DE4018929C1 - Hot water central heating with heat exchange system - has three-way valve between circulation pumps for specified pump connections - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Warmwasserheizungsanlage mit einem von einer Wärmequelle beaufschlagbaren Primärwärmetauscher, der mit mindestens einem Heizkörper sowie mit einem parallel dazu angeschlossenen Brauchwasserwärmetauscher als Sekundärwärmetauscher leitungsverbunden ist, mit zwei Umwälzpumpen, von denen die erste mit dem Brauchwasserwärmetauscher und die zweite mit dem Primärwärmetauscher leitungsverbunden ist, wobei die erste Umwälzpumpe in Abhängigkeit der Brauchwasserentnahme steuerbar ist.

Warmwasserheizungsanlagen dieser Art werden inbesondere als Gasetagenheizungen eingesetzt, die zwei parallele Wasserkreisläufe, einen für die Raumheizung und den anderen für die Brauchwassererwärmung aufweisen. Derartige Anlagen weisen einen gemeinsamen Primärwärmetauscher auf, in dem Wasser beispielsweise mittels eines Gasbrenners erwärmt wird. Das innerhalb des Primärwärmetauschers erwärmte Wasser wird dann entweder den Heizkörpern als Sekundärwärmetauscher oder dem Brauchwasserwärmetauscher als Sekundärwärmetauscher, ggf. auch beiden Wärmetauschern zugeführt. Die Heizkörper und der Brauchwasserwärmetauscher liegen in parallelen Kreisläufen, die im Bereich des Primärwärmetauschers zusammengeführt sind.

Um das im Primärwärmetauscher erwärmte Wasser dem Brauchwasserwärmetauscher und den Heizkörpern zuzuführen, werden üblicherweise zwei Umwälzpumpen, d. h. für jeden der Kreisläufe eine Umwälzpumpe vorgesehen. Eine solche Heizungsanlage ist beispielsweise in der DE-OS 38 28 578 beschrieben.

Insbesondere bei den eingangs erwähnten Gasetagenheizungen, bei denen die gesamten Aggregate der Heizungsanlage (mit Ausnahme der Heizkörper) innerhalb eines verhältnismäßig kompakten Wandgehäuses untergebracht werden müssen, ist der Brauchwasserwärmetauscher nicht wie bei größeren Heizungsanlagen üblich, zur Erwärmung eines größeren Wasserspeichers, sondern als Durchlauferhitzer ausgebildet. Um die volle Wärmeleistung der Wärmequelle bei kleiner Temperaturdifferenz auf das Brauchwasser zu übertragen, müssen im Durchlauferhitzer hohe Wärmeübergangszahlen auf beiden Wandseiten des Wärmetauschers erreicht werden. In der Praxis bedeutet dies, daß im Falle der Brauchwasserentnahme die gesamte Heizkapazität der Anlage möglichst schnell dem Brauchwasserwärmetauscher zuzuführen ist, um eine ausreichend schnelle und ausreichend große Erwärmung des entnommenen Brauchwassers zu erreichen. Hierzu ist es erforderlich, die Wassergeschwindigkeit im Durchlauferhitzer auf der Warmwasserseite ausreichend groß zu wählen, d. h. die Umwälzpumpe für diesen Kreislauf entsprechend groß zu dimensionieren. Für übliche Anlagen dieser Art liegt die Durchflußgeschwindigkeit im Kreislauf des Brauchwasserwärmetauschers daher um mindestens eine Zehnerpotenz höher als die im Heizkörperkreislauf. Hieraus folgt, daß die Widerstände der beiden Kreisläufe stark voneinander abweichen, so daß für den Heizkreislauf eine Umwälzpumpe mit kleiner Förderhöhe und für den Brauchwasserkreislauf eine Umwälzpumpe mit großer Förderhöhe vorzusehen ist.

Schon aus Platzgründen ist die beschriebene Anlage mit zwei Umwälzpumpen, von denen eine besonders groß dimensioniert ist, nicht sehr vorteilhaft. Abgesehen davon, daß die große und teure Umwälzpumpe für den Brauchwasserkreislauf nur verhältnismäßig selten benötigt wird, ist ein besonderer Nachteil dieser Anlagen darin zu sehen, daß zwei Pumpen unterschiedlicher Größe vorzusehen sind, was sowohl in der Herstellug als auch in der Lagerhaltung erhöhte Kosten mit sich bringt.

Es ist auch bekannt eine derartige Warmwasserheizungsanlage mit nur einer Umwälzpumpe auszurüsten (DE-AS 12 75 748), wobei dann mittels eines Dreiwegeventils der Primärwärmetauscher entweder mit dem Brauchwasserwärmetauscher oder mit den Heizkörpern leitungsverbunden wird. Das Ventil wird in Abhängigkeit der Brauchwasserentnahme angesteuert. Derartige Heizungsanlagen benötigen zwar nur eine Umwälzpumpe, diese Umwälzpumpe muß jedoch für die hohe Durchflußgeschwindigkeit des Brauchwasserkreislaufs dimensioniert sein und arbeitet daher die meiste Zeit, wenn sie das Wasser des Heizkörperkreislaufes umwälzt, mit schlechtem Wirkungsgrad und hoher Verlustleistung. Wenn die Umwälzpumpe mit konstanter Drehzahl arbeitet, kann es zu Strömungsgeräuschen in den Heizkörpern, insbesondere im Bereich der Thermostatventile kommen. Die Konstruktion des vorerwähnten Dreiwegeventils ist aufwendig, wenn für eine ausreichende Betriebssicherheit gesorgt sein soll. In der Praxis hat sich gezeigt, das derartige Ventile störanfällig und für den Dauerbetrieb wenig geeignet sind.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Warmwasserheizungsanlage so auszubilden, daß die Pumpenleistung besser ausgenutzt und eine kompakte, zuverlässig arbeitende und hinsichtlich der Herstellungs- und Servicekosten verbesserte Heizungsanlage geschaffen wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen den Umwälzpumpen ein Dreiwegeventil vorgesehen ist, das in seiner ersten Schaltstellung die zweite Umwälzpumpe zwischen Heizkörper und Primärwärmetauscher schaltet und daß in seiner zweiten Schaltstellung den Sauganschluß der zweiten Umwälzpumpe mit dem Druckanschluß der ersten Umwälzpumpe verbindet, so daß beide Umwälzpumpen zwischen dem Primärwärmetauscher und dem Brauchwasserwärmetauscher in Reihe geschaltet sind.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, eine Warmwasserheizungsanlage der eingangs genannten Art mit zwei verhältnismäßig klein dimensionierten Umwälzpumpen zu betreiben, wobei der im Falle der Brauchwasserentnahme erhöhte Durchfluß innerhalb des Brauchwasserkreislaufes durch Inreiheschaltung beider Umwälzpumpen erreicht wird. Wenn hingegen nur der Heizkörperkreislauf betrieben wird, kann eine der beiden Pumpen abgeschaltet werden, wobei dann die verbleibende Pumpe im Heizkörperkreislauf mit günstigem Wirkungsgrad und unter Vermeidung der angesprochenen Strömungsgeräusche arbeiten kann. Das zur Umschaltung erforderliche Ventil kann eine selbsttätig steuernde Umschaltklappe aufweisen, d. h. im Vergleich zu den vorbeschriebenen mittels Stellmotor oder Magnet arbeitenden Umschaltventilen konstruktiv einfach und zuverlässig ausgebildet sein. Die Ansteuerung der im Reihenbetrieb zusätzlich arbeitenden ersten Umwälzpumpe bereitet technisch keine Probleme und wird in der Praxis zuverlässig beherrscht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale gekennzeichnet.

Vorteilhaft wird die erste Umwälzpumpe saugseitig mit dem Brauchwasserwärmetauscher und die zweite Umwälzpumpe druckseitig mit dem Primärwärmetauscher verbunden. Durch diese Strömungsrichtung innerhalb der beiden Umwälzkreisläufe wird die Betriebstemperatur der Umwälzpumpe gesenkt, da das Wärmeträgermedium (Wasser) vom Primärwärmetauscher durch die Sekundärwärmetauscher und erst dann zu der bzw. den Pumpen gelangt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide Umwälzpumpen die gleiche Kennlinie aufweisen, da dann zwei Pumpen gleicher Bauart und Baugröße eingesetzt werden, Dies ist fertigungs- und lagerhaltungstechnisch besonders kostengünstig.

Das Dreiwegeventil weist vorzugsweise eine Klappe auf, die bei Ansteuerung der ersten Umwälzpumpe das Ventil selbsttätig in die zweite Schaltstellung schaltet. Eine derartige Klappe ist kostengünstig in der Herstellung und praktisch verschleiß- und wartungsfrei. Sie arbeitet somit im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten elektromotorisch verstellbaren Umschaltventil äußerst zuverlässig. Im übrigen braucht eine solche Klappe nicht die eine oder andere Schaltstellung absolut dicht zu gewährleisten, es reicht aus, wenn der größte Teil des durch den Primärwärmetauscher umgewälzte Flüssigkeitsstrom entsprechend gesteuert wird.

Bei den heute üblichen Warmwasserheizungsanlagen kann der Heizkreislauf, an dem die Heizkörper angeschlossen sind, beispielsweise für den Sommerbetrieb, vollständig abgesperrt werden. Dann ist es von Vorteil, wenn die Warmwasserheizungsanlage gemäß der Erfindung so ausgestaltet ist, daß der Stellkörper des Dreiwegeventils, beispielsweise der Klappe, bei abgesperrtem Heizkreislauf selbsttätig in die zweite Schaltstellung oder in eine Zwischenstellung schwenkt, damit die ständig betriebene Umwälzpumpe zumindest einen kleinen Förderstrom fördern kann und nicht vor das abgeschlossene Ventil pumpt, was langfristig zu Schäden an der Pumpe führen könnte. Diese Zwischenstellung ersetzt den bei bekannten Anlagen üblichen Bypass, was schon aus Kostengründen von besonderen Vorteil ist.

Da die Durchflußmenge im Bypassbetrieb anlagenabhängig ist, kann die Zwischenstellung des Dreiwegeventils vorteilhafterweise nach dem Einbau durch Einstellung entsprechend an die Erfordernisse der Anlage individuell eingestellt werden.

Insbesondere für die vorbeschriebenen Wandgeräte ist es von Vorteil, wenn die beiden Umwälzpumpen zusammen mit dem Dreiwegeventil in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Hierdurch kann die Baugröße weiter verringert werden, zudem können die Strömungsverluste gesenkt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Warmwasserheizungsanlage zur Raumheizung und Brauchwassererwärmung,

Fig. 2A ein QH-Diagramm der anhand von Fig. 1 dargestellten Heizungsanlage im Betriebspunkt bei Raumheizung und

Fig. 2B ein QH-Diagramm der in Fig. 1 dargestellten Heizungsanlage im Betriebspunkt bei Brauchwassererwärmung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Heizungsanlage wird das innerhalb eines Primärwärmetauschers 1 befindliche Wasser mittels eines Gasbrenners 2 erwärmt. Von dort gelangt das Wasser entweder in eine Leitung 3, welche zu einem Sekundärwärmetauscher 4 in Form eines Brauchwasserwärmetauschers führt oder über eine Leitung 5 in einen Sekundärwärmetauscher 6 in Form eines oder mehrerer Heizkörper. Dort gibt das im Primärwärmetauscher 1 erhitzte Wasser seine Wärme entweder an das durch die Leitung 7 fließende Brauchwasser oder an die durch den Heizkörper 6 zu erwärmende Umgebungsluft ab.

Der mit 4 bezeichnete Brauchwasserwärmetauscher ist als Durchlauferhitzer ausgebildet, d. h. es erfolgt keine Warmwasserspeicherung innerhalb des Wärmetauschers 4.

Von den Sekundärwärmetauschern 4 bzw. 6 gelangt das Wasser dann über Leitungen 8 bzw. 9 wieder zum Primärwärmetauscher 1, so daß sich zwei parallele Kreisläufe ergeben, die im Bereich des Primärwärmetauschers 1 zusammengeführt sind. Um das innerhalb der Heizungsanlage zwischen Primärwärmetauscher 1 und Sekundärtauschern 4 bzw. 6 befindliche Wasser als Wärmeträger in den einzelnen Kreisläufen mit der erforderlichen Geschwindigkeit umzuwälzen, sind zwei Umwälzpumpen 10 und 11 gleicher Bauart und Baugröße vorgesehen.

Die erste, mit 10 gekennzeichnete Umwälzpumpe ist saugseitig über die Leitung 8 mit dem Ausgang des Brauchwasserwärmetauschers 4 verbunden. Druckseitig ist die Umwälzpumpe 10 an ein Dreiwegeventil 12 angeschlossen, das mit seinem zweiten Anschluß über die Leitung 9 mit dem Ausgang des Sekundärwärmetauschers 6 und mit seinem dritten Anschluß mit dem saugseitigen Teil der zweiten Umwälzpumpe 11 verbunden ist. Der druckseitige Anschluß der zweiten Umwälzpumpe 11 ist mit der zum Primärwärmetauscher 1 führenden Leitung verbunden. Das Ventil 12 weist eine Klappe auf, die in einer ersten Stellung die Leitung 9 mit dem saugseitigen Anschluß der zweiten Pumpe 11 verbindet. In einer zweiten Stellung wird der druckseitige Anschluß der ersten Pumpe 10 mit dem saugseitigen Anschluß der zweiten Pumpe 11 verbunden und die Leitung 9 gesperrt. Eine Umschaltung in die letztgenannte, zweite Schaltstellung erfolgt selbsttätig nach dem Einschalten der ersten Pumpe 10 durch das durchströmende Fluid. Ist hingegen nur die zweite Pumpe 11 in Betrieb, dann wird die Klappe in ihre erste Schaltstellung bewegt, in der die Leitung 9 mit dem saugseitigen Anschluß der Pumpe 11 verbunden ist und die Verbindung zum Druckanschluß der ersten Pumpe 10 ganz oder zumindest teilweise (bei abgesperrtem Heizkörperkreislauf) geschlossen ist.

Die erste Pumpe 11 wird durch einen Druckschalter 13 derart angesteuert, daß diese nur dann fördert, wenn ein Druckabfall in der Leitung 7 entsteht, d. h. Brauchwasser entnommen wird.

Die Funktionsweise der vorbeschriebenen Heizungsanlage ist wie folgt:

Beim normalen Raumheizbetrieb (wenn das mit 14 gekennzeichnete Thermostatventil geöffnet ist) wird durch die zweite Umwälzpumpe 11 Wasser aus der Leitung 9 in den Primärwärmeaustauscher 1 gefördert, dort erwärmt und gelangt dann über die Leitung 5 in den Sekundärwärmetauscher (die Heizkörper) 6 und von dort wieder in die Leitung 9. Das Dreiwegeventil 12 befindet sich dabei in seiner ersten Schaltstellung, in der die Leitung 9 mit dem Sauganschluß der zweiten Pumpe 11 verbunden und der Druckanschluß der ersten Pumpe 10 gesperrt ist. Die erste Pumpe 10 ist außer Betrieb.

Im Falle der Brauchwasserentnahme wird die gesamte Heizleistung der Anlage für die Brauchwassererwärmung innerhalb des Brauchwasserwärmetauschers 4 benötigt. Durch den bei der Entnahme erfolgten Druckabfall in der Brauchwasserleitung 7 wird die erste Umwälzpumpe 10 durch den Druckschalter 13 angesteuert, wodurch die Klappe des Dreiwegeventils 12 umschaltet und die Pumpen 10 und 11 zwischen der Leitung 8 und dem Primärwärmetauscher 1 in Reihe schaltet. Dann fließt kein oder nahezu kein Wasser durch den Sekundärwärmetauscher 6, wobei beide Pumpen 10 und 11 in Betrieb sind. Nach Beendigung der Brauchwasserentnahme wird die erste Pumpe 10 über den Druckschalter 13 wieder abgeschaltet, wonach die Klappe selbsttätig in die erste Schaltstellung gelangt.

Wenn das Ventil 14, das die im Heizkörperkreislauf regelmäßig vorhandenen Thermostatventile symbolisiert, vollständig geschlossen ist, würde die zweite Pumpe 11, die nur durch den Hauptschalter abschaltbar ist, völlig ohne Förderstrom arbeiten, was einen erhöhten Verschleiß zur Folge hätte. Die Klappe des Dreiwegeventils 12 ist jedoch konstruktiv so aufgebaut, daß in diesem Fall eine Zwischenstellung zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung selbsttätig angefahren wird, so daß die Pumpe 11 dann durch die abgeschaltete erste Pumpe 10 aus der Leitung 8 in den Primärwärmetauscher 1 fördert.

In Fig. 2A sind die QH-Diagramme beider Pumpen 10 und 11 in der ersten Schaltstellung dargestellt, wenn die erste Pumpe 10 außer Betrieb ist und die Anlage nur der Raumheizung dient. Der Betriebspunkt des Systems stimmt dann mit dem Betriebspunkt der zweiten Pumpe 11 (in durchgezogenen Linien dargestellt) überein.

Fig. 2B zeigt die zweite Schaltstellung, wenn der gesamte Wasserstrom dem Wärmetauscher 4 zugeführt wird und beide Pumpen 10 und 11 in Betrieb sind. In Fig. 2B ist die Kennlinie der zweiten Pumpe gestrichelt eingezeichnet. Die durchgezogen dargestellte Kennlinie ist die des Gesamtsystems, d. h. der in Reihe geschaltete Pumpen 10 und 11. Wie im Vergleich zu Fig. 2A ersichtlich, wird durch das Einschalten der zweiten Pumpe im wesentlichen das Druckniveau erhöht, wodurch die höhere hydraulische Leistung in dieser Betriebsstellung herrührt.

Die Pumpen 10 und 11 sind zusammen mit dem Ventil 12 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, das innerhalb des Wandgehäuses der Anlage sitzt. Beide Pumpen 10 und 11 können als Entlüftungspumpen ausgebildet sein, wobei es auch ausreicht, nur die Pumpe 11 als Entlüfterpumpe auszubilden, sofern die Entlüftung der Anlage überhaupt über die Pumpen erfolgen soll.

Claims (7)

1. Warmwasserheizungsanlage mit einem von einer Wärmequelle beaufschlagbaren Primärwärmetauscher, der mit mindestens einem Heizkörper sowie mit einem parallel dazu angeschlossenen Brauchwasserwärmetauscher als Sekundärwärmetauscher leitungsverbunden ist, mit zwei Umwälzpumpen, von denen die erste mit dem Brauchwasserwärmetauscher und die zweite mit dem Primärwärmetauscher leitungsverbunden ist, wobei die erste Umwälzpumpe in Abhängigkeit der Brauchwasserentnahme steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Umwälzpumpen ein Dreiwegeventil (12) vorgesehen ist, das in seiner ersten Schaltstellung die zweite Umwälzpumpe (11) zwischen Heizkörper (6) und Primärwärmetauscher (1) schaltet und das in seiner zweiten Schaltstellung den Sauganschluß der zweiten Umwälzpumpe (11) mit dem Druckanschluß der ersten Umwälzpumpe (10) verbindet, so daß beide Umwälzpumpen (10, 11) zwischen dem Primärwärmetauscher (1) und dem Brauchwasserwärmetauscher (4) in Reihe geschaltet sind.

2. Warmwasserheizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Umwälzpumpe (10) saugseitig mit dem Brauchwasserwärmetauscher (4) und die zweite Umwälzpumpe (11) druckseitig mit dem Primärwärmetauscher (1) verbunden ist.

3. Warmwasserheizungsanlage nach einem der vorhergehenende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpen (10, 11) gleiche Kennlinien aufweisen.

4. Warmwasserheizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil (12) eine Klappe aufweist, welche bei Ansteuerung der ersten Umwälzpumpe (10) selbsttätig in die zweite Schaltstellung geführt ist.

5. Warmwasserheizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkörper des Dreiwegeventils (12) bei abgesperrtem Heizkreislauf selbsttätig in die zweite Schaltstellung oder in eine Zwischenstellung schwenkt.

6. Warmwasserheizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstellung des Stellkörpers zur Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten der Heizungsanlage einstellbar ist.

7. Warmwasserheizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Umwälzpumpen (10, 11) zusammen mit dem Dreiwegeventil (12) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.