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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Heizanlage mit den Merkmalen des
Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Heizanlagen
dieser Art sind bekannt. Bei den hier eingesetzten Wärmequellen
handelt es sich um Brennwertkessel oder Kondensatkessel bzw. um Wärmetauscher
einer Fernheizanlage. Diese Wärmequellen
arbeiten dann optimal mit hohem Wirkungsgrad, wenn das Wärmeträgermedium
mit einer möglichst
niedrigen Temperatur zurück
in die Wärmequelle
strömt.
Bei einem Brennwertkessel oder Kondensatkessel wird den Rauchgasen
Wärme entzogen,
wodurch der Wirkungsgrad der Einrichtung angehoben wird, was zur
erwünschten
Kondensatbildung führt.
Wird die Anlage mit niedriger Last gefahren, beispielsweise mit
40° im Heizkreis,
dann tritt die erwähnte
Kondensatbildung auf und der hohe Wirkungsgrad wird dadurch erreicht.
Wird die Anlage jedoch mit hoher Leistung gefahren, beispielsweise
mit 70° im
Heizkreis, dann würde – ohne entsprechende Maßnahmen
gemäß der Erfindung – keine
Kondensatbildung auftreten und der Wirkungsgrad würde abfallen.
Es ist daher bei diesen Anlagen mit Wärmequellen der genannten Art
danach zu streben, daß über die
Rücklaufleitung
ein möglichst
stark abgekühltes
Wärmeträgermedium
zurückströmt, damit
im Kessel die erwünschte,
Wirkungsgrad steigernde Kondensatbildung aufrecht erhalten werden
kann. Solche Kessel sind entsprechend konstruiert. Die Umlaufpumpe
wird bei diesen Anlagen auf die maximal geforderte Heizleistung
eingestellt. Für
die Regelung des jeweiligen Heizkreises ist dann jeweils ein Mischventil
vorgesehen, das in Abhängigkeit
vom geforderten Wärmebedarf
verstellt wird. Die von der Umlaufpumpe geförderte Menge wird durch die
Verstellung des Mischventils jedoch nicht beeinflußt, sofern
die Umlaufpumpe eine vorgegebene, konstruktionsbedingte Drehzahl
aufweist. Häufig
sind jedoch bei modernen Anlagen auch Umlaufpumpen vorgesehen, die
hinsichtlich ihrer Drehzahl regelbar sind. Hingegen ist das Strangregulierventil,
das in der Rücklaufleitung
der Wärmequelle
vorgeschaltet ist, auf eine vorgegebene, feste Durchsatzmenge eingestellt.
Dieses Strangregulierventil ist zwar einstellbar, nicht aber regelbar.
Die Ein- oder Nachstellung eines solchen Strangregulierventils kann
nur über
den Fachmann geschehen, und zwar durch manuellen Eingriff. Die für eine Anlage
eingestellten Strangregulierventile sind in der Regel auch plombiert.
Ein solches Strangregulierventil ist als vorgegebene Querschnittsverengung
oder Drossel anzusehen, die hinsichtlich ihres Querschnittes während des
Betriebs der Anlage nicht beeinflußbar ist. Ist die Heizanlage in
Betrieb und sind die Umlaufpumpen auf die errechneten Drehzahlen
eingestellt, so ist nicht ausgeschlossen, daß die einzelnen Heizkreise,
aus welchen Gründen
immer, nicht die errechnete Heizleistung erbringen. Dies ist häufig der
Fall, wenn an der Heizanlage im Laufe der Zeit Änderungen gemacht worden sind,
um sie dem jeweils neuesten Stand der Technik anzupassen. Um diesen
Mangel zu korrigieren, wird in der Regel die Drehzahl einer oder
mehrerer Umlaufpumpen erhöht,
wodurch die Umlaufpumpe eine größere Menge
des Wärmeträgermediums fördert. Das
dem Wärmetauscher
vorgeschaltete Strangregulierventil läßt jedoch nur eine vorbestimmte
Menge desselben durch, so daß infolge
der Parallelschaltung der einzelnen Heizkreise über den Verteiler aus anderen
Heizkreisen ein Teil des Wärmeträgermediums
durch die sich nun schneller drehende Umlaufpumpe abgezogen wird,
wodurch der Wärmehaushalt
und die Wärmebilanz
dieser Heizanlage erst recht gestört und beeinträchtigt wird.
Die einzelnen Heizkreise können
aber auch Umlaufpumpen mit konstanter Drehzahl aufweisen, wobei
dann für
Regelzwecke die Mischventile betätigt
werden. Darüberhinaus
können
in einer Anlage Heizkreise mit Umlaufpumpen regelbarer Drehzahl
und solche mit konstanter Drehzahl vorhanden sein. Auch in solchen Fällen kann
der Durchsatz des Wärmeträgermediums
in den parallel geschalteten Kreisen beeinträchtigt werden.
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Aus
der DE-OS 27 13 387 ist eine Heizungsanlage bekannt mit einer Wärmequelle,
einem eine Umwälzpumpe
aufweisenden Verbraucherzweig, einem in der Vorlaufleitung der Wärmequelle
angeordneten Drosselthermostaten und einer Verbindungsleitung zwischen
dem Pumpenausgang und der Auslaßseite
des Drosselthermostaten. In der Verbindungsleitung ist ein Überströmventil
angeordnet. Die Durchlaßrichtung
dieses Überströmventils
ist von der Rücklaufleitung
zur Vorlaufleitung gerichtet. Hier ist jedoch in der Vorlaufleitung
zur Wärmequelle
ein temperaturgesteuertes Ventil (Drosselthermostat) vorgesehen.
Dieses temperaturgesteuerte Ventil hat die Auflage und die Aufgabe,
den Kreislauf über
die Wärmequelle
erst dann freizugeben, wenn die Temperatur in der Vorlaufleitung
so hoch ist, daß sich
in der Wärmequelle
kein Schwitzwasser mehr bilden kann.
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Die
Erfindung zielt nun darauf ab, eine Maßnahme vorzuschlagen, um den
bei Heizanlagen der eingangs genannten Art auftretenden Nachteilen
zu begegnen. Dies gelingt durch jene Maßnahmen, die Inhalt und Gegenstand
des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 sind.
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Die
Wirkung des Druckausgleichsventils in der erwähnten Anordnung besteht nun
darin, daß infolge
der größeren umgesetzten
Fördermenge
der Umlaufpumpe mit der erhöhten
Drehzahl – in
Strömungsrichtung
des Mediums gesehen – vor
dem Strangregulierventil der im Rohrsystem herrschende Druck sich
erhöht.
Das auf eine vorgegebene Druckerhöhung eingestellte Druckausgleichsventil öffnet sich
nun und gibt dem umströmenden
Medium über eine
Nebenschlußleitung
zum fest eingestellten Strangregulierventil den Weg frei, so daß unabhängig von
der durch die Fixeinstellung des Strangregulierventils begrenzten
Durchsatzmenge durch die primäre
Wärmequelle
eine beliebige Menge des Mediums in Umlauf gehalten werden kann,
die größer ist
als die durch das fest eingestellte Strangregulierventil vorgegebene
Menge. Das Druckausgleichsventil kann in den Verteiler integriert
sein oder außerhalb desselben
angeordnet werden. In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist an der Kammer
des Verteilers, an der die Vorlaufleitungen der einzelnen Heizkreise
angeschlossen sind, die Vorlauf- und die Rücklaufleitung einer zusätzlichen
Wärmequelle
angeschlossen. Falls die von der primären Wärmequelle gelieferte Wärmemenge
den Wärmebedarf
nicht zu decken vermag, kann dadurch die die erwähnte Kammer des Verteilers
durchfließende
Wärmeträgermenge
zusätzlich
aufgeheizt werden. Anstelle eines von einem Fernheizwerk gespeisten
Wärmetauschers
kann auch als primäre
Wärmequelle
ein Brennwertkessel oder ein Kondensatkessel vorgesehen werden,
also eine Wärmequelle,
die dann optimal mit hohem Wirkungsgrat arbeitet, wenn das Wärmeträgermedium
mit einer möglichst
niedrigen Temperatur zur Wärmequelle
zurückströmt. Anstelle
eines einzigen Druckausgleichsventils können auch mehrere solcher Ventile
parallel geschaltet werden, wobei diese evtl. verschiedene Durchsatzquerschnitte
aufweisen und/oder auf unterschiedliche Ansprechwerte eingestellt
sind. Als Druckausgleichsventile können herkömmliche federbelastete Druckausgleichsventile
verwendet werden. Es ist aber auch möglich, Druckausgleichsventile
einzusetzen, die über
Druckfühler
elektronisch gesteuert sind. Was vorstehend im Zusammenhang mit
einer Heizanlage ausgesagt worden ist, gilt analog für eine zentral
betriebene Kühlanlage.
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben, die schematisch
eine Heizanlage zeigt, die von einem Fernheizwerk gespeist wird.
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Die
von einem nicht dargestellten Fernheizwerk kommende Vorlaufleitung 1 und
Rücklaufleitung 2 speisen
einen Wärmetauscher 3.
In der zum Fernheizwerk führenden
Rücklaufleitung 2 ist
ein Temperaturfühler 4,
ein Regelventil 5 sowie ein Wärmezähler 6 eingeschaltet,
wobei der Durchlaß des
Regelventils 5 von der über
den Temperaturfühler 4 erfaßten Rücklauftemperatur
und der von einem weiteren Temperaturfühler 7 erfaßten Außentemperatur
gesteuert ist. Sekundärseitig
ist der Wärmetauscher 3 über eine
Vorlaufleitung 8 und über
eine Rücklaufleitung 9 mit
einem Verteiler 10 verbunden, der zwei Kammern 11, 12 aufweist,
die hier der Übersichtlichkeit
wegen voneinander getrennt dargestellt sind. In der Rücklaufleitung 9 ist
ein Strangregulierventil 13, das die Durchsatzmenge des
Wärmeträgermediums limitiert.
Dieses Strangregulierventil 13 ist auf die maximale Heizleistung
abgestellt und vom Wärmelieferanten,
dem Betreiber des Fernheizwerkes eingestellt und gegebenenfalls
plombiert. Das Strangregulierventil 13 wirkt wie eine fest
eingestellte Drossel mit konstantem Querschnitt.
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An
der einen Kammer 11 des Verteilers 10 sind nun
die Vorlaufleitungen 14, 15, 16 der hier
beispielsweise dargestellten drei Heizkreise 17, 18, 19 angeschlossen.
Der eine Heizkreis 17 speist Radiatoren, der andere Heizkreis 18 eine
Fußbodenheizung
und der dritte Heizkreis 19 einen Warmwasserbereiter. Alle
drei Heizkreise weisen Umlaufpumpen 20, 21, 22 auf
mit veränderbarer
Drehzahl. Diese Drehzahl ist entweder willkürlich einzustellen oder von
Betriebsgrößen geregelt
und gesteuert. In den beiden Heizkreisen 17 und 18 sind
zusätzlich
Mischventile 23, 24 angeordnet, ferner sind in
allen Heizkreisen Rückschlagventile 25 eingeschaltet.
Die jeweiligen Rücklaufleitungen 26, 27, 28 der
einzelnen Heizkreise sind an der Kammer 12 des Verteilers 10 angeschlossen.
Der Übersichtlichkeit
wegen wurden die Anschlüsse
mit den Buchstaben A, B und C bezeichnet.
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An
der Kammer 11 des Verteilers 10, an den die Vorlaufleitungen 14, 15, 16 der
einzelnen Heizkreise 17, 18, 19 angeschlossen
sind, sind noch die Vorlaufleitung und die Rücklaufleitung einer zusätzlichen
Wärmequelle,
beispielsweise hier eines Ölheizkessels 29 als
Zusatz- oder Notkessel
angeschlossen.
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Die
beiden Kammern 11, 12 des Verteilers 10 sind über ein
Druckausgleichsventil (30) miteinander verbunden. Dieses
Druckausgleichsventil 30 ist zweckmäßigerweise federbelastet, wobei
die Kraft der das Druckausgleichsventil 30 schließenden bzw. geschlossenhaltenden
Feder gegen den im Bereich der Rücklaufleitungen
herrschenden Druck gerichtet ist. Die Durchlaßrichtung dieses Druckausgleichsventils 30 ist
durch den Pfeil 31 bezeichnet. Anstelle eines federbelasteten
Druckausgleichsventils kann auch ein Druckausgleichsventil eingesetzt
werden, das über
Druckfühler
elektronisch gesteuert ist.
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Dieses
Druckausgleichsventil 30 kann in den Verteiler 10 integriert
sein, der hier schematisch durch die beiden Kammern 11, 12 dargestellt
ist. Es kann außerhalb
des Verteilers 10 angeordnet sein beispielsweise – in Strömungsrichtung
des Heizmediums gesehen – vor
dem Strangregulierventil 13 zwischen Vorlauf- und Rücklaufleitung 8, 9 der
primären
Wärmequelle 3.
Grundsätzlich
ist es auch möglich,
mehrere parallel geschaltete Druckausgleichsventile anzuordnen,
wobei zweckmäßigerweise
diese unterschiedliche Durchlaßquerschnitte
aufweisen und/oder auf verschiedene Ansprechwerte eingestellt sind.
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Diese
Heizanlage arbeitet nun wie folgt: Vorgegeben ist die maximale Anschlußleistung
und die vom gegebenenfalls plombierten Strangregulierventil 13 maximal
durchgelassene Menge des Heizmediums. Im normalen Betrieb ist das
Druckausgleichsventil 30 geschlossen. Stellt sich heraus,
daß der eine
oder andere Heizkreis nicht die gewünschte Leistung erbringt und
wird nun die in ihm befindliche Umlaufpumpe nachjustiert, indem
deren Drehzahl erhöht
wird, so fördert
diese nachjustierte Umlaufpumpe eine größere Menge des Wärmeträgermediums, als
ursprünglich
ermittelt und festgesetzt. Da die auf die Nennleistung der Anlage
eingestellte Durchsatzmenge (Strangregulierventil 13) nicht
verändert
werden kann, wird die in ihrer Drehzahl hochgefahrene Umlaufpumpe
aus den parallel geschalteten Heizkreisen in Abhängigkeit von deren Strömungswiderständen Heizmedium
abziehen, wodurch in der Kammer 12 des Verteilers 10 der
Druck ansteigt. Übersteigt
nun dieser Druck ein am Druckausgleichsventil 30 eingestelltes
Maß, so öffnet dieses
Ventil und bildet zum Strangregulierventil 13 einen Nebenschluß, über welchen
nun die durch die Drehzahlerhöhung der
Umlaufpumpe zusätzliche
Umlaufmenge ungehindert strömen
kann und dies ohne Beeinflussung der parallel geschalteten Heizkreise.
Falls in den einzelnen Heizkreisen oder zumindest in einigen von
ihnen Mischventile vorgesehen sind und diese Mischventile nachgestellt
und betätigt
werden, so könnten ebenfalls
Beeinträchtigungen
der vorstehend beschriebenen Art in den benachbarten Heizkreisen auftreten,
die dank der erfindungsgemäßen Maßnahme jedoch
unterbunden sind. Es liegt im Rahmen der Erfindung, einzelne Heizkreise
sowohl durch drehzahlregelbare Umlaufpumpen wie auch über Mischventile
zu beeinflussen.
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Der
vorstehend geschilderte Effekt tritt auch dann ein, wenn aus irgendwelchen
Gründen
die eine oder andere drehzahlgeregelte Pumpe durch eine Regelgröße der Anlage
hochgefahren wird. Falls in einem solchen Falle der Wärmetauscher 3 die
benötigte
Wärmemenge
nicht mehr ausreichend zur Verfügung
stellt, wird der Zusatzheizkessel 29 eingeschaltet, der
das in der Kammer 11 umlaufende Medium erwärmt.
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Dank
der erfindungsgemäßen Maßnahme wird
die maximal zulässige
Durchsatzmenge des Wärmeträgermediums
durch die primäre
Wärmequelle
auch bei Änderung
der Drehzahlen der Umlaufpumpen in den einzelnen angeschlossenen
Heizkreisen nicht beeinträchtigt
und trotz Erhöhung
der Fördermenge
im einen oder anderen Heizkreis wird die Verteilung der Mengen des
Wärmeträgermediums
auf die einzelnen Heizkreise nicht gestört. Der Verteiler 10 ist
durch diese aufgezeigte Schaltung gleichsam als Nullpotential der
hydraulischen Anlage anzusehen. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann
auch Antriebsenergie eingespart werden, denn in der Vorlauf- bzw.
Rücklaufleitung
zwischen Wärmetauscher 3 und
Verteiler 10 kann eine Umlaufpumpe eingespart werden. Die
von einem Fernheizwerk angebotene Wärmemenge wird dabei bestmöglich genutzt,
so daß auf
der Eingangs- oder Primärseite
des Wärmetauschers 3 eine
relativ hohe Temperaturdifferenz erzielbar ist. Durch diese hohe
Ausnutzung der angebotenen Wärmemenge
können
die Zuleitungsrohre vom Fernheizkraftwerk zum Wärmetauscher 3 relativ
klein dimensioniert werden. Was vorstehend von Wärme- und Heizanlagen gesagt wurde,
gilt in analoger Weise auch für
zentral betriebene Kühlanlagen.
Durch den Einbau des willkürlich einstellbaren
Druckausgleichsventils 30 ist es möglich, den Durchsatz des Mediums
im Strangregulierventil 13 mit der gewünschten Temperaturdifferenz einzustellen,
unabhängig
von den sich ändernden Pumpendrücken in
den einzelnen Kreisen. Dadurch wird auf der Primärseite des Wärmetauschers 3 die angestrebte
hohe Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf erzielt. Eine solche
relativ hohe Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf wird
vom Betreiber des Fernheizwerkes angestrebt, um die Anlage effektiv
zu nutzen, dasselbe gilt, wenn als zentrale Wärmequelle hier ein Brennwertkessel (Kondensatkessel)
installiert ist.
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- 1
- Vorlaufleitung
- 2
- Rücklaufleitung
- 3
- Wärmetauscher
- 4
- Temperaturfühler
- 5
- Regelventil
- 6
- Wärmezähler
- 7
- Temperaturfühler
- 8
- Vorlaufleitung
- 9
- Rücklaufleitung
- 10
- Verteiler
- 11
- Kammer
- 12
- Kammer
- 13
- Strangregulierventil
- 14
- Vorlaufleitung
- 15
- Vorlaufleitung
- 16
- Vorlaufleitung
- 17
- Heizkreis
- 18
- Heizkreis
- 19
- Heizkreis
- 20
- Umlaufpumpe
- 21
- Umlaufpumpe
- 22
- Umlaufpumpe
- 23
- Mischventil
- 24
- Mischventil
- 25
- Rückschlagventil
- 26
- Rücklaufleitung
- 27
- Rücklaufleitung
- 28
- Rücklaufleitung
- 29
- Wärmequelle – Heizkessel
- 30
- Druckausgleichsventil
- 31
- Pfeil