnet. Die Pumpe (23) kann dabei zur Versorgung des Heizkreises mit dem niedrigeren Temperaturniveau gleichzeitig weiterlaufen, es ergibt sich ein Parallelbetrieb beider Heizkreise. Die Gesamtrücklauftemperatur an der Wärmequelle (1) ergibt sich dabei aus einer Mischtemperatur der beiden Rückläufe.
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Im Beispiel ist der Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau ein indirekter Warmwasserspeicher. Nach Erreichen der unteren Einschalttemperatur startet die Boilerladepumpe (22), bei Erreichenden einer oberen Abschalttemperatur schaltet die Boilerladepumpe (22) wieder ab.
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Danach ergibt sich wieder eine Reihenschaltung der beiden Heizkreise, die Pumpe (23) erzeugt die erforderliche Strömung.
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Möglich, aber nicht notwendig ist, bei geringer Abnahme am Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau eine Vorrangschaltung für den Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau zu betreiben. Die Gesamtücklauftemperatur an der Wärmequelle (1) ist dann zeitlich versetzt die Rücklauftemperatur des Heizkreises mit dem höheren Temperaturniveau, danach wieder die zweistufig abgekühlte Rücklauftemperatur beider in Reihe geschalteter Heizkreise.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Hierbei werden mehrere Heizkreise parallel zu dem Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau geschaltet. In der Praxis ergibt sich dieser Bedarf dadurch, dass in größeren Gebäuden oft mehrere Heizkreise eingebaut werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben. Hier werden drei Heizkreise mit drei unterschiedlichen Temperaturniveaus hintereinander geschaltet. Bei Bedarf können die Heizkreise auch parallel betrieben werden. In der Praxis ergibt sich dieser Bedarf bei folgendem Beispiel: Der Heizkreis mit dem höchsten Temperaturniveau ist ein indirekter Warmwasserspeicher, der Heizkreis mit dem mittleren Temperaturniveau besteht aus Thermostat – gesteuerten Radiatoren, der Heizkreis mit dem niedrigsten Temperaturniveau ist eine Fußbodenheizung.
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Eine zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 4 und 5 angegeben. Hier wird der Gesamtrücklauf vor der Wärmequelle (1) noch über einen weiteren Heizkreis mit sehr niedrigem Temperaturniveau geführt, im Beispiel ein indirekter Warmwasserspeicher zur Brauchwasservorwärmung. Im Patentanspruch 4 wird dieser Heizkreis ständig durchströmt, im Patentanspruch 5 wird dieser Heizkreis zu- und abschaltbar ausgeführt, um die Durchströmung nur im Bedarfsfall zu schalten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen 1 Patentanspruch 1
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Der Heizkreis (2) ist der Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau, im Beispiel ein indirekter Warmwasserspeicher. Der Heizkreis (3) ist der Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau, im Beispiel besteht dieser Heizkreis aus Thermostat – gesteuerten Radiatoren. Der Heizkreis (3) wird mit einer bekannten Mischerregelung betrieben, bestehend aus dem Mischer (13) und einem nicht dargestellten Temperaturfühler. Die Vorlauftemperatur wird gemäß einer Kennlinie geführt, z. B.: abhängig von der Außentemperatur und der Zeit. Der Regelkreis der bekannten Mischerregelung stellt am Ausgang (1) des Mischers (13) die gewünschte Mischtemperatur zur Verfügung, die für den Vorlauf des Heizkreises (3) benötigt wird. Die Mischtemperatur am Ausgang (1) des Mischers (13) ist das Ergebnis, welches sich aus den Temperaturen und Wassermengen der beiden verstellbaren Eingänge (0) und (3) des Mischers (13) ergibt. Je nach Bedarf verändert der Mischer (13) den Durchfluss der beiden Eingänge (0) und Eingang (3). Die Maximalstellungen sind dabei
- – völliger Durchlass Eingang (0) und kein Durchlass Eingang (3) und
- – kein Durchlass Eingang (0) und völliger Durchlass Eingang (3).
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Die Pumpe (23), nach Stand der Technik konstant- oder proportional-druckgeregelt ausgeführt, fördert die erforderliche Wassermenge durch den Heizkreis (3). Dabei wird ein Teil des Rücklaufs des Heizkreises (3) über den Eingang (3) des Mischers (13) dem Vorlauf wieder beigemischt. Der andere Teil des Rücklaufs des Heizkreises (3) fließt zur Wärmequelle (1) zurück.
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Um eine Fehlströmung der ausgeschalteten Pumpe (22) gegen die Fließrichtung auszuschließen, wird der Pumpe (22) eine bekannte Schwerkraftbremse (32) nachgeschaltet. Um eine Fehlströmung der ausgeschalteten Pumpe (23) gegen die Fließrichtung auszuschließen, wird der Pumpe (23) eine bekannte Schwerkraftbremse (33) nachgeschaltet.
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Die Funktionsweise des Verfahrens ist dabei wie folgt:
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a) Wärmebedarf an Heizkreis (2) und Wärmebedarf an Heizkreis (3), Reihenschaltung bei ausreichendem Volumenstrom
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Die Pumpe (22) ist ausgeschaltet. Die Pumpe (23) ist eingeschaltet. Ein Teilstrom fließt als Vorlauf von der Wärmequelle (1) über den Eingang (0) und den Ausgang (1) des Stellers (11) zum Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau (2) und gelangt als Rücklauf des Heizkreises (2) zum Eingang (0) des Mischers (13). Der zweite Teilstrom kommt als Rücklauf vom Heizkreis (3) zum Eingang (3) des Mischers (13). Am Ausgang (1) des Mischers (13) fließt das volle Volumen, gefördert durch die Pumpe (23), als Vorlauf zum Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau (3). Der Rücklauf des Heizkreises (3) fließt als Teilstrom zum Eingang (3) des Mischers (13) und als Teilstrom zurück zur Wärmequelle (1).
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Die Reihenschaltung der beiden Heizkreise (2) und (3) kann aufrechterhalten werden, solange der Teilstrom des Heizwassers ausreicht, um den Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau (2) zu versorgen. Sobald der Teilstrom nicht mehr ausreicht, werden die beiden Heizkreise (2) und (3) parallel versorgt, Verfahren siehe Parallelschaltung gemäß Unterpunkt b).
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b) Wärmebedarf an Heizkreis (2) und Wärmebedarf an Heizkreis (3), Parallelschaltung bei nicht ausreichendem Volumenstrom
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Die Pumpe (22) ist eingeschaltet und die Pumpe (23) ist eingeschaltet. Es ergeben sich folgende zwei überlagerte Kreisläufe:
Der erste Kreislauf ergibt sich dadurch, dass die Pumpe (22) das Heizwasser als Vorlauf von der Wärmequelle (1) über den Eingang (0) und den Ausgang (1) des Stellers (11) zum Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau (2) und als Rücklauf des Heizkreises (2) zurück zur Wärmequelle (1) fördert. Der zweite Kreislauf ergibt sich aus der Reihenschaltung des Heizkreises (2) und des Mischer – geregelten Heizkreises (3). Die Pumpe (23) fördert vom Vorlauf der Wärmequelle (1) einen Teilstrom über den Eingang (0) und den Ausgang (1) des Stellers (11) zum Heizkreis (2) und gelangt als Rücklauf vom Heizkreis (2) zum Eingang (0) des Mischers (13) über den Ausgang (1) des Mischers (13) als Vorlauf zum Heizkreis (3). Als Rücklauf vom Heizkreis (3) geht ein Teilstrom zum zum Eingang (3) des Mischers (13) zurück zum Ausgang (1) des Mischers (13), der andere Teilstrom geht zurück zur Wärmequelle (1).
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c) Wärmebedarf an Heizkreis (2) und kein Wärmebedarf an Heizkreis (3)
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Die Pumpe (23) ist ausgeschaltet. Die Pumpe (22) ist eingeschaltet, sie fordert das Heizwasser als Vorlauf von der Wärmequelle (1) über den Eingang (0) und den Ausgang (1) des Stellers (11) zum Heizkreis mit dem höheren Temperaturniveau (2) und gelangt als Rücklauf des Heizkreises (2) zurück zur Wärmequelle (1).
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d) kein Wärmebedarf an Heizkreis (2) und Wärmebedarf an Heizkreis (3)
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Die Pumpe (22) ist ausgeschaltet. Die Pumpe (23) fördert vom Vorlauf der Wärmequelle (1) einen Teilstrom über den Eingang (0) und den Ausgang (3) des Stellers (11) zum Eingang (0) des Mischers (13) über den Ausgang (1) des Mischers (13) als Vorlauf zum Heizkreis (3). Als Rücklauf vom Heizkreis (3) geht ein Teilstrom zum zum Eingang (3) des Mischers (13) zurück zum Ausgang (1) des Mischers (13), der andere Teilstrom geht zurück zur Wärmequelle (1). Idealerweise sollte bei alleiniger Wärmeanforderung des Heizkreises (3) der Eingang (0) zum Ausgang (1) des Mischer (13) vollständig geöffnet sein und die Wärmequelle (1) sollte genau die erforderliche Vorlauftemperatur liefern. Bei vollständiger Öffnung des Mischers (13) ergibt sich folgende Strömung:
Die Pumpe (23) fördert vom Vorlauf der Wärmequelle (1) das Heizwasser über den Eingang (0) und den Ausgang (3) des Stellers (11) und über den Eingang (0) und den Ausgang (1) des Mischers (13) als Vorlauf zum Heizkreis (3). Als Rücklauf vom Heizkreis (3) strömt das Heizwasser dann zurück zur Wärmequelle (1).
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2 zeigt Patentanspruch 2
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In 2 werden dem Mischer-geregelten Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau (3) weitere baugleiche Heizkreise (4, n) parallel geschaltet. Jeder dieser Heizkreise (3, 4, n) ist gleichartig aufgebaut, er besteht aus einem Mischer (13, 14, n), einer Pumpe (23, 24, n) und einer Schwerkraftbremse (33, 34, n). Die Heizkreise (3, 4, n) haben jeweils ein niedrigeres Temperaturniveau als der Heizkreis (2). Auf Grund der Parallelschaltung können die Heizkreise (3, 4, n) unabhängig voneinander betrieben werden.
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3 zeigt Patentanspruch 3
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In 3 werden drei Heizkreise mit unterschiedlichen Temperaturniveaus versorgt. Bei Hintereinanderschaltung aller drei Heizkreise werden folgende Schaltzustände erforderlich:
Die Pumpe 22 ist ausgeschaltet, die Pumpen (23) und (24) sind eingeschaltet. Der Steller (11) öffnet die Fließrichtung von Eingang (0) nach Ausgang (1). Der Mischer (15) öffnet die Fließrichtung von Eingang (0) nach Ausgang (1).
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Bei Hintereinanderschaltung aller drei Heizkreise ergibt sich damit folgender Kreislauf:
Das Heizwasser fließt von der Wärmequelle (1) zum Eingang (0) über den Ausgang (1) des Stellers (11) als Vorlauf zum Heizkreis mit dem höchsten Temperaturniveau (2) und dann als Rücklauf zum Mischer – geregelten Heizkreis mit dem mittleren Temperaturniveau (3). Danach fließt das Heizwasser als Rücklauf des Heizkreises (3) zum Teil über den Eingang (0) und Ausgang (1) des Mischers (15) als Vorlauf zum Mischer – geregelten Heizkreis mit dem niedrigsten Temperaturniveau (4). Der Rücklauf des Heizkreises (4) fließt zusammen mit dem anderen Teil des Rücklaufes vom Heizkreis (3) zurück zur Wärmequelle (1). Voraussetzung für die Hintereinanderschaltung der Heizkreise (3) und (4) ist, dass die Wassermenge des Heizkreises (3) größer oder gleich der Wassermenge des Heizkreises (4) ist.
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Bei größerer Wassermenge des Heizkreises (3) und vollständiger Öffnung von Eingang (0) nach Ausgang (1) des Mischers (15) fließt ein Teil des Rücklaufs von Heizkreis (3) als Vorlauf zum Heizkreis (4), der andere Teil fließt direkt zurück zur Wärmequelle (1).
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Ist die Wassermenge des Heizkreises (3) geringer als die Wassermenge des Heizkreises (4), dann öffnet der Mischer (15) in Richtung Eingang (3). Dann fließt ein Teil des Rücklaufs von Heizkreis (2) und ein Teil des Rücklaufs von Heizkreis (3) mit einer Mischtemperatur als Vorlauf zum Heizkreis (4). Der entsprechende Bedarf ergibt sich auch, wenn die Solltemperatur des Vorlaufs für den Heizkreis (4) höher ist, als die Rücklauftemperatur des Heizkreises (3). Bei zu geringer Vorlauftemperatur oder bei zu geringen Wassermenge öffnet der Mischer (15) in Richtung Eingang (3). Die Ansteuerung kann damit, wie nachfolgend beschrieben, alleine über die Temperatur erfolgen:
Ist die Wassermenge des Heizkreises (3) geringer als die Wassermenge des Heizkreises (4), dann fördert die Pumpe (24) den fehlenden Teilstrom vom Rücklauf des Heizkreises (4) über den Eingang (0) und Ausgang (1) des Mischers (15) zum Vorlauf des Heizkreises (4). Der andere Teilstrom fließt vom Rücklauf des Heizkreises (3) über den Eingang (0) und Ausgang (1) des Mischers (15) zum Vorlauf des Heizkreises (4). Im Ergebnis erhält man für den Vorlauf des Heizkreises (4) eine Mischtemperatur aus Rücklauftemperatur des Heizkreises (3) und Rücklauftemperatur des Heizkreises (4). Ist diese Temperatur für den Bedarf zu gering, dann öffnet der Mischer (15) in Richtung Eingang (3), solange, bis die Solltemperatur für den Vorlauf des Heizkreises (4) erreicht ist. Nach Erreichen der Solltemperatur stellt sich ein ausgeglichenes Verhältnis ein. Der Mischer (15) öffnet den Eingang (0) (zum Beispiel zu 80%) und den Eingang (3) (zum Beispiel zu 20%). Dann fließt der größere Teil vom Rücklauf (3), eventuell vermischt mit dem Rücklauf des Heizkreises (4), über den Eingang (0) zum Ausgang (1) des Mischers (15) zum Vorlauf des Heizkreises (4).
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Der kleinere Teil fließt vom Rücklauf des Heizkreises (2) über den Eingang (3) zum Ausgang (1) des Mischers (15) zum Vorlauf des Heizkreises (4).
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Bei vollständiger Öffnung von Eingang (3) nach Ausgang (1) des Mischers (15) erhält man im Ergebnis eine Parallelschaltung der beiden Heizkreise (3) und (4). Bei Parallelschaltung können beide Heizkreise (3) und (4) unabhängig voneinander betrieben werden, wobei die Heizwassertemperatur dann nur einstufig abgekühlt wird.
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4 zeigt Patentanspruch 4
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In Patentanspruch 4 wird ein weiterer Heizkreis mit einem sehr niedrigen Temperaturniveau (6) in den Hauptrücklauf vor der Wärmequelle (1) eingebunden. Der Heizkreis (6) ist im Beispiel ein Brauchwasservorwärmer. Die gesamte Wassermenge des Hauptrücklaufs fliest durch diesen Heizkreis. Wenn der Heizkreis (6) Energie aufnehmen kann, vermindert sich die Gesamtrücklauftemperatur. Der Heizkreise (6) wird aus Kostengründen ungeregelt eingebunden. In der Praxis ist bei Brauchwasservorwärmer meist ein positiver Energietransport möglich. Der umgekehrte Fall, dass der Heizkreis (6) Energie an den Rücklauf abgibt, tritt selten auf. Eine schaltbare Ausführung für den Heizkreis (6) würde die Investitionskosten, den Regelungsaufwand und die Störanfälligkeit erhöhen.
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5 zeigt Patentanspruch 5
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In Patentanspruch 5 wird als aufwändigere Variante zu Patentanspruch 4 ein Dreiwegeventil (16) hinzugefügt. Der Schaltbefehl für die Zu-/Abschaltung des Heizkreises (6) erfolgt durch Vergleich der Temperaturen im Hauptrücklauf vor dem Heizkreis (6) und im Heizkreis (6). Wenn Energie in Richtung Heizkreis (6) transportiert werden kann, wird der Heizkreis (6) dazugeschaltet. Das Dreiwegeventil (16) öffnet die Fließrichtung von Eingang (0) nach Ausgang (1).
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Wenn keine Energie in Richtung Heizkreis (6) transportiert werden kann, wird der Heizkreis (6) abgeschaltet. Das Dreiwegeventil (16) öffnet die Fließrichtung von Eingang (0) nach Ausgang (3).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006017286 B4 [0001, 0003]
- DE 102010010088 A1 [0002, 0003]