DE19702897A1

DE19702897A1 - Temperaturvorregelung für Brauchwasserwärmesysteme und eine Anordnung

Info

Publication number: DE19702897A1
Application number: DE19702897A
Authority: DE
Inventors: Steffen Gregor; Andreas Dr Davids
Original assignee: Limax Oel-Gas-Fernwaermetechnik 01979 Lauchhammer De GmbH; LIMAX OEL GAS FERNWAERMETECHNI
Current assignee: Petrick & Wolf Energietechnik 02979 Elsterhe GmbH
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: DE19702897C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperaturvorregelung für Brauchwasserwärmesysteme und eine Anordnung, wobei ein Brauchwasserwärmesystem nach dem Prinzip der Durchflußerwärmung mit Heizungswasser als Energie träger auf der Primärseite eines Wärmeübertragers durchgeführt wird.

Bekannt sind Systeme, welche ohne Hilfsenergie den Heißwasserstrom entweder mittels Temperaturregler, dessen Temperaturfühler die Brauchwassertemperatur auswertet oder mittels Regelventil, dessen Öffnungs grad durch den Brauchwasserstrom gesteuert wird, re geln. Der Nachteil dieser Systeme liegt darin be gründet, daß die Temperaturregelung nach der Brauch wassertemperatur eine Anfälligkeit für Schwingungen der Temperatur der Brauchwasservolumenströme, die deutlich kleiner als die Auslegungsvolumenströme sind, aufweist. Diese auftretende Instabilität dieser Systeme ohne Hilfsenergie stellt sich als besonders wesentlicher Nachteil dar. Es sind weiterhin Lösungen bekannt, die eine konstante Heizwassertemperatur zur Versorgung von Geräten mit Wärmeenergie bedingen. Nachteil ist bei diesen Systemen, daß bei gleitender Heizwasservorlauftemperatur ein zusätzlicher Umformer zum Konstanthalten der Heißwassertemperatur notwendig ist. Dieser erhöhte technische Aufwand stellt sich als wesentlicher Nachteil dar.

Ziel der Erfindung ist es, eine Temperaturvorregelung für Brauchwasserwärmesysteme und eine Anordnung zu schaffen, mit der eine annähernd konstante Brauch wasserwärme für den Verbraucher erzeugt wird und ein geringer technischer Aufwand in der Anordnung für die Temperaturvorregelung des Brauchwasserwärmesystems notwendig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Temperatur vorregelung für Brauchwasserwärmesysteme und eine Anordnung zu realisieren, wobei zur Erreichung einer annähernd konstanten Brauchwassertemperatur eine Re gelung des Heizwasservolumenstroms erzeugt wird und eine Anordnung zur Temperaturvorregelung für Brauch wasserwärmesysteme ausgeführt ist, wobei bei einem Energieaustausch der Volumenströme in einem Wärme tauscher unterschiedliche thermische Längen ausge führt sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Temperaturvorregelung für Brauchwasserwärme systeme ohne Hilfsenergie durchgeführt wird, indem eine Temperatur vom Heizwasser in einer Leitung Wärmequellenvorlauf gemessen wird und ein Steuersignal in Abhängigkeit der Temperaturmessung auf ein Drei wegeventil geleitet wird. In Abhängigkeit der Tempe ratur des Heizungswassers wird eine Teilung des Heiz wasservolumenstroms des Heizungswassers in einem Wär metauscher durchgeführt. Die Teilung des Heizwasser volumenstroms wird über das Dreiwegeventil her vorgerufen, welches durch ein Signal des Tempera turausdehnungsfühlers, welcher an der Leitung Wärmequellenvorlauf angeordnet ist, sich in seiner Ventilstellung verändert. Dabei ist das Dreiwegeven til so angeordnet, daß die Teilung des Heizwasser volumenstroms an dem Wärmetauscher am Vorlauf bzw. am Rücklauf ausgeführt wird.

Weiterhin wird ein weiteres Signal in Abhängigkeit vom Brauchwasserstrom am Anschluß Kaltwasserbrauch wasser durch einen bekannten Stellkopf erzeugt. Diese Signalgröße, welche in Abhängigkeit zur Durchfluß menge des Brauchwassers entsteht, wird über eine Dreiwegeventilstange auf ein Dreiwegeventil geleitet, welches am Anschluß Heizkörperrücklauf angeordnet ist. Die Temperaturvorregelung für Brauchwasserwär mesysteme beruht auf dem Prinzip, daß eine Verkürzung der thermischen Länge des Energieaustausches in einem Wärmetauscher in Abhängigkeit der Vorlauftemperatur des Anschlusses Wärmequellenvorlauf durchgeführt wird. Durch die erfindungsgemäße Regelung wird eine Verbesserung der Stabilität der Brauchwassertempe ratur gegenüber den bisher bekannten Regelungen der Brauchwassertemperatur mittels den die Brauchwasser temperatur auswertenden Reglern ohne Hilfsenergie erreicht. Zur Temperatureinstellung werden nicht mehr die sich rasch ändernden Brauchwassertemperaturen, sondern die sich vergleichsmäßig langsam ändernden Heizwasservorlauftemperaturen genutzt, was den erfin dungsgemäßen Vorteil darstellt. Es entfallen weiter die einer Proportionalregelung systemimmanenten, von der Änderung des Brauchwasservolumenstroms abhängigen Regelabweichungen der Brauchwassertemperatur.

Die Aufgabe der erfindungsgemäßen Anordnung wird da durch gelöst, daß der Temperaturausdehnungsfühler an der Leitung Wärmequellenvorlauf angeordnet ist und in Verbindung mit einem Dreiwegeventil steht und weiter hin in einem Wärmetauscher ein Verteilpunkt ange ordnet ist, welcher den Heizwasservolumenstrom teilt, je nach Stellung des Dreiwegeventils. Das Dreiwege ventil ist so angeordnet, daß der Heizwasser volumenstrom ausgangsseitig bzw. eingangsseitig auf geteilt wird. Der Sammelpunkt in dem Wärmetauscher ist vorteilhafterweise als Mittelanzapfung der Pri märseite in dem Wärmetauscher angeordnet. Vor dem Anschluß Heizungskörperrücklauf ist ein Dreiwegeven til vorhanden, welches in signaltechnischer Hinsicht verbunden ist mit einem Stellkopf, welcher in der Brauchwasserleitung angeordnet ist. Der Temperatur ausdehnungsfühler ist an der Leitung Wärmequellen vorlauf eingangsseitig vor dem Wärmetauscher ange ordnet. Zwischen dem Temperaturausdehnungsfühler und dem Dreiwegeventil besteht eine signaltechnische Ver bindung. Dabei wird durch Temperaturveränderung des Heizwassers ein Signal auf das Dreiwegeventil ausge führt, womit die Stellung des Dreiwegeventils verän dert wird. Die wesentlichen erfindungsgemäßen Vor teile der Anordnung liegen in der einfachen tech nischen Ausführung. Weiterhin sind die zur Auswertung der Heizwassertemperatur zum Einsatz kommenden Fühler vergleichsweise mit einer großen Zeitkonstante ausge stattet und sind chemisch durch das Heizungswasser weniger beansprucht als vergleichsweise Fühler her kömmlicher Systeme durch das Brauchwasser. Dadurch ist eine weitere Aufwandssenkung bei dem Einsatz der Temperaturausdehnungsfühler gegeben.

Die erfindungsgemäße Temperaturvorregelung fuhr Brauchwasserwärmesysteme und Anordnung wird an zwei Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierfür sind zwei Figuren ausgeführt.

Fig. 1 Anordnung einer Temperaturvorregelung;

Fig. 2 Anordnung einer Temperaturvorregelung ausgangsseitig.

Fig. 1 zeigt eine Temperaturvorregelung für Brauch wasserwärmesysteme ohne Hilfsenergien für den. Regel vorgang. Dabei ist bei der erfindungsgemäßen Anord nung und Regelung ein Brauchwasserwärmesystem nach dem Prinzip der Durchflußerwärmung mit Heizungswasser als. Energieträger auf der Primärseite 16 eines Wärme tauschers 1 ausgeführt. An einem Anschluß Kalt-Brauch wasser 6 liegt das Brauchwasser im kalten Zu stand an. Über einen Stellkopf 2 wird das Brauch wasser in den Wärmetauscher 1 geleitet. Am Sekundär ausgang des Wärmetauschers 1 ist am Anschluß Brauch wasser 9 die Zuführung in ein Warmwassernetz gegeben. Als Energieträger dient am Anschluß Wärmequellen vorlauf 11 Heizungswasser, welches von einer zentra len Wärmequelle zugeführt wird. Das Heizungswasser dient über ein T-Stück als Energieträger für die Primärseite 16 des Wärmetauschers 1 bzw. über den Anschluß Heizkörpervorlauf 10 zur Einspeisung in ein Heizkörpersystem. Vor der Aufteilung des Heizwasser volumenstroms in den Anschluß Heizkörpervorlauf 10 bzw. als Energieträger in der Primärseite 16 des Wär metauschers 1 ist ein Temperaturausdehnungsfühler 4 in Verbindung mit einem Dreiwegeventil 3 in der Lei tung Wärmequellenvorlauf 12 vorhanden. Das Dreiwege ventil 3 teilt den Heizwasservolumenstrom in zwei Leitungen auf, wobei Leitung 13 und Leitung 14 im Wärmetauscher 1 auf der Primärseite in Form eines Sammelpunktes 15, vorzugsweise in einer Mittel anzapfung, zusammengeführt werden. Am Ausgang der Primärseite 16 des Primärvolumenstroms ist ein Drei wegeventil 5 angeordnet, welches über eine Dreiwege ventilstange 18 signaltechnisch mit dem Stellkopf 2 verbunden ist. Das Dreiwegeventil 5 am Ausgang des Primärstroms des Wärmetauschers 1 hat die Aufgabe, den Ablauf des Heizungswassers zu der zentralen Wärmequelle am Anschluß Wärmequellenrücklauf 8 zu zuführen bzw. über den Anschluß Heizkörperrücklauf 7 das Heizungswasser aus dem Heizungssystem zu der Wärmequelle über den Anschluß Wärmequellenvorlauf 8 zu leiten. Wird jetzt von einem beliebigen Verbraucher aus dem Brauchwasserwärmesystem eine Entnahme durchgeführt, ändert sich im Stellkopf 2, welcher nach dem Anschluß Kaltwasserbrauchwasser 6 vorhanden ist, ein beinhaltetes Membransystem dahingehend, daß ein definiertes Steuersignal über die Dreiwege ventilstange 18 auf das Dreiwegeventil 5 geleitet wird. Durch die Entnahme von Brauchwasser aus dem Brauchwasservolumenstrom muß das Brauchwasser über die Sekundärseite 19 des Wärmetauschers 1 erwärmt werden. Im Wärmetauscher 1 findet ein Energieaus tausch zwischen dem Heizungswasser im Primärkreislauf und dem Brauchwasser im Sekundärkreislauf statt. Durch die Signalwirkung des Stellkopfs 2 wird das Dreiwegeventil 5 so verstellt, daß ein Abfluß des Heizungswassers aus dem Primärvolumenstrom des Wärme übertragers 1 an die zentral gelegene Wärmequelle stattfindet. Aufgrund der Meßstelle mit dem Tempe raturausdehnungsfühler 4 an der Leitung Wärmequel lenvorlauf 12 wird über eine Signalverbindung mit dem Dreiwegeventil 3 ein Volumenstrom des Heizungswassers am primärseitigen Eingang des Wärmetauschers 1 ge regelt. Dabei wird das Dreiwegeventil 3 mittels des Ausdehnungssignals des Temperaturausdehnungsfühlers 4 von der Heizwassertemperatur in seiner Position ver ändert und teilt den zuströmenden Heißwasserstrom bei steigender Temperatur zwischen dem Eintrittsstutzen des Wärmeübertragers 1 und dem erfindungsgemäßen Sam melpunkt 15 auf. Der Abfluß des Heizwasserstroms durch den Wärmetauscher 1 wird mit dem Stellkopf 2, welcher in Abhängigkeit vom Brauchwasserstrom ein Signal über die Dreiwegeventilstange 18 an das Drei wegeventil 5 gibt, beeinflußt. Die Auslegung des Wärmetauschers 1 erfolgt so, daß für die niedrigste geplante Heißwassertemperatur, welche am Anschluß Wärmequellenvorlauf 11 anliegt, die gesamte thermische Länge des Wärmeübertragers 1 auf der Primärseite 16 zur Erwärmung des Brauchwassers auf die Solltempera tur erforderlich ist. Aufgrund der sich mit stei gender Heizwassertemperatur am Anschluß Wärmequellen vorlauf 11 des Heizwasserstroms verkürzenden ther mischen Länge des Wärmeübertragers resultieren auf der Sekundärseite annähernd konstante Brauchwasser temperaturen. Somit wird ein erfindungswesentlicher Vorteil der Regelung und der Anordnung bewirkt, da die Heizwassertemperatur am Anschluß Wärmequel lenvorlauf 11 in Abhängigkeit von der Außentemperatur gleitend in gewissen Grenzen veränderbar ist, was aus energiepolitischer Hinsicht einen wesentlichen Vor teil darstellt, da auf Grundlage der Außentemperatur der Heizwasserstrom für ein Heizungssystem bereitge stellt werden kann und gleichzeitig zur Erwärmung von annähernd konstanten Brauchwassertemperaturen dient.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Temperaturvorregelung für Brauchwasserwärme systeme und ihre Anordnung, wobei keine Hilfsenergie im Regelvorgang benutzt wird. Die Anordnung des Stellkopfs 2 über die Dreiwegeventilstange 18 auf ein Dreiwegeventil 5 ist wie bei Fig. 1 ausgeführt. Dabei wird - wie schon in Fig. 1 beschrieben - über den Stellkopf 2 ein Signal über die Dreiwegeven tilstange 18 auf das Dreiwegeventil 5 gegeben, womit eine primärseitige Teilung des Volumenstromes des Heizungswassers vor dem Anschluß Wärmequellenrücklauf 8 stattfindet. Aufgrund dieses Signals fließt ein Heizungswasservolumenstrom über die Primärseite 16 des Wärmetauschers 1. Nach dem Anschluß Wärme quellenvorlauf 11 von einer zentralen Wärmequelle ist wiederum ein T-Stück zur Aufteilung des Heizungs wasservolumenstroms gegeben. Das Heizungswasser an dem Anschluß Wärmequellenvorlauf 11 fließt in das Hei zungssystem über den Anschluß Heizkörpervorlauf 10 bzw. über die Leitung Wärmequellenvorlauf 12 in den Primärstrom des Wärmetauschers 1. Der Temperaturaus dehnungsfühler 4 ist vor dem T-Stück der Leitung Wärmequellenvorlauf 12. Mit dieser Anordnung des Temperaturausdehnungsfühlers 4 wird die Temperatur des Heizwassers gemessen. Der Temperaturausdehnungs fühler 4 ist dabei signaltechnisch mit dem Dreiwege ventil 3 verbunden. Somit sind durch schwankende Temperaturen des Heizungswassers in der Leitung Wärmequellenvorlauf 12 Stellsignaländerungen an dem Dreiwegeventil 3 gegeben. Das Dreiwegeventil 3 ist erfindungswesentlich an der Ausgangsseite des Wär metauschers des Primärvolumenstroms angeordnet. Dabei wird über einen Sammelpunkt 15 der Primärstrom vor teilhafterweise in eine Mittelanzapfung aufgeteilt. Die Leitung 13 und die Leitung 14 sind aus dem Wärmetauscher 1 auf das Dreiwegeventil 3 ausgeführt.

Das Dreiwegeventil 3 wird mittels dem Temperaturausdehnungsfühler 4 in Abhängigkeit der Heißwassertemperatur gesteuert, welche an dem Anschluß Wärmequellenvorlauf 11 anliegt. Je nach Temperatur des Heißwasserstroms teilt sich der Heiß wasserstrom bei steigender Temperatur am Sammelpunkt 15 zwischen einer Mittelanzapfung des Wärmetauschers 1 mit der angeschlossenen Leitung 14 und den Aus gangsstutzen des Wärmetauschers 1 und der ange schlossenen Leitung 13 auf. Die erfindungsgemäße Re gelung ist so ausgeführt, daß über die Verkürzung der thermischen Länge eine Abhängigkeit gegenüber der Vorlauftemperatur des Heizungswassers in der Leitung Wärmequellenvorlauf 12 entsteht. Durch die Entnahme von Brauchwasser von einem Verbraucher wird über den Stellkopf 2 eine Membranveränderung hervorgerufen, wodurch ein Stellsignal über eine Dreiwegeventil stange 18 auf das Dreiwegeventil 5 entsteht. Somit wird der primärseitige Strom im Wärmetauscher 1 auf Grundlage der Temperatur, welche über den Temperatur ausdehnungsfühler 4 gemessen wird, zum Strömen ge bracht, da das Dreiwegeventil 5 den Fluß des Primär stroms zu einer Wärmequelle über den Anschluß Wärme quellenrücklauf 8 freigibt.

Es findet ein Energieaustausch im Wärmetauscher 1 zwischen der Primärseite 16 und der Sekundärseite 17 statt. In Abhängigkeit der Temperatur des Heizwassers wird nun die thermische Länge auf der Primärseite 16 über den Verteilpunkt 15 verändert.

Bezugszeichenliste

1 Wärmetauscher
2 Stellkopf
3 Dreiwegeventil
4 Temperaturausdehnungsfühler
5 Dreiwegeventil
6 Anschluß Brauchwasser
7 Anschluß Heizkörperrücklauf
8 Anschluß Wärmequellenrücklauf
9 Anschluß Brauchwasser
10 Anschluß Heizkörpervorlauf
11 Anschluß Wärmequellenvorlauf
12 Leitung Wärmequellenvorlauf
13 Leitung
14 Leitung
15 Sammelpunkt
16 Primärseite
17 Sekundärseite
18 Dreiwegeventilstange
19 Sekundärzulauf

Claims

1. Temperaturvorregelung für Brauchwasserwärmesysteme ohne Hilfsenergie und veränderlicher Heizwasservor lauftemperatur, dadurch gekennzeichnet,

a) daß eine Temperatur eines Heizwassers in einer Leitung Wärmequellenvorlauf (12) gemessen wird;
b) daß ein Signal durch die Temperaturmessung auf ein Dreiwegeventil (3) als Steuersignal geleitet wird;
c) daß ein Signal in Abhängigkeit vom Brauchwasser strom am Anschluß Kaltwasserbrauchwasser (6) erzeugt wird und
d) daß ein Heizwasservolumenstrom in einem Wärme tauscher (1), in Abhängigkeit der Heizwasservorlauf temperatur geteilt wird.

2. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal durch die Temperaturmessung in der Leitung Wärmequellenvorlauf (12) auf ein Dreiwege ventil (3) anliegt und dabei die Teilung des Heiz wasserzulaufs auf einen Wärmetauscher (1) durchge führt wird.

3. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal am Anschluß Kaltwasserbrauchwasser (6) auf ein Dreiwegeventil (5) anliegt und somit ein Abfluß des Heizwasservolumenstroms des Wärmetauschers (1) gesteuert wird.

4. Anordnung einer Temperaturvorregelung für Brauch wassersysteme mit einem Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturausdehnungsfühler (4) in einer Leitung Wärmequellenvorlauf (12) ange ordnet ist und in Verbindung mit einem Dreiwegeventil (3) steht und weiterhin in einem Wärmetauscher (1) ein gemeinsamer Sammelpunkt (15) aus einer Leitung (13) und zweiten Leitung (14) vorhanden ist und diese Leitungen (13) und (14) an dem Dreiwegeventil (3) anliegen.

5. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil (3) nach dem Meßpunkt des Temperaturausdehnungsfühlers (4) in der Leitung Wär mequellenvorlauf (12) angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelpunkt (15) als Mittelanzapfung im Wärmetauschers (1) ausgeführt ist.

7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil (3) ausgangsseitig vom Wärme tauscher (1) angeordnet ist.

8. Anordnung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßpunkt des Temperaturausdehnungsfühlers (4) vor der Abzwei gung eines Anschlusses Heizkörpervorlauf (10) der Leitung Wärmequellenvorlauf (12) angeordnet ist.

9. Anordnung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwas servolumenstrom primärseitig im Wärmetauscher (1) anliegt.

10. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Dreiwegeventil (3) eingangsseitig am Wärmetauscher (1) angeordnet ist.