DE1604078C3 - Heizungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage zumäöo Anschluß an Fernheizsysteme, bei der mindestens ein thermostatisch gesteuertes Drosselventil den Wasserdurchfluß in Abhängigkeit von der Wasserrücklauftemperatur regelt.

Heizungsanlagen dieser Gattung sind bekannt. Die Temperaturregelung solcher Anlagen in Wohnungen ist seit jeher problematisch. Eine optimale Lösung, die gleichzeitig den Wirtschaftlichkeitserwägungen des Fernheizwerkes und dem Bequemlichkeitsbedürfnis der Abnehmer Rechnung trägt, ist bisher noch nicht gefunden worden. Es ist bei Fernheizwerken üblich, die Vorlauftemperatur vom Heizwerk aus in Abhängigkeit der Außentemperatur zu steuern, so daß beim Abnehmer Wasser mit einer von ihm nicht zu beeinflusseijden Temperatur eintrifft.

Bei der bekannten Regeleinrichtung (deutsche Patentschrift 704 654), bei der zur Regelung ein Raumtemperaturfiihler eingesetzt ist, wird wohl in gewisser Hinsicht den Bequemlächkeitsbedürfnissen der Hauseinwohner entsprochen, nicht jedoch den Wirtschaftlichkeitsinteressen des Fernheizwerkes. Der Grund hierfür liegt darin, daß beispielsweise bei: einem plötzlichen Ansteigen der Raumtemperatur oder bei' einem Abschalten von Heizkörpern in mehreren Wohnräumen das Heizwasser vom Fernheizwerk mit nach wie vor konstant gehaltener Vorlauftemperatur in einer Menge angeboten wird, die erst nach Ansprechen des Raümtemperaturfühlers gedrosselt wird. Bis zu diesem Zeitpunkt wird jedoch unter Umständen Wasser mit erheblich höheren Temperaturen als vorher in den Rücklauf gespeist und zum Fernheizwerk zurückgefördert. Dies wirkt sich besonders ungünstig bei Fernheizungsanlagen aus, bei denen die Heizenergie als Abfallenergie eines anderen wärmetechnischen Prozesses gewonnen wird, dessen Wirkungsgrad von einem bestimmten Temperaturgefälle abhängt. So soll beispielsweise bei der Elektrizitätsgewinnung mittels Dampfturbinen das Heizungsrücklaufwasser zur Dampfkondensatiön dienen. Der Wirkungsgrad der Turbine würde schlechter werden, wenn die Rücklauftemperatur über einen bestimmten Wert ansteigt.

Um diese betriebstechnischen Nachteile zu vermeiden, hat es sich deshalb eingeführt, die Rücklauftemperatur dadurch zu begrenzen, daß ein Drosselventil den Rücklauf so lange sperrt, bis das Heizwasser auf eine Mindesttemperatur abgekühlt ist. Eine derartige Regelung entspricht aber wiederum den Bedürfnissen der Hausbewohner nicht, da die Rücklauftemperatur eine Funktion der Raumtemperatur'sowie der Anzahl der eingeschalteten Heizkörper ist, so daß sie als Regelgröße für die Raumtemperatur allein nicht geeignet ist. ·

In der deutschen Patentschrift 571 578 ist bereits eine diskontinuierliche Regelung der Durchlaßmenge beschrieben, durch die schubweise immer wieder durch ein eventuell vorgesehenes Drosselventil heißes Wasser in den Rücklauf gelangt. Darüber hinaus wird mit der Raum-Solltemperatur die aus Vor- und Rücklauftemperatur gewonnene Mitteltemperatur verglichen. Diese mittlere Temperatur ist aber bei schwankender Vorlauf temperatur als Regelgröße nicht gut brauchbar, da sie im Extremfall bei Wärmeabgabe 0 in den Heizkörpern aus gleichen Temperaturen im Vor- und Rücklauf gebildet sein könnte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Heizungsanlage zu schaffen, bei der einerseits die Belange des Heizwärmelieferanten und andererseits die Belange des Heizwärmeabnehmers dadurch kombiniert und optimiert sind, daß sowohl eine Rücklauftemperaturbegrenzung als auch eine selbsttätige, individuelle Regelung der Heizleistung für jede belieferte Wohneinheit möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerung des Drosselventils kontinuier-

lieh über eine Flüssigkeitssäule erfolgt, welche so angeordnet ist, daß auf einen Teil der Flüssigkeitssäule die Raumtemperatur und/oder die Außentemperatur und/oder die Sonneneinstrahlung und/oder eine andere die Heizleistung ganz oder teilweise bestimmende Einflußgröße und auf einen anderen Teil der Flüssigkeitssäule die Wasserrücklauftemperatur einwirkt, dergestalt, daß die durch die erstgenannten Einflußgrößen bewirkte Volumenänderung der Flüs-

F i g. 2 die Anordnung des Rücklaufbegrenzungsventils in vergrößertem Maßstab.

Die Wohnungseinheit soll beispielsweise aus einem Wohnzimmer 1, einem Schlafzimmer 2, einem Kin-5 derzimmer3, einer Küche 4, einem Bad 5 und einem WC 6 bestehen, wobei jeder dieser Räume ein oder mehrere Heizkörper besitzt. Die Heizkörper sind im sogenannten »Einrohrsystem« geschaltet.

Der Heizkörper im WC 6 ist an eine Vorlaufsteig-

sigkeitssäule, die die Einstellung des Drosselventils io leitung 7 angeschlossen. Von dort führt ein Kupferdirekt steuert, durch den Einfluß der dadurch geän- rohr im Fußbodenestrich zu den Heizkörpern in den derten Wasserrücklauf temperatur zu einem bestimm- Räumen 5,4,1,2 und 3. Der Rücklauf erfolgt von ten Anteil wieder kompensiert und das Drosselventil dem in dem Raum 3 angeordneten Heizkörper über wieder rückgesteuert wird. ein Drosselventil 8 und eine Wasseruhr 9 zu der

Der Erfindung liegt demnach der Gedanke zu- 15 Rücklaufsteigleitung 10. Die Ventile an den Heizkörgrunde, als Regelgröße einerseits eine die Heizlei- pern sind vorzugsweise Vierwegeventile. In der »Ofstung bestimmende Einflußgröße (Raumtemperatur, fenstellung« fließt das gesamte Wasser durch den je-Außentemperatur, Sonneneinstrahlung usw.) und an- weiligen Heizkörper. In der »Schließstellung« sind dererseits die Wasserrücklauftemperatur vorzusehen. der Zulauf und der Ablauf unter Überbrückung des Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise den Wirt- 20 Heizkörpers kurzgeschlossen. In Zwischenstellungen schaftlichkeitsinteressen des Heizwerkes als auch den fließt ein Teil des Wassers durch den Heizkörper und Bequemlichkeitsbedürfnissen der Hausbewohner ein anderer Teil direkt von dem Zulauf in den Rechnung getragen, weil die Wasserdurchsatzmenge Ablauf.

in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur und Die Räume 6,5 und 4 sind regelungstechnisch un-

beispielsweise der Raumtemperatur kontinuierlich so 25 interessant. Der Heizkörper im Bad 5 wird zweckmägesteuert wird, daß innerhalb des vom Fernheizwerk ßigerweise so überdimensioniert, daß dort immer als zulässig erachteten Temperaturbereiches eine in- eine gewisse Übertemperatur z. B. von 25° vorliegt, dividuelle Wohnraumtemperaturregelung gewährlei- In der Küche 4 kann keine Regelung vorgenommen stet ist. Die beiden zur Regelung der Heizungsanlage werden, da ja ansonsten durch die Inbetriebnahme verwendeten Größen stehen in einem Verhältnis der 30 von Backrohren, Herdplatten u. dgl. eine Beeinflusindirekten Rückkopplung zueinander. Das bedeutet, sung der Heizung zustande käme, die nicht erwünscht ist. Die Heizkörper in den Räumen 4,5 und 6 können jedoch, wenn erwünscht, durch thermostatisch gesteuerte Mischventile geregelt werden.

In dem Hauptraum 1 wird ein Temperaturfühler 11 angeordnet, der durch ein außergewöhnlich langes Kapillarrohr 12 mit dem das Drosselventil 8 betätigenden Organ verbunden ist. Das Kapillarrohr 12 verläuft dabei durch die Räume 2 und 3 und ein über einen heizungstechnisch erwünschten, einstell- 40 Stück weit noch durch den Flur. Ein bestimmter Anbaren Höchstwert verhindert. teil der Kapillarlänge ist — wie dies aus F i g. 2 er-Zweckmäßigerweise verhält sich das Volumen des sichtlich ist ·—· bei 13 auf eine Messingmuffe 14 geunter dem Einfluß der ersten Einflußgröße stehenden wickelt, die von dem Rücklaufwasser durchflossen Teiles der Flüssigkeitssäule zu dem Volumen des un- wird, das von dem in dem Raum 3 angeordneten ter dem Einfluß der Wasserrücklauftemperatur ste- 45 Heizkörper kommt. Die Wicklung 13 des Kapillarhenden Teiles der Flüssigkeitssäule wie (4bislO):l. rohrs 12 kann durch eine nicht dargestellte Hülse Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausfüh- überdeckt sein. Diese Hülse zusammen mit dem rungsform ist die Flüssigkeitssäule in einem Kapillar- Drosselventil 8 und gegebenfalls mit einem die Rückrohr enthalten, dessen unter dem Einfluß der ersten lauftemperatur messenden Thermometer 15 kann Einflußgrößen stehender Teil in an sich bekannter 50 eine Einbaueinheit bilden.

Weise im Raum oder an der Außenwand eines Hau- Die Serienschaltung der Heizkörper im Einrohrsy-

ses verläuft, während der unter dem Einfluß der stern hat den Vorteil, daß die gesamte Wohneinheit Wassertemperatur stehende Teil wendelförmig um für Reparaturzwecke oder beispielsweise bei Rückeine Muffe oder ein Rohr gewickelt ist, die in gut stand in der Bezahlung der Heizungskosten durch wärmeleitender Verbindung mit dem Rücklaufwasser 55 Hähne 16 abgesperrt werden kann, stehen. Eine besonders gute wärmeleitende Verbin- Die Wirkungsweise der dargestellten Heizungsandung ergibt sich hierbei, wenn die Muffe oder das lage ist nun folgende:

Rohr von dem Rücklaufwasser durchflossen werden. Mittels eines Einstellknopfes 17 des Drosselven-

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist tils 8 wird eine gewünschte Mitteltemperatur z^B.

vorgesehen, daß das Kapillarrohr eine Länge von 60 von 20° eingestellt. Es sei angenommen, daß bei über 5 m besitzt und sich durch mehrere Zonen einer einer bestimmten Außentemperatur das Fernheiz-Wohnung erstreckt, aus deren Temperaturen auf werk Wasser mit einer bestimmten Vorlauftempera-

diese Weise ein Mittelwert gebildet wird. tür, z.B. von 90° liefert und sich ein Gleichgewicht

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an eingestellt hat, so daß die Rücklauftemperatur z.B.

Hand der Zeichnung nachstehend beschrieben. Es 65 40° beträgt. Wenn nun einzelne Heizkörper z.B. in

zeigt den Räumen 4 und 5 geschlossen werden, dann

F i g. 1 schaubildlich eine Wohnungseinheit mit würde infolge Erhöhung der Wassertemperatur bei

verschiedenen Heizkörpern und gleichem Wasserdurchfluß die Temperatur in den an-

daß die Wasserrücklaufmenge erst dann von der Außen- bzw. Raumtemperatur geregelt, d. h. gedrosselt oder gesteigert wird, nachdem das vom Vorlauf kommende Wasser die Wärmeabnahmestellen durch- 35 laufen hat.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Drosselventil als Begrenzungsventil dient, welches ein Ansteigen der Wasserrücklauf temperatur

deren Räumen steigen. Da mit dem Schließen der Heizkörper jedoch die Rücklauftemperatur gestiegen ist, hat sich die in der Wicklung 13 des Kapillarrohres 12 stehende Flüssigkeitssäule erwärmt. Durch die Flüssigkeitsausdehnung wird das das Drosselventil 8 betätigende Organ, z.B. eine von der Flüssigkeit beaufschlagte Membran, in der Richtung betätigt, daß der Wasserdurchlauf gedrosselt wird. Durch die Drosselung des Wasserdurchlaufs bleibt jedoch die bisherige Rücklauftemperatur im wesentlichen erhalten — die Schließung einzelner Heizkörper hat keinen Einfluß auf die Temperatur in den anderen Räumen.

Fällt aus irgendwelchen Gründen die Raumtemperatur im Raum 1 von der eingestellten Solltemperatur von 20° etwas ab, so zieht sich das Flüssigkeitsvolumen in dem Temperaturfühler 11 zusammen, das Drosselventil 8 öffnet. Durch den größeren Wasserdurchfluß steigt die Rücklauftemperatur, wobei durch Ausdehnung der in der Wicklung 13 stehenden Flüssigkeitssäule eine Gegensteuerung erreicht wird. Umgekehrt wird bei einem Ansteigen der Raumtemperatur über den Sollwert das Drosselventils den Wasserdurchfluß drosseln. Dabei kommt es zu einem Absinken der Rücklauftemperatur mit entsprechender Gegensteuerung.

Durch entsprechendes Verlegen des überlangen Kapillarrohres 12 durch die Räume 2 und 3 hat die Raumtemperatur in diesen Räumen noch einen gewissen Einfluß auf die Temperaturregelung, der zwar nicht so groß ist wie der Einfluß der Raumtemperatur in dem Wohnraum 1, der jedoch noch ins Gewicht fällt. Die Stärke des Einflusses ist dabei proportional zu den verlegten Längen. Der Temperaturfühler 11 kann auch entfallen, d. h., das KapUlarrohr kann an seinem einen Stirnende geschlossen sein. Der Einfluß der Raumtemperatur der einzelnen Räume ist dann genau proportional den verlegten Meterlänge, d. h., es kann beispielsweise die Anordnung so getroffen werden, daß 1° Temperaturänderung im Wohnraum 1 denselben Einfluß hat wie 2° Temperaturänderung in den Zimmern 2 und 3.

Man kann auch, wenn erwünscht, Sinen Teil des Kapillarrohres außerhalb der Wohnung verlaufen lassen, um die Außentemperatur zu berücksichtigen. Es können auch Glieder mit dem Kapillarrohr 12 gut wärmeleitend verbunden sein, welche auf die Sonneneinstrahlung reagieren. Weiterhin kann eine gewisse Länge des Kapillarrohres 12 im Gebrauchswarmwasser liegen, beispielsweise, wenn ein vom Heizungswasser durchflossener Durchlauferhitzer für

ίο dasselbe vorgesehen ist, so daß bei Abfall der Gebrauchswassertemperatur durch Öffnung des Rücklaufdrosselventils 8 für eine stärkere Aufheizung gesorgt wird (Vorrangschaltung).

Wesentlich ist gemäß der Erfindung, daß auf diese Art und Weise mit einem geringstmöglichen Aufwand sämtliche Einflüsse, die zur Regelung der Heizung herangezogen werden sollen, in einer bestimmten Proportionalität erfaßt werden können, wobei sich dann sämtliche Einflüsse addieren und einen bestimmten regelungstechnischen Mittelwert bilden.

Die Praxis zeigte, daß so viel Kapillarrohr 12 auf die Muffe 14 aufgewickelt werden muß, daß das in der Wicklung 13 befindliche Flüssigkeitsvolumen etwa ein Sechstel des Gesamtvolumens der in dem Temperaturfühler 11 und dem Kapillarrohr 12 stehenden Flüssigkeit beträgt. Durch die große Oberfläche ergibt sich ein äußerst rasches Ansprechen auf Änderungen in der Rücklauftemperatur, wie es bisher noch mit keinem Mittel erzielt werden konnte.

Bei dem angegebenen Verhältnis ergibt sich — grob gerechnet — ein Verhältnis von 5° Änderung der Rücklauftemperatur bei 1° Änderung der Raumtemperatur.

Die Heizungsanlage gemäß der Erfindung gewährleistet also ein genaues Einhalten der Solltemperatur und dadurch Einsparung von Brennstoffkosten. Bei Fernheizungen ergeben sich keine plötzlichen Veränderungen in der Wassermenge, da das Regelverhalten stetig ist. Die Anlage ist unabhängig von Druckverhältnissen. Ein Abschalten oder Zuschalten der Heizkörper in anderen Räumen hat keinen Einfluß auf die Raumtemperatur.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Heizungsanlage zum Anschluß an Fernheizsysteme, bei der mindestens ein thermostatisch gesteuertes Drosselventil den Wasserdurchfluß in Abhängigkeit von der Wasseriüeklauftemperatur regelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Drosselventils (8) kontinuierlich über eine Flüssigkeitssäule erfolgt, welche so angeordnet ist, daß auf einen Teil der Flüssigkeitssäule die Raumtemperatur und oder die Außentemperatur'und/oder die Sonneneinstrah- . ■ lung und/oder eine andere die Heizleistung ganz oder teilweise bestimmende Einflußgröße und auf einen anderen Teil der Flüssigkeitssäule die Wasserrücklauftemperatur einwirkt, dergestalt, daß die durch die erstgenannten Einflußgrößen bewirkte Volumenänderung der Flüssigkeitssäule, die die Einstellung des Drosselventils direkt ao steuert, durch den Einfluß der dadurch geänderten Wassernieklauftemperatur zu-einem bestimmten Anteil wieder kompensiert und das Drosselventil wieder rückgesteuert wird.

' 2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (8) als Begrenzungsventil dient, welches ein Ansteigen der Wasserrücklauftemperatur über einen heizungstechnisch erwünschten, einstellbaren Höchstwert verhindert.

3. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des unter dem Einfluß 'der ersten Einflußgröße stehenden Teiles der Flüssigkeitssäule sich zu dem Volumen des unter dem Einfluß der Wasserrücklauftemperatur stehenden Teiles der Flüssigkeitssäule verhält (4 bis 10) : 1. ,

4. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitssäule in einem Kapillarrohr (12) enthalten ist, dessen unter dem Einfluß der ersten Einflußgrößen stehender Teil in an sich bekannter Weise im Raum oder an der Außenwand eines Hauses verläuft, während der unter dem Einfluß der Wassertemperatur stehende Teil wendelförmig um eine Muffe (14) oder ein Rohr gewickelt ist, die in gut wärmeleitender Verbindung mit dem Rücklaufwasser stehen.

5. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarrohr (12) eine Länge von über 5 m besitzt und sich durch mehrere Zonen einer Wohnung erstreckt, aus deren Temperaturen auf diese Weise ein Mittelwert gebildet wird.

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