DE2900840A1

DE2900840A1 - Verfahren zur regelung der vorlauftemperatur einer verbraucherstation einer fernheizanlage und ventil zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2900840A1
Application number: DE19792900840
Authority: DE
Inventors: Geert Moeller
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1979-01-11
Filing date: 1979-01-11
Publication date: 1980-07-17
Also published as: DE2900840C2; SE437295B; DK545179A; CH643347A5; NL7909162A; FR2446445A1; GB2042160A; SE7910614L; JPS5595047A; GB2042160B

Description

Verfahren zur Regelung der Vorlauftemperatur einer Verbraucherstation einer Fernheizanlage und Ventil zur Durchführung des

Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der internen Vorlauftemperatur einer Verbraucherstation einer Fernheizanlage in Abhängigkeit von äußeren Faktoren, wie Außentemperatur oder Nachtabsenkung, bei dem ein regelbarer Teil des in der Verbraucherstation zwangsweise umgewälzten Heizmittels durch von einer Zentrale mit einer externen Vorlauftemperatur geliefertes Heizmittel ersetzt wird, und auf ein Ventil zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind Femheizanlagen bekannt, bei denen Verbraucherstationen, die beispielsweise einem Haus zugeordnet sind, über externe Vorlaufleitungen und externe Rücklaufleitungen mit einer das Heizmittel bereitstellenden Zentrale verbunden sind. Die Verbraucherstationen haben eine die Heizkörper versorgende Schleife, in der mittels einer Umwälzpumpe für einen Zwangsumlauf gesorgt wird. Diese Schleife ist über eine Mischstelle mit der externen Vorlaufleitung und über eine Trennstelle mit der externen Rücklaufleitung verbunden. In der externen Rücklaufleitung befindet sich ein Ventil, das von einem Regler derart geregelt wird, daß jeweils ein Teil des Heizmittels in der Schleife durch von der Zentrale geliefertes Heizmittel ersetzt wird. Der Regler ist

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so aufgebaut, daß die interne Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur gesteuert wird.

Eine solche Regelung ist aufwendig, weil für jede Verbrauchersiabion ein eigener Regler vorgesehen werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem die Regelung in Abhängigkeit von äußeren Faktoren, wie Außentemperatur oder Nachtabsenkung, auf einfachere Weise erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die externe Vorlauftemperatur zentral in Abhängigkeit von den äußeren Faktoren geregelt und der regelbare Teil des Heizmittels so bemessen wird, daß jedem Wert der externen Vorlauftemperatur ein bestimmter kleinerer Wert der internen Vorlauftemperatur zugeordnet ist. Hierbei wird nur noch ein die äußeren Faktoren berücksichtigender Regler benötigt, der die externe Vorlauftemperatur des von der Zentrale abgegebenen Heizmittels beeinflußt. Durch die spezielle Art der Beimischung wird dafür gesorgt, daß die interne Vorlauftemperatur der Verbraucherstation ein Abbild der externen Vorlauftemperatur, jedoch auf einem tieferen Temperaturniveau ist. Infolgedessen bewirkt der zentrale Regler, daß die interne Vorlauf temperatur der Verbraucherstationen den gewünschten, von den äußeren Faktoren abhängigen Wert hat.

Besonders günstig ist es, wenn die Differenz zwischen externer und interner Vorlauftemperatur wenigstens annähernd konstant gehalten wird. Dann entspricht jede Änderung der externen Vorlauftemperatur einer gleich großen Änderung der internen Vorlauftemperatur.

Im Hinblick auf die normalen Vorlauftemperaturen bei Fernhizanlagen, die zwischen 90 und 130° C liegen können, sollte die Differenz auf 30 bis 50° C, vorzugsweise etwa 40° C, gehalten werden.

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Ein Ventil für eine Verbraucherstation mit Zwangsumlauf in einer Schleife, die an einer Mischstelle mit einer externen Vorlaufleitung und an einer Trennstelle mit einer externen Rücklaufleitung verbunden ist, zum Einbau in eine der externen Leitungen, mit einem Stellglied, das in Abhängigkeit von der internen Vorlauftemperatür in der internen Vorlaufleitung hinter der Mischstelle regelbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied von zwei gegensinnig wirkenden Arbeitselementen, die je mit einem Fühler für die externe Vorlaufleitung und die interne Vorlaufleitung verbunden sind und einen der Fühlertemperatur entsprechenden Druck führen, belastet ist und eine Gleichgewichtsstellung einnimmt, wenn für einen Wert der einen Fühlertemperatur ein bestimmter kleinerer Wert der anderen Fühlertemperatur vorhanden ist. Stimmt die Zuordnung der beiden Temperaturen nicht, öffnet bzw. schließt sich das Ventil.

Insbesondere können die beiden aus Arbeitselement und Fühler bestehenden Systeme mit je einer Flüssigkeits-Dampf-Füllung versehen sein. Der Dampfdruck, der in dem der internen oder externen Vorlaufleitung zugeordneten Fühler entsteht, wirkt, multipliziert mit der dem Druck ausgesetzten Fläche des Arbeitselements, als Kraft auf das Stellglied.

Der einfachste Aufbau ergibt sich, wenn die beiden aus Arbeitselement und Fühler bestehenden Systeme eine unterschiedliche Füllung aufweisen. Dann ergeben sich Gleichgewichtsstellungen auch bei im übrigen gleich ausgebildeten Arbeitselementen, z. B. ßalgelementen, bei unterschiedlichen externen und internen Vorlauftemperaturen. Die unterschiedliche Füllung wird in erster Linie dadurch bewirkt, daß unterschiedliche Stoffe, insbesondere Flüssigkeiten, eingefüllt werden. Sie kann aber auch dadurch erzielt werden, daß gleiche Stoffe mit bei Kaumtemperatur unterschiedlichem Druck eingefüllt werden.

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Eine andere Möglichkeit, Gleichgewichtsstellungen bei unterschiedlichen Temperaturen in der externen und internen Vorlaufleitung zu erhalten, besteht darin, daß die dem Druck ausgesetzten Flächen der Arbeitselemente unterschiedlich groß sind. Ferner kann gleichsinnig mit dem Arbeitselement, das mit dem Fühler für die interne Vorlaufleitung verbunden ist, eine einstellbare Feder wirken.

Man kann ferner das der externen Vorlauftemperatur zugeordnete Arbeitselement wärmeleitend mit dem Gehäuse des zum Einbau in die externe Vorlaufleitung bestimmten Ventils verbinden. Hierbei übernimmt das Arbeitselement gleichzeitig die Funktion des einen Fühlers.

Empfehlenswert ist auch eine Kombination mit thermostatischen Heizkörperventilen für die Heizkörper der Verbraucherstation. Auf diese Weise läßt sich in an sich bekannter Weise zusätzlich zur Regelung der Vorlauftemperatur eine individuelle Regelung der Raumtemperatur erzielen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäß regelbaren Fernheizanlage,

Fig. 2 ein in der Verbraucherstation verwendbares Ventil,

Fig. 3 ein Druck-Temperatur-Diagramm für die aus Fühler und Arbeitselement bestehenden Systeme,

Fig. 4 in einem Diagramm die Abhängigkeit der externen und internen Vorlauftemperatur von der Außentemperatur und

Fig. 5 eine abgewandelte Form eines Ventils für die Verbraucherstation.

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In Fig. 1 ist eine Zentrale 1 über ein Leitungsnetz 2 mit externen Vorlaufleitungen 3 und externen Rücklaufleitungen 4 mit einer (von mehreren) Verbraucherstationen 5 verbunden. Die Zentrale weist einen Heizkessel 6 und eine Rückmischleitung 7 mit einem Mischventil 8 auf, über das dem vom Heizkessel 6 gelieferten Heizmittel rücklaufendes,, kälteres Heizmittel beigemischt werden kann. Das Mischventil 8 hat einen Stellmotor 9, der von einem Regler 10 gesteuert wird» Dieser kann von einem Außentemperaturfühler 11 gesteuert werden und besitzt eine Vorrichtung 12 zur Bewirkung der Wachtabsenkung.

Die Verbraucherstation 5 besitzt eine Schleife 13 mit einer eine Umwälzpumpe 14 aufweisenden internen Vorlaufleitung 15» einer internen Rücklaufleitung 16 und einer ein Rückschlagventil 17 aufweisenden Verbindungsleitung 18. Zwischen Vor- und Rücklaufleitung sind Heizkörper 19 mit vorgeschalteten Thermostatventilen 20 angeordnet, die in Abhängigkeit von der Raumtemperatur regeln. Parallel dazu ist eine Leitung 37 mit einem Ventil 38 geschaltet, das druckabhängig öffnet, wenn alle Ventile 20 oder ein wesentlicher Teil von ihnen geschlossen sind. An einer Mischstelle 21 ist die externe Vorlaufleitung 3 mit der internen Vorlaufleitung 15 verbunden. An einer Trennstelle 22 ist die externe Rücklaufleitung 4 mit der internen Rücklaufleitung 16 verbunden.

In der externen Rücklaufleitung 4 befindet sich ein Ventil 23, das in Abhängigkeit von einem ersten Fühler 24 in der externen Vorlaufleitung 3 und in Abhängigkeit von einem zweiten Fühler 25 in der internen Vorlaufleitung 15 derart geregelt wird, daß jedem Wert der externen Vorlauftemperatur t ein bestimmter kleinerer Wert der internen Vorlauftemperatur tj zugeordnet ist.

Im Betrieb wird lediglich die externe Vorlauftemperatur vom Regler 10 zentral geregelt. Die interne Vorlauftemperatur folgt dann in einem vorgegebenen Abhängigkeitsverhältnis.

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SNSPECTiS

Fig. 2 zeigt schematisch ein Ventil 23, mit dessen Hilfe die Differenz zwischen externer und interner Vorlauftemperatur konstant gehalten wird. Das Ventil weist einen Zulaufstutzen 26, einen Ventilsitz 27 mit zugehörigem Verschlußstück 28 und einen Abflußstutzen 26' auf. Das Verschlußstück 28 wird von einer als Stellglied dienenden Ventilstange 29 getragen. Diese ist am oberen Ende durch die dem Innendruck ausgesetzte Fläche 30 eines Arbeitselements 31 und am unteren Ende durch die dem Innendruck ausgesetzte Fläche 32 eines Arbeitselements 33 belastet. Die Arbeitselemente sind Balgdosen, die einander entgegenwirken. Sie stehen über Kapillarrohre 34 bzw. 35 mit den Fühlern 24 und 25 in Verbindung. Das obere Arbeitselement ist durch eine einstellbare Feder 36 belastet.

Die durch die Fühler und Arbeitselemente gebildeten Systeme I und II haben je eine unterschiedliche Flüssigkeits-Dampf-Füllung, die zu den in Fig. 3 veranschaulichten Dampfdruckkurven für die Systeme I und II führen. Die dem Druck ausgesetzten Flächen 30 und 32 sind einander gleich. Bei einer höheren Temperatur ergibt sich eine Gleichgewichtsstellung beim Druck p^, bei einer kleineren Temperatur ergibt sich eine Gleichgewichtsstellung bei einem Druck p«. In beiden Fällen ist die Temperaturdifferenz Δ t zwischen beiden Kurven annähernd gleich.

Dies führt zu einer Betriebsweise, wie sie in Fig. 4 veranschaulicht ist. Gemäß der oberen ausgezogenen Kurve ändert sich die externe Vorlauftemperatur t_g bei einem Ansteigen der Außentemperatur t_ von -15° bis +20° C von etwa 125° C linear auf 90 C. Dem folgt die interne Vorlauftemperatur t^ mit einem Abstand von 40° C, so daß diese in demselben Außentemperaturbereich von etwa 85° auf 50° C absinkt.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines in die Vorlaufleitung 3 einsetzbaren Ventils 123, bei dem für entsprechende Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen gegenüber Fig. 2 verwendet werden. Unterschiedlich ist, daß die dem Innendruck ausgesetzte

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Fläche 130 des Arbeitselements 131 kleiner ist als die dem Innendruck ausgesetzte Fläche 132 des Arbeitselements 133. Wenn hierbei beide Systeme die gleiche Füllung erhalten, ergibt sich wiederum eine definierte Abhängigkeit der internen Vorlauftemperatür von der externen Vorlauftemperatür. Jedoch ist nicht über den gesamten Verstellbereich die gleiche Differenz vorhanden. Das Arbeitselement 131 steht mit dem Gehäuse 139 des Ventils in wärmeleitender Verbindung und dient daher gleichzeitig als Fühler für die externe Vorlauftemperatur. Das Arbeitselement ist außen mit einer Isolierschicht 140 versehen.

Die Flüssigkeitsmenge in den beschriebenen Systemen mit Flüssigkeits-Dampf-Füllung ist in bekannter Weise so gewählt, daß sich immer Flüssigkeit im Fühler befindet, gleichgültig ob dieser kälter oder wärmer als das Arbeitselement ist. Das wird erreicht, wenn das Flüssigkeitsvolumen kleiner als das Fühlervolumen, aber größer als die Summe der Volumina von Arbeitselement und Kapillarrohr ist.

Als Flüssigkeit für das "warme" System, die etwa zwischen 90° und 130° C geeignet ist, kommt beispielsweise Trifluortrichloräthan (R113), als Flüssigkeit für das "kalte" System, die etwa zwischen 50° und 90° C geeignet ist, Äthylchlorid in Betracht.

Es kommen auch andere Füllungen in Betracht, beispielsweise eine Absorptionsfüllung, wie Kohle und COp.

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-/O - Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung der internen Vorlauf temperatur einer *""""" Verbraucherstation einer Fernheizanlage in Abhängigkeit von äußeren Faktoren, wie Außentemperatur oder Nachtabsenkung, bei dem ein regelbarer Teil des in der Verbraucherstation zwangsweise umgewälzten Heizmittels durch von einer Zentrale mit einer externen Vorlauftemperatur geliefertes Heizmittel ersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die externe Vorlauftemperatur zentral in Abhängigkeit von den äußeren Faktoren geregelt und der regelbare Teil des Heizmittels so bemessen wird, daß jedem Wert der externen Vorlauftemperatur ein bestimmter kleinerer Wert der internen Vorlauftemperatür zugeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab die Differenz zwischen externer und interner Vorlauftemperatur wenigstens annähernd konstant gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

Differenz auf 30 bis 50 wird.

C, vorzugsweise etwa 40 C, gehalten

Ventil für eine Verbraucherstation mit Zwangsumlauf in einer Schleife, die an einer Mischstelle mit einer externen Vorlaufleitung und an einer Trennstelle mit einer externen Rücklaufleitung verbunden ist, zum Einbau in eine der externen Leitungen, mit einem Stellglied, das in Abhängigkeit von der internen Vorlauftemperatur in der internen Vorlaufleitung hinter der Mischstelle regelbar ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß das Stellglied (29, 129) von zwei gegensinnig wirkenden Arbeitselementen (31, 33; 131, 133), die je mit einem Fühler (24, 25) für die externe Vorlaufleitung (3) und die interne Vorlauf leitung (15) verbunden sind und einen der Fühlertemperatur entsprechenden Druck führen, belastet ist und eine Gleichgewichts stellung einnimmt, wenn für einen Wert der einen Fühlertemperatur (t ) ein bestimmter kleinerer Wert der anderen Fühlertemperatur (t^) vorhanden ist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aus Arbeitselement (31, 33; 131, 133) und Fühler (24, 25) bestehenden Systeme mit je einer Flüssigkeits-Dampf-Füllung versehen sind.

6. Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aus Arbeitselement (31, 33) und Fühler (24, 25) bestehenden Systeme eine unterschiedliche Füllung aufweisen.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Druck ausgesetzten Flächen (130, 132) der Arbeitselemente (131» 133) unterschiedlich groß sind.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß gleichsinnig mit dem Arbeitselement (133), das mit dem Fühler (25) für die interne Vorlaufleitung (15) verbunden ist, eine einstellbare Feder (136) wirkt.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das der externen Vorlauf temperatur zugeordnete Arbeitselement (131) wärmeleitend mit dem Gehäuse (140) des zum Einbau in die externe Vorlaufleitung (3) bestimmten Ventils (123) verbunden ist.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet durch die Kombination mit thermostatischen rieizkörperventilen (20) für die Heizkörper (19) der Verbraucherstation (5).

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