CH692796A5 - Heiz- oder Kühlanlage mit mindestens einer Wärme- bzw. Kältequelle. - Google Patents

Description

  



  Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizanlage oder Kühlanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 bzw. 2. 



  Heizanlagen dieser Art sind bekannt. Bei den hier eingesetzten Wärmequellen handelt es sich um Brennwertkessel oder Kondensatkessel bzw. um Wärmetauscher einer Fernheizanlage. Diese Wärmequellen arbeiten dann optimal mit hohem Wirkungsgrad, wenn das Wärmeträgermedium 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 DEG  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 DEG  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 Rücklaufleitung ein möglichst stark abgekühltes Wärmeträgermedium zurückströmt, damit im Kessel die erwünschte, Wirkungsgrad steigernde Kondensatbildung aufrechterhalten 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 Wärmebedarf verstellt wird.

   Die von der Umlaufpumpe geförderte Menge wird durch die Verstellung des Mischventils jedoch nicht beeinflusst, sofern die Umlaufpumpe eine vorgegebene, konstruktionsbedingte Drehzahl aufweist. Häufig sind jedoch bei modernen Anlagen auch Umlaufpumpen 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 einstellbar, 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 eingestellt, 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 neuesten Stand der Technik anzupassen. Um diesen Mangel zu korrigieren, wird in der Regel die Drehzahl einer oder mehrerer Umlaufpumpen erhöht, wodurch die Umlaufpumpe eine grössere Menge des Wärmeträgermediums fördert.

   Das dem Wärmetauscher vorgeschaltete Strangregulierventil lässt jedoch nur eine vorbestimmte Menge desselben durch, sodass infolge der Parallelschaltung der einzelnen Heizkreise über den Verteiler aus anderen Heizkreisen 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 Umlaufpumpen mit konstanter Drehzahl aufweisen, wobei dann für Regelzwecke die Mischventile betätigt werden. Darüber hinaus können in einer Anlage Heizkreise mit Umlaufpumpen regelbarer Drehzahl und solche mit konstanter Drehzahl vorhanden sein. Auch in solchen Fällen kann der Durchsatz des Wärmeträgermediums in den parallel geschalteten Kreisen beeinträchtigt werden. 



  Aus der DE-OS 2 713 387 ist eine Heizungsanlage bekannt mit einer Wärmequelle, einem eine Umwälzpumpe aufweisenden Verbraucherzweig, einem in der Vorlaufleitung der Wärmequelle 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 Wärmequelle ein temperaturgesteuertes Ventil (Drosselthermostat) vorgesehen. Dieses temperaturgesteuerte 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 bzw. Kühlanlagen der eingangs genannten Art auftretenden Nachteilen zu begegnen. Dies gelingt durch jene Massnahmen, die Inhalt und Gegenstand des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 bzw. 2 sind. 



  Die Wirkung des Druckausgleichsventils in der erwähnten Anordnung besteht nun darin, dass infolge der grösseren umgesetzten Fördermenge der Umlaufpumpe mit der erhöhten Drehzahl - Strömungsrichtung des Mediums gesehen - vor dem Strangregulierventil der im Rohrsystem herrschende Druck sich erhöht. Das auf eine vorgegebene Druckerhöhung eingestellte Druckausgleichsventil öffnet sich nun und gibt dem umströmenden Medium über eine Nebenschlussleitung zum fest eingestellten Strangregulierventil den Weg frei, sodass unabhängig von der durch die Fixeinstellung des Strangregulierventils begrenzten Durchsatzmenge 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 angeschlossen sind, die Vorlauf- und die Rücklaufleitung einer zusätzlichen Wärmequelle angeschlossen. Falls die von der primären Wärmequelle gelieferte Wärmemenge den Wärmebedarf nicht zu decken vermag, kann dadurch die die erwähnte Kammer des Verteilers durchfliessende Wärmeträgermenge zusätzlich aufgeheizt werden.

   An Stelle eines von einem Fernheizwerk gespeisten Wärmetauschers kann auch als primäre Wärmequelle ein Brennwertkessel 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. An Stelle eines einzigen Druckausgleichsventils können auch mehrere solcher Ventile parallel geschaltet werden, wobei diese evtl. verschiedene Durchsatzquerschnitte aufweisen und/oder auf unterschiedliche Ansprechwerte eingestellt sind. Als Druckausgleichsventile können herkömmliche federbelastete Druckausgleichsventile verwendet werden. Es ist aber auch möglich, Druckausgleichsventile einzusetzen, die über Druckfühler elektronisch gesteuert sind.

   Was vorstehend im Zusammenhang mit einer Heizanlage ausgesagt worden ist, gilt analog für eine zentral betriebene Kühlanlage. 



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



  Die von einem nicht dargestellten Fernheizwerk kommende Vorlaufleitung 1 und Rücklaufleitung 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 Rücklauftemperatur und der von einem weiteren Temperaturfühler 7 erfassten Aussentemperatur gesteuert ist. Sekundärseitig ist der Wärmetauscher 3 über eine Vorlaufleitung 8 und über eine Rücklaufleitung 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 Querschnitt. 



  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 Betriebsgrössen geregelt und gesteuert. In den beiden Heizkreisen 17 und 18 sind zusätzlich Mischventile 23, 24 angeordnet, ferner sind in allen Heizkreisen Rückschlagventile 25 eingeschaltet. Die jeweiligen Rücklaufleitungen 26, 27, 28 der einzelnen Heizkreise sind an der Kammer 12 des Verteilers 10 angeschlossen. Der Übersichtlichkeit wegen wurden die Anschlüsse 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 Rücklaufleitung einer zusätzlichen Wärmequelle, beispielsweise hier eines \lheizkessels 29 als Zusatz- oder Notkessel angeschlossen. 



  Die beiden Kammern 11, 12 des Verteilers 10 sind über ein Druckausgleichsventil (30) miteinander verbunden. Dieses Druckausgleichsventil 30 ist zweckmässigerweise federbelastet, wobei die Kraft der das Druckausgleichsventil 30 schliessenden bzw. geschlossen haltenden 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 schematisch 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 Wärmequelle 3. Grundsätzlich ist es auch möglich, mehrere parallel geschaltete Druckausgleichsventile 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 Abhängigkeit von deren Strömungswiderständen Heizmedium abziehen, wodurch in der Kammer 12 des Verteilers 10 der Druck ansteigt. Übersteigt nun dieser Druck ein am Druckausgleichsventil 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 parallel 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 hochgefahren 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 Nullpotenzial der hydraulischen Anlage anzusehen. Durch die erfindungsgemässe Massnahme kann auch Antriebsenergie eingespart werden, denn in der Vorlauf- bzw. Rücklaufleitung zwischen Wärmetauscher 3 und Verteiler 10 kann eine Umlaufpumpe eingespart werden.

   Die von einem Fernheizwerk angebotene Wärmemenge wird dabei bestmöglich genutzt, sodass auf der Eingangs- oder Primärseite 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 betriebene 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 angestrebte hohe Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf erzielt. Eine solche relativ hohe Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf wird vom Betreiber des Fernheizwerkes angestrebt, um die Anlage effektiv zu nutzen, dasselbe gilt, wenn als zentrale Wärmequelle hier ein Brennwertkessel (Kondensatkessel) installiert ist.

Claims (7)

1. Heizanlage oder Kühlanlage, wobei die Heizanlage mit mindestens einer als Brennwertkessel oder Kondensatkessel oder als Wärmetauscher einer Fernheizanlage ausgebildeten Wärmequelle (3) zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums, insbesondere 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) angeordnet ist, und an den Kammern (11, 12) des Verteilers (10) jeweils die Vorlauf- und die Rücklaufleitungen verschiedener, jeweils eine Umlaufpumpe (20, 21, 22) aufweisender Heizkreise (17, 18, 19) insbesondere Radiatoren,

Fussbodenheizung und Warmwasserbereiter angeschlossen sind und diese Kreise mit oder ohne einer Nebenschlussleitung und einem Mischventil (23, 24) versehen sind 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 Druckausgleichsventils (30) von der Rücklaufleitung (9) zur Vorlaufleitung (8) bzw. von der Kammer (12) des Rücklaufs zur Kammer (11) des Vorlaufs des Verteilers (10) gerichtet ist.

2.

Heizanlage oder Kühlanlage, wobei die Kühlanlage mit mindestens einer Kältequelle (3) zur Abkühlung eines Wärmeträgermediums, insbesondere von Wasser und einem zwei Kammern (11, 12) aufweisenden Verteiler (10), wobei die Kältequelle (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) angeordnet ist, und an den Kammern (11, 12) des Verteilers (10) jeweils die Vorlauf- und die Rücklaufleitungen verschiedener, jeweils eine Umlaufpumpe (20, 21, 22) aufweisender Kühlkreise (17, 18, 19) angeschlossen sind und diese Kreise mit oder ohne einer Nebenschlussleitung und einem Mischventil (23, 24) versehen sind 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 Druckausgleichsventils (30) von der Rücklaufleitung (9) zur Vorlaufleitung (8) bzw. von der Kammer (12) des Rücklaufs zur Kammer (11) des Vorlaufs des Verteilers (10) gerichtet ist.

3. Heizanlage oder Kühlanlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichsventil (30) zwischen den Kammern (11, 12) des Verteilers (10) integriert ist.

4.

Heizanlage oder Kühlanlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichsventil (30) zwischen der die Wärmequelle (3) bzw. die Kältequelle (3) und den Verteiler (10) verbindenden Vorlaufleitung (8) und der die Wärmequelle (3) bzw. die Kältequelle (3) und den Verteiler (10) verbindenden Rücklaufleitung (9) angeschlossen ist.

5. Heizanlage oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kammer (11) des Verteilers (10), an der die Vorlaufleitungen (14, 15, 16) der einzelnen Heizkreise (17, 18, 19) bzw. Kühlkreise (17, 18, 19) angeschlossen sind, die Vor- und Rücklaufleitungen einer zusätzlichen Wärmequelle (29) bzw. Kältequelle (29) angeschlossen sind.

6.

Heizanlage oder Kühlanlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere parallel geschaltete Druckausgleichsventile (30) vorgesehen sind, die gegebenenfalls unterschiedliche Durchlassquerschnitte aufweisen und/oder auf unterschiedliche Druckansprechwerte eingestellt sind.

7. Heizanlage oder Kühlanlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufpumpe (20, 21, 22) bezüglich ihrer Drehzahl regelbar ist.