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Heizungssystem,
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insbesondere für Fußbodenheizungen Die Erfindung betrifft ein Heizungssystem,
insbesondere für Fußbodenheizungen, gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Heizungssysteine, insbesondere für Fußbodenheizungen, sind allgemein
bekannt und bestehen aus einer Kesseleinheit, einer Einheit zur Vorlauftemperatuit2egelung
mit Außentemperaturfühler, einem die Vorlauftemperaturregelung ausführenden Mischer,
Verteilereinheiten und an die Verteilereinheiten angeschlossenen Heizbereichen.
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Bekanntlich haben Fußbodenheizungen gegenüber Radiatorenheizungen
ein
verzögertes Ansprechverhalten, d.h. daß beispielsweise eine höhung der Vorlauftemperatur
sich im Gegensatz zu Radiatorenheizungen erst nach einem längeren Zeitraum bemerkbar
macht; Umgekehrtes trifft auf den Fall zu, daß eine Erniedrigung der Vorlauftemperatur
ausgeführt wird. Bei Großbetrieben oder dgl. ist es häufig erwünscht, einzelne Räume
oder Etagen unabhängig voneinander abzusenten, während andere Räume oder tagen in
normaler Weise weiter beheizt werden. Um diese Temperaturabsenkung oder Nachtabsenkung
einzelner Räume oder Etagen durchzuführen, werden bislang übliche Absperrorgane
verwendet, die innentemperaturabhängig gesteuerl; werden. Daraus ergibt sich der
Nachteil, daß eine aufwendige Steuerung erforderlich ist, welcher sowohl die Außentemperatur
als auch die Innentemperatur eines Innentemperaturfühlers eingegeben wird und welche
die Temperaturabsenkung ausführt. Wenn die Temperaturabsenkung nicht ausgeführt
werden soll, muß verhindert werden, daß ein für die Absenkungstemperatur repräsentatives
Signal dieser Steuerung eingegeben wird. Ersichtlicherweise muß für jedes Absperrorgan
ein getrennter Regelkreis verwendet werden, infolgedessen ein enormer technischer
Aufwand unumgänglich ist.
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Der Einsatz von durch Innentemperaturfühler gesteuerten Absperrorganen
bringt einen weiteren Nachteil mit sich, der auf das verzögerte Ansprechverhalten
von Fußbodenheizungen zurückzuführen ist. Die bei Fußbodenheizungen verzögert auftretende
Erwärmung der Räume und Abkühlung führt während der Absenkung zu einem unerwünschten
Pendeln der Raumtemperatur, da wegen des verzögerten Ansprechverhaltens bei Erreichen
der Absenkungstemperatur die Fußbodenheizung nach offenen des .lbsperrorgans erst
nach einer bestimmten Zeitverzögerung Wärme abgibt, so daß die Raumtemperatur tatsächlich
unter der Absenkungstemperatur
zu liegen kommt, während umgekehrt
wieder bei Erreichen der Absenkungstemperatur nach Schließen des Absperrorgans die
Fußbodenheizung weiter Wärme abstrahlt, so daß der Absenkungstemperaturwert überschritten
wird. Ein derartiges Pendeln läßt sich auch durch eine variable Steuerung der Absperrorgane
nicht vermeiden. Eine Temperaturabsenkung unter Verwendung eines Innentemperaturfühlers
führt somit nicht zu der erwünschten Wirtschaftlichkeit und ist darüber hinaus auch
durch äußere Einflüsse, z.B. Sonneneinstrahlung oder dgl. beeinflußbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizungssystem, insbesondere
für Fußbodenheizungen, zu schaffen, mit dem auf einfache Weise eine Absenkung der
Raumtemperatur möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs
gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Heizungssystem wird vorteilhafterweise keine
zusätzliche Führungsgröße notwendig, so daß das gesamte Heizungssystem ausschließlich
mit der Außentemperatur als Führungsgröße arbeiten kann.
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Das erfindungsgemäße System kann in beliebiger Weise variiert werden,
so daß mehrere Räume gleichzeitig oder getrennt bzw. mehrere Heizbereiche gleichzeitig
oder getrennt temperaturgesteuert werden können. Bei Fußbodenheizungen werden im
allgemeinen größere Räume durch mehrere einzelne Heizbereiche erwärmt, so daß das
erfindungsgemäße Heizungssystem auch dahingehend abgewandelt werden kann, daß in
einem Raum nur bestimmte Heizbereiche einer Temperaturabsenkung unterliegen.
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Die Temperaturabsenkung kann dabei durch Zeitschalter oder manuell
ausgeführt werden und ruft eine konstante Verringerung der abgestrahlten Wärme in
den einzelnen Räumen oder Heizbereichen hervor.
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Das erfindungsgemäße Heizungssystem läßt sich ohne weiteres auch bei
herkömmlichen Heizungsanlagen mit Radiatoren einsetzen und ist nicht ausschließlich
nur bei Fußbodenheizungen anwendbar.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Heizungssystems ist darin
zu sehen, daß nur ein geringer technischer Aufwand erforderlich ist und auch die
Einschränkungen bezüglich des Abstands zwischen Fühler und Stellglied entfallen,
die beispielsweise bei Thermostateinheiten bestehen, die einen Kapillarrohrfühler
verwenden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen zur Erläuterung
weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen
Heizungssystems, Fig. 2 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels
des Einsatzes der Bypasseinrichtungen, und Fig. 3 bis 5 Ausführungsformen der Bypasseinrichtung.
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Fig. 1 zeigt das Grundschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Heizungssystems. Das Heizungssystem besteht im wesentlichen aus einer Kesseleinheit
1,
die mit einer Einheit 2 zur Vorlauftemperaturregelung verbunden
ist. Die Einheit 2, ist über ein Stellglied 3a mit einem Dreiwege-Mischventil 3b
gekoppelt, wobei das Stellglied 3a in bekannter Weise ein Bestandteil eines Regelkreises
ist, der mit einem Außentemperaturfühler 4 in elektrischer Verbindung steht.
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Derartige Regelkreise bzw. Anordnungen sind allgemein bekannt und
bedürfen keiner weiteren Erläuterung. Im Bedarfsfall kann noch ein Differenzdruckventil
5 zwischen der Leitung 6 für den Rücklauf und der Leitung 7 für den Vorlauf eingesetzt
sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann entsprechend
Fig. 1 die Leitung 7 entweder direkt mit einem Verteiler 8a oder über Bypasseinrichtungen
9b, 9c an Verteiler 8b, 8c angeschlossen sein. Die Verteiler 8b, 8c stehen in direkter
Verbindung mit Heizbereichen 10, wobei an jeden Verteiler beliebig viele Heizbereiche
10 angeschlossen sein können. Die in Fig. 1 mit a, b und c gekennzeichneten Blöcke
stellen somit verschiedene, einzeln oder auch in entsprechender Kombination miteinander
einsetzbare Ausführungsbeispiele für die Schaltung der Verteiler, Bypasseinrichtungen
und Heizbereiche dar. Entsprechend dem Blockschaltbild a kann der Verteiler 8a direkt
mit der Leitung 7 in Verbindung stehen und über eine Bypasseinrichtung 9a an einen
zugeordneten Heizbereich 10 angeschlossen sein.
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Es wird bemerkt, daß jeder Heizbereich 10 nicht unbedingt durch einen
einzigen Raum gebildet werden muß.
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Als Heizbereich können allgemein ein Raum, ein Teilbereich eines Raumes
oder auch mehrere Räume definiert werden.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit, die gegenüber dem Blockschaltbild
a in Fig. 1 dahingehend abgewandelt ist, daß der Verteiler 8 direkt mit der Vorlauf-Leitung
7 in Verbindung steht; zwischen jeden Heizbereich 10 und dem Verteiler 8 ist eine
Bypasseinrichtung 9 geschaltet. Die Ausgänge der Heizbereiche 10 sind jeweils an
eine gemeinsame Sammelleitung angeschlossen, die in die Leitung 6 übergeht, d.h.
zum Rücklauf des Heizungssystems geführt ist.
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Gemäß einer weiteren, nicht gezeigten Abwandlung ist es möglich, daß
mehrere Verteiler 8 an ein und dieselbe Bypasseinrichtung 9 angeschlossen sind.
Diese Schaltung entspricht dem in Fig. 1 mit b bezeichneten Block, wobei an die
Bypasseinrichtung 9b zusätzlich mehrere Verteiler 8b mit jeweils einem oder mehreren,
nachgeschalteten Heizbereichen angeschlossen sind.
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Die Strömungsrichtungen in den einzelnen Zweigen sind durch entsprechende
Pfeile dargestellt.
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Die Figuren 3 bis 5 zeigen Einzelheiten des Aufbaus der Bypasseinrichtungen,
die bei den Heizungssystemen entsprechend den Fig. 1 und 2 eingesetzt werden können.
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Gemäß Fig. 3 ist in einem Zweig der Bypassleitung ein Zweiwege-Ventil
12 vorgesehen, welches mit einem Stellglied 13 gekoppelt ist. Das Stellglied 13
kann über einen Motor oder manuell gesteuert werden und ist vorzugsweise derart
ausgelegt, daß es zwischen einer voll offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung
umschaltbar ist. Zur Steuerung des Ventils 12 kann beispielsweise ein Zeitschalter
oder dgl. dienen. Der andere Zweig der in Fig. 3 dargestellten Bypasseinrichtung
9 besteht aus einem Rohr 14, welches einen bestimmten,
gleichen
oder reduzierten Strömungsquerschnitt gegenüber der das Ventil 12 enthaltenden Leitung
15 hat. Wenn somit das Ventil 12 geschlossen wird, ergibt sich ausgangsseitig der
Bypasseinrichtung eine geringere Strömungsgeschwindigkeit aufgrund des reduzierten
Gesamtströmungsquerschnitts der Rohre 14, 15.
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Das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel ist in seiner Wirkungsweise
gleich dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel. Anstelle des Rohres 14 mit z.B.
gleichem Strömungsquerschnitt ist ein Rohr mit gleichem Strömungsquerschnitt wie
die Leitung zur Bypasseinrichtung vorgesehen, welches jedoch ein Stellventil 16
enthält, mit dessen Hilfe der Strömungsquerschnitt variabel einstellbar ist. Der
Strömungsquerschnitt des Stellventils 16 wird entsprechend der Ausführungsform nach
Fig. 3 derart reduziert, daß bei geschlossenem Ventil 12 ausgangsseitig der Bypasseinrichtung
nach Fig. 4 eine verringerte Strömungsgeschwindigkeit und somit auch Strömungsmenge
gewährleistet ist.
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Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform der Bypasseinrichtung entspricht
wiederum den Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 und 4, wobei entweder ein Rohr 14
mit reduziertem Durchmesser oder ein Rohr 14 mit nicht reduziertem Durchmesser,
jedoch mit einem Stellventil 16 verwendet wird. Anstelle des Zweiwege-Ventils 12
nach Fig. 3 und 4 wird bei der Bypasseinrichtung nach Fig. 5 ein Dreiwege-Ventil
18 benutzt, dessen eine Seite mit der Rücklaufleitung 6 in Verbindung steht. Vorausgesetzt,
daß ein Differenzdruckventil 5 gemäß dem in Fig. 1 veranschaulichten System erforderlich
ist, kann dieses Differenzdruckventil 5 entfallen, wenn die in Fig. 5 gezeigte Ausgestaltung
einer Bypasseinrichtung eingesetzt wird.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Heizungssystems
und insbesondere der eingesetzten Bypasseinrichtungen näher erläutert. Wie in Verbindung
mit den Fig. 3 bis 5 angegeben ist, wird durch das Schließen der Ventile 12 bzw.
18 erreicht, daß der Ausgang der Bypasseinrichtung eine geringere Strömungsmenge
liefert, als wenn das Ventil 12 bzw.
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18 geöffnet ist. Wird bei den in Fig. 3 bis 5 gezeigten Bypasseinrichtungen
das Ventil 12 oder 18 geschlossen, so wird erreicht, daß das Strömungsvolumen des
Heizwassers am Ausgang der betreffenden Bypasseinrichtung,somit die durch den nachgeschalteten
Heizbereich 10 strömende Wassermenge reduziert wird. In der Praxis bedeutet dies,
daß beispielsweise bei einer Reduzierung der Wassermenge durch Schließen des Ventils
12 oder 18 um 50 % eine Raumtemperaturabsenkung von ca 30C erwartet werden kann.
Liefert die Bypasseinrichtung bei geschlossenem Ventil 12 bzw. 18 nur eine Wassermenge
von ca 33 %, ergibt sich eine Raumtemperaturabsenkung von etwa 50C. Die angegebenen
Absenkwerte ergeben sich bei einer Vorlauftemperatur von etwa 650C.
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Das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Heizungssystems basiert somit
darauf, daß die durch jeden Heizbereich durchgeleitete Wassermenge zum Absenken
der Raumtemperatur in vorbestimmtem Maß reduziert wird, was sich durch Einsetzen
der erläuterten Bypasseinrichtungen durchführen läßt.
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Im Gegensatz zu den bekannten Heizungssystemen läßt sich mit der erfindungsgemäßen
Anordnung eine konstante Raumtemperaturabsenkung erreichen. Vorzugsweise sind die
die in den Bypasseinrichtungen vorgesehenen steuerbaren Ventile zwischen einer vollständig
offenen und einer vollständig geschlossenen Stellung steuerbar. Wesentlich
ist,
daß die beiden Zweige der Bypasseinrichtungen eine reduzierte Wassermenge liefern,
wenn das Steuerventil 12 bzw. 18 im einen Bypass-Zweig geschlossen ist. Zu diesem
Zweck kann der andere Zweig entweder ein Rohr reduzierten Strömungsquerschnitts,
ein von Hand verstellbares Ventil oder dgl. enthalten. Das Ventil 12 bzw. 18 kann
jedoch auch zwischen einer Offenstellung und nicltvollständig geschlossenen Stellung
steuerbar sein, was letztlich von der Reduzierung der Wassermenge und der entsprechenden
Dimensionierung der Leitungszweige bzw. Ventile abhängt.
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Die Reduzierung der Wassermenge durch die Bypasseinrichtungen muß
ersichtlicherweise entlang der Arbeitskennlinie von den üblicherweise angewandten
Pumpen z.B. Kreiselpumpen liegen. Wie bereits erläutert, kann der Einsatz von Differenzventilen
notwendig werden, was jedoch dem Fachmann durch die bisher bekannte Heizungstechnik
geläufig ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Heizungssystem wird auf einfache Weise eine
Verschiebung der Heizkurve zum Zwecke der Raumtemperaturabsenkung ermöglicht. Dabei
kann davon ausgegangen werden, daß durch die Reduzierung der den jeweiligen Heizbereich
durchfließenden Wassermenge eine Parallelverschiebung der Heizkurve möglich ist,
was bedeutet, daß abhängig von den Außentemperaturen eine stabile Raumtemperaturabsenkung
gewährleistet ist und Pendelerscheinungen bekannter Systeme ausgeschlossen sind.
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Die Bypasseinrichtungen mit ihren Drosseleinrichtungen oder Drosselventilen
müssen ersichtlicherweise derart ausgelegt sein, daß Nichtlinearitäten kompensiert
werden
und infolgedessen durch Sperren eines Bypass-Zweiges eine
vorbestimmte Reduzierung der Strömungsmenge gewährleistet ist. Wenn beispielsweise
beide Zweige einer Bypasseinrichtung gleichen Strömungsquerschnitt haben, ergibt
die Sperrung eines Zweiges, d.h. der Leitung 15 durch das Ventil 12 etwa ein halbes
Strömungsvolumen ausgangsseitig der Bypasseinrichtung im Gegensatz zu dem voll geöffneten
Zustand des Zweiges 15.
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Es wird noch darauf hingewiesen, daß jede Heizungsanlage eine beliebige
Kombination aus in Fig. 1 gezeigten Blockschaltungen aufweisen kann; ersichtlicherweise
sind diese Blockschaltungen nicht die einzig möglichen Schaltbeispiele für die Zuordnung
zwischen Bypasseinrichtung(en), Ventil(en) und Heizbereich(en). Es wurde bereits
als Beispiel angegeben, daß an eine Bypasseinrichtung mehrere Ventile angeschlossen
werden. Das Blockschaltbild a in Fig.1 läßt sich ebenfalls z.B. dadurch abwandeln,
daß mit einer an den Ventilen 8a angeschlossenen Bypasseinrichtung 9a mehrere Heizbereiche
verbunden sind.