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Die Erfindung betrifft ein System zur flächenmäßigen Wärmeübertragung über ein flächig auf einem Boden, einer Decke oder Wand eines Gebäudes verlegtes Rohrnetz, das zumindest einen Regelkreis ausbildet und mit einer Vorlauf-Öffnung und einer Rücklauf-Öffnung versehen ist.
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Ein solches System ist üblicherweise ein wasserführendes System. Es kann als Heiz- oder Kühlsystem ausgelegt sein. Typische Anwendungen sind Wohnräume oder Büros zur Klimatisierung derselben. Dabei kann die Wärmeabgabe von dem Raum auf das in dem System geführte flüssige Medium, regelmäßig Wasser, erfolgen. In diesem Falle ist das System als Kühlsystem ausgebildet. Wesentlich üblicher ist die Fallgestaltung, bei welcher die Wärmeabgabe von dem Rohrnetz an den Raum erfolgt, so dass das System als Heizsystem ausgebildet ist.
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Ein Medium führendes Heiz- oder Kühlsystem muss die Anforderungen der Nutzer hinsichtlich Komfort und effizientem Betrieb erfüllen, als auch den geltenden gesetzlichen Bestimmungen und anerkannten Regeln der Technik genügen. Zur Erfüllung dieser Vorgaben erfolgt eine bedarfsgerechte Auslegung, Berechnung und Ausführung sowohl des Wärmeerzeugers als auch des Rohrnetzes zur Verteilung des Fluids, welches in dem Rohrnetz zum Transport des die Wärme aufnehmenden oder abgebenden Fluids genutzt wird. Dabei ist die gewünschte Raumtemperatur ebenso von Bedeutung wie die baulichen Gegebenheiten, wie beispielsweise das Alter, die Bauweise, die Größe, die Nutzungsart sowie der Wärmedämmstandard des entsprechenden Gebäudes. Einfluss haben auch die örtlichen klimatischen Verhältnisse.
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Weitere Einflussfaktoren sind interne Wärmegewinnung, beispielsweise durch die Beleuchtung, Elektrogeräte, Herde und Kaminöfen sowie externe Einflüsse, wie Sonneneinstrahlung über große Fensterflächen bei südlicher Ausrichtung oder aber Wärmeabfuhr über Kältebrücken innerhalb des Gebäudes.
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Üblicherweise erfolgt eine Auslegung des Systems durch einen Planer, welcher die System-Vorlauftemperatur festlegt. Die Länge der mit dem Rohrnetz verlegten Rohre sowie der Querabstand der üblicherweise in parallelen Strängen oder mehr mäandrierend verlegten Rohre bilden mit dem Aufbau des Bodens, der Decke oder der Wand die Grundlage für die Wärmeabgabe an den Raum. Je nach Größe des Raumes und dessen Solltemperatur wird durch Anpassung der Durchflussmenge die Rücklauftemperatur je Regelkreis definiert. Dazu wird bei der Inbetriebnahme der Anlage mittels eines Regulierventils und eines Durchflussmessers für den jeweiligen Regelkreis der notwendige Volumenstrom gestimmt. Sind mehrere Regelkreise, beispielsweise Heiz- oder Kühlkreise vorgesehen, wird für jeden einzelnen Kreis eine solche Bestimmung durchgeführt. Aufgrund des Systemdrucks ergibt sich dabei eine hydrodynamische Abhängigkeit der einzelnen Kreise, die bei der Einstellung des Betriebspunktes zu jedem Regelkreis berücksichtigt wird. Der so durchgeführte hydraulische Abgleich ist jedoch statisch und auf den Auslegungspunkt des Systems abgestimmt. Da die für den Auslegungspunkt unterstellte Außentemperatur beispielsweise bei einer Flächenheizung nur an wenigen sehr kalten Tagen im Jahr vorherrscht, läuft das System im Falle einer Flächenheizung in der restlichen Zeit überwiegend im Teillastbetrieb. Entsprechendes gilt für eine Flächenkühlung, deren Betriebspunkt auf die maximale Außentemperatur eingestellt ist.
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Die Erfahrung zeigt, dass der konventionelle hydraulische Abgleich der einzelnen Regelkreise bei einem Großteil der Anlage nicht oder nur unzureichend durchgeführt wird. Diese entsprechenden Systeme laufen energetisch nicht optimal und bieten nur bedingt Komfort und Effizienz. Selbst wenn der zuvor erwähnte hydraulische Abgleich bestmöglich durchgeführt wurde, ändern sich die Druckverhältnisse in dem System durch den zumindest für Flächenheizungen gesetzlich vorgeschriebenen Einsatz von Einzelraumreglern fortlaufend, die üblicherweise in Form von Raumthermostaten eingesetzt sind. Ausreichend temperierte (geheizte oder gekühlte) Räume veranlassen ein Schließen der elektrothermischen Auf-Zu-Stellantriebe, um den Regelkreis und damit dem Raum keine weitere Heiz- bzw. Kühlenergie zuzuführen. Die Wassermenge verteilt sich dann auch auf die verbleibenden offenen Regelkreise und es kommt zu einer Überversorgung dieser Regelkreise. Bedingt durch die sehr träge Reaktionszeit der Raumregeleinrichtungen bedingt insbesondere durch die Trägheit der Wärme abgebenden Flächen führt das zu einem Überschwingen der Raumtemperatur.
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Die vorliegende Erfindung will Abhilfe schaffen und ein hinsichtlich des Regelverhaltens verbessertes System zur flächenmäßigen Wärmeabgabe vorstellen. Die vorliegende Erfindung will ferner einen verbesserten Verteiler eines solchen Systems angehen.
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Ein Verteiler eines entsprechenden Systems zur flächenmäßigen Wärmeabgabe hat üblicherweise eine zentrale Einlass-Öffnung, die unmittelbar mit der Wärm bzw. Kälte-Quelle kommuniziert und dementsprechend den Vorlauf des Systems ausbildet, wobei diese Einlass-Öffnung mit einem Sammelkasten kommuniziert, der mehrere Vorlaufanschlüsse zum Anschluss von Regelkreisen für die flächenmäßige Wärmeabgabe aufweist. Der Verteiler hat ferner eine Auslass-Öffnung, die für den Rücklauf vorgesehen ist, und die mit einem weiteren Sammelkasten kommuniziert, der mehrere Rücklaufanschlüsse zum Anschluss der Regelkreise des Systems zur flächenmäßigen Wärmeabgabe aufweist. Dem entsprechend dient der Verteiler der Verteilung des von einer zentralen Quelle aufbereiteten und damit erwärmten bzw. gekühlten flüssigen Mediums, üblicherweise Wasser, auf die einzelnen Regelkreise, d. h. Heiz- bzw. Kühlkreis.
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Die entsprechenden Verteiler sind insbesondere für Flächenheizungen allgemein üblich und werden regelmäßig verbaut.
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Mit Blick auf den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung schlägt diese ein System zur flächenmäßigen Wärmeabgabe der eingangs genannten Art vor, welches sich dadurch auszeichnet, dass ein dem Rücklauf zugeordnetes thermisches Regulierventil vorgesehen ist. Dieses thermische Regulierventil stellt den Durchgang durch das Regulierventil aufgrund eines thermisch sensiblen Stellelementes, welches von der Temperatur des durch den Regelkreis hindurchgeführten Temperiermediums beaufschlagt wird. So kann mit dem erfindungsgemäßen System der Durchsatz abhängig von der Rücklauftemperatur kontrolliert werden. Im Falle einer Heizung führt ein allzu warmes Temperiermedium am Ausgang des Regelkreises, d. h. an dem Rücklauf, zu einer Verengung des Querschnitts durch das Regulierventil, so dass der Volumenstrom gedrosselt und die Wärmeabgabe in dementsprechenden Regelkreis vermindert wird.
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Im Falle eines Systems mit mehreren Regelkreisen ist üblicherweise am Rücklauf jedes einzelnen Regelkreises ein entsprechendes thermisches Regulierventil vorgesehen, so dass die einzelnen Regelkreise unabhängig voneinander und zusätzlich zu dem statischen hydraulischen Abgleich eingeregelt wird. Die Regelung erfolgt unmittelbar aufgrund der in dem jeweiligen Regelkreis am Rücklauf befindlichen Temperatur des Fluids. Das Ansprechverhalten ist zügig und alleine von dem Ansprechverhalten des Regulierventils abhängig.
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Als thermisches Regulierventil kann jedes an sich aus der Heizungstechnik bekannte Regulierventil eingesetzt werden.
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Dabei wird bevorzugt ein solches Regulierventil vorgeschlagen, dessen Solltemperatur einstellbar ist. Die Einstellung erfolgt dabei regelmäßig händisch anhand eines Einstellrades an dem Regulierventil. Die Solltemperatur kann bevorzugt zwischen 18°C und 35°C weiter bevorzugt zwischen 22°C und 30°C einstellbar sein. Diese Temperaturwerte gelten für die Fallgestalltung einer Flächenheizung. Als Sollgröße für dieses Regulierventil dient üblicherweise die Rücklauftemperatur aus der Auslegungsberechnung für das System.
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Bei Erreichen der Solltemperatur drosselt das Regulierventil, so dass kein Fluid mit einer höheren als der Solltemperatur den Regelkreis durch den Rücklauf verlassen kann. Mit dieser Ausgestaltung ist es auch möglich, eine Fußbodenheizung mit einem Heizsystem zu betreiben, dessen Vorlauftemperatur deutlich über der für eine Flächenheizung geeigneten Temperatur liegt. Denn erst bei Erreichen, d. h. Unterschreiten der Solltemperatur und hinreichender Abgabe der Wärme an die Umgebung, wird das Regulierventil öffnen, um das erkaltete Wasser in dem Regelkreis der Flächenheizung auszutauschen und zur erneuten Erwärmung der Wärmequelle zuzuleiten.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist dem thermischen Regulierventil ein von einem Raumthermostat gestelltes Regulierventil zugeordnet. So kann in an sich bekannter Weise die von dem System abgegebene oder aufgenommene Wärme auch durch Einstellen des Raumthermostates beeinflusst werden. Dabei ist das durch den Raumthermostat gestellte Regulierventil eines jeden Regelkreises üblicherweise unmittelbar dem thermischen Regulierventil zugeordnet, d. h. beide Regulierventile wirken im Bereich des Rücklaufs auf den Regelkreis ein. Auch hier hat üblicherweise jeder Regelkreis des Systems ein dem jeweiligen thermischen Regulierventil zugeordnetes und von dem Raumthermostat gestelltes Regulierventil. Mit Blick auf eine möglichst effektive Steuerung wird das von dem Raumthermostat gestellte Regulierventil in Strömungsrichtung des wärmeführenden Mediums dem thermischen Regulierventil vorzugsweise nachgeordnet angeordnet.
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Im Falle einer Heizung gibt ein Ansteigen der Rücklauftemperatur Hinweis darauf, dass der Raum die Wärme nicht mehr oder nur vermindert abnimmt. In Folge dessen reduziert das thermische Ventil automatisch den Durchfluss, bis sich die Temperaturspreizung wieder eingestellt hat. Da bei der bevorzugten Weiterbildung mit dem von dem Raumthermostat gestellten Regulierventil parallel die Raumtemperatur durch das Raumthermostat überwacht wird, werden etwaige Abweichungen der Raumtemperatur durch Stellung des von dem Raumthermostat gestellten Regulierventils korrigiert.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung hat das System eine druckdifferenzgeregelte Pumpe, durch welche das die Wärme transportierende Fluid in den Regelkreis gepumpt wird. Diese Ausgestaltung verhindert eine Überversorgung einzelner Heizkreise durch sich schließende Ventile. Die Druckdifferenz geregelte Pumpe verhindert ein Über- bzw. Unterschwingen der Raumtemperatur. Dies gilt im Falle einer Heizung auch bei einer Erwärmung des Fussbodens bzw. der Wände bzw. der Decke beispielsweise durch direkte Sonneneinstrahlung. Auch hier erhöht sich die Rücklauftemperatur in dem jeweiligen Heizkreis einerseits durch die Erwärmung von Außen und andererseits durch die reduzierte Wärmeabgabe an den Raum.
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Gemäß ihrem nebengeordneten Aspekt schlägt die vorliegende Erfindung einen Verteiler der eingangs genannten Art vor. Dieser Verteiler zeichnet sich dadurch aus, dass mehreren Rücklaufanschlüssen jeweils ein thermisches Regulierventil der zuvor erwähnten Art zugeordnet ist. Mehrere Rücklaufanschlüsse des Verteilers, bevorzugt sämtliche Rücklaufanschlüsse desselben sind dementsprechend mit einem thermischen Regulierventil versehen. In Übereinstimmung mit der zuvor diskutierten Weiterbildung hat auch der Verteiler bevorzugt ein jedem thermischen Regulierventil jeweils zugeordnetes durch einen Raumthermostaten stellbares Regulierventil. Die zu dem System diskutierten Weiterbildungen gelten – sofern sie das thermische Regulierventil und/oder das stellbare Regulierventil betreffen – auch für den erfindungsgemäßen Verteiler.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung, die eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Verteilers zeigt.
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In der Zeichnung ist ein Verteiler 1 gezeichnet, der eine Einlassöffnung 2 hat, die zu einem Sammelkasten 3 führt. Der Sammelkasten 3 hat eine Vielzahl von Vorlaufanschlüssen zum Anschluss von Heizkreisen, die mit Bezugszeichen 4 gekennzeichnet sind. Die jeweils nicht dargestellten Heizkreise bestehen jeweils aus einem Rohrleitungssystem, welches üblicherweise flächig auf dem Boden, entlang einer Wand oder einer Decke verlegt ist, um bei der hier diskutierten Fallgestaltung einer Heizung Wärme an diese Flächen und damit einen von den Flächen begrenzten Raum abzugeben.
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Parallel zu dem vorlaufseitigen Sammelkasten 3 ist ein rücklaufseitiger Sammelkasten 5 vorgesehen, der mit einer Auslass-Öffnung 6 kommuniziert, die zum Anschluss an den Rücklauf und damit zur Rückführung des Heizungswassers an einen Kessel angepasst ausgebildet ist.
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Entsprechend der Anzahl der Vorlaufanschlüsse 4 sind Rücklaufanschlüsse 7 an dem rücklaufseitigen Sammelkasten 5 vorgesehen. Mit diesen Rücklaufanschlüssen 7 sind jeweils thermische Regulierventile 8 verbunden, die über ein Stellrad 9 hinsichtlich ihrer Solltemperatur einstellbar sind. Auf der den thermischen Regulierventilen 8 gegenüberliegenden Seite des rücklaufseitigen Sammelkastens 5 sind zu jedem der thermischen Regulierventile 8 von einem Raumthermostat gestellte Regulierventile 10 vorgesehen. Die zu jedem Regulierventil 10 vorgesehenen Kabel zu den jeweiligen Thermostaten sind mit Bezugszeichen 11 gekennzeichnet. Die von dem Raumthermostat gestellten Regulierventile 10 wirken jeweils auf die im Bereich des Rücklaufanschlusses vorgesehene Öffnung der jeweiligen Kreise ein und verengen dort je nach Stellung des Regulierventils 10 den Strömungsdurchgang oder schließen diesen ab.
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Durch die beiden Regulierventile 8, 10 wird eine sowohl an dem über das Thermostat einstellbaren Bedarf an Wärme als auch einen durch das Regulierventil 8 ermittelten Überschuss an Wärme am Rücklauf gesteuerter Betrieb der Flächenheizung ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verteiler
- 2
- Einlassöffnung-Vorlauf
- 3
- Sammelkasten-Vorlauf
- 4
- Vorlaufanschluss
- 5
- Sammelkasten-Rücklauf
- 6
- Auslassöffnung-Rücklauf
- 7
- Rücklaufanschluss
- 8
- Thermisches Regulierventil
- 9
- Handrad
- 10
- Vom Raumthermostat gestelltes Regulierventil
- 11
- Kabel
