DE2358754A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer heizungsanlage - Google Patents

Description

23. Foν. 1973
L./II.

Josef Schumacher,
Köln-Kalk

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung
einer Heizungsanlage

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Steuerung einer mit einem Wärmeträger arbeitenden Wärmeübertragung sanlage, insbesondere einer Heizungsanlage, in der der
Wärmeträger mit Hilfe einer in die Vorlaufleitung geschalteten Umwälzpumpe durch die Anlage gefördert wird.

Heizungsanlagen sind in der Regel auf die tiefste Außentemperatur, d.h. auf höchste Leistung, ausgelegt. Da aber die bei der

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Dimensionierung zugrundegelegte tiefste Außentemperatur nur an wenigen Tagen der Heizperiode auftritt, arbeitet die Heizanlage in der übrigen Zeit nioht optimal.

Bekannte Heizungsanlagen, die mit Wasser als Wärmeträger arbeiten, sind mit einer in die Vorlaufleitung geschalteten Umwälzpumpe ausgestattet, die unabhängig von der Außentemperatur eine konstante Wassermenge fördert. Wenn bei steigender Außen-

temperatur die Wärmeabgabe der Heizkörper infolge des kleiner werdenden Temperaturgefälles geringer wird, steigt zwangsläufig die Temperatur d.es Rücklaufs. Infolge der erhöhten Rücklauf temperatur steigt die Mitteltemperatur der Raumheizkörper, so daß die Wärmeabgabe an den Raum dadurch wieder erhöht wird.

Wenn die Heizungsanlage Einzelheizkörper umfaßt, können zur Reduzierung der Gresamtwärmeabgabe einige Heizkörper abgeschaltet werden. Dadurch wird jedoch die Umlaufgeschwindigkeit der durch die noch geöffneten Raumheizkörper strömenden Wassermenge gegebenenfalls "bis zur Hörbarkeit erhöht.

Bei räumlich regulierbaren Fußbodenheizungsanlagen ist die Temperatursteuerung infolge der Trägheit der Temperaturanpassung besonders schwierig. Bei einem Anstieg der Außentemperatur, die eine Erhöhung der Rücklauftemperatür nach sich zieht, verringert

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sich die durch Konvektion übertrageneWärmeabgabe, jedoch wird die durch Strahlung abgegebene Wärmemenge erhöht. Dadurch können leicht ungesunde Temperaturverhältnisse entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen räumlich regulierbare Wärmeübertragungsanlagen, insbesondere Heizungsanlagen, in Abhängigkeit von der Außentemperatur zuverlässig und automatisch ge- steuert werden können. ;

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe .dadurch gelöst, daß die Leistung der Umwälzpumpe in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf gesteuert wird, wobei die Pumpenleistung mit'kleiner werdender Teraperaturdifferenz reduziert wird. ;

Wenn also bei steigender Außentemperatur die Rücklauftemperatur infolge geringerer Wärmeabgabe an den Heizkörpern ansteigt,, wird automatisch die Förderleistung der Pumpe und damit die Strömungsgeschwindigkeit der Wassermenge durch die Heizkörper verringert. Infolge der Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit kann das Heizwasser trotz geringerer zeitlicher Wärmeabgabe· ausreichend abkühlen, so daß die Mitteltemperatur der Heizkörper mit steigenden Außentemperaturen nicht höher wird.

Da in Heizungsanlagen gern Pumpen mit konstanter Förderleistung verwendet werden, kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzielung des angestrebten Effektes auch derart ausgestaltet sein, daß hinter der Pumpe ein Teilstrom des Wärmeträgers entnommen und vor der Pumpe wieder eingespeist wird und daß die Menge dieses Teilstroms in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf gesteuert rärd. Zweckmäßig wird dabei die Vorlauftemperatür unmittelbar hinter der Entnahmestelle des Teilstroms gemessen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorzugsweise derart ausgestaltet, daß die Umwälzpumpe mit Hilfe einer Febenschlußleitung kurzgeschlossen ist und daß in der ETebenschlußleitung ein stufenlos einstellbares Absperrventil vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf steuerbar ist. Geht man davon aus, daß die Vorlauftemperatür im wesentlichen konstant bleibt, so wird bei steigender Rücklauftemperatur, d.h. kleiner werdender Temperaturdifferenz, das Absperrventil weiter geöffnet, so daß der durch die Nebenschlußleitung laufende Teilstrom vergrößert und somit die durch die Heizkörper laufende Wassermenge verringert wird.

Zur Bestimmung der Temperaturdifferenz können zwei mit dem jeweiligen Medium in Verbindung stehende Temperaturfühler vorge-

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sehen sein, die aus je einer mit leicht verdampfender Flüssigkeit gefüllten, über ein Kapillarrohr mit einem, an sich bekannten Ausdehnungswellkörper verbundenen Patrone besteht, wobei die verschiebbaren Böden der Ausdehnungswellkörper über ein" Hebel— system, mit dem Stößel des Absperrventils verbunden sind« Die Böden der Ausdehnungswellköfρer können dabei mit mittig angeordneten Auflagedornen versehen sein, deren Spitzen an den Enden eines zweiarmigen Kipphebels anliegen, wobei das Kipplager des Hebels in axialer Richtung zu den Dornachsen versohieblich geführt ist. Gleichzeitig kann an dem Hebel im Bereich des Kipplagers ein in einer senkrecht zu den Dornachsen liegenden Ebene angeordneter T-förmiger Übertragungsarm- befestigt sein, wobei das Fußende des I-förmigen Übertragungsarmes mit dem Hebel in Verbindung steht, während der Querbalken mit einem Ende auf den Ventilstößel und mit dem anderen Ende auf eine Entlastungsfeder drückt.

Der Kipphebel ist vorzugsweise in der Mitte durch eine den Auflagedornen entgegenwirkende Druckfeder belastet, so daß der Kipphebel ständig in festem und zuverlässigem Kontakt mit den Auflagedornen steht und auf deren Verschiebung spontan reagiert.

Die höchste Stellung des zu dem T-fÖrmigen Übertragungsarms gehörenden Querbalkens ist vorzugsweise eins teilbar,, so daß die

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Vorrichtung justiert und einer "bestimmten Stellung der Dorne eine bestimmte Stellung des Yentilstößels zugeordnet werden kann. Zur Einstellung kann eine Schraube vorgesehen sein, die mit Spiel durch eine Bohrung in der Mitte des Querbalkens hindurchgreift und in eine relativ zu dem Ventilgehäuse feststehende G-ewindebohrung eingeschraubt ist.

Um zu vermeiden, daß Fehlanzeigen infolge einer Wärmeübertragung von dem von der warmen Vorlauffliissigkeit durchströmenden Ventilgehäuse auf die Ausdehnungswellkörper auftreten, sind diese gegenüber dem Ventilgehäuse vorzugsweise wärmeisoliert.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaubild einer Heizungsanlage mit eingebauter Steuervorrichtung;

Pig. 2 eine Draufsicht auf die Steuervorrichtung;

Fig. 3 einen Schnitt 'entlang der Linie III-III aus Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 2 und

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Pig, 5 einen Schnitt entlang der Linie V-Vaus Pig» 2.

Wach der Zeichnung wird das in einem. Heizkessel 2 erwärmte Heizwasser Über eine Vorlaüfleltung 4 zu in der Zeichnung nicht dargestellten Heizkörpern gi.eitet. Über eine Rücklaufleitung 6, die in der Zeichnung mit sohwächeren Linien dargestellt ist als die Vorlaufleitung 4» wird das abgekühlte Rücklaufwasser einem Mischventil 8 zugeführt, aus welchem ein Teilstrom dem aus dem Heizkessel 2 kommenden YorlaufWasser zugemischt und ein anderer Teilstrom dem Heizkessel 2 zugeführt wird. .:-.

In Strömungsrichtung'hinter dem Mischventil 8 ist .eine Umwälz-, pumpe 10 mit konstanter Fördermenge in die Vorlaufleitung 4 geschaltet. Unmittelbar hinter der Umwälzpumpe ist aus Sicherheitsgründen noch eine Rückschlagklappe 12 vorgesehen.

Die Umwälzpumpe 10 ist über eine Nebenschlußleitung 14 kurzgerschlossen, so daß ein [Deilstrom des Vorlaufs hinter der Umwälzpumpe entnommen und an einer Stelle vor der Umwälzpumpe wieder in die Vorlaufleitung eingeführt werden kann. In der Nebenschlußleitung 14 ist eine Steuervorrichtung in Form eines stufenlos einstellbaren Absperrventils 16 vorgesehen, welches in Abhängigkeit' von der lemperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf steuerbar ist.

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Die Steuerung des Absperrventils 16 erfolgt über zwei Temperaturfühler 18 und 20, die auf Tempera tür änderung en des "Vorlauf— bzw. Rücklaufwassers ansprechen. Während die Temperatur des Torlaufwassers im wesentlichen konstant ist, steigt die Temperatur des Rücklaufwassers mit wachsender Außentemperatur an. Bei kleiner werdender Temperaturdifferenz wird das Absperrventil weiter geöffnet, so daß der durch die Nebenschlußleitung laufende Teilstrom vergrößert und somit die durch den Heizungskreislauf strömende Menge bzw. die Strömungsgeschwindigkeit verringert wird.

Die Temperaturfühler 18 und 20 bestehen aus hohlen Patronen, von denen eine in die Vorlaufleitung 4 unmittelbar hinter der Abzweigstelle der Febensohlußleitung 14 und die andere in die Rücklaufleitung 6 hineinragt. Die Patronen 18 und 20 sind mit einer leicht verdampfenden Flüssigkeit gefüllt und sind je über ein ■Kapillarrohr 22 bzw. 24 mit einem Ausdehnungswellkörper 26 bzw. 28 verbunden. Die Wellkörper 26 und 28 bestehen aus einer einseitig verschlossenen Büchse 30, in deren verschlossene Seite das Kapillarrohr mündet. Im Inneren der Büchse ist ein axial verschieblicher Boden 32 angeordnet, der über einen Faltenbalg 34 gasdicht mit dem Rand des offenen Endes der Büchse 30 verbunden ist.

Die Ausdehnungswellkörper sind an einer Montageplatte 36 be-

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festigt, an der die offenen Enden der Büchsen 30 anliegen. Die Montageplatte 36 weist relativ zu den Büchsen 30 konzentrische Bohrungen 38 auf, durch welche je ein mittig an den Böden 32 angeordneter Auflagedorn 40 "bzw. 42 hindurchragt.

Die Auflagedorne 40 und 42, die sich bei Änderung der Temperatürdifferent und den dadurch verursachten YerSchiebung en der Böden 32 relativ zueinander bewegen, sind über ein Hebelsystem 44 mit dem. Absperrventil 16 verbunden, welches ebenso -.wife die Ausdehnung swellkörp er 26 und 28 an der Montageplatte 36 befestigt sind. . _ ■■ "

Das Hebelsystem besteht aus einem zweiarmigen Kipphebel 46, der in einer senkrecht zu den Achsen der Auflagedorne 40 und 42 liegenden Ebene angeordnet ist, und einem in derselben Ebene liegenden T-förmigen Übertragung sarm. 48, dessen Fußende 50 mit der Mitte des Kipphebels 46 fest verbunden ist und dessen Querbalken 52 parallel zu dem Kipphebel 46 liegt.

Der Kipphebel 46 ist auf einer Haltestange 54 in axialer Richtung zu den Achsen der Auflagedorne 40 und 42 verschieblich und seitlich kippbar geführt und wird mit Hilfe einer sich am oberen Ende der Haltestange 44 abstützenden Druckfeder 56 gegen die Auflagedorne 40 und 42 gedrückt,, die mit ihren Spitzen an

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den beiden Enden des Kipphebels 46 angreift.

Der Querbalken 52 des I-förmigen Übertragungsarms 48 liegt mit einem Ende auf dem. Stößel 58 des Ventils auf und drückt mit dem anderen Ende auf eine Entlastungsfeder 60, die an der Oberfläche der Montageplatte 36 befestigt ist. Da der Querbalken 52 etwas breiter ausgebildet ist als der Kipphebel 46, wird das Übersetzungsverhältnis zwischen der Verschiebung der Auflagedorne und der dadurch erzielten Verschiebung des Ventilstößels vergrößert. Der Ventilstößel wird mit Hilfe einer Druckfeder in die obere Stellung gedruckt, in der der Ventilteller 64 vom Ventilsitz 66 abgehoben ist. Durch einen entsprechenden Druck des Endes des Querbalkens 52 auf den Ventilstößel 58 wird der Ventilteller in Richtung auf die Schließstellung des Ventils verschoben.

Die höchste Stellung des zu dem I-förmigen Übertragungsarm 48 gehörenden Querbalkens 52 ist mit Hilfe einer Schraube 68 einstellbar. Die Schraube 68 greift dabei mit Spiel durch eine in dem Querbalken 52 vorgesehene Bohrung und ist in eine Gewindebohrung einer Konsole 70, die mit Hilfe einer Schraube 72 an der Montageplatte 36 befestigt ist, eingeschraubt. Durch Eindrehen der Schraube 68 wird die höchste Position des Querbalkens herabgesetzt.

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Zur Vermddung eines Wärnieübergangs von dem Ventil 16 auf die Ausdehnungswellkörper 26 Tdzw. 28 ist ein^ Abschirmung 74 vorgesehen, so daß eine Verfälschungder Einstellungswerte verhindert wird.

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Claims (10)

1. Patentansprüche

   ι 1. !Verfahren zur Steuerung einer mit einem Wärmeträger arbeitenden Wärmeübertragungsanlage, insbesondere einer Heizungsanlage, in der der Wärmeträger mit Hilfe einer in die Vorlaufleitung geschalteten Umwälzpumpe durch die Anlage gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Umwälzpumpe in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf gesteuert wird, wobei die Pumpenleistung mit kleiner werdender Temperatürdiffer enz reduziert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in der Anlage eine Pumpe mit konstanter Förderleistung verwendeb wird, da durch

   • gekennzeichnet, daß hinter der Pumpe ein Teilstrom des Wärmeträgers entnommen und vor der Pumpe wieder eingespeist wird und daß die Menge dieses Teilstroms in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf gesteuert wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn-

   z e i c h ne t , daß die Vorlauftemperatür unmittelbar hinter der EntnahmestelIe des Teilstroms gemessen wird.

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4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e η η ζ e ich net, daß die Umwälzpumpe (10) mit Hilfe einer Nebenschlußleitung (14) kurzgeschlossen ist und daß in der Febenschlußleltung (14) ein stufenlos einstellbares Absperrventil (16) vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf steuerbar ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4> da d u r c h g e k e η η ζ ei C-.-ti η e t, daß zur Bestimmung der Temperaturdifferenz zwei mit dem jeweiligen Medium in Verbindung stehende Temperaturfühler (18, 20) vorgesehen sind, die aus je einer mit leicht verdampfender Flüssigkeit gefüllten, über ein Kapillarrohr (22 bzw. 24) mit einem an sich bekannten Ausdehnungswellkörper (26 bzw. 28) verbundenen Patrone bestehen, und daß die verschiebbaren Böden (32) der Ausdehnungswellkörper (26, 28) über ein Hebelsystem (44) mit dem Stößel (58) des Absperrventils (16) verbunden sind.- ::
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden (32) der Ausdehnungswellkörper _(26, 28) mit mittig angeordneten Auflagedornen (40, 42) versehen sind, deren Spitzen an den Enden eines zweiarmigen Hebels (46) anliegen, wobei das Kipplager des Hebels (4-6) in ₍

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   axialer Richtung zu den Dornachsen verschieblich geführt ist, und daß an dem Hebel (46) im Bereich des Kipplagers ein in einer senkrecht zu den Dornachsen liegenden Ebene angeordneter T-förmiger Übertragungsarm. (48) befestigt ist, wobei das Fußende (50) des T-förmigen Übertragungsarms mit dem Kipphebel (46) in Verbindung steht, während der Querbalken (52) mit einem Ende auf den Ventilstößel (58) und mit dem anderen Ende auf eine Entlastungsfeder (60) drückt.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennz e i c h ne t , daß der Kipphebel (46) in der Mitte duirch eine den Auflagedornen (40, 42) entgegenwirkende Druckfeder

   (56) belastet ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichn et, daß die höchste Stellung des zu dem T-förralgen Übertragungsarm (48) gehörenden Querbalkens (52) einstellbar ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß zur Höheneinstellung eine Schraube (68) vorgesehen ist, die mit Spiel durch eine Bohrung in der Mitte des Querbalkens (52) hindurchgreift und in eine relativ zu dem Ventilgehäuse feststehende Gewindebohrung eingeschraubt ist.

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10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η-z e i c hn e t , daß die Ausdehnungswellkörper (26, 28) gegenüber dem Ventilgehäuse wärmeisoliert sind.

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