DE2456322B2

DE2456322B2 - Regelanlage fuer eine heizungsanlage

Info

Publication number: DE2456322B2
Application number: DE19742456322
Authority: DE
Inventors: Edmund Dipl.-Mach.-Tecnn. Steinach Maron (Schweiz)
Priority date: 1974-11-12
Filing date: 1974-11-28
Publication date: 1977-06-16
Also published as: CH584868A5; DE2456322A1; GB1517805A; FR2330970A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelanlage für eine Heizungsanlage mit Beimischung von Heizungsrücklauf zum Kesselvorlauf in einem Mischventil zwecks Regulierung der Temperatur des Heizungsvorlaufwärmeträgers im Mischventil, bei welchem durch die Verstellung seines Abschlußkörpers die Durchtrittsquerschnitte des Rücklauf- und des Kesselvorlaufwärmeträgers gleichzeitig und gegensinnig verändert werden, wobei die Querschnittsänderung des Kesselvorlaufwärmeträgers mit zunehmendem Durchtrittsquerschnitt zunimmt.

Dieser Beimischregelungsart stellt sich das Problem der Ausbildung der Abschlußkörper für Kesselvorlauf und Rücklaufwärmeträger, um eine befriedigende Stabilität der Regelung zu erreichen — die gegeben ist, wenn Abschlußkörperhub und Wärmeabgabe in einem konstanten Verhältnis zueinander stehen — weil die Wärmeabgabe des Wärmeträgers an die zu wärmende Umgebung keine auch nur angenähert lineare Funktion des Beimischungsverhältnisses Kesselvorlauf- zu Rücklaufwärmeträger darstellt. Diese Funktion steigt anfänglich bei steigendem Wärmebedarf steiler an als die Beimischungsverhältniszunahme und wird allmählich bis zur max. Wärmeabgabe flacher. Dieses Problem wurde bis jetzt durch die Anpassung der Ventilkennlinie an die Wärmeabgabe-Charakteristik gelöst, indem der bewegliche Abschlußkörper entsprechend der Abhängigkeit seiner Verstellung derart profiliert wurde, daß mindestens über einen Teilbereich dieser Verstellung sowohl die Zunahme des Durchtrittsquerschnittes vom Kesselvorlaufwärmeträger als auch die Abnahme des Durchtrittsquerschnittes vom Heizungsrücklaufwärmeträger progressiv wird. Es werden für den Durchtrittsquerschnitt des Kesselvorlauf- und denjenigen des Rücklaufwärmeträgers (Bypass) ungleich profilierte Kegelhälften verwendet, um die gewünschten Ventilkennlinien (vgL Heiz.-Lüft-Haustechnik 1961, Seite 351) zu erhalten, welche auch den Heizungsvorlaufdurchsatz in jeder Hubstellung angenähert konstant halten, um möglichst jede gegenseitige Beeinflussung von Verbrau-

ehern zu vermeiden, welche am selben Kesselvorlauf bzw. Rücklauf angeschlossen sind. Diese profilierten Abschlußkörper bringen den Nachteil eines verhältnismäßig langen Verstellbereiches. Bei Hubkörpern muß der Hub mindestens 50% des Sitzdurchmessers

betragen. Bei einem Sitzdurchmesser von beispielsweise 25 mm sind Hübe von 13 mm bis 14 mm erforderlich (vgL Regelungstechnik 1961, Verlag Oldenburg, München, Seiten 104 und ff, »Kennlinien von Stellventilen«). Sind kurze Stellzeiten von bis zu 10 min für diese Hübe

notwendig, so bedingt dies einen erheblichen gerätetechnischen Aufwand (Motor, Getriebe usw.). Ein weiterer Nachteil dieser Profilierung ist die Störanfälligkeit im fremdkörperreichen Wärmeträger (Heizwasser). Für den Kesselvorlaufdurchtrittsquerschnitt wirkt der Heizkessel mit seinem Wasserinhalt als natürlicher Schmutzfänger. Dagegen ist der Rücklaufdurchtrittsquerschnitt den aus dem Leitungsnetz rückströmenden Fremdteilen (Schweißperlen etc.) ungeschützt ausgesetzt.

Um diese letztgenannten Nachteile zu vermeiden, wurde schon vorgeschlagen, ein kurzhubiges, schmutzunempfindliches Tellerventil (lineare Charakteristik!) zu verwenden, wobei der max. Durchtrittsquerschnitt für den Rücklaufwärmeträger größer ausgebildet wurde (DT-OS 17 50 724), als derjenige für den Kesselvorlaufwärmeträger. Die dadurch nicht zu vermeidende größere Wärmeträgerumlaufmenge bei kleinem Hub wirkt der linearisierenden Wirkung unterschiedlicher Durchtrittsquerschnittgrößen entgegen. Auch werden

durch diese größere Wärmeträgerumlaufmenge im Heizungsvorlauf größere Geschwindigkeiten erreicht, welche sich als störende Geräusche bemerkbar machen können. Zudem ist eine hubabhängige Wärmeträgerumlaufmenge empfindlich auf eine gegenseitige, uner-

wünschte Beeinflussung bei Anlagen mit mehreren solchen Ventilen. Im weiteren ist eine lineare Änderung des Durchtrittsquerschnittes für den Kesselvorlaufwärmeträger bei der Verstellung des Abschlußkörpers sehr ungünstig in bezug auf die Wärmeabgaberegulierung, wie eingangs bereits dargelegt wurde.

Ein weiterer Vorschlag (CH-PS 5 42 386) geht dahin, daß gleichzeitig mit dem Kesselvorlaufdurchtrittsquerschnitt und dem Rücklaufdurchtrittsquerschnitt der Gemischumlaufdurchtrittsquerschnitt (Heizungsvorlauf) reguliert wird, indem ein rohrförmiger Längsschieber für die Kessel- und Rücklaufdurchtrittsquerschnittregelung koaxial ein Tellerventil für die Gemischdurchtrittsquerschnittregelung aufweist, wobei die Durchtrittsquerschnittsänderungen von Kessel- und Gemisch-

f)o wärmeträger bei einer Verstellung des Längsschiebers gleichsinnig sind. Diese Lösung hat den Nachteil des komplizierten Abschlußkörpers. Ferner ist die richtige Synchronisierung der Regelungen der Durchtrittsquerschnitte schwierig, weil drei Durchtrittsquerschnitte bei

f>5 einer Verstellung des Abschlußkörpers gleichzeitig verändert werden müssen. Auch bleibt der Nachteil der Beeinflussung von anderen Ventilen bei Mehrfachanlagen dabei bestehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Abschlußkörper, der beim Gegenstand der CH-PS 5 42 386 drei Durchtrittsquerschnitte aufweisen muß, zu vereinfachen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Änderung des Durchtrittsquerschnittes für den Rücklaufwärmeträger über den gesamten Verstellbereich des Abschlußkörpers gleichbleibend isi und in der Kurzschlußverbindung zwischen Heizungsrücklauf und der Mischkammer des Mischventils Drosselnnttel angeord-"netsind.

Durch die Erfindung ist ein einfaches Mischventil mit kleinem Verstellbereich des beweglichen Abschlußkörpers geschaffen, mix dem eine weitgehende Linearisierung der Wärmeabgabe an die Umgebung in Funktion der zwei durchtrittsquerschnittverändemden Abschlußkörperstellungen verwirklicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich aus der Zeichnung und Beschreibung, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Mischventil, wobei die obere Hälfte der Figur die Abschlußkörperstellung für den geschlossenen Kesselvorlaufdurchtrittsquerschnitt und die untere Hälfte der Figur die Abschlußkörperstellung für den geschlossenen Rücklaufdurchtrittsquerschnitt darstellt und

Fig.2 den Verlauf des Durchtrittsquerschnitts in Abhängigkeit des Hubes des Abschlußkörpers.

Ein Ventilgehäuse 1 weist einen Vorlaufwärmeträger A, einen Heizungsrücklauf B (Bypass oder Kurzschluß) und einen Anschlußstutzen AB für das Gemisch aus Kesselvorlauf und Rücklauf (Heizungsvorlauf) auf. Das Ventilgehäuse 1 ist im Innern durch eine Zwischenwand 3 in zwei Kammern 5 und 7 unterteilt, weiche je durch einen Durchtrittsquerschnitt 9 und 11 mit einer Mischkammer 12 im Ventilgehäuse 1 verbindbar sind. Ein rohrförmiger Abschlußkörper 14 durchsetzt eine öffnung 15 in der Wand 3. Der Abschlußkörper 14 ist mittels Flügei 17 mit einer Nabe 19 verbunden, welche auf einer Stange 20 durch einen Federring 21 derselben und durch einen Federring 23 axial befestigt ist. Die Stange 20 tritt durch eine öffnung 22 der Gehäuserückwand mit einer Dichtung 24 hindurch. Sie ist, von einem nicht gezeigten, thermogesteuerten Antrieb hin und her bewegt, gemäß einem Doppelpfeil 26 längsverschiebbar. In einer ihrer Extremlagen, in der oberen Hälfte der Fig. 1, sitzt das Ende des rohrförmigen Abschlußkörpers 14 auf einem abgeschnittenen, kegeligen bzw. profilierten Vorsatz 28 der Gehäuserückwand, der in das Innere des Abschlußkörpers 14 ragt und dessen Höhe, vom Sitz für den Abschlußkörper 14 aus gemessen, kleiner ist als der Abschlußkörperhub. Somit ist der Durchtrittsquerschnitt 9 verschlossen. Damit kein Wärmeträger von der Kammer 5 für den Kesselvorlauf in diejenige 7 für den Rücklauf gelangt, ist der Abschlußkörper 14 am Umfang mit einem Lippenring 30 versehen, welcher in der Extremlage der Stange 20 für das Verschließen des Durchtrittsquerschnitts 9 gegen die Zwischenwand 3 drückt und somit den Spalt zwischen dem Abschlußkörper 14 und der öffnung 15 verschließt. In der anderen Extremlage der Stange 20, in der unteren Hälfte der Fig. 1, sitzt das andere Ende des rohrförmigen Abschlußkörpers 14 auf einem Sitz der Wand der Kammer 7, an welche sich der Stutzen AB anschließt. Er schließt somit diese Kammer 7 ab. Im Heizungsrücklauf B, vorteilhafterweise die Trennung zwischen diesem und der Kammer 7 bildend, ist ein Drosselmittel 31 angeordnet.

Um das Verhalten der in Reihe geschalteten Durchtrittsquerschnitte 11 und des Drosselmittels 31 für den Rücklaufwärmeträger zu beschreiben, bedient man sich am besten der kv Werte der einzelnen Durchflußquerschnitte. Unter dem kv Wert wird der Durchfluß in m³/h von Wasser bei 5° bis 3O⁰C verstanden, der bei einem Druckverlust von 1 kp/cm² durch die öffnung bei oem jeweiligen Hub hindurch geht (vgl. Richtlinie VD1/VDE 2173, »Strömungstechnische Kenngrößen von Stellventilen und deren Bestimmung«). Der Verlauf

ίο des resultierenden k_vres in Funktion des Hubes des Abschlußkörpers 14 errechnet sich folgendermaßen aus den kv Werten des Durchtrittsquerschnitts 11 und des Drosselmittels 31, Ar^n und Jt₁- 31 beim jeweiligen Hub des Abschhaßkörpers 14:

Zum Festlegen der Mischventildimensionen kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden:

Es wird festgelegt, daß der Durchtrittsquerschnitt 11 und damit der Wert Jt₁-Ii sich proportional mit dem Hub des Abschlußkörpers 14 verändert.

Als weitere Voraussetzung wird postuliert, die freie Durchtritlsfläche des Drosselmittels 31 sei unabhängig vom Ventilhub und konstant. Der Verlauf des Wertes k, ü wird somit im Hub/Durehflußquerschnittsfläche-Diagramm (F i g. 2) eine horizontale Gerade.

Dadurch wird aufgrund der Gleichung (1) der Verlauf k,_m festgelegt. Für den Hub 0, d. h. bei voll offenem Durchtrittsquerschnitt 11 des Rücklaufes und vollständig geschlossenem Durchtriusquersehniu 9 des Kesselvorlaufes, beträgt der Durchflußquerschnitt 100%. Die Bedingung nach möglichst konstanter Wärmeträgerumlaufmenge in der Heizung äußert sich darin, daß über den Hub der Gesamtquerschnitt für Kesselvorlauf und Rücklauf oder Bypass konstant ist. Es ergibt dies die horizontale Gerade durch den Scheitelpunkt der Kurve

Damit diese resultierende Kurve, d. h. die Gerade, eine über den Hub konstante öffnung von 100% darstellt, muß der Durchtrittsquerschnitt 9 für den Kesselvorlauf über den Hub einen zur Kurve k_im spiegelbildlichen Verlauf aufweisen. Entsprechend dem Verlauf der gespiegelten Kurve k_im ist entsprechend für jeden Hub die freie Durchtrittsfläche des Durchtrittsquerschnitts 9 zu konstruieren.

Aus F i g. 2 geht eindeutig die Bedingung hervor, daß

de: maximale Wert des Durchtrittsquerschnitts 11, Fn max., größer sein muß als der größte Wert des Durchtrittsquerschnitts 9, F- max. Es ergibt sich diese Bedingung aufgrund der Voi _ issetzungen.

Günstige, praktische Verhältnisse liegen vor, wenn, entsprechend dem in der F i g. 2 graphisch dargestellten Beispiel, der größte Durchtrittsquerschnitt für den 5s Rücklaufwärmeträger im Mischventil Fn max. zweimal so groß ist wie derjenige für den Kesselvorlaufwärmeträger F₉ max. Aus der Gleichung (1) für k_vm läßt sich der Durchtrittsquerschr.itt des Drosselmittels 31 mit i 4/3 F_Hmax. und aus der Bedingung für nahezu do konstante Querschnittsummen das Profil des Vorsatzes 28 errechnen.

Aus herstellungstechnischen Gründen wird in der Praxis die Kurve k_vi durch einen Polygonzug ersetzt. Dabei werden die als Ecken erscheinenden Unstetiges keitspunkte bezüglich der Steigung durch die Strömung selbst »geglättet«. Die Strömung tendiert mit anderen Worten dazu, die theoretischen Bedingungen, wie diese vorstehend dargelegt sind, zu erfüllen.

Hierzu 2 Blatt Zcichnunncn

Claims

Patentansprüche:

1. Regelalilage für eine Heizungsanlage mit Beimischung von Heizungsrücklauf zum Kesselvorlauf in einem Mischventil zwecks Regulierung der Temperatur des Heizungsvorlaufwärmeträgers im Mischventil, bei welchem durch die Verstellung seines Abschlußkörpers die Durchtrittsquerschnitte des Rücklauf- und des Kesselvorlaufwärmeträgers gleichzeitig und gegensinnig verändert werden, wobei die Querschnittsänderung des Kesselvorlaufwärmeträgers mit zunehmendem Durchtrittsquerschnitt zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Durchtrittsquerschnittes (11) für den Rücklaufwärmeträger (3) über den gesamten Verstellbereich des Abschlußkörpers (14) gleichbleibend ist und in der Kurzschlußverbindung zwischen Heizungsrücklauf (B) und der Mischkammer (12) des Mischventils Drosselmittel (31) angeordnet sind.

2. Regelanlage nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselmittel (31) im Mischventil angeordnet sind.

3. Regelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselmittel (31) als lochblech ausgebildet sind.

4. Regelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale, vom Abschlußkörper (14) freigelegte Durchtrittsquerschnitt (11) für den Rücklaufwärmeträger (3) das Doppelte und der Gesamtdurchlaßquerschnitt des Drosselmittels (31) ²/3 ^3 des maximalen, vom Abschlußkörper (14) freigelegten Durchtrittsquerschnittes (9) für den Vorlaufwärmeträger ^betragen.