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Heizverfahren und zugehörige Heißwasser-Pumpenheizungsanlage Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Heißwasser-Pumpenheizungsanlage
mit einem Kessel und mehreren daran angeschlossenen, voneinander abweichende Betriebstemperaturen
aufweisenden Heizvorrichtungen (Wärmeverbrauchern) für die Wärmeversorgung von für
Belegschaften mit verschiedenen Betätigungsarten bestimmten Gebäuden und auf eine
Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei Warmwasserheizungen sind verschiedene Verfahren mit Warmwasserspeicherung
in einem Speicher bekannt, und zwar gibt es Verfahren mit einem in Reihe zu den
Wärmeverbrauchern liegenden Mischspeicher und Verfahren mit einem parallel zu ihnen
liegenden Verdrängungsspeicher. Bei den bekannten, mit der Erfindung allein vergleichbaren
Verfahren mit Verdrängungsspeicher wird beim Aufladen des Speichers in diesem befindliches
Kaltwasser zum Kessel und zugleich das aus dem Kessel stammende Heißwasser in den
Verdrängungsspeicher und gegebenenfalls teilweise in die Heizvorrichtungen (Wärmeverbraucher)
geführt, während beim Entladen das Heißwasser des Speichers gegebenenfalls zusammen
mit unmittelbar aus dem Kessel kommendem Heißwasser in die Heizvorrichtungen (Wärmeverbraucher)
und das aus diesen kommende Rücklaufwasser in den Speicher bzw. in ihn und zugleich
in den Kessel geführt wird. Das aus dem Verdrängungsspeicher beim Aufladen abgeführte
Kaltwasser wird also jeweils im Kessel erwärmt.
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Demgegenüber besteht das erfindungsgemäße Verfahren aus folgenden
hintereinander ablaufenden Vorgängen:
a) Bei Arbeitsschluß in den
Gebäuden wird in den Heizvorrichtungen befindliches Heißwasser in einen Wasserwechselbehälter
und in diesem befindliches Kaltwasser in die Heizvorrichtungen geführt; b) die Heizvorrichtungen
werden aus dem Heizkreis, der Wechselbehälter in ihn geschaltet; c) bei Arbeitsbeginn
wird das im Wechselbehälter enthaltene Heißwasser in die Heizvorrichtungen und das
in diesen enthaltene Kaltwasser in den Wechselbehälter geführt; d) der Wechselbehälter
wird aus dem Heizkreis, die Heizvorrichtungen werden in ihn geschaltet. Das aus
dem mit dem Verdrängungsspeicher der bekannten Heizungen etwa vergleichbaren Wechselbehälter
kommende Kaltwasser wird bei dem neuen Verfahren nicht in den Kessel geleitet und
nicht erwärmt, sondern unmittelbar in die Wärmeverbraucher geführt. Das verhältnismäßig
warme Wasser der Wärmeverbraucher wird für die Zeit der Arbeitsruhe in den Wechselbehälter
geleitet, wo es weit weniger abkühlt, als wenn es in den Verbrauchern und den im
allgemeinen zahlreichen Rohrleitungen verbliebe. Die verlustreiche, sogenannte Auskühlzeit
fällt fort.
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Bei einer besonderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
der Wechselbehälter zwischen Arbeitsschluß und Arbeitsbeginn auf eine oberhalb der
normalen Betriebstemperatur liegende Temperatur aufgeheizt. Es wird also bei dem
bei Arbeitsbeginn durchzuführenden Wasserwechsel zunächst mit überhöhter Temperatur
gefahren, so daß die verhältnismäßig kühle Raumluft von sofort wirksamer Heizstrahlung
durchsetzt wird. Die von dem während der Arbeitsruhe im allgemeinen mit verminderter
Leistung betriebenen Kessel stammende Wärme wird ausschließlich für das ohnedies
verhältnismäßig warme Wasser des Wechselbehälters verwendet, das sich in diesem
mit gleicher Kesselleistung auf erheblich höhere Temperatur bringen läßt, als wenn
an dem Kessel während der Arbeitsruhe die Wärmeverbraucher selbst angeschlossen
wären.
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Vorteilhaft werden die Heizvorrichtungen bei dem bei Arbeitsbeginn
durchzuführenden Wasserwechsel zunächst parallel und später hintereinander geschaltet.
Die sofort wirksamen Strahlungsanteile der Heizwirkung setzen dann in allen Heizvorrichtungen
etwa gleichzeitig ein. Dadurch wird die während der Nacht abgesunkene Raumlufttemperatur
physiologisch ausgeglichen, ohne einer längeren Anheizzeit wie bei Konvektionsheizungsanlagen
(Luftheizung) zu bedürfen. Nur bei Frostgefahr ist die Heizungsanlage in den Nachtstunden
schwach zu betreiben, was durch eine geeignete Schaltung von Heizkessel, Wechselbehälter
ünd Rohrnetz sich ermöglichen läßt.
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In weiterer Erfindung liegt bei einer Heißwasser-Pumpenheizungsanlage
mit einem Kessel und mehreren voneinander abweichende Betriebstemperaturen aufweisenden
Heizvorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens parallel zu den Heizvorrichtungen
ein Wasserwechselbehälter, und es sind wahlweise die Heizvorrichtungen, der Wechselbehälter
oder beide parallel zueinander in den Kesselheizkreis einschaltbar. Bei bekannten
Heizungsanlagen mit Verdrängungsspeicher sind entweder die Heizvorrichtungen oder
der Verdrängungsspeicher nicht für sich allein in den Kreislauf zu schalten, sondern
es können in dem zuerst genannten Fall die Heizvorrichtungen nur gemeinsam mit dem
Speicher, mindestens mit seinem oberen Teil, und in dem zuletzt genannten Fall der
Speicher nur gemeinsam mit den Heizvorrichtungen eingeschaltet werden. Für das erfindungsgemäße
Verfahren, besonders das im allgemeinen durchzuführende Aufheizen zwischen Arbeitsschluß
und Arbeitsbeginn, ist vollkommen getrennte Einschaltbarkeit von Heizvorrichtungen
und Wechselbehälter in den Kreislauf Voraussetzung.
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Die seit über zwei Jahrzehnten bekannte Heißwasserheizung in der geschlossenen
Ausführung findet vorwiegend bei der Fabrikbeheizung Anwendung. Die Raumwärme wird
dabei durch örtliche Lufterhitzer oder Rohrheizflächen und neuerdings durch Heizbänder
in Form von Strahlplatten (Sunstripheizung) erzeugt. Daneben ist auch noch der Heißwasserheizkörper
aus Stahlblech bekannt, zu dem der Konvektor in letzter Zeit kam. Die Heizbänder,
die Röhrenheizkörper und die Konvektoren zeichnen sich durch einen geringen Wasserinhalt
aus.
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Bei der Beheizung einer Fabrikanlage treten nun fast stets drei verschiedene
Gebäudearten auf, wie die hohen Fabrikhallen, die mehrgeschossigen Werkstattgebäude
und die Bürogebäude. Die Arbeitszeiten in diesen drei Gebäudearten sind nicht sehr
unterschiedlich, zumeist haben jedoch die Fabrikationsstätten r bis 2 Stunden früheren
Arbeitsbeginn als die übrigen Büro- und Betriebsabteilungen. In hygienischer und
physiologischer Hinsicht sind jedoch die Arbeitsplätze entsprechend der Arbeitstätigkeit
unterschiedlich zu werten, und demnach sind auch die Heizungsanlagen auszurichten.
Im Fall hoher Hallen ist die Anwendung höherer Heizflächentemperaturen bei hoch
hängenden Strahlplatten (oder auch Lufterhitzern) ohne weiteres möglich, wenn die
physiologische Zuträglichkeit der Intensität der Wärmestrahlung beachtet wird. Niedrigere
Werkstatträume verlangen aus diesen Gründen eine niedrigere Heizflächentemperatur,
wenn die Strahlungsheizung Anwendung findet. Die Beheizung solcher Räume durch Röhrenheizkörper,
glatte Rohrheizflächen oder Konvektoren ist aus Gründen der Hygiene, um Staubverschwelungen
zu vermeiden, ebenfalls an ermäßigte Heizflächentemperaturen gebunden. In noch verstärktem
Maße gilt dies bei Gebäuden, in denen Bürotätigkeit mit sitzender Beschäftigung
am Platz ausgeübt wird. Sinnfällig ergibt sich aus diesen Überlegungen eine jeweils
abzustufende Heizwassertemperatur, die gleichzeitig entsprechend den Außentemperaturverhältnissen
zu regeln sein muß. Weiterhin sollen auch die drei Heizvorrichtungen aus Gründen
der raschen Anheizmöglichkeit in ihren Wasserinhalten, spezifisch auf die Heizfläche
bezogen,
annähernd gleichliegen. Dies ist durch den Einbau von Heizbändern in den Werkhallen,
Röhrenradiatoren oder Konvektoren in den Werkstätten und Lamellendeckenheizungen
in den Büroräumen möglich. Im Grundsätzlichen sind diese Maßnahmen bekannt.
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Das Gesamttemperaturgefälle des Heißwassers kann nun so gewählt werden,
daß jede Heizvorrichtung nach den Arbeitsrnerkmalen mit für die Arbeit der Belegschaft
der jeweiligen Gebäude physiologisch geeigneten Heizwassertemperaturen betrieben
werden kann, z. B. bei einer Außentemperatur von -15° C die Werkhallen mit Temperaturgefälle
von 16o auf i io° C, die Werkstätten mit Gefälle von i io auf 8o° C und die Büros
mit Gefälle von 8o auf 70° C, so daß das Gesamttemperaturgefälle 16o-7o, also 9o°
C beträgt. Durch dieses Gesamttemperaturgefälle von 9o° C ergeben sich für die Rohrleitungen
kleine Abmessungen und somit ein geringer Wasserinhalt. Durch Hintereinanderschalten
derartiger Heizungsanlagen kann die Wärmeträgheit vermindert werden, indem die Gesamtanlage
sowohl in den Heizflächen nach der Beschreibung als auch in den Rohrleitungen dementsprechend
ausgelegt wird. Während gleichzeitig liegender Arbeitsstunden und im Beharrungszustand
wird die gesamte Heißwasserheizungsanlage in Hintereinanderschaltung gefahren. Zum
raschen Aufheizen in den Morgenstunden empfiehlt es sich aber, die einzelnen Heizungsanlagen,
wie bereits angedeutet, getrennt zu fahren, d. h. parallel zu schalten. Nach neueren
Forschungsergebnissen wurde festgestellt, daß mit einer sofort wirksamen Strahlungswärme
und mit verringerter Anheiz- und Auskühlzeit bei 8- bis 9stündigem Heizbetrieb entsprechend
der Arbeitszeit sich Wärmeersparnisse bis zu 5o% erzielen lassen. Es ist ferner
bekannt, daß die Auskühlverluste um so größer werden, je geringer die Reibungsverluste
sind. Bei den Strahlungsheizflächen hat man fast durchweg kleinere Rohrdurchmesser.
Außerdem werden die Rohre frei und ohne Wärmedämmung verlegt. Werden demzufolge
die Auskühlverluste verringert, so lassen sich weitere Brennstoffersparnisse von
etwa zoo/o erzielen.
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Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, diese Erkenntnisse zu verwerten.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgebildeten Anlage, bei der das neue
Verfahren benutzt ist, in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung, die ein
vereinfachtes Schaltschema wiedergibt.
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Das Heißwasser wird in einem Kessel i erzeugt. Eine im Kreislauf von
Wärmeverbrauchern liegende Umwälzpumpe (Tagpumpe) 2 saugt das Heißwasser über eine
eine Absperrvorrichtung 84 enthaltende Leitung 25, ein Ausgleichsgefäß 3 und eine
Leitung 26 an und drückt es in eine eine Absperrvorrichtung 27 enthaltende Vorlaufleitung
4. Die Vorlaufleitung führt zu drei voneinander abweichende Betriebstemperaturen
aufweisenden Heizvorrichtungen, nämlich zu Heizbändern 6 einer Werkhalle, zu Konvektoren
oder Röhrenheizkörpern 7 von Werkstätten und zu einer Deckenstrahlungsheizfläche
8 eines Bürogebäudes. Die drei Heizvorrichtungen 6 bis 8 lassen sich einerseits
hintereinanderschalten, so daß das Wasser aus Leitung 4 über eine Leitung 28 in
die Heizbänder 6, darauf über Leitung 29, ein Dreiweg-Ventil 13, Leitungen 30, 31
in die Konvektoren oder Röhrenheizkörper 7, weiter über Leitungen 32, 33, ein Dreiweg-Ventil
13' und eine Leitung 34 in die Heizfläche 8 und von hier über ein Dreiweg-Ventil
13" und eine Leitung 35 in eine Rücklaufleitung 36, 37, 22 gelangt.
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Andererseits lassen sich die drei Heizvorrichtungen 6, 7, 8 parallel
schalten. Das aus Leitung 4 kommende, für die Bänder 6 bestimmte Wasser gelangt
dann hinter den Bändern 6 über die Teile 29, 13 in eine Leitung 38 unmittelbar in
die Rücklaufleitung 36, 37, 22. Das für die Konvektoren oder Röhrenheizkörper 7
bestimmte Wasser der Vorlaufleitung 4 wird über eine eine Absperrvorrichtung 39
enthaltende Leitung 40 zu einem Mischventil i i und von hier über eine Leitung 41
und die Leitung 31 in die Heizvorrichtung 7 geführt, von der aus es über die Leitungen
32, 33 und das Dreiweg-Ventil 13' in eine Leitung 42 geleitet wird, die an
die Rücklaufleitung 36, 37, 22 angeschlossen ist. Schließlich wird das für die Heizvorrichtung
8 bestimmte Wasser aus der Vorlaufleitung 4 über eine Leitung 43 und ein Absperrventil
44 durch den einen Durchgang eines Wärmetauschers 12 geführt und hinter diesem über
eine eine Absperrvorrichtung 45 enthaltende Leitung 46 in die Rücklaufleitung 36,
37, 22 geleitet. Der andere Durchgang des Wärmetauschers 12 ist an eine Leitung
47 angeschlossen, die eine Umwälzpumpe io und zwei Absperrvorrichtungen 48, 49 enthält.
Das durch Leitung 47 geförderte Wasser wird in die Heizfläche 8 gedrückt und gelangt
über das Dreiweg-Ventil 13" und eine Leitung 5o zu dem Wärmetauscher 12 zurück.
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Aus der Rücklaufleitung 22 ist eine Leitung 52 abgezweigt, die an
eine in Leitung 26 enthaltene Mischvorrichtung 5 angeschlossen ist, beiderseits
der Absperrvorrichtungen 86, 87 angeordnet sind. Über Leitung 52 kann aus der Rücklaufleitung
stammendes kühleres Rücklaufwasser in die Vorlaufleitung 4 geführt und dessen Temperatur
geregelt werden. Schließlich ist zwischen Leitung 32 und dem Dreiweg-Ventil i i
eine eine Umwälzpumpe 9 und Absperrvorrichtungen 53,54 enthaltende Verbindungsleitung
89 gelegt, über die das in Leitung 32 befindliche kühlere Rücklaufwasser der Heizvorrichtung?
teilweise in deren Vorlaufleitung 41 geführt werden kann, so daß auch die Temperatur
von Vorrichtung 7 regelbar ist.
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Die Rücklaufleitung 22 der Gesamtanlage ist über eine Leitung 55,
eine eine Absperrvorrichtung 56 enthaltende Leitung 57, eine Leitung 58 und eine
ein Rückschlagventil21 und eine Absperrvorrichtung 59 enthaltende Leitung 6o, 82
zu dem Kessel i zurückgeführt. An Kessel i ist weiter eine Speisewasserleitung 2o
angeschlossen, die ein Rückschlagventil 21' und eine Absperrvorrichtung
61
enthält, ferner eine mit einem Ventil 62 ausgestattete Belüftungsleitung 63. Entsprechend
ist an Gefäß 3 eine Speisewasserleitung 2o', die ein Rückschlagventil 21 "_ und
eine Absperrvorrichtung 65 enthält, angeschlossen, ferner eine mit einer Absperrvorrichtung
66 ausgestattete Belüftungsleitung 67.
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In einer parallel zu den Heizvorrichtungen 6, 7, 8 liegenden Leitung
68, 69, 70 liegt ein mit Belüftungsleitung 71 und Ventilen 72, 73 ausgestatteter
Wasserwechselbehälter 14. Zu dem Behälter 14 gehört ferner eine zwischen Leitungen
58, 6o abgezweigte und zwischen Leitungen 6o, 59 mündende Nebenleitung 75, die eine
Umwälzpumpe (Nachtpumpe) i9 undAbsperrvorrichtungen76,77 enthält.
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Oben an den Wechselbehälter 14 ist eine Heißwasserentnahmeleitung
78, 17, 79 angeschlossen, die vor Pumpe 2 in die Vorlaufleitung 26, 4 mündet und
eine Absperrvorrichtung 85 enthält. An Leitung 78 ist ferner eine mit einer Absperrvorrichtung
8o ausgerüstete, aus Leitung 55 kommende Warmwasserzuführungsleitung 15 angeschlossen.
Weiter ist zwischen den Leitungen 69, 70 und 17, 79 eine mit einer Absperrvorrichtung
8i versehene Verbindungsleitung 16 gelegt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Bei normalem Betrieb während der Arbeitszeit
sind die Absperrvorrichtungen 84, 86, 87, 27, 56, 59 geöffnet, die Absperrvorrichtungen
73, 85, 8o, 81 sowie 76, 77 und 39, 44 45 sind geschlossen und die Dreiweg-Ventile
13, 13" und 13" in derjenigen Stellung, in der sie die Leitungen 29 mit 3o oder
33 mit 34 oder Teil 8 mit Leitung 35 verbinden. Die drei Heizvorrichtungen 6, 7,
8 sind an den Kessel i angeschlossen, und zwar hintereinandergeschaltet, wie oben
erwähnt, und mit geöffneten oder geschlossenen Ventilen 53, 54, 48. 49, ferner mit
Mischventilen 5, 11 in Misch- oder Trennstellung und mit ein- oder ausgeschalteten
Pumpen 9, io für die Regelung der Wassertemperatur der Vorrichtungen 6, 7, B. Der
Wechselbehälter 14, der Kaltwasser, nämlich Wasser von etwa der Raumtemperatur enthält,
ist vom Heizkreis getrennt.
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Bei Arbeitsschluß werden die Absperrvorrichtungen 56 und 86, 87 und
gegebenenfalls auch 53, 54 48, 49 geschlossen und weiter die Mischventile 5, ii
in Trennstellung gebracht, die Pumpen 9, io abgeschaltet und die Absperrvorrichtungen
8o, 81 geöffnet. Mittels Pumpe 2 wird nunmehr das in den Heizvorrichtungen 6, 7,
8 befindliche, verhältnismäßig warme Wasser vor der Auskühlung über Leitungen 22,
15, 78 oben in den Behälter 14 gepumpt und gleichzeitig das in ihm befindliche Kaltwasser
über Leitungen 69, 16, 79, 4 in die Vorrichtungen 6, 7, 8 gedrückt. Darauf wird
Pumpe 2 ausgeschaltet, und die Absperrvorrichtungen 8o, 81 werden wieder geschlossen.
Nunmehr enthält Behälter 14 warmes Wasser und die Vorrichtungen 6, 7, 8 Wasser von
Raumtemperatur; im Vergleich zum Betrieb während der Arbeit wurde das Wasser also
gewechselt.
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Anschließend werden die Absperrvorrichtungen 73, 76, 77 geöffnet und
Pumpe i9 eingeschaltet, so daß ein Kreislauf von Kessel i über Leitungen 25, 68,
Behälter 14 und Leitungen 69, 7o, 58, 75, 82 entsteht. Das Warmwasser im Behälter
14 wird während der Arbeitsruhe mit verhältnismäßig geringer Kesselleistung auf
überhöhte Temperatur gebracht, also auf eine oberhalb der normalen Betriebstemperatur
liegende Temperatur.
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Bei Arbeitsbeginn wird zunächst Pumpe i9 ausgeschaltet, und die Absperrvorrichtungen
73, 76, 77 und 84, 59 werden geschlossen. Alsdann werden die Absperrvorrichtungen
85, 39, 44, 45, 48, 49 und 56 geöffnet und die Dreiweg-Ventile 13, 13', 13" in diejenige
Stellung gebracht, in der sie die Leitungen 29, 38 oder 33, 42 oder die Heizfläche
8 mitLeitung 5o verbinden. Darauf werden Pumpen und io eingeschaltet und das überhitzte
Wasser aus dem Wechselbehälter 14 über Leitungen 78, 17, 79, 4 in die Leitungen
28, 40, 41, 31 und 43 gedrückt, so daß es etwa gleichzeitig in die Vorrichtungen
6, 7 und den Wärmetauscher 12 gelangt, diese also verhältnismäßig rasch - Heizfläche
8 über Leitung 47 - erwärmt. Zugleich läuft das in den Teilen 6, 7, 12 befindliche
Kaltwasser über Leitungen 29, 38, 36, 37 oder 32, 33, 42 oder 46, 37 in Leitung
22 und von hier über Leitungen 55. 57, 7o, 69 unten in den Wechselbehälter 14 zurück.
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Nach vollkommenem Wasserwechsel, also wenn sämtliches Heißwasser aus
Behälter 14 weggeführt und sämtliches Kaltwasser aus den Teilen 6, 7, 12 entfernt
ist, wird Absperrvorrichtung 85 wieder geschlossen und die Absperrvorrichtungen
84, 86, 87, 59 geöffnet, so daß der normale Kreislauf über den Kessel i wiederhergestellt
ist. Gegebenenfalls lassen sich die Absperrvorrichtungen 84, 86, 87, 59 gleichzeitig
mit Absperrvorrichtung 85 öffnen, so daß bei dem bei Arbeitsbeginn vorzunehmenden
Wasserwechsel gleichzeitig mit dem Heißwasser des Wechselbehälters 14 das aus Kessel
i kommende Wasser über Leitung 25, 26, 4 in die Teile 6, 7, 12 gedrückt wird.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden Dreiweg-Ventile 13',
13" bei dem bei Arbeitsbeginn durchzuführenden Wasserwechsel in diejenige Stellung
gebracht, in der sie die Leitungen 33, 34 oder die Teile 8, 35 miteinander verbinden.
Bei dem folgenden Wasserwechsel wird dann das in Wärmetauscher 12 befindliche Kaltwasser
und das Kaltwasser aus der Heizfläche 8 zusammen mit dem Kaltwasser aus den Vorrichtungen
6, 7 in den Wechselbehälter 14 gepumpt.
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Einige Zeit nach dem Arbeitsbeginn, nämlich wenn die Räume ausreichend
warm sind und die Anheizzeit, bei der mit überhöhter Temperatur hauptsächlich auf
Grund von Wärmestrahlung geheizt wird, vorbei ist, werden die Absperrvorrichtungen
39, 44, 45 geschlossen und das Dreiweg-Ventil 13 und gegebenenfalls auch 13', 13"
in diejenige Stellung gebracht, in der sie die Leitungen 29, 30 oder Leitungen 33,
34 und Teile 8, 35 miteinander verbinden. Die Vorrichtungen 6, 7, 8 sind dann hintereinandergeschaltet,
und es wird mit entsprechend niedrigerer Kesselleistung und gegebenenfalls unter
Mischen des Vorlaufwassers mit Rücklaufwasser
bei Einschaltung
der Pumpen 9, io gefahren. Sämtliche Teile befinden sich dann wieder in der Ausgangsstellung.