DE202018105408U1

DE202018105408U1 - Raumtemperatur-Regelung für eine Flächenheizung

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Publication number: DE202018105408U1
Application number: DE202018105408.2U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2028-09-21

Abstract

System zur Regelung der Temperatur eines Raumes mit
- einer Flächenheizung (25), insbesondere einer Fußbodenheizung, mit
- Verteilereinrichtungen zur Verbindung der Flächenheizungen (25) einzelner Räume einer Wohnung oder Raumgruppe mit
- einer Vorlaufverteilung (12) oder Vorlaufverteilleitung (9) zur Verteilung des Vorlauf-Heizwassers an die Flächenheizungen, und
- einer Rücklaufverteilung (15) oder Rücklaufverteilleitung (10), zur Zusammenführung des aus den Flächenheizungen (25) zurückströmenden Rücklaufwassers, und
- einer Rücklauf-Rückführungsverteilung (18) oder Rücklauf-Rückführungsverteilleitung (11) und mit
- einer Rücklauf-Rückführungspumpe (7) zur Rückführung eines Teils des kälteren Rücklaufwassers aus der Rücklaufverteilung (15) oder Rücklaufverteilleitung (10), dadurch gekennzeichnet, das die Verbindungen der Flächenheizungen (25) mit den Vorlauf-Verteileinrichtungen (12) und (9) und den Rücklauf-Rückführungs-Verteileinrichtungen (18) und (11) über Dreiwege-Mischventile (22) derart gestaltet sind, dass sie das Beimischen einer raumweisen unterschiedlichen regelbaren Menge rückgeführten kälteren Rücklaufwassers bei Bedarf, dem wärmeren Vorlaufwasser beigemischt wird und der Flächenheizungen (25) der einzelnen Räume zugeführt wird, wobei in den Flächenheizungen fortlaufend eine konstante, dem Heizbedarf des Raumes entsprechende, raumweise unterschiedliche Wassermenge zirkuliert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Regelung der Temperatur eines Raumes oder einer Raumgruppe. Mit dem im Folgenden beschrieben System ist die Durchführung eines besonders effizienten Verfahrens zur Regelung der Temperatur eines Raumes mit einer Flächenheizung möglich.
Im Gegensatz zu Radiatorenheizungen, die dank ihrer Größenvielfalt an möglichen Bauhöhen, Längen und Bautiefen und an die geforderten unterschiedlichen Heizlasten eines jeden Raumes ohne Überdimensionieren optimal angepasst werden können und welche zudem durch ihre Ausgestaltung als leichte Blechheizkörper mit kleinem Wasserinhalt eine geringe Wärmespeicherfähigkeit besitzen, stellt eine Fußbodenheizung eine träge Speicherheizung dar.
Die thermostatische Einzelraumregelung, die für die Fußbodenheizung, von der früheren Radiatorenheizung übernommen wurde, stellt eine Drosselschaltung dar. Um die zugeführte Wärmemenge zu reduzieren, wird die Heizwassermenge gedrosselt bzw. abgesperrt. Das Regelprinzip ist hierbei eine konstante HeizwasserTemperatur und eine variable Heizwassermenge für alle Räume der Wohnung. Zwischen den beiden Heizflächen Radiator und Fußbodenheizung gibt es jedoch wesentliche Unterschiede:
Die Heizfläche der Fußbodenheizung ist eine massive Estrichplatte, die von wasserführenden Rohren beheizt wird. Wenn das Thermostatventil des Raumes die Heizwasserzufuhr in die Estrichplatte unterbricht, wird die Wärmeabgabe des Estrichs an den Raum nicht unterbrochen. Die im Estrich gespeicherte Wärme wird noch Stunden an den Raum abgeben. Der Raum wird überheizt, Energie geht verloren.
Sinkt die Raumtemperatur und das Ventil öffnet wieder, so wird die Estrichplatte wieder mit Heizwasser durchflossen. Es dauert Stunden bis die gewünschte gleichmäßige Wärmeabgabe des Bodens an den Raum wieder erreicht wird.
Beim Drosseln der Heizwassermenge wird der Temperaturunterschied zwischen Heizungsvor- und Rücklauf so groß, dass nur der vordere vom warmen Vorlauf durchflossene Teil des Bodens erwärmt wird. Der hintere Teil kann vom kalten Rücklauf nicht mehr beheizt werden. Ein anderes Problem ist die Anpassung der Wärmeabgabe der Heizfläche „Boden“ an die geforderte Raumheizlast. Die Größe des Bodens (Raum) kann nicht verändert werden. Es gibt nur einen geringen Spielraum, die Höhe der Wärmeabgabe des Bodens über unterschiedliche Rohrabstände (10-20 cm) zu beeinflussen.
Die Vorlauftemperatur für alle Räume eines Hauses ist gleich und wird nach DIN durch den Raum mit der größten spezifischen Heizlast (W/m<2>) bestimmt. Viele nicht so exponierte Räume sind auch beim größtmöglichen Rohrabstand überversorgt. Der Raumthermostat wird dauernd in kurzen Abständen öffnen und schließen. Das ist Verschwendung von Heizenergie, stellt eine Komforteinbuße dar und bedingt erhöhte Wartungs- und Stromkosten für die Regelung.
Die Vorlauftemperatur kann bei Heizungssystemen auch so hoch liegen, dass sie zunächst durch „Heruntermischen“ reduziert werden muss. Moderne Heizungssysteme versorgen den mehrgeschossigen Wohnungsbau über Wohnungsstationen zur Brauchwarmwasser-Versorgung und Heizung. Jede Wohnung wird über einen Heizungsstrang mit 60-grädigem Heizwasser versorgt, dass für die Räume mit Fußbodenheizung dann individuell heruntergemischt werden muss.
Im Altbau oder Fertighaus werden statt Estrich häufig „Trockensysteme“ eingesetzt. Hier werden die Rohrschlangen in vorgefertigte Rillen einer Zement- oder Gipsfaserplatte eingebaut. Es gibt häufig nur einen möglichen Rohrabstand. Das führt bei der alten Drosselschaltung zu noch stärkerem Überdimensionieren mit den bekannten Folgen.
Bei Fußbodenheizungen mit Drosselregelung ergibt sich weiterhin bei der Nachtabsenkung ein Problem aufgrund des trägen Wärmeverhaltens des Speicherestrichs der Fußbodenheizung. Das Schließen eines Raum-Thermostatventils unterbricht zwar die Heizwasserzufuhr, dies führt jedoch erst nach Stunden zu einer wesentlichen Änderung der Wärmeabgabe. Ähnliche Verzögerungen gibt es beim Wiederaufheizen nach dieser Temperatur-Absenkphase.
Eine Nachtabsenkung kann bei Fußbodenheizungen mit Drosselregelung bisher nicht sinnvoll angewendet werden. Nach einer Absenkphase müsste die individuelle Vorlauftemperatur eines Raumes oder einer Raumgruppe zum Wiederaufheizen angehoben werden, um die Estrichtemperatur und später die Raumtemperatur in einer angemessenen Zeit wieder zu erreichen. Ein individuelles Anheben der Vorlauf-Heizungswassertemperatur für einen Raum ist aber bei einer Drosselschaltung nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System bzw. Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das ein schnelleres Ansprechverhalten aufweist und eine individuelle Regelung der Raumtemperatur einzelner Räume und damit Energieeinsparungen ermöglicht und thermischen Komfort generiert.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen System zirkuliert eine der Heizlast entsprechende konstante Wassermenge permanent im Heizkreis eines jeden Raumes. Die dem Heizbedarf entsprechende individuelle Heizwassertemperatur eines jeden Raumes wird durch Beimischen des Rücklaufs aus der Fußbodenheizung in das warme Vorlaufwasser erreicht. Der träge Heizestrich muss nicht mehr auskühlen und wieder aufgeheizt werden. Es verändert sich nur die Temperatur des konstant durchfließenden Heizungswassers. Diese Betriebsweise ist nur mit einer Beimischregelung möglich.
Die Höhe der Heizwassertemperatur des Gebäudes (Raumgruppe) wird damit vom ungünstigsten Raum mit dem höchsten spezifischen Wärmebedarf (W/m<2>) bestimmt. Bei allen anderen Räumen wird die Wassertemperatur mit kaltem Rücklaufwasser auf eine niedrigere Temperatur herunter gemischt.
Der Wärmebedarf und die Heizfläche (Raum) als Vorgabe ergeben damit die jeweilige Heizwassertemperatur:
Da die unterschiedlichen Heizwassertemperaturen für jeden Raum individuell durch Beimischen des „kalten“ Rücklaufwassers erreicht werden, gibt es keine überdimensionierten Räume mehr, wodurch Energie eingespart wird. Das beizumischende Rücklaufwasser wird aus der Rücklaufleitung aller Räume der Raumgruppe abgezweigt und mittels einer Pumpe über eine Rücklauf-Rückführungsleitung den Dreiwegeventilen aller Regelkreise wieder zugeführt.
Durch den konstanten Heizwasserdurchfluss mit sich regelungsbedingt stetig verändernden Heizwassertemperaturen wird der Komfort erhöht und es ergibt sich keine Welligkeit der Bodentemperatur, jedoch eine niedrigere Oberflächentemperatur und eine schnellere Reaktionszeit.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Beimischung des Rücklaufwassers des jeweiligen Raumes über ein Thermostat-Dreiwegeventil mit mechanischem oder elektrischem Antrieb.
Die Verteilung des Vorlauf-Heizwassers kann zentral von einem Verteiler für alle Räume der Wohnung oder dezentral über einen Rohrstrang mit mechanischen oder elektrisch betätigten Thermostatventilen in jedem Raum erfolgen.
Der Umlauf des Heizwassers in den Heizkreisen der Räume wird über eine zentrale Pumpe im Vorlauf und eine Pumpe in der Rücklauf-Rückführung bewirkt. Beide Pumpen sind bevorzugt Differenzdruck-Drehzahlgeregelt um die Druckverhältnisse im Heizungsnetz, je nach Öffnungsgrad der Dreiwegeventile konstant zu halten.
Aus der Perspektive der Nachhaltigkeit werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. System Ressourcen, Energie- und Wartungskosten gespart und Komfort und Behaglichkeit erhöht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
Figurenliste

1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems mit einer zentralen Verteilung für alle Räume einer Wohnung:
2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems mit dezentraler Verteilung für die Räume einer Wohnung:
3 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems bei dezentraler Verteilung in Form eines Details zur Wohnungsübergabe-Station.
4 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems bei dezentraler Verteilung in Form eines Details einer Raumübergabe-Box.
5 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems bei zentraler Verteilung mit in einem Wohnungsverteiler-Kasten angeordneten Armaturengruppen für eine Beimischschaltung über Dreiwege-Mischventile im Vorlauf.

In 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems einer zentralen Verteilung mit Armaturengruppen in einem zentralen WohnungsverteilerKasten 40 für beispielsweise vier Räume einer Wohnung gezeigt, die nur schematisch angedeutet sind und jeweils eine Fußbodenheizung 25 oder andere Flächenheizung aufweisen.
Der zentrale Verteiler-Kasten 40 kann beispielsweise auch in einer Wohnungsstation für dezentrale Brauchwarmwasserbereitung angeordnet und mit dieser kombiniert sein.
In dem zentralen Wohnungsverteiler-Kasten 40 sind entsprechend vier Armaturengruppen angeordnet, von denen jeweils eine der Fußbodenheizung 25 in einem einzelnen vier Raum zugeordnet ist. Die Armaturengruppen sind alle mit einer Heizwasser-Vorlaufleitung 9 und einer Heizwasser-Rücklaufleitung 10 für ein gesamtes Gebäude oder eine Wohnungseinheit verbunden.
Von den einzelnen Armaturengruppen laufen insgesamt mit 50 bezeichnete getrennte Vorlaufleitungen 24 und Rücklaufleitungen 26 zu den Fußbodenheizungen 25 der einzelnen Räume.
In 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems einer dezentralen Verteilung gezeigt, bei der ebenfalls vier Räume einer Wohnung gezeigt sind, die nur schematisch angedeutet sind und jeweils eine Fußbodenheizung 25 oder andere Flächenheizung aufweisen.
Bei dieser Ausführungsform ist eine jeweilige Armaturengruppe in einer Raumbox 32 untergebracht und jedem Raum zugeordnet. Die Heizwasser-Vorlaufleitung 9 und die Heizwasser-Rücklaufleitung 10 sowie die Rücklauf-Rückführungsleitung 11 der Wohnungseinheit sind ausgehend von der zentralen Wohnungsstation 4 über Sammelleitungen 31 mit den einzelnen Armaturengruppen in den Raumboxen 32 verbunden.
In 3 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems bei dezentraler Verteilung in Form eines Details der Wohnungsstation 4 mit den Absperrventilen 5 und dem Wärmemengenzähler 6, der Pumpe 7 für die Rücklauf-Rückführung und dem Absperrventil 5' mit Voreinstellfunktion für den hydraulischen Abgleich und dem Füll- und Entlüftungsventil 5" und den Anbindeleitungen mit Heizungs-Vorlauf 9, Heizungsrücklauf 10 und der Rücklaufrückführung 11.
Die Wohnungsstation 4 ist mit den Gebäudeverteilleitungen 1, dem Haupt-Heizungs-Vorlauf 2 und dem Haupt-Heizungs-Rücklauf 3 verbunden. Die Pumpe 8 für den Haupt-Heizungs-Vorlauf kann im Heizraum untergebracht sein.
In 4 ist eine Ausführungsform eines Teils des erfindungsgemäßen Systems bei dezentraler Verteilung mit der Raumbox 32 dargestellt. Die Armaturengruppe in der Raumbox 32 stellt die gesetzlich vorgeschriebene Einzelraumregelung für die Flächenheizung 25 des Raumes dar.
Jede Armaturengruppe in der Raumbox 32 jeden Raumes ist mit den drei Leitungen Heizungsvorlauf 9, Heizungsrücklauf 10 und Rücklaufrückführung 11 verbunden. Dem warmen Vorlaufwasser aus der Vorlaufleitung 9 wird entsprechend dem Heizbedarf, kälteres Rücklaufwasser aus der Rücklaufrückführungsleitung 11 über das Dreiwege-Mischventil 22 beigemischt.
Weitere Armaturen in der Raumbox 32 sind ein Heizkreisabsperrventil 21 im Vorlauf, ein Absperrventil mit Einstellfunktion für den hydraulischen Abgleich 28 im Rücklauf. Über ein zusätzliches Ventil 13 wird der Heizkreis 25 entleert und entlüftet.
Über die Rücklaufleitung 10 gelangt das abgekühlte Rücklaufwasser zurück zur Wohnungsstation 4. Hier wird je nach Bedarf ein Teil des Rücklaufwassers mittels der Pumpe 7 wieder in die Rücklaufrückführung zu den Dreiwegemischventilen 22 geleitet. Die restliche Menge des Rücklaufwassers wird über die Rücklaufleitung 10 und Haupt-Rücklaufleitung 3 von der Pumpe 8 in der Heizzentrale angesaugt. Hier wird das Heizwasser wieder aufgeheizt und über die Haupt-Vorlaufleitung 2 zu den Wohnungsstation 4 gepumpt.
Wie dies bei der Ausführungsform nach 5 in Verbindung mit 1 gezeigt ist, können die Armaturengruppen für die einzelnen Räume auch in einem zentralen Wohnungsverteilerkasten 40 vereinigt werden. Hierbei wird die Vorlaufleitung 9 über ein Absperrventil 14 mit eine Vorlaufverteilung 12 verbunden, an die die Armaturengruppen der einzelnen Räume angeschlossen sind. Über die Kreisabsperrventile 21 und Dreiwegemischventile 22 sind die Heizkreise 25 vorlaufseitig an der Vorlaufverteilung 12 angeschlossen. Die Rücklaufleitung 10 ist über ein Absperrventil 17 mit einer Rücklaufverteilung 15 und mit den Rücklaufleitungen 26 von den einzelnen Heizkreisen 25 verbunden. Zusätzlich wird eine Rücklauf-Rückführungsverteilung 18 über die Rücklaufrückführungsleitung 11 an der Rücklaufleitung 10 angeschlossen. Die Pumpe 7 in dieser Rücklaufrückführung 11 fördert einen Teil des Rücklaufwassers über ein Absperrventil 20 in die Rücklauf-Rückführungsverteilung 18.
Aus der Rücklauf-Rückführungsverteilung 18 wird bei Bedarf kälteres Rücklaufwasser über das Absperrventil 29 und die Verbindungsleitung 30 über das Dreiwegeventil 22 dem warmen Vorlaufwasser aus der Vorlaufverteilung 12 beigemischt. Der Heizkreisvorlauf 24 und den Heizkreisrücklauf 26 sind jeweils mit Temperaturfühlern 23 und 27 ausgerüstet.
In 5 sind lediglich zwei Heizkreise gezeigt. Weitere Heizkreise können an die Verteilungen 12, 15 und 18 angeschlossen werden. Die Verteilleitungen sind mit Entlüftungsventilen 13, 16 und 19 ausgerüstet.
Bei der anhand der 1 bis 5 beschriebenen erfindungsgemäßen raumweisen Beimischregelung wird die Heizwassertemperatur in der Fußbodenheizung dem Wärmebedarf angepasst, nicht jedoch die durch die Fußbodenheizung 25 zirkulierende Wassermenge, die bei der beschriebenen Ausführungsform weitgehend konstant und durch die Pumpen 7 und 8 und durch den hydraulischen Abgleich am Ventil 28 bestimmt wird.
Damit kann auch eine raumweise Nachtabsenkung sinnvoll angewendet werden. Nach einer Absenkphase kann die individuelle Vorlauftemperatur eines Raumes zum Wiederaufheizen angehoben werden, um die gewünschte Raumtemperatur in einer angemessenen Zeit wieder zu erreichen. Bei allen von der Nachtabsenkung nicht betroffenen Räumen wird automatisch durch die raumweise Beimischung kälteren Rücklaufwassers die Heizungswassertemperatur auf dem, dem Heizbedarf entsprechenden Niveau erhalten.
Die hierbei verwendeten Dreiwege-Mischventile 22 können entweder mechanisch, manuell oder durch einen elektrischen Antrieb betätigt werden, wobei selbstverständlich neben oder zusätzlich zu einer im Wesentlichen von der Raumtemperatur abhängigen Steuerung auch eine Fernsteuerung und/oder Zeitsteuerung möglich ist.
Eine für jeden Raum individuell auf Grundlage des Wärmebedarfs errechnete Wassermenge zirkuliert permanent - angetrieben von der zentralen Pumpe 8 und bei Heizbedarf zusätzlich der zentralen Pumpe 7 - durch den Verbraucherkreis in Form der Fußbodenheizung 25. Das erfindungsgemäße System kommt ohne einzelne den Heizkreisen zugeordnete Pumpen aus. Das Dreiwege-Mischventil 22 verändert nur die Heizungswassertemperatur und somit die Wärmeabgabe des Bodens.
Diese raumweise Beimischregelung mit Rücklaufrückführung ist die Voraussetzung für eine adaptive, bedarfsorientierte Steuerung um Überversorgung der trägen Fußbodenheizung zu vermeiden. Das ist die einzige Form der Anlagentechnik, Wärmeverteilung- und Übergabe die die Energieeffizienz erhöht und den thermischen Komfort steigert.

Claims

System zur Regelung der Temperatur eines Raumes mit - einer Flächenheizung (25), insbesondere einer Fußbodenheizung, mit - Verteilereinrichtungen zur Verbindung der Flächenheizungen (25) einzelner Räume einer Wohnung oder Raumgruppe mit - einer Vorlaufverteilung (12) oder Vorlaufverteilleitung (9) zur Verteilung des Vorlauf-Heizwassers an die Flächenheizungen, und - einer Rücklaufverteilung (15) oder Rücklaufverteilleitung (10), zur Zusammenführung des aus den Flächenheizungen (25) zurückströmenden Rücklaufwassers, und - einer Rücklauf-Rückführungsverteilung (18) oder Rücklauf-Rückführungsverteilleitung (11) und mit - einer Rücklauf-Rückführungspumpe (7) zur Rückführung eines Teils des kälteren Rücklaufwassers aus der Rücklaufverteilung (15) oder Rücklaufverteilleitung (10), dadurch gekennzeichnet, das die Verbindungen der Flächenheizungen (25) mit den Vorlauf-Verteileinrichtungen (12) und (9) und den Rücklauf-Rückführungs-Verteileinrichtungen (18) und (11) über Dreiwege-Mischventile (22) derart gestaltet sind, dass sie das Beimischen einer raumweisen unterschiedlichen regelbaren Menge rückgeführten kälteren Rücklaufwassers bei Bedarf, dem wärmeren Vorlaufwasser beigemischt wird und der Flächenheizungen (25) der einzelnen Räume zugeführt wird, wobei in den Flächenheizungen fortlaufend eine konstante, dem Heizbedarf des Raumes entsprechende, raumweise unterschiedliche Wassermenge zirkuliert.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaufverteilung (12), die Rücklaufverteilung (15) und die Rücklauf-Rückführung (11) mit der Rückführungspumpe (7) und dem Rücklauf-Rückführungs-Verteilung (18) zentral in einem Wohnungsverteiler-Kasten (40) angeordnet sind und mit den Flächenheizungen (25) über die Anbindeleitungen (24) und (26), (50) der Wohnung verbunden sind, der Wohnungs-Verteiler-Kasten (40) mit der Haupt-Vorlaufleitung (9) und der Haupt-Rücklaufleitung (10) über Absperrventile (14) und (17) in Verbindung stehen, und die Vorlaufverteilung (12), die Rücklaufverteilung (15), die Rücklauf-Rückführungsverteilung (18) sowie die Pumpe (7) für die Rücklauf-Rückführung (11), die Dreiwege-Mischventile (22), die Kreisabsperr-Ventile (21) und (29), Kreis-Regulier-ventile (28) für den hydraulischen Abgleich, die Temperaturfühler für Heizkreis-Vorlauf (23) und Heizkreis-Rücklauf (27) und die Füll- und Entlüftungs-Ventile (13), (16) und (19) aufnehmen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilleitungen (31), die Vorlauf-Verteilleitung (9), die Rücklauf-Verteilleitung (10) und die Rücklauf-Rückführungsleitung (11), dezentral über eine Wohnungs-Station (4) 3 mit den einzelnen Raum-Boxen (32) 4 verbunden sind, welche mit Dreiwege-Mischventil (22), Kreis-Absperrventil (21), Füll- und Entlüftungs-Ventil (13) und dem Regulier-Ventil (28) für den hydraulischen Abgleich ausgestattet sind.