DE19810416A1 - Heiz- bzw. Kühlanlage mit mindestens einer Wärme- bzw. Kältequelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Heizanlagen dieser Art sind bekannt. Bei den hier eingesetzten Wärmequellen handelt es sich um Brennwertkessel oder Kondensatkessel bzw. um Wärmetauscher einer Fernheizan­ lage. Diese Wärmequellen arbeiten dann optimal mit hohem Wirkungsgrad, wenn das Wär­ meträgermedium mit einer möglichst niedrigen Temperatur zurück in die Wärmequelle strömt. Bei einem Brennwertkessel oder Kondensatkessel wird den Rauchgasen Wärme entzogen, wodurch der Wirkungsgrad der Einrichtung angehoben wird, was zur erwünschten Kondensatbildung führt. Wird die Anlage mit niedriger Last gefahren, beispielsweise mit 40° im Heizkreis, dann tritt die erwähnte Kondensatbildung auf und der hohe Wirkungsgrad wird dadurch erreicht. Wird die Anlage jedoch mit hoher Leistung gefahren, beispielsweise mit 70° im Heizkreis, dann würde - ohne entsprechende Maßnahmen gemäß der Erfindung - keine Kondensatbildung auftreten und der Wirkungsgrad würde abfallen. Es ist daher bei diesen Anlagen mit Wärmequellen der genannten Art danach zu streben, daß über die Rücklauflei­ tung ein möglichst stark abgekühltes Wärmeträgermedium zurückströmt, damit im Kessel die erwünschte, Wirkungsgrad steigernde Kondensatbildung aufrecht erhalten werden kann. Solche Kessel sind entsprechend konstruiert. Die Umlaufpumpe wird bei diesen Anlagen auf die maximal geforderte Heizleistung eingestellt. Für die Regelung des jeweiligen Heizkreises ist dann jeweils ein Mischventil vorgesehen, das in Abhängigkeit vom geforderten Wärmebe­ darf verstellt wird. Die von der Umlaufpumpe geförderte Menge wird durch die Verstellung des Mischventils jedoch nicht beeinflußt, sofern die Umlaufpumpe eine vorgegebene, kon­ struktionsbedingte Drehzahl aufweist. Häufig sind jedoch bei modernen Anlagen auch Um­ laufpumpen vorgesehen, die hinsichtlich ihrer Drehzahl regelbar sind. Hingegen ist das Strangregulierventil, das in der Rücklaufleitung der Wärmequelle vorgeschaltet ist, auf eine vorgegebene, feste Durchsatzmenge eingestellt. Dieses Strangregulierventil ist zwar ein­ stellbar, nicht aber regelbar. Die Ein- oder Nachstellung eines solchen Strangregulierventils kann nur über den Fachmann geschehen, und zwar durch manuellen Eingriff. Die für eine Anlage eingestellten Strangregulierventile sind in der Regel auch plombiert. Ein solches Strangregulierventil ist als vorgegebene Querschnittsverengung oder Drossel anzusehen, die hinsichtlich ihres Querschnittes während des Betriebs der Anlage nicht beeinflußbar ist. Ist die Heizanlage in Betrieb und sind die Umlaufpumpen auf die errechneten Drehzahlen ein­ gestellt, so ist nicht ausgeschlossen, daß die einzelnen Heizkreise, aus welchen Gründen immer, nicht die errechnete Heizleistung erbringen. Dies ist häufig der Fall, wenn an der Heizanlage im Laufe der Zeit Änderungen gemacht worden sind, um sie dem jeweils neue­ sten Stand der Technik anzupassen. Um diesen Mangel zu korrigieren, wird in der Regel die Drehzahl einer oder mehrerer Umlaufpumpen erhöht, wodurch die Umlaufpumpe eine grö­ ßere Menge des Wärmeträgermediums fördert. Das dem Wärmetauscher vorgeschaltete Strangregulierventil läßt jedoch nur eine vorbestimmte Menge desselben durch, so daß infol­ ge der Parallelschaltung der einzelnen Heizkreise über den Verteiler aus anderen Heizkrei­ sen ein Teil des Wärmeträgermediums durch die sich nun schneller drehende Umlaufpumpe abgezogen wird, wodurch der Wärmehaushalt und die Wärmebilanz dieser Heizanlage erst recht gestört und beeinträchtigt wird. Die einzelnen Heizkreise können aber auch Umlauf­ pumpen mit konstanter Drehzahl aufweisen, wobei dann für Regelzwecke die Mischventile betätigt werden. Darüberhinaus können in einer Anlage Heizkreise mit Umlaufpumpen regel­ barer Drehzahl und solche mit konstanter Drehzahl vorhanden sein. Auch in solchen Fällen kann der Durchsatz des Wärmeträgermediums in den parallel geschalteten Kreisen beein­ trächtigt werden.

Aus der DE-OS 27 13 387 ist eine Heizungsanlage bekannt mit einer Wärmequelle, einem eine Umwälzpumpe aufweisenden Verbraucherzweig, einem in der Vorlaufleitung der Wär­ mequelle angeordneten Drosselthermostaten und einer Verbindungsleitung zwischen dem Pumpenausgang und der Auslaßseite des Drosselthermostaten. In der Verbindungsleitung ist ein Überströmventil angeordnet. Die Durchlaßrichtung dieses Überströmventils ist von der Rücklaufleitung zur Vorlaufleitung gerichtet. Hier ist jedoch in der Vorlaufleitung zur Wärme­ quelle ein temperaturgesteuertes Ventil (Drosselthermostat) vorgesehen. Dieses tempera­ turgesteuerte Ventil hat die Auflage und die Aufgabe, den Kreislauf über die Wärmequelle erst dann freizugeben, wenn die Temperatur in der Vorlaufleitung so hoch ist, daß sich in der Wärmequelle kein Schwitzwasser mehr bilden kann.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Maßnahme vorzuschlagen, um den bei Heizanlagen der eingangs genannten Art auftretenden Nachteilen zu begegnen.

Dies gelingt durch jene Maßnahmen, die Inhalt und Gegenstand des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 sind.

Die Wirkung des Druckausgleichsventils in der erwähnten Anordnung besteht nun darin, daß infolge der größeren umgesetzten Fördermenge der Umlaufpumpe mit der erhöhten Dreh­ zahl - in Strömungsrichtung des Mediums gesehen - vor dem Strangregulierventil der im Rohrsystem herrschende Druck sich erhöht. Das auf eine vorgegebene Druckerhöhung ein­ gestellte Druckausgleichsventil öffnet sich nun und gibt dem umströmenden Medium über eine Nebenschlußleitung zum fest eingestellten Strangregulierventil den Weg frei, so daß unabhängig von der durch die Fixeinstellung des Strangregulierventils begrenzten Durch­ satzmenge durch die primäre Wärmequelle eine beliebige Menge des Mediums in Umlauf gehalten werden kann, die größer ist als die durch das fest eingestellte Strangregulierventil vorgegebene Menge. Das Druckausgleichsventil kann in den Verteiler integriert sein oder außerhalb desselben angeordnet werden. In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist an der Kammer des Verteilers, an der die Vorlaufleitungen der einzelnen Heizkreise ange­ schlossen sind, die Vorlauf- und die Rücklaufleitung einer zusätzlichen Wärmequelle ange­ schlossen. Falls die von der primären Wärmequelle gelieferte Wärmemenge den Wärmebe­ darf nicht zu decken vermag, kann dadurch die die erwähnte Kammer des Verteilers durch­ fließende Wärmeträgermenge zusätzlich aufgeheizt werden. Anstelle eines von einem Fern­ heizwerk gespeisten Wärmetauschers kann auch als primäre Wärmequelle ein Brennwert­ kessel oder ein Kondensatkessel vorgesehen werden, also eine Wärmequelle, die dann optimal mit hohem Wirkungsgrat arbeitet, wenn das Wärmeträgermedium mit einer möglichst niedrigen Temperatur zur Wärmequelle zurückströmt. Anstelle eines einzigen Druckaus­ gleichsventils können auch mehrere solcher Ventile parallel geschaltet werden, wobei diese evtl. verschiedene Durchsatzquerschnitte aufweisen und/oder auf unterschiedliche An­ sprechwerte eingestellt sind. Als Druckausgleichsventile können herkömmliche federbela­ stete Druckausgleichsventile verwendet werden. Es ist aber auch möglich, Druckausgleichs­ ventile einzusetzen, die über Druckfühler elektronisch gesteuert sind. Was vorstehend im Zusammenhang mit einer Heizanlage ausgesagt worden ist, gilt analog für eine zentral be­ triebene Kühlanlage.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben, die schematisch eine Heizan­ lage zeigt, die von einem Fernheizwerk gespeist wird.

Die von einem nicht dargestellten Fernheizwerk kommende Vorlaufleitung 1 und Rücklauflei­ tung 2 speisen einen Wärmetauscher 3. In der zum Fernheizwerk führenden Rücklaufleitung 2 ist ein Temperaturfühler 4, ein Regelventil 5 sowie ein Wärmezähler 6 eingeschaltet, wobei der Durchlaß des Regelventils 5 von der über den Temperaturfühler 4 erfaßten Rücklauftem­ peratur und der von einem weiteren Temperaturfühler 7 erfaßten Außentemperatur gesteuert ist. Sekundärseitig ist der Wärmetauscher 3 über eine Vorlaufleitung 8 und über eine Rück­ laufleitung 9 mit einem Verteiler 10 verbunden, der zwei Kammern 11, 12 aufweist, die hier der Übersichtlichkeit wegen voneinander getrennt dargestellt sind. In der Rücklaufleitung 9 ist ein Strangregulierventil 13, das die Durchsatzmenge des Wärmeträgermediums limitiert. Dieses Strangregulierventil 13 ist auf die maximale Heizleistung abgestellt und vom Wärmelieferanten, dem Betreiber des Fernheizwerkes eingestellt und gegebenenfalls plombiert. Das Strangregulierventil 13 wirkt wie eine fest eingestellte Drossel mit konstantem Quer­ schnitt.

An der einen Kammer 11 des Verteilers 10 sind nun die Vorlaufleitungen 14,15,16 der hier beispielsweise dargestellten drei Heizkreise 17, 18, 19 angeschlossen. Der eine Heizkreis 17 speist Radiatoren, der andere Heizkreis 18 eine Fußbodenheizung und der dritte Heizkreis 19 einen Warmwasserbereiter. Alle drei Heizkreise weisen Umlaufpumpen 20, 21, 22 auf mit veränderbarer Drehzahl. Diese Drehzahl ist entweder willkürlich einzustellen oder von Be­ triebsgrößen geregelt und gesteuert. In den beiden Heizkreisen 17 und 18 sind zusätzlich Mischventile 23, 24 angeordnet, ferner sind in allen Heizkreisen Rückschlagventile 25 einge­ schaltet. Die jeweiligen Rücklaufleitungen 26, 27, 28 der einzelnen Heizkreise sind an der Kammer 12 des Verteilers 10 angeschlossen. Der Übersichtlichkeit wegen wurden die An­ schlüsse mit den Buchstaben A, B und C bezeichnet.

An der Kammer 11 des Verteilers 10, an den die Vorlaufleitungen 14,15,16 der einzelnen Heizkreise 17, 18, 19 angeschlossen sind, sind noch die Vorlaufleitung und die Rücklauflei­ tung einer zusätzlichen Wärmequelle, beispielsweise hier eines Ölheizkessels 29 als Zusatz- oder Notkessel angeschlossen.

Die beiden Kammern 11, 12 des Verteilers 10 sind über ein Druckausgleichsventil (30) mit­ einander verbunden. Dieses Druckausgleichsventil 30 ist zweckmäßigerweise federbelastet, wobei die Kraft der das Druckausgleichsventil 30 schließenden bzw. geschlossenhaltenden Feder gegen den im Bereich der Rücklaufleitungen herrschenden Druck gerichtet ist. Die Durchlaßrichtung dieses Druckausgleichsventils 30 ist durch den Pfeil 31 bezeichnet. An­ stelle eines federbelasteten Druckausgleichsventils kann auch ein Druckausgleichsventil eingesetzt werden, das über Druckfühler elektronisch gesteuert ist.

Dieses Druckausgleichsventil 30 kann in den Verteiler 10 integriert sein, der hier schema­ tisch durch die beiden Kammern 11, 12 dargestellt ist. Es kann außerhalb des Verteilers 10 angeordnet sein beispielsweise - in Strömungsrichtung des Heizmediums gesehen - vor dem Strangregulierventil 13 zwischen Vorlauf- und Rücklaufleitung 8, 9 der primären Wärme­ quelle 3. Grundsätzlich ist es auch möglich, mehrere parallel geschaltete Druckausgleichs­ ventile anzuordnen, wobei zweckmäßigerweise diese unterschiedliche Durchlaßquerschnitte aufweisen und/oder auf verschiedene Ansprechwerte eingestellt sind.

Diese Heizanlage arbeitet nun wie folgt: Vorgegeben ist die maximale Anschlußleistung und die vom gegebenenfalls plombierten Strangregulierventil 13 maximal durchgelassene Menge des Heizmediums. Im normalen Betrieb ist das Druckausgleichsventil 30 geschlossen. Stellt sich heraus, daß der eine oder andere Heizkreis nicht die gewünschte Leistung erbringt und wird nun die in ihm befindliche Umlaufpumpe nachjustiert, indem deren Drehzahl erhöht wird, so fördert diese nachjustierte Umlaufpumpe eine größere Menge des Wärmeträgermediums, als ursprünglich ermittelt und festgesetzt. Da die auf die Nennleistung der Anlage eingestellte Durchsatzmenge (Strangregulierventil 13) nicht verändert werden kann, wird die in ihrer Drehzahl hochgefahrene Umlaufpumpe aus den parallel geschalteten Heizkreisen in Abhän­ gigkeit von deren Strömungswiderständen Heizmedium abziehen, wodurch in der Kammer 12 des Verteilers 10 der Druck ansteigt. Übersteigt nun dieser Druck ein am Druckaus­ gleichsventil 30 eingestelltes Maß, so öffnet dieses Ventil und bildet zum Strangregulierventil 13 einen Nebenschluß, über welchen nun die durch die Drehzahlerhöhung der Umlaufpumpe zusätzliche Umlaufmenge ungehindert strömen kann und dies ohne Beeinflussung der par­ allel geschalteten Heizkreise. Falls in den einzelnen Heizkreisen oder zumindest in einigen von ihnen Mischventile vorgesehen sind und diese Mischventile nachgestellt und betätigt werden, so könnten ebenfalls Beeinträchtigungen der vorstehend beschriebenen Art in den benachbarten Heizkreisen auftreten, die dank der erfindungsgemäßen Maßnahme jedoch unterbunden sind. Es liegt im Rahmen der Erfindung, einzelne Heizkreise sowohl durch drehzahlregelbare Umlaufpumpen wie auch über Mischventile zu beeinflussen.

Der vorstehend geschilderte Effekt tritt auch dann ein, wenn aus irgendwelchen Gründen die eine oder andere drehzahlgeregelte Pumpe durch eine Regelgröße der Anlage hochgefah­ ren wird. Falls in einem solchen Falle der Wärmetauscher 3 die benötigte Wärmemenge nicht mehr ausreichend zur Verfügung stellt, wird der Zusatzheizkessel 29 eingeschaltet, der das in der Kammer 11 umlaufende Medium erwärmt.

Dank der erfindungsgemäßen Maßnahme wird die maximal zulässige Durchsatzmenge des Wärmeträgermediums durch die primäre Wärmequelle auch bei Änderung der Drehzahlen der Umlaufpumpen in den einzelnen angeschlossenen Heizkreisen nicht beeinträchtigt und trotz Erhöhung der Fördermenge im einen oder anderen Heizkreis wird die Verteilung der Mengen des Wärmeträgermediums auf die einzelnen Heizkreise nicht gestört. Der Verteiler 10 ist durch diese aufgezeigte Schaltung gleichsam als Nullpotential der hydraulischen An­ lage anzusehen. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann auch Antriebsenergie ein­ gespart werden, denn in der Vorlauf- bzw. Rücklaufleitung zwischen Wärmetauscher 3 und Verteiler 10 kann eine Umlaufpumpe eingespart werden. Die von einem Fernheizwerk ange­ botene Wärmemenge wird dabei bestmöglich genutzt, so daß auf der Eingangs- oder Pri­ märseite des Wärmetauschers 3 eine relativ hohe Temperaturdifferenz erzielbar ist. Durch diese hohe Ausnutzung der angebotenen Wärmemenge können die Zuleitungsrohre vom Fernheizkraftwerk zum Wärmetauscher 3 relativ klein dimensioniert werden. Was vorstehend von Wärme- und Heizanlagen gesagt wurde, gilt in analoger Weise auch für zentral betrie­ bene Kühlanlagen. Durch den Einbau des willkürlich einstellbaren Druckausgleichsventils 30 ist es möglich, den Durchsatz des Mediums im Strangregulierventil 13 mit der gewünschten Temperaturdifferenz einzustellen, unabhängig von den sich ändernden Pumpendrücken in den einzelnen Kreisen. Dadurch wird auf der Primärseite des Wärmetauschers 3 die ange­ strebte hohe Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf erzielt. Eine solche relativ hohe Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf wird vom Betreiber des Fernheizwer­ kes angestrebt, um die Anlage effektiv zu nutzen, dasselbe gilt, wenn als zentrale Wärme­ quelle hier ein Brennwertkessel (Kondensatkessel) installiert ist.

Bezugszeichenliste

1

Vorlaufleitung

2

Rücklaufleitung

3

Wärmetauscher

4

Temperaturfühler

5

Regelventil

6

Wärmezähler

7

Temperaturfühler

8

Vorlaufleitung

9

Rücklaufleitung

10

Verteiler

11

Kammer

12

Kammer

13

Strangregulierventil

14

Vorlaufleitung

15

Vorlaufleitung

16

Vorlaufleitung

17

Heizkreis

18

Heizkreis

19

Heizkreis

20

Umlaufpumpe

21

Umlaufpumpe

22

Umlaufpumpe

23

Mischventil

24

Mischventil

25

Rückschlagventil

26

Rücklaufleitung

27

Rücklaufleitung

28

Rücklaufleitung

29

Wärmequelle - Heizkessel

30

Druckausgleichsventil

31

Pfeil

Claims (5)

1. Heizanlage mit mindestens einer als Brennwertkessel oder Kondensatkessel oder als Wärmetauscher einer Fernheizanlage ausgebildeten Wärmequelle zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums, beispielsweise von Wasser und einem zwei Kammern (11, 12) aufweisenden Verteiler (10), wobei die Wärmequelle (3) mit der einen Kammer (11) des Verteilers (10) über eine Vorlaufleitung (8) und mit der anderen Kammer (12) über eine Rücklaufleitung (9) verbunden ist, und in mindestens einer dieser Leitungen ein die Durchsatzmenge des Wärmeträgermediums begrenzendes Strangregulierventil (13) an­ geordnet ist, und an den Kammern (11, 12) des Verteilers (10) jeweils die Vorlauf- und die Rücklaufleitungen verschiedener, jeweils eine, gegebenenfalls hinsichtlich ihrer Drehzahl regelbare Umlaufpumpe (20, 21, 22) aufweisender Heizkreise (17,18,19) (Radiatoren, Fußbodenheizung, Warmwasserbereiter u. dgl.) angeschlossen sind und gegebenenfalls diese Kreise eine Nebenschlußleitung und ein Mischventil (23, 24) auf­ weisen und zwischen den beiden Kammern (11, 12) des Verteilers (10) bzw. zwischen Rücklauf- und Vorlaufleitung mindestens ein Druckausgleichsventil (30) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßrichtung (Pfeil 31) des Druckausgleichsven­ tils (30) in an sich bekannter Weise von der Rücklaufleitung zur Vorlaufleitung bzw. den entsprechenden Kammern (11, 12) des Verteilers (10) gerichtet ist.

2. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckausgleichsventil (30) in den Verteiler (10) integriert ist.

3. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckausgleichsventil (30) zwischen den die Wärmequelle (3) und den Verteiler (10) verbindenden Leitungen (8, 9) angeschlossen ist.

4. Heizanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kammer (11) des Verteilers (10), an der die Vorlaufleitungen (14, 15, 16) der einzelnen Heizkreise (17, 18, 19) angeschlossen sind, die Vor- und Rücklaufleitungen einer zu­ sätzlichen Wärmequelle (29) angeschlossen sind.

5. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallel geschal­ tete Druckausgleichsventile (30) vorgesehen sind, die gegebenenfalls unterschiedliche Durchlaßquerschnitte aufweisen und/oder auf unterschiedliche Ansprechwerte einge­ stellt sind.