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Die Erfindung betrifft Anlagen, die es gestatten,
eine Zentralheizung zu bilden mittels Umwälzung von
Warmwasser oder einer entsprechenden
Wärmeübertragungsflüssigkeit - die im nachfolgenden vereinfachend mit dem
Wort "Wasser" bezeichnet wird - in dem einen und/oder
anderen von zwei geschlossenen Kreisläufen mit
voneinander verschiedenen thermischen Charakteristiken, nämlich
einem ersten Kreislauf mit einem relativ geringen
Wärmeleitwiderstand, der Heizkörper beinhaltet und von Wasser
mit einer relativ hohen Temperatur durchlaufen wird, die
insbesondere zwischen 50 und 80ºC liegt, und einem
zweiten Kreislauf mit einem relativ hohen
Wärmeleitwiderstand, der Fußbodenrohrleitungen beinhaltet, die im
wesentlichen relativ lang und von geringem Durchmesser
sind und von Wasser mit einer relativ niedrigen
Temperatur durchlaufen wird, die insbesondere zwischen 25 und
45ºC liegt.
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Solche Anlagen sind insbesondere von Interesse:
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- für die selektive Ausstattung von Eigenheimen mit
zwei Abschnitten, die jeweils für Zentralheizung durch
Heizkörper und für Fußbodenzentralheizung gut geeignet
sind, und in denen sich jeweils Tag und Nacht Menschen
aufhalten sollen,
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- oder für die kumulative Ausstattung von bestimmten
Wohnungen, bei denen Fußbodenzentralheizungen und
Zentralheizungen mit Heizkörpern jeweils eine Grundheizung
und eine Zusatzheizung darstellen, die einer
Raumtemperatur in der Größenordnung von 15ºC entsprechen bzw. zum
Anheben der Raumtemperatur bis auf einen annehmlichen
Wert (z. B. 20ºC) geeignet sind.
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Sie gestatten es insbesondere, die Vorteile von
Brennwertkesseln zu nutzen, solange die für das
Heizungswasser geforderte Temperatur unter einem vorgegebenen,
relativ niedrigen Schwellenwert in der Größenordnung von
50ºC bleibt: diese Temperatur ist nämlich für eine
Fußbodenzentralheizung ausreichend.
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Die Erfindung ist bei den in Rede stehenden
Heizungsanlagen insbesondere auf die Verbindungsvorrichtungen
gerichtet, die zwischen einerseits der Kessel, der das
Heizungswasser direkt oder indirekt erwärmt, und
andererseits die beiden Zentralheizungskreisläufe zum Aufnehmen
und Verteilen der Kalorien geschaltet sind.
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Darüber hinaus ist sie des weiteren insbesondere auf
diejenigen dieser Verbindungsvorrichtungen gerichtet,
welche aufweisen:
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- einen Wärmetauscher bestehend aus einem
Primärteilabschnitt und einem Sekundärteilabschnitt, der einen
Teil des zweiten Zentralheizungskreislaufs mit einem
relativ hohen Wärmeleitwiderstand darstellt,
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- ein Drei-Wege-Ventil, das es gestattet, den Kessel
nach Belieben an den ersten Zentralheizungskreislauf oder
an den Primärteilabschnitt des Tauschers anzuschließen,
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- und eine Pumpe zum Fördern des im zweiten Kreislauf
umlaufenden Wassers.
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Bei den bekannten Ausführungsweisen solcher
Vorrichtungen wurde vorgeschlagen, den obenstehend umschriebenen
Wärmetauscher als Druckmindergefäß auszubilden, in dem
der Primär- und Sekundärteilabschnitt des Tauschers
zusammengeführt sind (Schrift EP-0 427 655 B1).
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Ein solcher Aufbau weist den folgenden Nachteil auf:
in dem Gefäß liegen die Wasservolumen, die für den Umlauf
sowohl im Kessel als auch im ersten und zweiten Kreislauf
vorgesehen sind, vermischt vor.
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Das umzuwälzende Wasser kann auf eine sehr hohe
Temperatur (von beispielsweise 85ºC) gebracht werden, wenn
es den Kessel durchläuft, und auf eine noch relativ hohe
Temperatur von gegenwärtig mehr als 70ºC, wenn es im
ersten Kreislauf umläuft.
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Die von diesen relativ warmen Wasserströmen
durchlaufenen Leitungen bestehen im allgemeinen mindestens
teilweise aus Metall, und die Berührungspunkte zwischen den
entsprechenden metallischen Bereichen und den
Warmwasserströmungen, welche oftmals gelösten Sauerstoff mit sich
tragen, der durch Dichtigkeitsmängel dieser Leitungen von
außen her in sie eingebracht wurde, sind Quellen von Rost
oder Korrosion; dies führt zur Bildung von Ablagerungen,
welche mit dem Wasser Schlämme bilden.
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Da die erwähnten Wasserströme im Gefäß mit den viel
kühleren Wasserströmen vermischt werden, welche für die
Umwälzung in Fußböden bereitgestellt werden, ist auf Höhe
dieses Gefäßes eine Übertragung der von den warmen
Strömen zu den kühleren Strömen transportierten Schlämme zu
beobachten. Diese Schlämme bringen die Gefahr mit sich,
daß Ablagerungen oder weitere Störungen in den engen und
langen Rohrleitungen des zweiten Kreislaufs für
Fußbodenzentralheizungen erzeugt werden.
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Eine solche Übertragung wird durch die
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aufbauten im wesentlichen
vermieden.
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Hierfür sind die erfindungsgemäßen
Verbindungsvorrichtungen im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß
zum einen der Primärteilabschnitt und der
Sekundärteilabschnitt, welche den Wärmetauscher bilden, hydraulisch
voneinander getrennt sind, und daß zum anderen eine
Leitung mit einem geringen Querschnitt jeweils zwei Punkte
der Leitungen verbindet, welche den Primär- und
Sekundärteilabschnitt bedienen.
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Bei den bevorzugten Ausführungsformen wird des
weiteren eine und/oder eine weitere der folgenden Anordnungen
verwendet:
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- die Länge der Leitung mit einem geringen
Querschnitt liegt in der Größenordnung von mehreren
Zentimetern, und ihr Querschnitt beträgt zwischen 0,5 und 1 cm²,
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- die Leitung mit einem geringen Querschnitt ist in
einem geringen Abstand in der Größenordnung von 5 bis
10 cm vom Wärmetauscher angeordnet,
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- der Wärmetauscher ist vom Typ mit gelöteten
Platten,
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- die verschiedenen Bestandteile der
Verbindungsvorrichtung, welche insbesondere das Drei-Wege-Ventil,
die Pumpe zum Fördern von Wasser im zweiten
Zentralheizungskreislauf, den Wärmetauscher und einen
elektronischen Steuerkasten sowie gegebenenfalls einen
Nachfüllanschluß umfassen, sind an einer gleichen vorgefertigten
Leiste angebracht, die einfach zwischen dem Kessel und
den beiden Kreisläufen der Zentralheizung anzubringen
ist,
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- es ist eine elektronische Steuereinheit vorgesehen,
die mit einem Außentemperaturfühler und einem Fühler für
die Temperatur des im zweiten Kreislauf umlaufenden
Wassers, und vorzugsweise des weiteren mit einem Fühler
für die Temperatur des aus dem Kessel austretenden
Wassers sowie mit mindestens einem Raumthermostat
verbunden ist, wobei diese Einheit in der Lage ist, das Zünden
des Kessels zu steuern und zu regeln, das Verstellen des
Drei-Wege-Ventils zu steuern und die Ansteuerung der
Pumpe zum Fördern von Wasser im zweiten Kreislauf zu
steuern, so daß der Temperatur des im zweiten Kreislauf
umlaufenden Wassers zu jeglichem Zeitpunkt automatisch
ein vorgegebener, zwischen 20 und 45ºC liegender Wert
gegeben wird,
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- die Steuereinheit gemäß dem vorausgegangenen Punkt
weist auf: Mittel zum Anzeigen von zwei Solltemperaturen
für aus dem Kessel austretendes Wasser, die in der
Größenordnung von 45ºC bzw. 70ºC liegen, und vorzugsweise
einer dritten Solltemperatur in der Größenordnung von
60ºC für aus dem Kessel austretendes Wasser, sowie Mittel
zum automatischen Steuern und Regeln zu einem jeglichen
Zeitpunkt des Zündens des Kessels, des Verstellens des
Drei-Wege-Ventils und der Ansteuerung der Pumpe des
zweiten Kreislaufs in Abhängigkeit von diesen
Solltemperaturen und den weiteren, zu diesem Zeitpunkt in die
Steuereinheit eingegebenen Daten, so daß der Betrieb des
Kessels zu diesem Zeitpunkt optimiert wird.
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Die Erfindung umfaßt abgesehen von diesen
hauptsächlichen Anordnungen bestimmte weitere Anordnungen, die
vorzugsweise gleichzeitig angewendet werden und die im
nachfolgenden eingehender behandelt werden.
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Im nachfolgenden wird eine bevorzugte
Ausführungsweise der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung auf wohlgemerkt nicht-einschränkende Weise
beschrieben.
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Fig. 1 dieser Zeichnung zeigt schematisch eine
erfindungsgemäß gebildete Zentralheizungsvorrichtung, wobei
der dargestellte Betrieb einer zentralen Fußbodenheizung
entspricht.
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Fig. 2 zeigt, ebenfalls schematisch, einen Abschnitt
der erwähnten Vorrichtung, wobei der dargestellte Beltrieb
einer Zentralheizung mit Heizkörpern entspricht.
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Fig. 3 ist ein Schema, das bestimmte Elemente von
Fig. 1 aufgreift und diesen einige weitere Elemente zur
Erläuterung der elektronischen Steuerung der Vorrichtung
hinzufügt.
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Die in Rede stehende Zentralheizungsanlage weist auf
an sich bekannte Weise auf:
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- einen Kessel 1 mit wiederum einem Gasbrenner 2,
einer Rohrleitung 3 für Wasser (bzw. eine andere
Wärmeübertragungsflüssigkeit, die hier vereinfachend, jedoch
nicht einschränkend mit dem Wort "Wasser" bezeichnet
ist), die ausgehend von den durch den Brenner erzeugten
Flammen erwärmbar ist und sich von einem Einlaß A zu
einem Auslaß B erstreckt, und einer Pumpe 4, die an der
Rohrleitung 3 angebracht und zum Antreiben des darin
befindlichen Wassers geeignet ist,
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- einen ersten Zentralheizungskreislauf 5 mit einem
relativ geringen Wärmeleitwiderstand, der sich von einem
Punkt C zu einem Punkt D erstreckt und mit mindestens
einem Heizkörper 6 ausgestattet ist,
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- einen zweiten Zentralheizungskreislauf 7 mit Einem
relativ hohen Wärmeleitwiderstand, der sich von Einem
Punkt E zu einem Punkt F erstreckt und mit mindestens
einer Rohrleitung 8 ausgestattet ist, die in einen
Fußboden eingebettet sein kann und im wesentlichen eine
relativ große Länge sowie einen relativ kleinen
Querschnitt aufweist,
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- sowie eine Einheit, die es ermöglicht, zumindest
indirekt die Punkte C und E mit dem Punkt B und die
Punkte D und F mit dem Punkt A zu verbinden.
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Genauer gesagt,
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Punkt C ist mit Punkt B durch einen
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Leitungsteilabschnitt 9 verbunden, der mit einem Drei-
Wege-Ventil 10 ausgestattet ist,
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- Punkt D ist mit Punkt A durch einen
Leitungsteilabschnitt 11 verbunden,
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- das Ventil 10 ist mit einem Punkt G des
Teilabschnitts 11 durch einen Teilabschnitt 12 verbunden, von
dem ein Abschnitt den Primärteilabschnitt 13 eines
Wärmetauschers 14 darstellt,
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- und die Punkte E und F sind durch einen
Leitungsteilabschnitt 15 miteinander verbunden, von dem ein
Abschnitt den Sekundärteilabschnitt 16 des Wärmetauschers
14 darstellt.
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Des weiteren:
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- ist eine Förderpumpe 17 im Teilabschnitt 15 so
angebracht, daß sie das im Teilabschnitt 15 und im
Kreislauf 8 enthaltene Wasservolumen fördert,
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- und ein Ausdehnungsgefäß 18 oder dergleichen ist an
einem hohen Punkt der durch die Rohrleitung 3 und den
Kreislauf 5 gebildeten Schleife vorgesehen.
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Anstatt den Wärmetauscher 14 durch ein
Druckmindergefäß auszubilden, in dem der Primärteilabschnitt und der
Sekundärteilabschnitt in ein einziges und gleiches
Volumen zusammengeführt sind, so daß die verschiedenen
Wasserströmen dort wie bei den obenstehend erwähnten
bekannten Ausführungsformen innig vermischt werden, werden hier
der Primärteilabschnitt 13 und der Sekundärteilabschnitt
16 des Tauschers 14 aus zwei separaten und einander
durchsetzenden Kreisläufen derart erstellt, daß die
Kalorien des im Primärteilabschnitt umlaufenden, relativ
warmen Wassers wirksam auf das im Sekundärteilabschnitt
umlaufende, kältere Wasser übertragen werden.
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Ein solcher Tauscher 14 ist vorteilhaft aus einer
Abfolge von Platten gebildet, die nacheinander entlang
ihres Umfangs aneinandergelötet sind.
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Darüber hinaus wird eine Kommunikation zwischen den
beiden Teilabschnitten 12 und 15 mittels einer Leitung 19
mit einem geringen Querschnitt hergestellt. Die Länge
dieses Teilabschnittes liegt vorteilhaft in der
Größenordnung von mehreren Zentimetern, d. h. sie beträgt
zwischen 3 und 5 cm, wobei ihr Querschnitt vorteilhaft
zwischen 0,5 und 1 cm² beträgt.
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Der Betrieb der obenstehend beschriebenen Anlage ist
wie folgt.
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Es sei angenommen, daß zu einem normalen Zeitpunkt,
beispielsweise im Lauf des Tages, die einzige
Heizanforderung die "Fußbodenheizung"-Zone betrifft.
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Das Ventil 10 befindet sich somit in seiner in Fig. 1
veranschaulichten Schaltstellung, in welcher der Kessel 1
mit dem Primärteilabschnitt 13 des Tauschers 14 verbunden
ist.
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Sodann wird die Pumpe 4 angesteuert und der Brenner 2
gezündet.
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Die Pumpe 17 wird gleichfalls angesteuert, und die
dem Primärteilabschnitt 13 des Tauschers 14 zugeführten
Kalorien werden auf den Wasserstrom übertragen, der im
Sekundärteilabschnitt 16 dieses Tauschers zirkuliert,
wodurch er auf eine vergleichsweise wenig hohe, im
wesentlichen unter 50ºC liegende Temperatur erwärmt wird,
die zum Beheizen der Fußbodenelemente 8 ausreichend ist.
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Es ist zu beachten, daß unter diesen Bedingungen das
auf eine hohe Temperatur gebrachte Wasser, das den Kessel
durchläuft, praktisch von dem Wasser mit einer
niedrigeren Temperatur, das im "Fußboden"-Kreislauf 7 zirkuliert,
isoliert bleibt.
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Es besteht zwar eine Möglichkeit der Kommunikation
zwischen diesen beiden Strömen auf Höhe der kleinen
Verbindungsleitung 19.
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In dieser Leitung 19 bleibt das Wasser jedoch
praktisch im stagnierenden Zustand.
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Die beiden Volumen, von denen das erste durch die
Rohrleitung 3 und den Teilabschnitt 12 und die zweite
durch den Kreislauf 8 und den Teilabschnitt 15 gebildet
ist, sind nämlich beide mit Wasser gefüllt, so daß
folglich überhaupt kein Abziehen von Wasser aus einem dieser
Volumen in das andere stattfindet.
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Das Vorhandensein der Leitung 19 ist hingegen aus den
beiden folgenden Gründen wertvoll.
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Erstens gestattet es die durch diese Leitung 19
hergestellte Verbindung, daß der Kreislauf 7 für die
Fußbodenheizung 8 aus dem Ausdehnungsgefäß 18 automatisch
Nutzen zieht: die Ausdehnungen oder Kontraktionen des
Wassers aufgrund seiner Temperaturschwankungen und seiner
örtlichen Verdunstung/Verdampfung führen nämlich zu
Verschiebungen des Wasservolumens durch die Leitung 19,
die zwar nicht Null, aber sehr klein sind, wodurch die
Sicherheit der Anlage sichergestellt wird, ohne hingegen
das Risiko einer unerwünschten Vermischung zwischen dem
sehr heißen, den Kessel durchlaufenden Wasser, für das
die Gefahr einer Verschmutzung besteht, und dem viel
kühleren Wasser, das im Fußbodenkreislauf umläuft.
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Zweitens gestattet es das Vorhandensein der Leitung
19, die Gesamtheit der Anlage ausgehend von einem
einzigen Einlaß mit Wasser zu befüllen, der beispielsweise an
einer Stelle des Teilabschnitts der Leitung 11 oder des
Kreislauf 5 des Heizkörpers angeordnet ist: diese Stelle
ist in den Fig. 1 und 2 als ein mit einem Absperrschieber
28 ausgestattetes Verbindungsstück ausgeführt.
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Wenn eine Zufuhr von Kalorien zum Kreislauf 5 des
Heizkörpers angefordert wird, geht das Drei-Wege-Ventil
10 in seine in Fig. 2 veranschaulichte Stellung über.
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In dieser Stellung wird der gesamte aus dem Kessel 1
austretende Wasserstrom in den Kreislauf 5 mit
Heizkörpern 6 gefördert, wobei dann der Fußbodenkreislauf 7
außer Betrieb gesetzt ist.
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Es ist zu beachten, daß in diesem Fall nicht mehr
Umlauf von Wasser als vorausgehend in der Leitung 19 zu
beobachten ist: nur ein sehr geringer Wasserdurchsatz ist
somit in dieser Leitung anzusetzen, um die sehr kleine
Verringerung des im Fußbodenkreislauf vorhandenen
Wasservolumens infolge seiner Abkühlung auszugleichen.
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Während der Perioden der Heizung mittels der
Heizkörper 6 kann die Ansteuerung der Pumpe 17 willkürlich
beibehalten oder unterbrochen werden.
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Gemäß einer dritten Ausführungsweise, die in der
Zeichnung nicht dargestellt ist, ist das Ventil 10 in
eine Zwischenstellung zwischen ihren in Fig. 1 bzw. 2
veranschaulichten Endpositionen gestellt.
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Bei dieser Zwischenstellung wird das aus dem Kessel
austretende, erwärmte Wasser zum Teil in jede der beiden
vorausgehend genannten Richtungen gefördert, d. h. in den
Kreislauf 5 mit Heizkörpern 6 und in den
Primärteilabschnitt 13 des Tauschers 14.
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Die jeweiligen Prozentanteile dieser beiden Teile
können vorgegeben werden und beispielsweise untereinander
gleich sein, oder gemäß einer Variante willkürlich
regulierbar sein.
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Hinsichtlich des Aufbaus der obenstehend
beschriebenen Heizungsvorrichtung, ist vorteilhaft auf einer gleichen
Verbindungs-"Leiste" 20 die Gesamtheit der folgenden
Bauteile montiert: Leitungsteilabschnitte 9, 11, 12, 15
und 19, Drei-Wege-Ventil 10, Tauscher 14 und Umwälzpumpe
17.
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Diese Leiste 20 ist mit Verbindungsstücken
ausgestattet, welche die Teilabschnitte 9, 11 und 15 abschließen
und einfach auf abnehmbare und dichte Weise an den
entsprechenden Enden der äußeren Kreisläufe 3, 5 und 7 mit
den Punkten A, B, C, D, E und F verbunden werden können.
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Eine solche Konzipierung ist insbesondere im Hinblick
darauf vorteilhaft, daß sie es gestattet, den Kessel 1
sehr einfach für die Versorgung der beiden
Zentralheizungskreisläufe 5 und 6 auszulegen, wohingegen
vergleichbare andere, aber anders ausgelegte abnehmbare Leisten es
gestatten würden, den gleichen Kessel für die Versorgung
weiterer Kreisläufe auszulegen, und insbesondere für
diejenige eines einzigen Zentralheizungskreislaufs, der mit
einem Kreislauf für die Entnahme von Brauchwasser
gekoppelt ist.
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Die Betätigung oder Steuerung der obenstehend
beschriebenen Heizungsvorrichtung wird vorteilhaft mit
Hilfe einer elektronischen Schaltung 21 (Fig. 3)
durchgeführt, in Verbindung mit
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- im wesentlichen einem Außentemperaturfühler 22 und
einem Fühler 23 für die Temperatur des im
Fußbodenkreislauf 7 umlaufenden Wassers,
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- und vorzugsweise des weiteren zwei Raumthermostaten
24 und 25, die in den durch die beiden
Zentralheizungskreisläufen 5 mit Heizkörpern bzw. 7 mit Fußbodenheizung
zu beheizenden Räumen angeordnet sind.
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Diese elektronische Schaltung 21 ist derart
ausgelegt, daß sie das Drei-Wege-Ventil 10 sowie die
Ansteuerung der Pumpe 17 steuert und Informationssignale an die
elektronische Schaltung 26 liefert, die üblicherweise
vorgesehen ist, um den Kessel zu steuern, d. h. das Zünden
des Brenners 3 und die Ansteuerung der Pumpe 4 zu
steuern, wobei der Kreislauf 26 selbst so ausgelegt ist, daß
er die Signale nutzt, die von einem Fühler 27 empfangen
werden, der für die Temperatur des aus dem Kessel
austretenden Wassers empfindlich ist.
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Der Kasten, der die elektronische Schaltung 21
enthält, ist an der Anschlußleiste 20 angebracht, falls eine
solche Leiste vorgesehen ist.
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Die Fühler 23 und 27 können so ausgelegt sein, daß
sie vorgegebene Sollwerte für die Wassertemperaturen
speichern, zu deren Erfassung sie vorgesehen sind, wobei
diese Fühler dann jeweils Abschnitten der Kreise 21 und
26 zugeordnet und in der Lage sind, die geeigneten
Befehle auszulösen oder zu unterbrechen, wenn diese
Sollwerte über- bzw. unterschritten werden.
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Im allgemeinen ist die Einheit so ausgelegt, daß der
Temperatur des im Fußbodenheizungskreislauf umlaufenden
Wassers automatisch ein zwischen 20 und 45ºC liegender
Wert gegeben wird, der durch manuelle Angabe eingestellt
werden kann.
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Bei einer verbesserten Variante werden im Voraus im
Kreislauf 21 und/oder im Kreislauf 26 mindestens zwei
vorgegebene Solltemperaturen T1 und T2 für das Wasser des
Kessels 1 eingestellt, wobei diese Temperaturen jeweils
den beiden Betriebsarten der Fußbodenzentralheizung und
der Heizkörperzentralheizung entsprechen, die in den
beiden Endschaltpositionen des Drei-Wege-Ventils 10
hergestellt werden: auf diese Weise wird automatisch eine
Optimierung des Betriebs des Kessels in jeder dieser
Schaltpositionen erreicht.
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Diese Verbesserung kann um die vorausgehende
Einstellung im Kreislauf 21 und/oder im Kreislauf 26 einer
dritten Solltemperatur T3 für das aus dem Kessel austretende
Wasser erweitert werden, wobei diese Temperatur einem
optimalen "Zwischen"-Betrieb entspricht, bei dem das
Drei-Wege-Ventil 10 in eine zwischen seinen beiden
Endschaltpositionen liegende Schaltstellung gestellt ist.
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Beispielhaft können den drei Solltemperaturen T&sub1;, T&sub2;
und T&sub3; die drei Werte 45, 70 bzw. 60ºC gegeben werden.
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Hierdurch wird im Endeffekt, unabhängig von der
gewählten Ausführungsweise, eine
Zentralheizungsvorrichtung erhalten, welche die Versorgung von zwei Kreisläufen
mit unterschiedlichem Wärmeleitwiderstand durchführt und
deren Aufbau, Betrieb und Vorteile (insbesondere eine
gute Isolierung des Zentralheizungskreislaufs mit hohem
Wärmeleitwiderstand gegenüber dem weiteren
Zentralheizungskreislauf und dem Kessel selbst, wobei diese
Isolierung erhalten wird, ohne den Nutzen des Vorhandenseins
des Ausdehnungsgefäßes für den Heizungskreislauf mit
hohem Wärmeleitwiderstand zu verlieren) hinreichend aus
dem vorstehend Ausgeführten hervorgehen.