DE19509765A1 - Verfahren zur Vorlauftemperaturregelung eines Heizkreises - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Vorlauf­ temperatur eines Niedertemperaturheizkreises auf einen vorbe­ stimmten Wert durch Mischen eines Teils des Rücklaufmengen­ stromes mit einem Teil der vom Heizkessel zugeführten Menge.

Es ist bekannt, bei einer Warmwasserheizungsanlage mit einer Temperatur des vom Heizungskessel kommenden Heizmittels von 90-70°C die Vorlauftemperatur für die Niedertemperaturwärme­ tauscher, beispielsweise Fußbodenheizung, durch ein Thermos­ tatventil mit Anlegefühler für die Vorlaufleitung und zusätz­ lich mit einem Regulierventil in einer Kurzschlußleitung (Bypass) zu steuern. Entsprechend der am Thermostatkopf mit Anlegefühler eingestellten Temperatur wird durch Mischen von Heizungswasser aus dem Kessel und aus dem Rücklauf über die Kurzschlußleitung die Vorlauftemperatur im Niedertemperatur­ heizkreis konstant gehalten. Voraussetzung für ein einwand­ freies Funktionieren des Niedertemperaturheizkreises bei hoher Kesselwassertemperatur ist eine Einregulierung der Fußboden­ heizung. Das Ventil in der Kurzschlußleitung ist dabei voll zu öffnen und das Thermostat-Ventil in der Leitung für das aufgeheizte Heizkesselwasser auf die gewünschte Vorlauftem­ peratur der Niedertemperatur-Wärmetauscher einzustellen. Wird diese Temperatur am Anlegefühler nicht erreicht, so muß das Ventil in der Kurzschlußleitung schrittweise soweit geschlos­ sen werden, bis die erforderliche Temperatur erreicht ist. Die Beimischung der auf 70-90°C aufgeheizten, vom Kessel kommenden Wassermenge über das Thermostatventil kann als Bei­ impfen bezeichnet werden. Das Regelventil in der Kurzschluß­ leitung ist als Drossel installiert. Der Montageaufwand für solche Einrichtung ist hoch, verbunden mit einem großen Platz­ bedarf. Der Arbeitsaufwand für die Montage wird durch den notwendigen Einregelvorgang bei der Inbetriebnahme erweitert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe durch ein eingangs genanntes Verfahren zu schaffen, die vorgenannten Nachteile zu beheben und insbesondere die Funktionsfähigkeit durch eine vereinfachte Regelung zu erreichen, wobei ferner die dafür geeignete Einrichtung einen einfacheren Aufbau, verbunden mit einem geringeren Montageaufwand zeigen soll. Die Erfindung als Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß für das eingangs genannte Verfahren die Mengen der miteinander zu mischenden und dem Wärmetauscher als Vorlauf zuzuführenden Heizmittelströme aus der Rücklaufleitung und dem Heizkessel in Abhängigkeit von der vorbestimmten Vorlauf­ temperatur gesteuert werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Ein­ richtung mit einer Kurzschlußverbindung (Bypass) zwischen der Vorlauf- und der Rücklaufleitung zum Einsatz gelangen, bei der zur Steuerung der zu mischenden Heizmittelströme ein durch einen Thermostatkopf gesteuertes 3-Wege-Mischventil einge­ setzt werden kann.

Eine besonders einfache Ausführung ergibt sich dadurch, daß das Gehäuse eines handelsüblichen 3-Wege-Mischventils mit einem speziell auf das erfindungsgemäße Verfahren angepaßten Regel­ einsatz eingesetzt wird, der mit Durchtrittsöffnungen am Umfang versehen ist, deren freie Querschnitte durch ein tellerförmiges mit einem Thermostatkopf verbundenes Schließorgan steuerbar sind.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, ein spezielles, auf das erfindungsgemäße Verfahren abgestimmtes Gehäuse eines 3-Wege­ Mischers einzusetzen, das mit 2 koaxial angeordneten Durch­ trittsöffnungen zum Mischen des vom Heizkanal zugeführten mit dem vom Wärmetauscher rückkehrenden Heizmittels versehen ist.

Durch eine Abstimmung der Abmessung der Durchtrittsöffnung für das aus dem Rücklauf herangeführte Heizmittel auf das Schließ­ organ kann ein Mindestdurchsatz des Heizmittels aus dem Rück­ lauf sichergestellt werden. Die Durchtrittsöffnung ist also geringfügig größer zu halten, als der Durchmesser des Schließ­ organs. Dagegen ist das Schließorgan in der Lage, die Durch­ trittsöffnung für den vom Heizkessel kommenden Wärmeträger vollständig abzusperren.

Bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erübrigt sich das bisher notwendige Einregeln des Drosselventils in der Kurzschlußleitung. Die bisher üblichen zwei Ventile werden durch ein 3-Wege-Mischventil ersetzt, so daß unterschiedliche Heizmittelmengen aus dem Heizkesselvorlauf und aus dem Rück­ lauf miteinander gemischt werden. Dessen Gehäuse kann speziell an das erfindungsgemäße Verfahren angepaßt sein, so daß nur ein Thermostatkopf mit einem tellerförmigen Absperr- bzw. Regelorgan eingefügt werden muß. Vorteilhaft kann aber auch jedes handelsübliche, bisher zum Einsatz gelangende 3-Wege­ Mischventilgehäuse Verwendung finden, in welches statt des üblichen drehbaren Kükens ein spezieller Einsatz eingefügt wird, in welchen dann der Thermostatkopf mit dem Steuerteller greift. Die Verwendung eines heb- und senkbaren tellerförmigen Steuerorgans bietet gegenüber drehbaren Elementen wie Küken, Vorteile. Ein drehbares Organ hat, insbesondere bei längerer Benutzung, häufig größere Reibungskräfte beim Drehen zu über­ winden. Die erfindgungsgemäße Einrichtung hat eine kompakte, kostengünstige Bauform, insbesondere eine sehr niedrige Bau­ höhe. Sie kann als Teil eines vormontierten Regelsatzes ange­ boten werden, um die Montage vor Ort zu vereinfachen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer Einrich­ tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darge­ stellt und nachstehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Gesamtansicht einer Regelungseinrichtung,

Fig. 2 den Längsschnitt durch ein 3-Wege-H-Mischergehäuse,

Fig. 3 den Schnitt A-A,

Fig. 4 den Schnitt B-B′

Fig. 5 die Draufsicht auf das Mischergehäuse,

Fig. 6 einen Teil der Seitenansicht mit dem Befestigungsflansch für den Regeleinsatz und Thermostatkopf,

Fig. 7 den Längsschnitt durch einen Regeleinsatz,

Fig. 8 die Draufsicht auf den Regeleinsatz,

Fig. 9 den Schnitt A-A durch den Regeleinsatz,

Fig. 10 den Schnitt B-B durch den Regeleinsatz,

Fig. 11 den Schnitt C-C durch den Regeleinsatz,

Fig. 12 den Längsschnitt durch einen vereinfacht dargestellten Regeleinsatz mit aufgesetztem Thermostatkopf und dem tellerförmigen Steuerorgan innerhalb des Durchtritts­ querschnitts für Heizmittel aus dem Rücklauf,

Fig. 13 den Regeleinsatz gemäß Fig. 12 mit dem Steuerorgan in einer mittleren Position,

Fig. 14 den Regeleinsatz mit geschlossenem Durchlauf für auf­ geheiztes Kesselwasser,

Fig. 15 einen Längsschnitt durch ein Mischergehäuse, das der Durchführung des Verfahrens ohne einen Regeleinsatz mit fast vollständig abgesperrter Durchtrittsöff­ nung für Heizmittel aus dem Rücklauf dient,

Fig. 16 den Längsschnitt gem. Fig. 12 mit dem Steuerorgan in einer Mittelposition und

Fig. 17 den Längsschnitt durch das Mischergehäuse mit voll­ ständig verschlossenem Durchtrittsquerschnitt für den vom Kessel zugeführten Wärmeträger.

Der gesamte vormontierte Regelsatz, in welchem sich ein erfin­ dungsgemäß ausgeführter 3-Wege-H-Mischer vorteilhaft einsetzen läßt, besteht im wesentlichen aus einem Multihahn 1 mit einer Schwerkraftbremse im Vorlauf, einem weiteren Multihahn 2 im Rücklauf, zwei Zeigerthermometern 3 und 4 im Vor- und Rücklauf, einem Rücklaufrohr 5, einer Umwälzpumpe 6 im Vorlauf und einem 3-Wege-Mischventil 7 mit einem Thermostatkopf 8. Der Thermostat­ kopf ist mit einem Anlegefühler 9 am Vorlaufrohr 10 verbunden. Da die Vorlauftemperatur auch bei einer Störung einen zulässi­ gen Wert nicht überschreiten darf, ist zum Abschalten der Umwälzpumpe 6 ein elektrischer Anlegethermostat 11 an der Vor­ laufleitung 10 installiert.

Das Gehäuse 7 des Mischventils kann, wie die Fig. 2 bis 6 zeigen, eine handelsübliche Ausführung haben. In die seitliche Bohrung 12 wird jedoch ein spezieller Regeleinsatz 13 (Fig. 7 bis 11) eingesetzt. Es ist ein hülsenförmiges oder zylinde­ risches Bauteil mit Durchtrittsöffnungen 14 für aufgeheiztes, vom Kessel kommendes Heizmittel, 15 für den Eintritt in den Vorlauf und 16 für einen Anteil des Heizmittels aus dem Rück­ lauf. Der Einsatz 13 wird mit seinem Flansch 17 auf den Trag­ flansch 18 (Fig. 6) der Aufnahmebohrung 12 gesetzt und ver­ schraubt. Ferner wird der Thermostatkopf über den Flansch 17 mit dem Mischergehäuse verbunden.

Die Durchtrittsquerschnitte 14, 15 und 16 werden durch das tellerartige Schließorgan des Thermostatkopfs verändert, wo­ bei lediglich der Vorlaufquerschnitt 14 vollständig verschlos­ sen werden kann, in dem sich das Schließorgan fest auf den Ventilsitz 19 drücken läßt. Mit einer schematischen Verein­ fachung des Regeleinsatzes zeigen die Fig. 12 bis 14 die drei Mischpositionen des Schließorgans 23 am Thermostatkopf 24.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 15-17 zeigt das Mischer­ gehäuse 20 ohne Regeleinsatz zwei koaxial angeordnete Durch­ trittsöffnungen 21 und 22. Diese können durch das tellerförmige Steuerorgan 23 des Thermostatkopfes 24 gesteuert werden.

Die Größe des Steuerorgans ist auf die Durchtrittsöffnungen so abgestimmt, daß die Durchtrittsöffnung 22 wie auch die Öffnung 16 im Regeleinsatz 13 für das aus dem Rücklauf zugemischte Heiz­ mittel nicht völlig absperrbar ist. Es wird ein Mindestquer­ schnitt eingehalten. Dagegen können die Öffnungen 14 und 21 für den Durchtritt des vom Heizkessel zugeführten aufgeheizten Wärmeträgers vollständig abgesperrt werden, wie die Fig. 14 und 17 zeigen.

Mit 25 ist am Mischergehäuse der Anschlußstutzen für das vom Kessel zugeführte aufgeheizte Heizmittel bezeichnet. Der An­ schluß für den Vorlauf trägt das Bezugszeichen 26. Er wird mit dem Saugstutzen 6a der Pumpe verbunden. Der Anschluß 27 dient der Verbindung mit der Rücklaufleitung 5 des Regelsatzes.

Im Anfahrzustand ist die Durchtrittsöffnung für den Rücklauf 16 bzw. 22 etwa zu 80% geschlossen und die Vorlauföffnung 14 bzw. 21 voll geöffnet. Dadurch erreicht der Vorlauf sehr schnell die gewünschte Grundwärme (Fig. 12 und 15).

Anschließend regelt der Thermostatkopf 24 das Mischventil auf die voreingestellte Temperatur. Dabei wird der Durchtrittsquer­ schnitt 14, 21 für das vom Kessel zugeführte aufgeheizte Wärme­ mittel verringert und die Öffnung 16 bzw. 22 für den Rücklauf proportional dazu geöffnet (Fig. 13 und 16). Ein zusätzliches zeitaufwendiges Einregeln über eine Drossel der Kurzschlußlei­ tung oder Bypass entfällt. Beim Überschreiten der voreinge­ stellten Vorlauftemperatur kann die Durchtrittsöffnung 14, 21 für das vom Heizkessel zugeführte aufgeheizte Wasser vollstän­ dig geschlossen werden (Fig. 14 und 16).

Eine erfindungsgemäße Einrichtung hat den weiteren Vorteil, daß sich zwischen den einzelnen Anschlußstutzen, also zwischen Vorlauf, Rücklauf und Anschluß zum Kessel keine Druckdifferen­ zen einstellen, da Vorlauf und Rücklauf jeweils proportional geöffnet bzw. geschlossen werden. Deshalb wird die Pumpe vor Kavitation geschützt. Die Aufwärmphase für die Niedertemperatur­ heizung ist außerordentlich kurz.

Claims (6)

1. Verfahren zur Regelung der Vorlauftemperatur eines Nieder­ temperaturheizkreises auf einen vorbestimmten Wert durch Mischen eines Teils des Rücklaufmengenstroms mit der vom Heizkessel zu­ geführten Menge, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Mengen der miteinander zu mischenden und dem Wärmetauscher als Vorlauf zuzuführenden Heizmittelströme aus der Rücklaufleitung und aus dem Vorlauf des Heizkessels in Abhängigkeit von der vor­ bestimmten Vorlauftemperatur gesteuert werden.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, unter Verwendung einer Kurzschlußverbindung (Bypass) zwischen der Vorlauf- und Rücklaufleitung eines Niedertemperaturheiz­ kreises, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der zu mischen­ den Heizmittelströme ein thermostatgesteuertes 3-Wege-Mischventil (7, 20, 13, 23, 24) eingesetzt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eines handelsüblichen 3-Wege-Mischventils (7) mit einem Regeleinsatz (13) mit Durchtrittsöffnungen (14, 15, 16) am Umfang versehen ist, deren freie Querschnitte durch ein tellerförmiges, mit einem Thermostatkopf (24) verbundenes Schließorgan (23) steuerbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20) des 3-Wege-Mischventils mit 2 koaxial angeordneten Durchtrittsöffnungen (21, 22) zum Mischen des vom Heizkessel zugeführten, mit dem vom Wärmetauscher rückkehrenden Heizmittels versehen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch eine geeignete Abstimmung der Abmessung der Durchtrittsöffnung für den Rücklauf (16, 22) auf die Abmessung des Schließorgans (23) ein Mindestdurchsatz des Heizmittels aus dem Rücklauf sichergestellt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (21) für das vom Heiz­ kessel kommende Heizmittel vollständig absperrbar ist.