DE10259279B3

DE10259279B3 - Versorgungssystem für Heiz-oder Kühlwasser sowie Verfahren zum Betreiben desselben

Info

Publication number: DE10259279B3
Application number: DE10259279A
Authority: DE
Inventors: Peter Behr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-12-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Versorgungssystem (11) für Heiz- und/oder Kühlwasser, mit einem Primärkreislauf (12), welcher eine Primärvorlaufleitung (16) und eine Primärrücklaufleitung (20) aufweist, mindestens einem Sekundärkreislauf (32), welcher eine Sekundärvorlaufleitung (34), eine Sekundärrücklaufleitung (35), einen zwischen Sekundärvorlaufleitung (34) und Sekundärrücklaufleitung (35) geschalteten Verbraucher (33), eine die Sekundärvorlaufleitung (34) und die Sekundärrücklaufleitung (35) verbindende Beimischleitung (36) sowie in der Sekundärvorlaufleitung (34) einen dem Verbraucher (33) vorgeschalteten Injektor (19) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in den Injektor (19) einerseits die Sekundärvorlaufleitung (34) als Treibstromleitung und andererseits die Beimischleitung (36) als Saugstromleitung mündet und dass in der Sekundärvorlaufleitung (34) mindestens ein Regelventil (17) dem Injektor (19) vorgeschaltet ist und mindestens ein Steuerventil (29) in der Beimischleitung (36) vorgesehen ist, und dass das im Injektor (19) resultierende Mischungsverhältnis konstant ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Versorgungssystems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Versorgungssystem für Heiz- oder Kühlwasser mit einem Primärkreislauf, welcher eine Primärvorlaufleitung und eine Primärrücklaufleitung aufweist, mindestens einem Sekundärkreislauf, welcher eine Sekundärvorlaufleitung, eine Sekundärrücklaufleitung, einen zwischen Sekundärvorlaufleitung und Sekundärrücklaufleitung geschalteten Verbraucher, eine die Sekundärvorlaufleitung und die Sekundärrücklaufleitung verbindende Beimischleitung sowie in der Sekundärvorlaufleitung einen dem Verbraucher vorgeschalteten Injektor aufweist sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.

Gattungsgemäße Versorgungssysteme zum Heizen sind bekannt. Die jedem einzelnen Verbraucher vorgeschaltete Wasserstrahlpumpe dient zur Mischung von warmem Vorlauf- mit kaltem Rücklaufwasser, um auf diese Weise die für jeden Verbraucher erforderliche individuelle Wassertemperatur einzustellen. Die Einstellung des Mischungsverhältnisses erfolgt von Hand oder durch Temperaturregler (vgl. Recknagel/Sprenger, „Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik München, Oldenbourg83/84, S. 629, ISBN 3-486-35912-6)

Aus der DE 198 59 364 C2 ist ein Versorgungssystem bekannt, bei dem durch eine jedem Verbraucher vorgeschaltete regelbare Wasserstrahlpumpe der Wärmeträgerstrom über die Wassermenge zu begrenzen ist wenn zu Spitzenlastzeiten bei einzelnen Verbrauchern große Wärmemengen benötigt werden und dafür andere Verbraucher nur mit geringen Wärmemengen versorgt werden.

Problematisch ist hierbei, dass die bekannten Schaltungen und Regelkreise vergleichsweise aufwändig und nur bedingt auf solche Systeme übertragbar sind, bei denen Verbraucher in Form von Decken- oder Fußbodenheiz- oder Kühlflächen vorgesehen sind. In diesem Fall muss beim Heizen die Gefahr von Übertemperaturen und beim Kühlen die Gefahr einer Unterschreitung der Taupunktstemperatur vermieden werden. Insbesondere hierfür sind die bekannten Schaltungen und Regelkreise entweder nicht geeignet oder zu aufwändig. Außerdem benötigen die bekannten Systeme eine zusätz liche Pumpe im Sekundärkreislauf, um den Transport des Heiz- bzw. Kühlwassers zu gewährleisten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Versorgungssystem und ein Verfahren zum Betreiben desselben bereit zu stellen, um eine einfache und , wirksame Temperaturregelung insbesondere auch für Fußbodenheiz- oder Kühlflächen zu ermöglichen.

Die Lösung besteht in einem Versorgungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in den Injektor einerseits die Sekundärvorlaufleitung als Treibstromleitung und andererseits die Beimischleitung als Saugstromleitung mündet und dass in der Sekundärvorlaufleitung mindestens ein Regelventil dem Injektor vorgeschaltet ist und mindestens ein Steuerventil in der Beimischleitung vorgesehen ist, und dass das im Injektor resultierende Mischungsverhältnis konstant ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zum Einen die Durchflussmenge des Heiz- oder Kühlwassers einzeln in jedem Sekundärkreislauf geregelt wird und dass zum Anderen die Temperatur des Heiz- oder Kühlwassers in der Sekundärvorlaufleitung geregelt wird, indem im Injektor aus der Primärvorlaufleitung in jede Sekundärvorlaufleitung eintretendes Heiz- oder Kühlwasser mit Rücklaufwasser aus der Beimischleitung des betreffenden Sekundärkreislaufs gemischt wird, wobei ein konstantes Mischungsverhältnis im Injektor eingestellt wird.

Die Aufgabe des Injektors ist es, ein konstantes Mischungsverhältnis von aus dem Primärkreislauf kommendem frischen Vorlaufwasser (als Treibstrom) und von einem Verbraucher kommendes Rücklaufwasser (als Saugstrom) aus der Beimischleitung zu erreichen. Dabei übernimmt der Injektor selbst keine Regelfunktion, das heißt, die Durchflussmenge wird nicht mit dem Injektor geregelt. Dies geschieht vielmehr durch eine separate Regelung der Durchflussmenge in der Sekundärvorlaufleitung.

Mit der Regelung der Durchflussmenge in der Beimischleitung wird das Mischungsverhältnis zwischen Vorlaufwasser und Rücklaufwasser beeinflusst. Die hydraulischen Eigenschaften des Injektors, nämlich ein von der Treibstrommenge unabhängiges, konstantes Mischungsverhältnis von Treibstrom und Saugstrom bereit zu stellen, werden hierbei genutzt: Eine zusätzliche Pumpe im Sekundärkreislauf ist nicht erforderlich.

Auf diese Weise kann sowohl die Durchflussmenge von Heiz- oder Kühlwasser als auch das Mischungsverhältnis von Vorlaufwasser und Rücklaufwasser und somit die Temperatur des Wassers in der Sekundärvorlaufleitung für jeden einzelnen Verbraucher individuell geregelt werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist also nicht nur die Durchflussmenge des Heiz- oder Kühlwassers, sondern auch dessen Temperatur regelbar, und zwar individuell für jeden Raum.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Als Regelventil können beliebige im Handel erhältliche Regelventile oder einfache Thermostatventile oder Kleinregelventile mit automatischem Stellantrieb verwendet werden. Das Steuerventil kann ein Drosselventil oder eine einfache Drosselblende sein. Der Injektor ist vorzugsweise eine nicht regelbare Wasserstrahlpumpe. Im Gegensatz zu regelbaren Strahlpumpe besitzt dieser Injektor keine bewegbaren Teile. Dies macht ihn einfach in der Herstellung und störunanfällig. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, dass das erfindungsgemäße Versorgungssystem einfach und kostengünstig ist.

Das Mischungsverhältnis von Saugstrom zu Treibstrom kann zwischen 2:1 und 0:1 liegen. Diese Mischungsverhältnisse (wobei im Extremfall das Steuerventil ganz geschlossen werden kann) sind mittels eines Injektors einfach zu erzielen und reichen im Alltagsbetrieb in der Regel für die Anpassung des erfindungsgemäßen Steuersystems an die gewünschten Regelungsparameter aus.

Die Anpassung jedes Sekundärkreislaufs an geänderte Parameter erfolgt durch die Regelung der Durchflussmenge im Sekundärkreislauf, wobei das Mischungsverhältnis konstant gehalten wird. Hierzu kann als Regeleinrichtung ein oder mehrere Regelventile zur Durchflussregelung der Vorlaufmenge im Sekundärkreislauf dienen. Mit einem solchen Regelventil wird letztlich die Durchflussmenge in der Sekundärvorlaufleitung beeinflusst.

Vorzugsweise wird die Begrenzung der Temperatur des Heizwassers nach oben bzw. der Temperatur des Kühlwassers nach unten durch die Einstellung des Mischungsverhältnisses geregelt. Hierzu kann ein Steuerventil in der Beimischleitung zur Durchflussregelung der zugemischten Rücklaufmenge vorgesehen sein. Das Mischungsverhältnis wird also durch Regelung der Durchflussmenge in der Beimischleitung eingestellt.

Als Einsatzgebiete sind sowohl Heiz- als auch Kühl- oder Klimaanlagen vorgesehen, das heißt, dass das erfindungsgemäße Versorgungssystem sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen geeignet ist. Das erfindungsgemäße Versorgungssystem kann insbesondere bei mit Warm- oder Kaltwasser zu versorgenden Wärmeaustauschflächen, in der Regel Heiz- oder Kühlflächen, in Räumen eingesetzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Heiz- oder Kühlkreislaufes.
Der in der Zeichnung dargestellte Heiz- oder Kühlkreislauf 11 weist einen Primärkreislauf 12 und einen Sekundärkreislauf 32 auf. Der Primärkreislauf wiederum weist eine Primärvorlaufleitung 16 und eine Primärrücklaufleitung 20 auf. Im Primärkreislauf 12 ist ein Wärme- oder Kälteerzeuger 14 angeordnet, welcher eine Fernwärmeleitung, ein Heizkessel, ein Kühlaggregat o. dgl. sein kann. Für das gesamte Versorgungssystem transportiert die Primärrücklaufleitung 20 Rücklaufwasser zum Wärme- oder Kälteerzeuger 14, während die Primärvorlaufleitung frisches Vorlaufwasser aus dem Wärme- oder Kälteerzeuger 14 aufnimmt. Dem Wärme- oder Kälteerzeuger 14 ist in der Primärvorlaufleitung 16 eine zentrale Pumpe 15 nachgeschaltet, die dem Wasserumlauf im gesamten Versorgungssystem dient. In der Primärrücklaufleitung 20 kann ferner ein Druckfühler 26 angeordnet sein.
Die Primärvorlaufleitung 16 endet in einem Verzweigungspunkt 21, und die Primärrücklaufleitung 20 endet in einem Mündungspunkt 22. Verzweigungspunkt 21 und Mündungspunkt 22 definieren Anfang und Ende des Primärkreislaufs 12. Das heißt, der Primärkreislauf 12 enthält nur solche Elemente und Mittel, die zur Versorgung des gesamten Heiz- oder Kühlkreislaufes 11 dienen.
Einem derartigen zentralen Primärkreislauf 12 sind so viele Sekundärkreisläufe 32 zugeordnet, wie Verbraucher 33 von dem gesamten Heiz- oder Kühlkreislauf bedient werden. Unter Verbraucher 33 sind bspw. Heizkörper, Wärmeübertragungsflächen für Fußboden- oder Deckenheizung, Raumheizflächen, Raumkühlflächen u. dgl. zu verstehen.
Jeder Sekundärkreislauf 32 weist eine Sekundärvorlaufleitung 34 und eine Sekundärrücklaufleitung 35 sowie einen Verbraucher 33 auf. Die Sekundärvorlaufleitung 34 mündet in den Verbraucher 33, während die Sekundärrücklaufleitung 35 den Verbraucher 33 verlässt.
Die Sekundärkreisläufe 32 sind im Verhältnis zum Primärkreislauf 12 in Parallelschaltung angeordnet, indem so viele Sekundärvorlaufleitungen 34, 34', 34" vom Verzweigungspunkt 21 abzweigen und so viele Sekundärrücklaufleitungen 35, 35', 35" in den Mündungspunkt 22 münden, wie Sekundärkreisläufe 32 vorhanden sind.
Im Folgenden wird ein einzelner Sekundärkreislauf 32 beschrieben, wie er in der Zeichnung dargestellt ist. Aus der Sekundärrücklaufleitung 35 zweigt eine Beimischleitung 36 ab, die nach Art einer Bypassleitung in die Sekundärvorlaufleitung 34 mündet. Die Mündungsstelle bildet ein Injektor 19. Dabei kann es sich um eine für den gewünschten Wasserdurchsatz und die gewünschten Mischungsverhältnisse ausgelegte Wasserstrahlpumpe handeln. Die Sekundärvorlaufleitung 34 tritt also gewissermaßen durch den Injektor 19 hindurch. Das aus der Sekundärvorlaufleitung 34 in den Injektor 19 eintretende Heiz- oder Kühlwasser aus dem Primärkreislauf 12 dient hierbei als Treibstrom, während das aus der Beimischleitung 36 in den Injektor 19 eintretende Rücklaufwasser aus der Rücklaufleitung 35 des Sekundärkreislaufs 32 als Saugstrom fungiert.
Zwischen dem Verzweigungspunkt 21 und dem Injektor 19 ist in der Sekundärvorlaufleitung 34 ein Regelventil 17 angeordnet. Dabei kann es sich um ein beliebiges Regelventil, bspw. ein Thermostatventil, handeln. Wahlweise kann, ebenfalls zwischen dem Verzweigungspunkt 21 und dem Injektor 19 ein Temperaturfühler 18 vorgesehen sein. Ein zweiter Temperaturfühler 23 kann zwischen Injektor 19 und Verbraucher 33 angeordnet sein. Ferner können vor und hinter dem Injektor 19 Druckfühler 24, 25 in der Sekundärvorlaufleitung 34 vorgesehen sein. In der Sekundärrücklaufleitung 35 können ein Temperaturfühler 27 und/oder ein Druckfühler 28 zwischen dem Verbraucher 33 und der Beimischleitung 36 angeordnet sein. Ein weiterer Temperaturfühler 38 kann sich zwischen der Beimischleitung 36 und dem Mündungspunkt 22 befinden.
In der Beimischleitung 36 ist ein Steuerventil 29 vorgesehen. Dabei kann es sich um ein auf verschiedene Durchflussmengen fest einstellbares Drosselventil oder eine unveränderliche Drosselblende, aber auch um einen beliebigen Durchflussmengenregler handeln. Ferner kann in der Beimischleitung 36 zwischen dem Steuerventil 29 und dem Injektor 19 ein weiterer Druckfühler 30 angeordnet sein.
Die Funktionsweise des beschriebenen Systems wird im Folgenden zum Einen für eine Raumheizung und zum Anderen für eine Raumkühlung beschrieben.
A) Raumheizung
Das vom Wärmeerzeuger 14 auf bspw. 60°C aufgeheizte Vorlaufwasser wird durch die Pumpe 15 über die Primärvorlaufleitung 16 und den Verzweigungspunkt 21 in alle Sekundärvorlaufleitungen 34, 34', 34" gefördert. Im Injektor 19 wird das Vorlaufwasser mit Rücklaufwasser mit einer Temperatur von bspw. 40°C aus der Beimischleitung 36 gemischt. Durch geeignete Einstellung des Steuerventils 29 wird das Mischungsverhältnis bspw. auf 1:1 konstant eingestellt. Das den Injektor 19 verlassende Vorlaufwasser tritt demnach mit einer Temperatur von 50°C in den bspw. als Raumheizfläche ausgebildeten Verbraucher 33 ein und tritt als Rücklaufwasser mit einer Temperatur von 40°C wieder aus. Ein Teil des Rücklaufwassers wird durch die Beimischleitung 36 wie beschrieben wieder dem Injektor 19 zugeführt, während der Rest über den Mündungspunkt 22 in den Primärkreislauf 12 zurückkehrt und über die Primärrücklaufleitung 20 in den Wärmeerzeuger 14 eintritt und dort wieder auf 60°C erwärmt wird.
Durch die permanente Beimischung des Rücklaufwassers wird bei konstantem Mischungsverhältnis die Wassereintrittstemperatur am Verbraucher 33 auf einen dem Mischungsverhältnis entsprechenden Wert gebracht. Dieses Mischungsverhältnis ist bei gleichem Gegendruck unveränderlich, und zwar unabhängig von der Treibstrommenge (Vorlaufwassermenge). Veränderliche Durchflusswiderstände durch Steuerventile 29 sind für den Fall vorgesehen, dass das Mischungsverhältnis geändert werden soll.
Wenn sich aber der Wärmebedarf bspw. aufgrund der Veränderung von Temperatur-, Druck- oder Feuchtewerten verringert, wird dies nicht über das Steuerventil 29, das heißt nicht über das Mischungsverhältnis, sondern über das Regelventil 17, das heißt, über die Durchflussmenge im Sekundärkreislauf reguliert. Eine Minderung des Wärmebedarfs führt regeltechnisch zu einer Minderung der Durchflussmenge im Sekundärkreislauf 32. Damit verringert sich der über den Verbraucher 33 fließende Wasserstrom bei konstantem Mischungsverhältnis. Aus der Minderung der Durchflussmenge im Sekundärkreislauf 32 folgt ein Druckabfall bei Durchströmen des Verbrauchers 33. Dieser Druckabfall ist proportional zum Quadrat der Durchflussmenge. Dies ist der Grund für das konstante Mischungsverhältnis im Injektor. Dies gilt für alle Verbraucher 33 und insbesondere für Rohrschlangen in Flächenheizsystemen. Die Länge solcher Rohrschlangen bestimmt neben anderen Einflussfaktoren wie Temperaturdifferenz von Vorlauf und Rücklauf sowie Verlegedichte (Rohrabstand) den beschriebenen Druckabfall zwischen dem Eintritt des Wassers in den Verbraucher 33 und dem Wiederaustritt.
Die Minderung der Durchflussmenge im Sekundärkreislauf 32 wirkt sich im Heizfall in einer stärkeren Abkühlung desselben aus. Das heißt, die zwischen den Temperaturfühlern 23 und 27 gemessene Temperaturdifferenz vergrößert sich. Durch die Mischung im Injektor 19 kommt es wie beschrieben zu einem Absenken der Austrittstemperatur in der Sekundärvorlaufleitung 34. Dies setzt sich so lange fort, bis ein Gleichgewicht zwischen Wärmeabgabe des Verbrauchers 33 und dem Produkt aus Wassermenge und Temperaturdifferenz im Sekundärkreislauf 32 erreicht ist. Dieser Vorgang stellt eine ste tige Leistungsregelung mit gleitend dem Bedarf angepasster Temperatur- und Wassermenge dar.
Gleiche Überlegungen gelten bei einer Erhöhung des Wärmebedarfs, welche dementsprechend zu einer Erhöhung der Durchflussmenge durch Öffnung des Regelventils 17 führt.
Bei dem beispielhaft beschriebenen Mischungsverhältnis von Treibstrom (Vorlaufwasser) und Saugstrom (Rücklaufwasser) von 1:1 verdoppelt sich die Temperaturspreizung zwischen der Temperatur in der Primärvorlaufleitung 16 und der Temperatur in der Primärrücklaufleitung 20. Das heißt, die Temperaturdifferenz zwischen Vorlaufwasser und Rücklaufwasser beträgt im Primärkreislauf 12 20°C, im Sekundärkreislauf 32 jedoch nur 10°C. Dadurch wird die zum Wärmetransport im Primärkreislauf 12 erforderliche Wassermenge halbiert, und die Mischtemperatur im Injektor 19 auf den Mittelwert zwischen Treibstromtemperatur und Saugstromtemperatur vermindert. Dies wiederum führt zu einer wesentlichen Reduzierung von Rohr- und Armaturenquerschnitten in den Versorgungsleitungen sowie zu einer Verkleinerung der Pumpe 15. Beispielrechnungen zeigen, dass sich der Stromverbrauch für die Pumpe um etwa 20 % bis 40 % reduzieren lässt. Dies beruht darauf, dass sich die Menge des durchlaufenden Wassers im Sekundärkreislauf 32 bspw. halbiert, aber der Druck in den Leitungen sich dadurch nicht verdoppelt. Daher wird weniger Pumpleistung benötigt.
Da sich das Mischungsverhältnis durch Steuerung der Durchlaufmenge in der Beimischleitung 36 bei jedem Injektor 19 der einzelnen Sekundärkreisläufe 32 ändern lässt, können Verbraucher 33 mit unterschiedlichem Temperaturbedarf miteinander kombiniert werden, wie z. Bsp. Konvektorheizflächen oder Fußbodenheizflächen. Die Möglichkeit, abhängig von einem einstellbaren Mischungsverhältnis bestimmte Verbraucher 33 mit unterschiedlich temperiertem Vorlaufwasser zu betreiben, ist dort von Bedeutung, wo diese Heizflächen aus einem zentral geregelten Primärkreislauf 12 versorgt werden sollen. Die zentrale Regelung der Temperatur des Vorlaufwassers im Primärkreislauf 12 erfolgt dabei meist über ein Mischkreis mit automatischem Regelventil oder direkt im Wärmeerzeuger 14, auf einen der Außentemperatur angepassten Wert. Die örtliche Anpassung an unterschiedlich geforderte Temperaturen der Verbraucher 33 wird durch eine Änderung des Mischungsverhältnisses erreicht. Der Vorteil der Anordnung besteht darin, dass Sekundärkreisläufe 32, deren Vorlaufwasser verschieden temperiert werden muss, zu einer nach den vorgenannten Kriterien betriebenen Regelgruppe zusammen gefasst werden können. Der Heizkreislauf 11 wird dadurch einfacher und kostengünstiger. Auch die Wärmeverluste lassen sich dadurch reduzieren. Deutlich wird der Vorteil auch bei der Beheizung von Räumen, bspw. Badezimmer mit 24°C, welche aufgrund unterschiedlicher Raumtemperatur zwar im maximalen Heizfall die gleichen Temperaturen benötigen wie andere Räume, z. Bsp. Wohn- oder Schlafräume mit 20°C bis 22°C. Im Teillastfall benötigen die Verbraucher 33 in diesen Räumen eine höhere Temperatur des Vorlaufwassers, weil die Wärmeleistung sich nicht im gleichen Verhältnis, bspw. in Abhängigkeit von der Außentemperatur, mindert wie bei den auf eine niedrigere Temperatur beheizten Wohn- oder Schlafräumen. Im Gegensatz zu einer rein mengenabhängigen Regelung ohne Mischung wird eine gleichmäßigere Erwärmung der Verbraucher 33 erreicht.
Die Temperaturen des Vorlaufwassers für Verbraucher 33 sind, soweit es sich um Raumheizkörper handelt, durch gesetzliche Regelungen auf 70°C begrenzt, um hohe Oberflächentemperaturen zu vermeiden. Dagegen liegt bei Fußbodenheizflächen die maximale Temperatur des Vorlaufwassers systemabhängig bei etwa 50°C. Durch das konstante Mischungsverhältnis können die Verbraucher 33 im Heizfall vor zu hohen Temperaturen des Vorlaufwassers geschützt werden, welche durch betriebsbedingte Veränderungen der Hydraulik eines Versorgungssystems entstehen können. Dies stellt vor allem bei Fußboden- oder Deckenheizflächen eine Sicherheit vor Schäden, welche durch Übertemperaturen entstehen können (bspw. Dehnungsschäden). Sekundärkreisläufe 32 können dadurch ohne Sicherheitsrisiko aus einem Primärkreislauf 12 versorgt werden, bei dem die Temperatur des Vorlaufwassers höher als die höchstzulässige Temperatur des Vorlaufwassers für den Verbraucher 33 liegt, weil durch die Mischung des Treibstroms mit hoher Temperatur aus dem Primärkreislauf 12 und des aus dem kühleren Rücklaufwasser des Verbrauchers 33 stammenden Saugstroms aus der Beimischleitung 36 die Überschreitung der höchsten zulässigen Temperatur vermieden wird. Dies ist, wie oben beschrieben, wegen der hydraulischen Eigenschaften des Injek tors 19 der Fall. Eine Absicherung gegen Übertemperaturen innerhalb des Sekundärkreislaufs 32 erübrigt sich daher, wenn der Primärkreislauf, aus dem alle Verbraucher 33 versorgt werden, zentral gegen Übertemperaturen abgesichert ist, bspw. durch Begrenzung der Temperatur des Vorlaufwassers in der Primärvorlaufleitung 16, und zwar auch dann, wenn diese Temperatur auf einem höheren Niveau als dem für den abzusichernden Verbraucher 33 zulässigen Niveau liegt. Bei einer Erhöhung der Temperatur des Vorlaufwassers in der Primärvorlaufleitung 16 muss also ggf. das Mischungsverhältnis durch entsprechende Einstellung des Steuerventils 29 auf einen neuen konstanten Wert gebracht werden. Ist das Mischungsverhältnis einmal festgelegt, ändert es sich auch bei betriebsbedingten Druckschwankungen im Versorgungsnetz nicht mehr.
B) Raumkühlung
Für Kühlwassertemperaturen bei Flächenkühlsystemen ist der Spielraum hinsichtlich der Temperaturdifferenz zwischen Wassereintritt und Wasseraustritt in der Regel wesentlich kleiner als bei Heizflächen. Üblich sind hier Temperaturdifferenzen von 2°C bis 5°C. Diese Temperaturdifferenz ist deshalb so gering, weil eine möglichst hohe Übertragungsleistung erzielt werden soll. Dabei muss berücksichtigt werden, dass bei der Festlegung der Wassereintrittstemperatur die Verhältnisse hinsichtlich einer Unterschreitung der Taupunktstemperatur am Kühlrohr selbst oder an gekühlten Bauteilen, bspw. einer Dampfsperre, beachtet werden müssen.
In einem Rechenbeispiel kann man davon ausgehen, dass bei einer Außentemperatur von 32°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40 % der Taupunkt bei 17°C liegt. Die Oberflächentemperatur des Verbrauchers 33 darf in diesem Fall 17°C nicht unterschreiten. Daher wird das Vorlaufwasser im Primärkreislauf 12 vom Kälteerzeuger 14 auf bspw. 14°C gekühlt. Dieses Vorlaufwasser wird durch die Pumpe 15 über die Primärvorlaufleitung 16 und den Verzweigungspunkt 21 in alle Sekundärvorlaufleitungen 34, 34', 34" gefördert. Im Injektor 19 wird das Vorlaufwasser mit Rücklaufwasser mit einer Temperatur von bspw. 20°C aus der Beimischleitung 36 gemischt. Durch geeignete Einstellung des Steuerventils 29 wird das Mischungsverhältnis bspw. auf 1:1 konstant eingestellt. Das den Injektor 19 verlassende Vorlaufwasser tritt demnach mit einer Temperatur von 17°C in den bspw. als Kühlfläche ausgebildeten Verbraucher 33 ein und tritt als Rücklaufwasser mit einer Temperatur von 20°C wieder aus. Ein Teil des Rücklaufwassers wird durch die Beimischleitung 36 wie beschrieben wieder dem Injektor 19 zugeführt, während der Rest über den Mündungspunkt 22 in den Primärkreislauf 12 zurückkehrt und über die Primärrücklaufleitung 20 in den Kälteerzeuger 14 eintritt und dort wieder auf 14°C abgekühlt wird.
Durch die permanente Beimischung des Rücklaufwassers wird bei konstantem Mischungsverhältnis die Wassereintrittstemperatur am Verbraucher 33 auf einen dem Mischungsverhältnis entsprechenden Wert gebracht. Dieses Mischungsverhältnis ist bei gleichem Gegendruck (Widerstandsfaktor Z für den Durchfluss) unveränderlich, und zwar unabhängig von der Treibstrommenge (Vorlaufwassermenge). Veränderliche Durchflusswiderstände durch Steuerventile 29 sind für den Fall vorgesehen, dass das Mischungsverhältnis geändert werden soll.
Wenn sich aber bspw. die relative Feuchtigkeit im gekühlten Raum erhöht (im Rechenbeispiel über 40 %), dann muss die Oberflächentemperatur des Verbrauchers 33 erhöht werden, um eine Kondensatbildung am Verbraucher 33 zu vermeiden. Dies wird über das Regelventil 17, das heißt, über die Durchflussmenge im Sekundärkreislauf reguliert. Eine Minderung des Kühlbedarfs führt regeltechnisch zu einer Minderung der Durchflussmenge im Sekundärkreislauf 32. Damit verringert sich der über den Verbraucher 33 fließende Wasserstrom bei konstantem Mischungsverhältnis. Durch die bei geringem Wasserdurchfluss im Verbraucher 33 ansteigende Temperatur in der Sekundärrücklaufleitung 35 erhöht sich durch die Mischung im Injektor 19 die Vorlauftemperatur in der Sekundärvorlaufleitung 34.
Bei Kühlflächen wie Kühldecken, Wand- und Fußbodenkühlflächen sowie Bauteilkühlung lässt sich also durch die beschriebene leistungsabhängige, stetige Regelung durch Rücklaufbeimischung die Wassereintrittstemperatur stufenlos der Taupunktstemperatur der Raumluft im zu versorgenden Raum anpassen. Dies geschieht wie beschrieben dadurch, dass die Durchflussmenge im Sekundärkreislauf verändert wird. Ohne den Beimischeffekt führt dies beim derzeitigen Stand der Technik bei einer regeltechnisch überwachten Tauwasserbildung an den Wassereintrittsrohren im Falle einer Taupunktsunterschreitung zum vollständigen Abschalten der Kühlwasserversorgung. Damit wird auch die Kühlwirkung im Raum unterbunden. Eine denkbare zentrale Anhebung der Kühlwassertemperatur über die Taupunktstemperatur eines möglicherweise einzelnen Raumes würde zur Minderung der Kühlleistung im Bereich der gesamten Regelgruppe führen, was eine nicht hinzunehmende Funktionseinschränkung bedeutet. Simulationsrechnungen zeigen, dass bei derartigen Systemen mit dem Ausfall der Kühlung von mehreren hundert Stunden pro Jahr gerechnet werden muss. Dieser Nachteil wird mit dem erfindungsgemäßen System vermieden.
Bei dem beispielhaft beschriebenen Mischungsverhältnis von Treibstrom (Vorlaufwasser) und Saugstrom (Rücklaufwasser) von 1:1 verdoppelt sich die Temperaturspreizung zwischen der Temperatur in der Primärvorlaufleitung 16 und der Temperatur in der Primärrücklaufleitung 20. Das heißt, die Temperaturdifferenz zwischen Vorlaufwasser und Rücklaufwasser beträgt im Primärkreislauf 12 6°C, im Sekundärkreislauf 32 jedoch nur 3°C. Dadurch wird die zum Kältetransport im Primärkreislauf 12 erforderliche Wassermenge halbiert, und die Mischtemperatur im Injektor 19 auf den Mittelwert zwischen Treibstromtemperatur und Saugstromtemperatur erhöht. Dies wiederum führt zu einer wesentlichen Reduzierung von Rohr- und Armaturenquerschnitten in den Versorgungsleitungen sowie zu einer Verkleinerung der Pumpe 15.
Da sich das Mischungsverhältnis durch Steuerung der Durchlaufmenge in der Beimischleitung 36 bei jedem Injektor 19 der einzelnen Sekundärkreisläufe 32 ändern lässt, können Verbraucher 33 mit unterschiedlichem Temperaturbedarf miteinander kombiniert werden. Die Möglichkeit, abhängig von einem einstellbaren Mischungsverhältnis bestimmte Verbraucher 33 mit unterschiedlich temperiertem Vorlaufwasser zu betreiben, ist dort von Bedeutung, wo diese Kühlflächen aus einem zentral geregelten Primärkreislauf 12 versorgt werden sollen. Die zentrale Regelung der Temperatur des Vorlaufwassers im Primärkreislauf 12 erfolgt dabei meist über ein Mischkreis mit automatischem Regelventil oder direkt im Kälteerzeuger 14, auf einen der Außentemperatur und/oder Außenluftfeuchtigkeit angepassten Wert. Die örtliche Anpassung an unterschiedlich geforderte Temperaturen der Verbraucher 33 wird durch eine Änderung des Mischungsverhältnisses erreicht. Der Vorteil der Anordnung besteht darin, dass Sekundärkreisläufe 32, deren Vorlaufwasser verschieden temperiert werden muss, zu einer nach den vorgenannten Kriterien betriebenen Regelgruppe zusammen gefasst werden können. Der Kühlkreislauf 11 wird dadurch einfacher und kostengünstiger. Auch die Energieverluste lassen sich dadurch reduzieren.
Durch das konstante Mischungsverhältnis können die Verbraucher 33 im Kühlfall vor zu niedrigen Temperaturen des Vorlaufwassers geschützt werden, welche durch betriebsbedingte Veränderungen der Hydraulik eines Versorgungssystems entstehen können. Eine Unterschreitung der berechneten Mindesttemperatur ist nach einmaliger Einstellung des Steuerventils 29 und damit des Mischungsverhältnisses wegen der Unveränderlichkeit dieses Mischungsverhältnisses nicht möglich. Sekundärkreisläufe 32 können dadurch ohne Sicherheitsrisiko aus einem Primärkreislauf 12 versorgt werden, bei dem die Temperatur des Vorlaufwassers niedriger als die niedrigste zulässige Temperatur des Vorlaufwassers für den Verbraucher 33 liegt, weil durch die Mischung des Treibstroms mit niedriger Temperatur aus dem Primärkreislauf 12 und des aus dem wärmeren Rücklaufwasser des Verbrauchers 33 stammenden Saugstroms aus der Beimischleitung 36 die Unterschreitung der niedrigsten zulässigen Temperatur vermieden wird. Dies ist, wie oben beschrieben, wegen der hydraulischen Eigenschaften des Injektors 19 der Fall. Eine Absicherung gegen Untertemperaturen innerhalb des Sekundärkreislaufs 32 erübrigt sich daher, wenn der Primärkreislauf, aus dem alle Verbraucher 33 versorgt werden, zentral gegen Untertemperaturen abgesichert ist, bspw. durch Begrenzung der Temperatur des Vorlaufwassers in der Primärvorlaufleitung 16, und zwar auch dann, wenn diese Temperatur auf einem niedrigeren Niveau als dem für den abzusichernden Verbraucher 33 zulässigen Niveau liegt. Bei einer Erniedrigung der Temperatur des Vorlaufwassers in der Primärvorlaufleitung 16 muss also ggf. das Mischungsverhältnis durch entsprechende Einstellung des Steuerventils 29 auf einen neuen konstanten Wert gebracht werden. Ist das Mischungsverhältnis einmal festgelegt, ändert es sich auch bei betriebsbedingten Druckschwankungen im Versorgungsnetz nicht mehr.

Claims

Versorgungssystem (11) für Heiz- oder Kühlwasser, mit einem Primärkreislauf (12), welcher eine Primärvorlaufleitung (16) und eine Primärrücklaufleitung (20) aufweist, mindestens einem Sekundärkreislauf (32), welcher eine Sekundärvorlaufleitung (34), eine Sekundärrücklaufleitung (35), einen zwischen Sekundärvorlaufleitung (34) und Sekundärrücklaufleitung (35) geschalteten Verbraucher (33), eine die Sekundärvorlaufleitung (34) und die Sekundärrücklaufleitung (35) verbindende Beimischleitung (36) sowie in der Sekundärvorlaufleitung (34) einen dem Verbraucher (33) vorgeschalteten Injektor (19) aufweist, dadurch gekennzeich net, dass in den Injektor (19) einerseits die Sekundärvorlaufleitung (34) als Treibstromleitung und andererseits die Beimischleitung (36) als Saugstromleitung mündet und dass in der Sekundärvorlaufleitung (34) mindestens ein Regelventil (17) dem Injektor (19) vorgeschaltet ist und mindestens ein Steuerventil (29) in der Beimischleitung (36) vorgesehen ist, und dass das im Injektor (19) resultierende Mischungsverhältnis konstant ist.
Versorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis von Saugstrom zu Treibstrom zwischen 2:1 und 0:1 liegt.
Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (19) eine nicht regelbare Wasserstrahlpumpe ist.
Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (29) ein Drosselventil oder eine Drosselblende ist.
Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (17) ein Thermostatventil oder ein Kleinregelventil mit automatischem Stellantrieb ist.
Verfahren zum Betrieb eines Versorgungssystems (11) für Heiz- oder Kühlwasser, mit einem Primärkreislauf (12), welcher eine Primärvorlaufleitung (16) und eine Primärrücklaufleitung (20) aufweist, mindestens einem Sekundärkreislauf (32), welcher eine Sekundärvorlaufleitung (34), eine Sekundärrücklaufleitung (35), einen zwischen Sekundärvorlaufleitung (34) und Sekundärrücklaufleitung (35) geschalteten Verbraucher (33), eine die Sekundärvorlaufleitung (34) und die Sekundärrücklaufleitung (35) verbindende Beimischleitung (36) sowie in der Sekundärvorlaufleitung (34) einen dem Verbraucher (33) vorgeschalteten Injektor (19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einen die Durchflussmenge des Heiz- oder Kühlwassers einzeln in jedem Sekundärkreislauf (32) geregelt wird und dass zum Anderen die Temperatur des Heiz- oder Kühlwassers in der Sekundärvorlaufleitung (34) geregelt wird, indem im Injektor (19) aus der Primärvorlaufleitung (16) in jede Sekundärvorlaufleitung (34) eintretendes Heiz- oder Kühlwasser mit Rücklaufwasser aus der Beimischleitung (36) des betreffenden Sekundärkreislaufs (32) gemischt wird, wobei ein konstantes Mischungsverhältnis im Injektor (19) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis durch Regelung der Durchflussmenge in der Beimischleitung (36) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung jedes Sekundärkreislaufs (32) an geänderte Parameter durch die Regelung der Durchflussmenge im Sekundärkreislauf (32) erfolgt, wobei das Mischungsverhältnis konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Temperatur des Heizwassers nach oben bzw. der Temperatur des Kühlwassers nach unten durch Einstellung des Mischungsverhältnisses erfolgt.