DE29602171U1

DE29602171U1 - Ventilvorrichtung

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Publication number: DE29602171U1
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Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1996-03-28
Anticipated expiration: 2006-02-09

Description

Ventilvorrichtunq·

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung zur Regulierung der Heizleistung eines Heizkörpers mit einer dem zu beheizenden Raum abgewandten hinteren und mindestens einer vorderen Heizkörperplatte, die durch Anschlußleitungen miteinander verbunden sind, welche ein axial verstellbares Ventilglied eines Ventileinsatzes aufweisen, das thermostatgesteuert eine Durchlaßeinrichtung für einen Heizmittelstrom von einer Vorlaufleitung mehr oder weniger absperrt.

Die in der Wärmeschutzverordnung definierten Vorgaben des Gesetzgebers zur Energieeinsparung bei Verminderung der CO₂-Belastung sehen vor, daß der maximale Energieverbrauch bei etwa 50 W/m² beheizter Wohnfläche liegt, was bei einer Raumtemperatur von etwa 20 ⁰C eine Wärmereduzierung um 30 % bis 40 % gegenüber den bisherigen Verhältnissen ergibt. Für das gesteckte Ziel sind z. B. Niedertemperatur- und Brennwertkessel gut geeignet. Dabei ist die Brennwerttechnik durch zusätzliche Nut-

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zung der Kondensationswärme im Abgas besonders günstig. Problematisch wird die verordnete Wärmeeinsparung von etwa 30 % bis 40 % allerdings dann, wenn z. B. zum Lüften eines Raumes Fenster geöffnet werden. Bei einem einfachen Luftwechsel gehen nämlich ca. 3 5 W/m² zum Fenster hinaus. Das sind ca. 70 % der erwähnten 50 W/m² und der Raum kühlt ab. Es entstehen Temperaturschwankungen innerhalb des Raumes oder der Wohnung, die insbesondere in Fußbodennähe zu hohem Temperaturgefälle führen können, das das Wohlbehagen verringert. Aber auch die in Haushalten häufig geübte Praxis, beim morgendlichen Verlassen der Wohnung durch Betätigung der Thermostatköpfe die Heizkörper herunterzuschalten und erst beim Nachhausekommen wieder hochzuschalten, ist problematisch, weil es mit den mit bekannten Ventilvorrichtungen ausgerüsteten Heizkörpern schwierig ist, Mindertemperaturen von ca. 3 bis 5 ⁰C verhältnismäßig schnell auszugleichen. Dieser Nachteil wird dadurch verstärkt, daß die Reaktionszeit der Thermostatköpfe, die die Heizkörperventile steuern, bis zu 3 0 Minuten betragen kann. Es ergibt sich, daß die als behaglich empfundene 20 ⁰C-Raumtemperatur erst nach längerer Wartezeit erreicht wird, was in den beiden geschilderten Fällen äußerst unbefriedigend ist.

Die bekannten Ventilvorrichtungen sind so ausgebildet, daß die Verstellung des Ventilgliedes durch den Thermostatkopf den Heizmittelstrom von der Vorlaufleitung zur hinteren und der mindestens einen vorderen Heizkörperplatte undifferenziert steuert. In Öffnungsstellung des Ventilgliedes erhalten die hintere und die vorderen Heizkörperplatten identische Heizmittelstrommengen und in Absperrsteilung des Ventilgliedes ist für die hintere und die vorderen Heizkörperplatten die Heizmittelzufuhr gleichermaßen unterbrochen. Entsprechend sind

auch in Zwischenstellungen des Ventilgliedes die hintere und die vorderen Heizkörperplatten immer gleichmäßig mit Heizmittel versorgt. Bei derartigen Ventilvorrichtungen ist das Ventilglied als symmetrische Elastomerscheibe ausgebildet, die mit einem ringförmigen Ventilsitz zusammenwirkt, der sich in den Änschlußleitungen zwischen hinterer und vorderer Heizkörperplatte befindet, wobei in den Ventilsitz die Vorlaufleitung koaxial mündet. Der Thermostat eines Thermostatkopfes wirkt auf das äußere Ende einer Stange, deren inneres Ende mit der Elastomerscheibe verbunden ist. Thermostate bekannter Art arbeiten präzise und schließen bei Erreichen der gewünschten Raumtemperatur die Wärmezufuhr, d. h. den Heizmittelstrom zu allen Heizkörperplatten, ab, indem sie veranlassen, daß die Elastomerscheibe gegen den Ventilsitz gedrückt wird. Der Heizkörper wird durch Unterbrechung der Heizmittelzufuhr insgesamt rasch kalt und der Raum kühlt aus. Da der Thermostat nach Heraufschalten im allgemeinen erst nach etwa 25 Minuten den vollständigen Öffnungszustand des Ventils hergestellt hat, wird der Durchlaß von erwärmtem Heizmittel zu den vorderen und hinteren Heizkörperplatten nur langsam freigegeben. Bis der kalte Heizkörper sein größtes Wärmevolumen erreicht hat, kann mindestens eine halbe Stunde vergehen und es kann lange dauern, bis ein durch Lüftungsverluste und Falluftströme ausgekühlter Raum sich bis zur Behaglichkeitstemperatur von 20 ⁰C aufgewärmt hat.

Die durch die Anschlußleitungen zu der hinteren und den vorderen Heizkörperplatten gelangende Heizmittelstrommenge läßt sich bei einem bekannten Ventil durch Voreinstellung unterschiedlich großer Bohrungen in einer Führungshülse des Ventilgliedes in Bezug auf einen Zugang zu den Anschlußleitungen regulieren, so daß ein

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dem Bedarf angepaßter 1^-Wert erreicht wird. Auch dabei werden jedoch vordere und hintere Heizkörperplatten unterschiedslos gespeist oder abgesperrt und die erwähnten Nachteile werden nicht behoben.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Venti!vorrichtung mit Elastomerscheibe besteht darin, daß die Elastomerscheibe mit der Zeit spröde wird und nicht mehr richtig schließt, so daß der Heizkörper trotz abgeschalteten Thermostatkopfes warm bleibt. Der vom Benutzer durch die Abstellung angestrebte Spareffekt wird dann nicht erreicht. Außerdem können sich bei der Erstinbetriebnahme einer Heizkörperanlage mit Ventilvorrichtung Schwebeteilchen wie Schmutz oder Metallpartikel in dem Ventilsitz verankern, die bleibende Deformationen in der Elastomerscheibe verursachen, welche ebenfalls eine korrekte Schließung der Vorlaufleitung gegenüber den Heizkörperplatten verhindern. Außerdem fallen unerwünschte Reparatur- und Ersatzteilkosten an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilvorrichtung zu schaffen, die es unter Einhaltung der gesetzmäßigen niedrigen Wertvorgaben erlaubt, eine Heizkörperanlage mit Leistungsreserven auszustatten, die ein energiesparendes Erreichen und Erhalten der Behaglichkeits-Raumtemperatur ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ventilglied als Schieber gestaltet ist, der mit der Durchlaßeinrichtung derart zusammenwirkt, daß er der hinteren und der mindestens einen vorderen Heizkörperplatte separat zugeordnete Öffnungen der Durchlaßeinrichtung nacheinander öffnet bzw. schließt.

Bei dieser Ventilvorrichtung werden nicht zwangläufig alle Heizkörperplatten immer gleichmäßig mit Heizmittel beaufschlagt oder gegen dieses abgesperrt, sondern es ist möglich, bevorzugte Heizkörperplatten gegen Heizmittelzufuhr abzusperren und andere fortgesetzt mit Heizmittel zu versorgen. Auf diese Weise kann ein Heizkörper mit Teillast gefahren werden und es steht eine Leistungsreserve zur Verfügung, die ohne erhöhten Energieaufwand einsatzbereit ist. Bei einer Einstellung des Thermostatkopfes auf eine Raumtemperatur von z. B. 20⁰C kann ein Teil des Heizkörpers z. B. bei 19 ⁰C Raumtemperatur gegen den Heizmittelstrom abgesperrt werden, während der andere Teil weiterversorgt wird, so daß der Heizkörper mit geringem Energiebedarf weiter Wärme abgibt, bis die Raumtemperatur von 20 ⁰C erreicht ist. Durch die frühzeitige Absperrung eines Teiles des Heizkörpers kann die Leistung der abzugebenden Wärme um ca. 40 % reduziert werden. Ein Teil des Heizkörpers bleibt als Abstrahlorgan wirksam, während ein anderer Teil sich langsam abkühlt, wodurch die Solltemperatur des Raumes sich nur sehr langsam verringert und Temperaturschwankungen unterbleiben. Durch diese Anordnung wird die Luftbewegung durch Konvektionswärme reduziert, wo-

, durch zusätzliche Behaglichkeit erreicht wird. Es wird im Herunterschaltungszustand des Thermostatkopfes eine stark reduzierte Wärmemenge weiter an den Raum abgegeben, so daß eine gleichbleibende Wärmeverteilung als Grundlast erhalten bleibt und nach Heraufschalten des Thermostatkopfes im wesentlichen die Leistungsreserve des erkalteten Heizkörperteiles aktiviert und der Raum in kurzer Zeit auf die vorgegebenen 20 ⁰C gebracht wird, die Wohlbefinden vermitteln. Bei einer nach Stunden erfolgenden Heraufschaltung des heruntergeschalteten Thermostatkopfes hat sich der Raum infolge der sparsamen Weiterversorgung des Heizkörpers mit

Heizmittel nicht vollständig abgekühlt und es ergibt sich eine rasche Erwärmung des Raumes auf Solltemperatur (z. B. 20 ⁰C), auch wenn mit niedriger Vorlauftemperatur gearbeitet wird.

Außerdem können nicht beheizte Räume, aus denen zusätzlich Kaltluft in den beheizten Raum fließt, besser aufgefangen werden. Die Isttemperatur des Raumes wird konstantgehalten und das Wohlempfinden gewährleistet.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Durchlaßeinrichtung aus zwei einander gegenüberliegenden Öffnungen im Umfang einer Buchse gebildet ist, in die die Anschlußleitungen der hinteren und vorderen Heizkörperplatten separat münden, und daß die Umfangsflache des Schiebers in Schließbewegungsrichtung axial unsymmetrisch lange Abschnitte aufweist, deren längerer Abschnitt mit der der hinteren Heizkörperplatte zugeordneten Öffnung der Durchlaßeinrichtung zusammenwirkt.

Dabei wird die hintere Heizkörperplatte, die zur Außenwand oder zur Fensterfläche steht, zuerst gegen den Heizmittelstrom abgesperrt und kühlt langsam ab. Die mindestens eine vordere Heizfläche wird weiterbetrieben, bis die vorgeschriebene Temperatur erreicht ist. Die Auswahl der vorzeitigen Schließung der hinteren Heizkörperplatte ist günstig, weil keine wertvolle Wärme durch die Außenwand oder Fensteranlage entweichen kann. Es wird wertvolle Wärme nur in Richtung des Raumes abgegeben, so daß eine gleichbleibende Wärmeverteilung mit reduzierter Konvektion gewährleistet und das Wohlbefinden ohne größere Temperaturschwankungen aufrechterhalten wird. Vorteilhafterweise wird der Heizkörper um ca. 20 % bis 40 % größer als bisher aus-

gebildet, damit insbesondere Temperaturverluste infolge einer Raumlüftung schneller ausgeglichen werden. Die Drosselung des Wärmestromes durch die hintere Heizkörperplatte bringt wertvolle Energieeinsparung bei ausreichender Wärmeabstrahlung in den Raum. Es gelingt, Heizkörper in Abhängigkeit von der Raumtemperatur besser zu regulieren und dadurch einen sinnvollen Beitrag zur Energieeinsparung zu leisten.

Vorzugsweise liegen die der hinteren bzw. vorderen Heizkörperplatte zugeordneten Öffnungen der Buchse in gleicher Querebene und es ist vorgesehen, daß die in Schließbewegungsrichtung vordere Fläche des Schiebers ungerade verläuft. Der Schieber kann aus Keramikmaterial bestehen und an einer federbelasteten Stange befestigt sein, die mit einem Thermostatkopf in Verbindung steht. Andere verschleißfeste Materialien können rein order als Legierung ebenfalls zur Herstellung des Schiebers verwendet werden.

Die Buchse ist zweckmäßigerweise in ein Zylinderstück eingesetzt, in das die Anschlußleitungen radial münden. Die Mündungen der Anschlußleitungen decken sich mit den Öffnungen in der Buchse und die Buchse ist gegen die angeschlossene Vorlaufleitung koaxial offen. Dieser Aufbau ist außerordentlich einfach und gewährleistet störungsfreie Funktion der Ventilvorrichtung. Ein Keramikschieber hat praktisch unbegrenzte Lebensdauer und sein Zusammenwirken mit den einander gegenüberliegenden Öffnungen der Durchlaßeinrichtung ist zeitlich unbegrenzt garantiert. Der Schieber kann beim Übergleiten der umfangsmäßigen Öffnungen der Buchse schneller den Heizmittelzustrom absperren, als eine gegen einen Ventilsitz axial wirksame Elastomerscheibe vermag. Verzögerungen, mit denen der Thermostat eines Thermostat-

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kopfes arbeitet, werden daher zum Teil durch den Schieber ausgeglichen und die eingestellten Funktionszustände der Venti!vorrichtung werden rascher erreicht als bisher. Die vom Gesetzgeber angestrebte Energieeinsparung durch zukunftsweisende Wärmeerzeuger wie Niedrigtemperatur- und Brennwertkessel, Sonnenkollektoren und Wärmepumpen wird durch die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung vorteilhaft ergänzt, die eine kurzfristige Verfügbarkeit von Leistungsreserven bewirkt, damit der Heizkörper fehlende Wärme in angemessener Zeit in den Raum bringen kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine Venti!vorrichtung, die in einen Flachheizkörper mit einer hinteren und einer vorderen Heizkörperplatte eingebaut ist.

Ein Flachheizkörper besteht bei dem gezeichneten Beispiel aus einer hinteren Heizkörperplatte 10, die einer Raumwand A zugewandt ist, und einer vorderen Heizkörperplatte 11, die in einen zu beheizenden Raum weist. Die beiden Heizkörperplatten 10 und 11 sind an eine Vorlaufleitung 12 und eine nicht gezeichnete Rücklaufleitung einer Heizanlage angeschlossen. Die Vorlaufleitung 12 versorgt den Heizkörper mit erwärmtem Heizmittel, z. B. Warmwasser, das mittels einer Pumpe aus einer Kesselanlage eingespeist wird. Die beiden Heizkörperplatten 10 und 11 stehen über Anschlußleitungen 13 und 14 mit einem zylindrischen Gehäuse 15 in Verbindung, in dessen Umfangswand zwei einander gegenüberliegende Öffnungen ausgebildet sind, die die Enden der Anschlußleitungen 13 und 14 aufnehmen. Das Gehäuse 15

ist an einem Ende 16 geschlossen und am anderen Ende 17 offen. Das Ende 17 weist ein Innengewinde 18 auf, in das ein Außengewinde 19 eines Zylinderstückes 20 einschraubbar ist. In den Bereich des geschlossenen Endes 16 des Gehäuses 15 ist radial die Vorlauf leitung 12 eingesetzt, so daß ihr Heizmittelstrom in das Innere des Gehäuses 15 fließt.

Das innere Ende 20a des Zylinderstückes 20 ist gegen die Vorlaufleitung 12 offen; sein äußeres Ende 20b ist ebenfalls offen und wird von einem Außengewindeflansch 21 umgeben, dessen Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Gehäuses 15 in diesem Bereich. Das in das Gehäuse 15 eingeschraubte Zylinderstück 20 ist mittels eines Dichtringes 22 nach außen abgedichtet. Im Montagezustand befinden sich zwei einander gegenüberliegende, im wesentlichen gleich große Löcher 23, 24 innerhalb des lichten Querschnittes der Anschlußleitungen 13 und 14. Ein Dichtring 25 schließt den Spalt zwischen der Außenfläche des Zylinderstückes 20 und der Innenfläche des Gehäuses 15 gegen die Vorlaufleitung 12 ab.

In das Zylinderstück 20 ist eine Buchse 30 aus verformungsfestem Material eingesetzt. Elastomerringe 26, die die Buchse 30 umgeben, dichten diese nach außen ab und sorgen außerdem für ausreichenden Klemmsitz der Buchse 30 in dem Zylinderstück 20, so daß die beiden Teile sich selbsttätig nicht in Bezug aufeinander bewegen. Die Buchse 3 0 steckt konzentrisch in dem Zylinderstück 20 und ihr offenes inneres Ende 30a befindet sich im Bereich des inneren Endes 20a des Zylinderstückes 20. Bei dem gezeichneten Beispiel hat die Buchse 30 zwei einander gegenüberliegende gleich große Öffnungen 31,32, die koaxial zu den Löchern 23 und 24 des Zylin-

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derstückes 20 ausgerichtet sind. In der Buchse 3 0 ist ein Schieber 33 axial verschiebbar angeordnet. Er besteht bevorzugt aus einer keramischen Platte, deren in Schließbewegungsrichtung vordere Fläche 34 schräg verläuft. Der axial längere Abschnitt 33a des Schiebers 33 wirkt mit der der hinteren Heizkörperplatte 10 zugeordneten Öffnung 31 der Buchse 30 zusammen, während der axial kürzere Abschnitt 33b des Schiebers 33 der Öffnung 32 zugeordnet ist, die gegen die vordere Heizkörperplatte 11 weist. Der Schieber 33 ist mit einer an seiner geraden hinteren Fläche befestigten Stange 35 verbunden, die durch einen Durchlaß in einem Kappenteil 36 der Buchse 30 nach außen ragt. Die Stange 35 steht unter der Wirkung einer Schraubenfeder 37, die sich an einem inneren Widerlager 38 und einer Halterung 39 an der Stange 35 abstützt. Das äußere Ende der Stange 35 stößt gegen ein Fühlerelement 37 eines sehr schematisch dargestellten üblichen Thermostatkopfes 40 an, der mittels eines Innengewindes 41 auf den Außengewindeflansch 21 aufgeschraubt ist und zum Zwecke der Wärmeregulierung des Flachheizkörpers in bestimmten Grenzen verstellbar ist. Mehrere Schlitze 42 des Thermostatkopfes 4 0 stellen die Verbindung zwischen Raumluft und dem Fühlerelement 37 her, damit über die Stange 35 der Schieber 33 in Bezug auf die Öffnungen 31 und 32 verstellt wird.

In Schließbewegungsrichtung des Schiebers 33 verschließt sein längerer Umfangsteil 33a die Öffnung 31 früher als die Öffnung 32 mit der Folge, daß die hintere Heizkörperplatte 10 gegen den Heizmittelstrom aus der Vorlaufleitung 12 abgesperrt ist, während weiterhin Heizmittel in Richtung der Pfeile in die vordere Heizkörperplatte 11 strömt und diese erwärmt, so daß sie als gegen den Raum gerichtetes Abstrahlungsorgan wirk-

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sam ist. Durch die temperaturabhängige TeilschlieSung wird der Heizkörper in seiner Wärmeabgabe kontinuierlich an die eingestellte Temperatur des Raumes angeglichen. Die Reaktionszeit wird verkürzt und die zu erreichende Solltemperatur des Raumes stellt sich verzögert ein, wodurch sich Leistungsreserven ergeben, die fehlende Wärmemengen in kurzer Zeit ausgleichen.

In der Buchse 30 kann anstatt der zwei einander gegenüberliegenden Öffnungen 31, 32 ein Kranz von Öffnungen unterschiedlicher Größe ausgebildet sein. Durch Drehung der Buchse 30 innerhalb des Zylinderstückes 20 lassen sich dabei vom Installateur der Anlage unterschiedlichen Verhältnissen angepaßte Durchflußmengen einstellen. Dadurch kann beispielsweise der Volumenstrom zur hinteren Heizkörperplatte 10 kleiner eingestellt werden als zur vorderen Heizkörperplatte 11 und es wird zusätzlich wertvolle Energie eingespart und gezielt angewendet .

Claims

- 12 - Ansprüche

1. Ventilvorrichtung zur Regulierung der Heizleistung eines Heizkörpers mit einer dem zu beheizenden Raum abgewandten hinteren {10) und mindestens einer vorderen (11) Heizkörperplatte, die durch Anschlußleitungen (13,14) miteinander verbunden sind, welche ein axial verstellbares Ventilglied eines Ventileinsatzes aufweisen, das thermostatgesteuert eine Durchlaßeinrichtung für einen Heizmittelstrom von einer Vorlaufleitung (12) mehr oder weniger absperrt,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Ventilglied als Schieber (33) gestaltet ist, der mit der Durchlaßeinrichtung derart zusammenwirkt, daß er der hinteren (10) und der mindestens einen vorderen (11) Heizkörperplatte separat zugeordnete" Öffnungen (31,32) der Durchlaßeinrichtung nacheinander öffnet bzw. schließt.

2. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßeinrichtung aus zwei einander gegenüberliegenden Öffnungen (31,32) im Umfang einer Buchse (3 0) gebildet ist, in die die Anschlußleitungen (13,14) der hinteren und der vorderen Heizkörperplatten (10,11) separat münden, und daß die Umfangsflache des Schiebers (33) in Schließbewegungsrichtung axial unsymmetrisch lange Abschnitte (33a,33b) aufweist, deren längerer Abschnitt (33a) mit der der hinteren Heizkörperplatte (10) zugeordneten Öffnung (31) der Durchlaßeinrichtung zusammenwirkt.

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3. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der hinteren (10) bzw. vorderen {11) Heizkörperplatte zugeordneten Öffnungen (31,32) der Buchse (3 0) in gleicher Querebene liegen und daß die in Schließbewegungsrichtung vordere Fläche (34) des Schiebers (33) ungerade verläuft.

4. Venti!vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (33) aus Keramikmaterial besteht und an einer federbelasteten Stange (35) befestigt ist, die mit einem Thermostatelement (37) in Verbindung steht.

5. Venti!vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (3 0) in ein Zylinderstück (20) eingesetzt ist, in das die Anschlußleitungen (13,14) radial münden, daß die Mündungen der Anschlußleitungen (13,14) sich mit den Öffnungen (31,32) in der Buchse (30) decken,

und daß die Buchse (3 0) gegen die angeschlossene Vorlaufleitung (12) offen ist.

6. Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Buchse (30) mehr als zwei einander gegenüberliegende Öffnungen (31,32) unterschiedlicher Größe ausgebildet sind und daß die Buchse (30) in dem Zylinderstück (20) drehbar ist.