DE2305502B2

DE2305502B2 - Verfahren zum Steuern der dem Sekundärkreis eines Zweikreis-Heizungssystems zugeführten Wärmemenge und Steuerorgan hierfür

Info

Publication number: DE2305502B2
Application number: DE2305502A
Authority: DE
Inventors: Thomas 3000 Hannover Baehr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-02-05
Filing date: 1973-02-05
Publication date: 1978-03-30
Also published as: DE2305502C3; DE2305502A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der dem Sekundärkreis eines Zweikreis-Heizungssystems zugeführten Wärmemenge unter Verwendung eines mit einem Stellglied ausgerüsteten Steuerorgans.

Wird die dem Sekundärkreis eines Zweikreis-Heizungssystems zugeführte Wärmemenge von einem Steuerorgan gesteuerl, das die Heißwasserzufuhr im Primärkreis beeinflußt und dessen Wärmefühler im Vorlauf des Sekundärkreises angeordnet ist, so ist eine schnelle Anpassung der Wärmezufuhr, vor allem in Anlagen mit stark schwankendem Wärmebedarf und großen Wärmemedium-Mengen, nicht zu erreichen. Steigt nämlich der Wärmeverbrauch im Sekundärkreis plötzlich stark an, so sinkt die Rücklauftemperalur des Heizwassers dort schnell merklich ab. Dieses stark abgekühlte Heizwasser fließt zurück zum Wärmetauscher, durchströmt diesen und wird dabei nur ungenügend erwärmt, weil das Steuerorgan im Primärkreis sich auf einen mittleren Wärmeverbrauchswert eingestellt hat. Erst wenn das ungenügend erwärmte Heizwasser den Vorlauf des Sekundärk^reises erreicht hat, wird infolge der Abkühlung des Wärmefühlers im Vorlauf das Steuerorgan weiter geöffnet und damit die Wärmezufuhr zum Wärmetauscher vergrößert. |e nach Ansprechzeit des Steucrorgans ist jedoch ein Abfließen einer größeren, ungenügend erwärmten Heizwasscrmenge zum Wärmeverbraucher nicht zu verhindern. Ähnlich verhält es sich bei einem plötzlichen Rückgang des Wärmeverbrauchs. Die Rücklauftempcratur liegt nunmehr über dem vorherigen Mittelwert. Das Heizwasser wird durch das auf einen mittleren Wärmeverbrauchswert eingestellte Steuerorgan über das erforderliche Maß hinaus aufgeheizt und verläßt den Wärmetauscher mit einer höheren Temperatur als erwünscht, bevor Wärmefühler und Steuerorgan ansprechen. Die geschilderten Schwierigkeiten sind darin begründet, daß die Wärmezufuhr nach der Vorlauftemperatur gesteuert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

ίο Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Wärmezufuhr zum Sekundärkreis dem jeweiligen Wärmebedarf schneller angepaßt wird.

Die Lösung besteht darin, daß die Differenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur des Sekundärkreises dem Stellglied des Steuerorgans als Stellgröße aufgegeben wird.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung kann die primärseitige Wärmezufuhr sehr genau bemessen und auch zeitlich genau auf die Vorgänge im Sekundärkreis abgestimmt werden. Dies vor allem dann, wenn beim Einbau des Rücklauffühlers in die Rücklauf- oder die Beimischleitung die Ansprechzeit des Fühlers sowie die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums im Sekundärkreis berücksichtigt werden. Auf diese Weise steht dann die benötigte Wärmemenge auf der Primärseite zur Verfügung, sobald das zurückfließende Medium im Sekundärkreis in den Wärmetauscher oder das Mischventil eintritt. Die Folge ist eine sehr genaue Einhaltung einer bestimmten, festgelegten Vorlauftemperatur.

Die Erfindung betrifft ferner zwei Steuerorganc zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Das eine dieser Steuerorgane weist ein flüssigkeitsgefülltes Stellglied auf und ist gemäß der Erfindung mit einem Vorlauffühler und einem Rücklauffühler ausgestattet, die beide durch flüssigkeitsführende Leitungen mit dem Stellglied so verbunden sind, daß sich die von dem Stellglied zurückgelegten Stellwege bei gleichzeitiger Erwärmung oder Abkühlung der Fühler addieren, bei Erwärmung des einen Fühlers und Abkühlung des

"to anderen Fühlers dagegen subtrahieren.

Nach dem zweiten Vorschlag der Erfindung ist das Steuerorgan mit einem Vorlauffühler und einem Rücklauffühier ausgestattet, von denen jeder durch eine flüssigkeitsführende Leitung mit je einem flüssigkeitsgefüllten Stellglied verbunden ist, und beide Stellglieder sind so miteinander verbunden, daß sich ihre Stellwege bei gleichzeitiger Erwärmung oder Abkühlung der Fühler addieren, bei Erwärmung des einen Fühlers und Abkühlung des anderen Fühlers dagegen subtrahieren.

Mit diesen Steuerorganen kann die Vorlaufleniperatur weitgehend konstant gehalten werden, weil sie die Differenz zwischen der Vorlauftemperatur und der sich durch unterschiedlichen Wärmeverbrauch ergebenden Rücklauftemperatur messen und eine entsprechende Stcllbewegung des Stellgliedes bewirken.

Die Bauelemente der Steuerorgane sind so bemessen, daß der Überlragungsbeiwert bestimmt wird von dem größtmöglichen Stellweg am Steuerorgan einerseits und einer bestimmten maximalen Temperaturdifferenz

WJ zwischen Vorlauf und Rücklauf andererseits.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

A b b. I ein iemperaturdifferenzgesteuertes Ventil in einem geschlossenen zweikrcisigon System,

^|ir> A b b. 2 ein temperaturdifferenzgesteuertes Dreiwege-Mischventil in einem offenen zwcikreisigen System und

A b b. 3 ein tempcraturdifferenzgesteuertes Ventil

wie in A b b. !,jedoch mit zwei Stellgliedern.

Bei dem in A b b. 1 dargestellten Beispiel werden der Vorlauffiihler 1 und der Rücklauffühler 2 von allseitig geschlossenen Rohren gebildet. Sie sind durch die Kapillarleitungen 3 bzw. 4 mit dem balgförmigen Stellglied 5 des Ventils 6 verbunden. Die obere Stirnseite des Stellglieds 5 ist mittels einer geeigneten Befestigungsvorrichtung unverrückbar mit dem Gehäuse 8 des Ventils 6 verbunden. Die untere Stirnseite des Stellglieds 5 ist in Längsrichtung frei beweglich und durch die Schubstange 9 mit dem Ventilkegel 10 verbunden. Vorlauffühler 1, Rücklauffühler 2, die Kapillarleitungen 3 und 4 sowie das Steilglied 5 sind mit einer geeigneten Flüssigkeit gefüllt. Das Ventil 6 ist im Primärkreis des Wärmetauschers 11 angeordnet und steuert den Zustrom des Heizmediums. Der Sekundärkreis des Wärmetauschers 11 versorgt den Wärmeverbraucher 12 mit mittelbar erwärmtem Heizmittel, welches von der Pumpe 13 umgewälzt wird.

Das in Abb. 2 dargestellte tempera turdiffercnzgesteuerte Dreiwege-Mischventil ist in einer Heizungsanlage angeordnet und regelt hier mittels Rücklaufbeimischung die Vorlauftemperatur. Der Stellantrieb gleicht im Prinzip dem in Abb. 1 dargestellten. Der Vorlauffühler 14 ist im Heizungsvorlauf angeordnet, während sich der Rücklauffühler 15 in der Beimischleitung 22 befindet. Das Stellglied 18 verstellt durch die Schubstange 19 den Ventilkegel 20. Vorlauffühler 14, Rücklauffühler 15 und Stellglied 18 sind durch die Kapillarleitungen 16 und 17 flüssigkeitsführend miteinander verbunden.

Die in A b b. 3 dargestellte Anlage ähnelt der in A b b. 1 gezeigten Anlage. Sie unterscheidet sich von ihr dadurch, daß sie mit zwei hydraulisch voneinander getrennten Stellgliedern 27 und 28 arbeitel. Das Stellglied 27 ist durch die Kapillarleitung 25 mit dem Vorlauffühler 23 und das Stellglied 28 durch die Kapillarleitung 26 mit dem Rücklauffühler 24 jeweils flüssigkeitsführend verbunden. Beide Stellglieder 27 und 28 sind so angeordnet und miteinander verbunden, daß sich ihre Stellwege bei gleichzeitiger Erwärmung oder Abkühlung der beiden Fühler 23 und 24 addieren, während sich ihre Stellwege bei Erwärmung des einen Fühlers und Abkühlung des anderen Fühlers subtrahieren. Diese Ausbildung ist für die Fälle gedacht, wo der Steuerbereich des Gerätes in zwei Bereiche mit verschieden hoher Ansprechempfindlichkeit unterteilt werden soll, z. B., wenn eine besondere präzise Regelung einer bestimmten Vorlauftemperatur gewünscht wird.

Die Wirkungsweise des Systems gemäß A b b. 1 ist folgende: Es sei angenommen, die Anlage werde primärseitig mit Heißwasser von 130⁰C beheizt, während auf der Sekundärseite Warmwasser von 90/70⁰C erzeugt wird. Die Vorlauftemperatur von 90⁰C im Sekundärkreis wird innerhalb enger Grenzen konstant gehalten. In diesem Fall werden sich Änderungen im Energiebedarf des Wärmeverbrauchers 12 auf die Rücklauftemperatur im Sekundärkreis auswirken. Arbeitet die Anlage also über längere Zeit mit halber Leistung, so wird das Rücklaufwasser mit t>o etwa 80⁰C zum Wärmetauscher 11 zurückfließen. Dementsprechend wird sich auch das Ventil 6 auf halbe Durchflußmenge einstellen. Wird nun plötzlich vom Wärmeverbraucher 12 die volle W«ti-iui.'it.-isiiing beansprucht. Su sinkt die KiickkiulicmpiTaiur schnull auf 70' C ab. Bevor jedoch iIüs stark abgckiihlk- Hei/wasser in den Wärmetauscher 11 ciinnii iinisironit es den Rücklauflühler 2 und ktihll die darm befindliche hydraulische Flüssigkeil ab Durch die dahei entstehende Volumenverkleinerung der Flüssigkeit wird das balgförmige Stellglied 5 verkürzt und das Ventil 6 vollständig geöffnet. Der Zufluß vtjn Heißwasser und damit die Wärmeleistung des Wärmetauschers 11 werden entsprechend dem größeren Wärmebedarf gesteigert. Ist nach einiger Zeit der Wärmebedarf von Wärmeverbraucher 12 weitgehend gedeckt, so wird das Rücklaufwasser beispielsweise mit 85"C /um Wärmetauscher 11 zurückfließen. In diesem Fall bewirkt die Erwärmung des Rücklauffühlers 2 eine Längenausdehnung des Stellglieds 5 und damit ein nahezu vollständiges Schließen des Ventils 6. Sollte in dieser Stellung, beispielsweise durch Unregelmäßigkeiten in der primärseitigerr Wärmezufuhr, die gewünschte Vorlauf tc-mperatur von 90⁰C nicht erreicht werden, so wird durch die ungenügende Erwärmung des Vorlauffühlers 1 das Stellglied 5 verkürzt und das Ventil 6 wieder etwas weiter geöffnet. Andererseits wird bei Erreichen oder Überschreiten der maximalen Vorlauftemperatur durch entsprechende Erwärmung des Vorlauffühlers 1 eine Längenausdehnung des Stellglieds 5 bewirkt, die den Ventilkegel 10 wieder in Schließrichtung bewegt. Sollte das Rücklaufwasser einmal mit 90^cC zurückfließen, weil überhaupt keine Wärmeabnahme stattfindet, so bewirkt die maximale Erwärmung beider Fühler 1 und 2 die volle Längenausdehnung des Stellglieds 5 und damit ein vollständiges Schließen des Ventils 6. Die Wirkungsweise des Dreiwege-Mischventils 21 gemäß A b b. 2 ist ähnlich der des Ventils 6 in A b b. 1. Auch hier wird bei konstanter Vorlauftemperatur der Steuervorgang im wesentlichen von der Rücklauftemperatur beeinflußt. Sinkt also die Rücklauftemperatur im Heizungskreis infolge hohen Wärmeverbrauchs stark ab. so bewirkt die Abkühlung des Rücklauffühlers 15 eine Verkürzung des Stellglieds 118. Dadurch wird der Zustrom von kühlem Rücklaufwasser im Durchgang A—AB gedrosselt, während der Durchfluß von heißem Kessel-Vorlaufwasser im Durchgang B-AB verstärkt wird, lic: Nachlassen des Wärmeverbrauchs im Hei/ung.skreis verläuft der Vorgang umgekehrt. Bei Unterschreiten der gewünschten Vorlauftemperatur wird durch Abkühlung des Vorlauffühlers 14 das Stellglied 18 verkürzt und der Ventilkegel 20 zur Drosselung des Durchgangs A-AB angehoben, wobei gleichzeitig der Durchgang B—AB weiter geöffnet wird. Bei Erreichen oder Überschreiten der gewünschten Vorlaufiemperatur verläuft die Stellbewegung in entgegengesetzter Richtung.

Das Ventil nach A b b. 3 arbeitet im Grundprinzip genauso wie das Ventil ir· A b b. 1. Ein Unterschied besteht lediglich darin, daß der Ventilkegel 31 nicht von einem, sondern von zwei Stellgliedern 27 und 28 verstellt wird und daß immer nur jenes Stellglied arbeitet, welches gerade von dem mit ihm verbundenen Fühler 23 oder 24 einen entsprechenden, temperaturbedingten Impuls erhält.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern der dem Sekundürkreis eines Zweikreis-Heizungssystems zugeführten Wärmemenge unter Verwendung eines mit einem Stellglied ausgerüsteten Steuerorgans, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur des Sekundärkreises dem Stellglied des Steuerorgans als Stellgröße aufgegeben wird.

2. Steuerorgan mit einem flüssigkeitsgefüllten Stellglied zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan mit einem Vorlauffühler (1 bzw. 14) und einem Rücklauffühler (2 bzw. 15) ausgestattet ist, die beide durch flüssigkeitsführende Leitungen mit dem Stellglied (5 bzw. 18) so verbunden sind, daß sich die von dem Stellglied zurückgelegten Stellwege bei gleichzeitiger Erwärmung der Abkühlung der Fühler addieren, bei Erwärmung des einen Fühlers und Abkühlung des anderen Fühlers dagegen subtrahieren.

3. Steuerorgan zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan mit einem Vorlauffühler (23) und einem Rücklauffühler (24) ausgestattet ist, von denen jeder durch eine flüssigkeitsführende Leitung (25 bzw. 26) mit je einem flüssigkeitsgefüllten Stellglied (27 bzw. 28) verbunden ist, und daß beide Stellglieder (27 und 28) so miteinander verbunden sind, daß sich ihre Stellwege bei gleichzeitiger Erwärmung oder Abkühlung der Fühler addieren, bei Erwärmung des einen Fühlers und Abkühlung des anderen Fühlers dagegen subtrahieren.