Verfahren zum Regeln von Heizungsanlagen und Heizungsanlage zur Ausführung des Verfahrens
Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zum Regeln von mit flüssigem Wärmeträger arbeitenden Heizungsanlagen mit mindestens einer Umwälzpumpe im Wärmeträgerzirkulationssystem sowie einer Vorrichtung zur Beimischung rückströmender, abgekühlter Flüssigkeit in den Vorlaufstrom zur Erreichung und Aufrechterhaltung einer Regelgrösse, insbesondere der Vorlauf- oder Raumtemperatur, wobei die Verstellung der Rücklaufbeimischungsvorrichtung mit Hilfe einer durch die Umwälzpumpe bedingten, im Zirkulationssystem auftretenden Druckdifferenz erfolgt, welche man im Sinne einer Regelwirkung verändert.
Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung des Verfahrens nach dem Hauptpatent und besteht darin, dass man die Druckdifferenz ganz oder teilweise mittels gesteuerten Bypassens der Umwälzpumpe, mittels gesteuerten Drosselns der Versorgerleitung oder mittels gesteuerten Kurzschliessens der zum Stellorgan führenden Druckdifferenzleitungen veränderbar gestaltet.
Die Erfindung betrifft auch eine Heizungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnung sowie des bekannten Standes der Technik und von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltschema einer bekannten selbsttätigen Regelvorrichtung für eine Mischwasserpumpenheizanlage;
Fig. 2 ein Schaltschema einer Heizungsanlage gemäss einer Ausführung im Sinne der Erfindung;
Fig. 3 eine Variante einer Schaltung einer Heizanlage analog derjenigen gemäss Fig. 2;
Fig. 4 eine Charakteristik mit Betriebspunkt der Umwälzpumpe im Schema, gemäss Fig. 1;
Fig. 5 eine Pumpencharakteristik bei festem Totalwiderstand der Anlage und veränderbarer Drehzahl der Umwälzpumpe, und
Fig. 6 eine Pumpencharakteristik für veränderliche Drehzahl der Pumpe und veränderbarem Widerstand der Anlage.
Soweit es sich bei den Anlagen um gleiche Teile handelt, sind in den Figuren der Zeichnung die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1 zeigt das Schema einer bekannten Anlage, mit einem Heizkessel 85, einem oder mehreren Heizkörpern 87 sowie einem Beimischventil 89 und einer Umwälzpumpe 90 mit einem Pumpenmotor 91. Eine Heizkesselvorlaufleitung 93 führt vom Heizkessel 85 zum Beimischventil 89, während eine Versorgerleitung 95, von der Umwälzpumpe 90 herkommend, den bzw.
die Heizkörper 87 mit Vorlaufheizwasser versorgt. Eine Rücklaufleitung 97 führt das abgekühlte Wasser aus den Heizkörpern 87 entweder dem Heizkessel 85 oder durch eine Bypassleitung 98 dem Beimischventil 89 zu.
Die Steuerung des Beimischventils 89 erfolgt von einem Raumthermostaten 103 aus, welcher ein Magnetventil 101 in einer Druckleitung 100 derart steuert, dass dieses entweder in seiner Offnungslage den vollen Druck von der Druckseite der Pumpe 90 auf das Beimischventil 89 zur Wirkung bringt oder dieses Ventil 89 durch Schliessen des Magnetventils 101 drucklos hält.
Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass das Beimischventil 89 zwei Lagen einnimmt: In der einen gelangt das heisse Wasser aus dem Heizkessel 85 über die Vorlaufleitung 93 und das Mischventil 89 zur Umwälzpumpe 90 und von dort durch die Versorgerleitung 95 in die Heizkörper 87, von wo es durch die Rücklaufleitung 97 zum Heizkessel 85 zurückkehrt. In der anderen Lage des Beimischventils 89 ist die Heizkesselvorlaufleitung 93 geschlossen und das über die Rücklaufleitung 97 zurückströmende Wasser wird über die Bypassleitung 98 dem Beimischventil 89 zugeführt.
Bei dieser bekannten Anordnung erfolgt die Versorgung der Heizkörper 87 entweder mit durch den Heizkessel 85 zirkulierendem Wasser oder aber mit dem Wasser durch die Bypassleitung 98, in welchem Falle der Heizkessel 85 vollständig ausgeschaltet ist. Durch diese Massnahmen werden die Temperatur und der Durchfluss des Wärmemittels im System im wesentlichen konstant gehalten, da die Widerstandsverhälinisse im System beim Bypassen und beim Durchlauf durch den Heizkessel ungefähr gleich liegen, d. h. gleich gemacht werden.
Da es sich somit bei dieser bekannten Anlage um eine Auf-Zu-Regulierung für den Bypass und den normalen Vorlaufdurchfluss handelt und die Widerstände im System entsprechend abgestimmt sind, erscheint in der zugehörigen Pumpencharakteristik gemäss Fig. 4 bei einem festen Widerstand W der Anlage und bei einer nicht veränderbaren Drehzahl n, der Arbeitspunkt P der Pumpe als Invariante, welcher Punkt P sich auch beim Umstellen vom Vorlauf auf den Bypass mithin nicht ändert. Es findet hier keine Regulierung mit Veränderung des Arbeitspunktes statt, und die von der Umwälzpumpe 90 erzeugte Druckdifferenz spielt bezüglich Betrag für die Regulierung dieser Anlage überhaupt keine Rolle. Sie kann im übrigen nicht verändert werden.
In Fig. 2 ist Schaltschema gemäss der Zentralheizungsanlage nach Fig. 1 des Hauptpatentes im Ausschnitt dargestellt. Hier erfolgt vom Vorlaufwassertemperaturfühler 23 eine Einwirkung auf das Regelgerät 25, das seinerseits bei dieser Variante den Antriebsmotor SM der Umwälzpumpe 7 regelt und dessen Drehzahl verstellt. Dadurch ändert, entsprechend der Pumpencharakteristik (Fig. 5), die Druckdifferenz Ap, die in den Leitungen 24 und 26 herrscht und durch welche das Stellorgan 16 entsprechend verstellt wird. Dieses regelt die Anteile des aus der Heizkesselvorlaufleitung 3 kommenden Heisswasseranteils und des aus der Rücklaufleitung 13 über die Bypassleitung 15 zufliessenden kälteren Rücklaufwassers. Der Regelvorgang ist anhand der Pumpencharakteristik gemäss Fig. 5 einfach zu übersehen. Der Systemwiderstand Wo ist konstant.
Durch Anderung der Normaldrehzahl nO auf nl bzw.
n ändert sich der Arbeitspunkt 0 auf Oi bzw. 02, da im Sinne der Widerstandsparabel Wo des ganzen Heizungssystems bei grösserer Durchflussmenge Ql ein entsprechend grösserer Druckabfall LXPr herrscht. Die analogen Überlegungen gelten für den Betriebspunkt O2.
Der Sinn dieser Regelung liegt darin, durch Anderung des Wertes von Ap die Regelgrösse des Mischventiles 16 und damit das Verhältnis der Mengen von Heisswasser zu rückgeführtem Wasser zu ändern. Da bei entsteht eine der Pumpencharakteristik entsprechende Anderung der Gesamtdurchflussmenge Q, wie aus
Fig. 5 ersichtlich ist. Diese Mengenänderung wirkt sich in dem Sinne positiv aus, als sie den eingeleiteten Regelvorgang unterstützt.
Soll beispielsweise bei sinken der Temperatur die Vorlaufwassermenge unter entspre chender Drosselung der beigemischten Rücklaufwassermenge erhöht werden und wird in diesem Sinne die Drehzahl nO auf nl erhöht, so geht neben der Anderung des Mischverhältnisses im Sinne steigender Temperatur des Vcrlaufwassers gleichzeitig eine Anderung der ge samten Durchflussmenge Q einher, indem diese vom
Wert Qo auf den Wert Qt steigt. Ein analoges Verhalten tritt ein, wenn die Temperatur im Heizungssystem abgesenkt werden soll. Der Vorgang wird hier regeltechnisch begünstigt, indem nicht nur die Mischtemperatur absinkt, sondern gleichzeitig die Durchsatzmenge von Qo auf Q2 abnimmt.
Es ist aber grundsätzlich auch mögiich, mittels einer die Pumpe 7 überbrückenden Bypassleitung 110 und eines Regelventils 111, welches vom Regler 25 betätigt wird, im Sinne der strichpunktierten Linien der Fig. 2, bei konstanter Drehzahl (no = konstant) eine Regelung herbeizuführen. Dabei nimmt im Sinne der Parallelschaltung der Gesamtwiderstand W ab und entsprechend steigt längs der Kurve für no die Gesamtdurchsatzmenge Q während fflp abnimmt. Durch das Heizsystem strömt trotz der erhöhten Gesamtfördermenge der Pumpe eine geringere Wassermenge, da ja fortwährend ein Teil nach der Pumpe entnommen und über die Bypassleitung 110 wieder der Pumpensaugseite zugeführt wird, womit, was die Heizseite betrifft, mit dieser Regelung das gleiche erreicht werden kann, wie mit einer Drehzahlregelung nach kleineren Drehzahlen n.
Die Bypassregelung ist aber mit einem schlechteren Wirkungsgrad erkauft, da die Gesamtumwälzmenge vergrössert und mithin die Leistungsaufnahme der Pumpe ansteigt, trotz der geringen, durch das Heizsystem geförderten Wassermenge.
In Fig. 3 ist eine Schaltung gemäss der Erfindung dargestellt, in welcher die Drehzahl der Umwälzpumpe 7 konstant ist. In der Versorgerleitung 9 ist eine Drossel 114 in Form einer Klappe oder eines Regulierventils eingebaut, dessen Lage vom Vorlaufwassertemperatur- fühler 23 über das Regelgerät 25 beeinflusst wird.
Durch den Einbau einer derartigen Drossel 114 wird der Gesamtwiderstand W der Heizungsanlage veränderbar gestaltet, was sich in der Lage der Widerstandsparabeln, z. B. gemäss Fig. 6, äussert, wo die Parabel Wo einen Mittelwert, Wi den Gesamtwiderstand bei offener Drossel 114 und W den Gesamtwiderstand der Anlage bei starker Drosselung darstellt. Durch entsprechende Regelung der Drossel 114 wird der von der Pumpe 7 erzeugte, zum Regeln des Mischventils 16 verwendete Differenzdruck Ap geändert.
Dabei kann die ganze Schaltung derart vorgesehen werden, dass die sich dadurch ändernde Gesamtdurchflussmenge im Sinne der angestrebten Veränderung ändert, d. h. so, dass bei erhöhter Wärmezufuhr zum Verbraucher die Gesamtdurchflussmenge durch Offenen der Drossel 114 steigt, wobei das Mischventil 16 die Heizkesselvorlaufleitung 3 öffnend und die Rücklaufwasserleitung 15 schliessend beeinflusst.
Daraus geht hervor, dass die Anpassung einer Heizungsanlage an das Gesamtdurchlaufsystem mit einer Drehzahlregelung der Pumpe oder aber mit Hilfe einer Drosselungsvorrichtung im Sinne der Fig. 2 und 3 durchgeführt wird. Der Erfindungsgedanke kann auch in dem Sinne verwirklicht werden, dass die auf die Rücklaufbeimischungsvorrichtung wirkende Druckdifferenz, erzeugt durch die Umwälzpumpe, mittels eines Drosselventils 118 in einer Verbindungsleitung 119 zwischen den Druckentnahmeleitungen 24 und 26, z. B.
stetig steuerbar, gesteuert wird, damit wird im Sinne des Hauptpatentes ein Teil der Druckdifferenz. der mit gleichbleibender Drehzahl drehenden Umwälzpumpe zur Regelung verwendet. Die Dimensionierung der Leitungen 24, 26 und 119 ist dabei wichtig. Zwischen dem Ventil 118 und der Leitung 9 ist eine Drossel 120 ein gebaut und die Leitung 119 gegenüber den Leitungen 24 und 26 mit grossem Durchflussquerschnitt versehen. Bei geschlossenem Ventil 118 herrscht der volle Differenzdruck am Stellorgan 16 (ohne dass in diesen beiden Leitungen 24 und 26 eine Strömung herrscht).
Durch Oeffnen des Ventils 118 werden die beiden Leitungen 24 und 26 in dem Sinne über die Leitung 119 kurzgeschlossen, dass sich am Druckdifferenzempfänger, z. B. der Membrane 27 (siehe Fig. 1 im Hauptpatent) nur noch eine geringe, im Extremfall keine Druckdifferenz mehr aufbauen kann, in jedem Falle aber eine wesentlich geringere, als sie die Pumpe 7 ergibt. Die durch die Leitung 119 durchströmende Wassermenge ist selbst bei voll offenem Ventil 118 derart gering, dass die Fördermenge und die Druckdifferenz an der Pumpe 7 praktisch nicht verändert werden.
Procedure for regulating heating systems and heating systems for carrying out the procedure
The main patent relates to a method for regulating heating systems working with liquid heat transfer medium with at least one circulating pump in the heat transfer medium circulation system and a device for admixing backflowing, cooled liquid into the flow stream to achieve and maintain a controlled variable, in particular the supply or room temperature, with the adjustment of the return admixing device with the help of a pressure difference caused by the circulation pump and occurring in the circulation system, which is changed in the sense of a control effect.
The invention relates to a further development of the method according to the main patent and consists in making the pressure difference changeable in whole or in part by means of controlled bypassing the circulation pump, by means of controlled throttling of the supply line or by means of controlled short-circuiting of the pressure difference lines leading to the actuator.
The invention also relates to a heating system for carrying out the method.
The invention will then be explained with reference to the drawing as well as the known prior art and exemplary embodiments. Show it:
1 shows a circuit diagram of a known automatic control device for a mixed water pump heating system;
2 shows a circuit diagram of a heating system according to an embodiment within the meaning of the invention;
3 shows a variant of a circuit of a heating system analogous to that according to FIG. 2;
4 shows a characteristic with the operating point of the circulating pump in the diagram according to FIG. 1;
5 shows a pump characteristic with a fixed total resistance of the system and variable speed of the circulation pump, and
6 shows a pump characteristic for variable speed of the pump and variable resistance of the system.
As far as the systems are the same parts, the same reference numerals are used in the figures of the drawing.
Fig. 1 shows the scheme of a known system, with a boiler 85, one or more radiators 87 and a mixing valve 89 and a circulation pump 90 with a pump motor 91. A boiler flow line 93 leads from the boiler 85 to the mixing valve 89, while a supply line 95, from coming from the circulation pump 90,
the radiator 87 is supplied with flow heating water. A return line 97 leads the cooled water from the radiators 87 either to the boiler 85 or through a bypass line 98 to the mixing valve 89.
The mixing valve 89 is controlled by a room thermostat 103, which controls a solenoid valve 101 in a pressure line 100 in such a way that it either applies full pressure from the pressure side of the pump 90 to the mixing valve 89 in its open position or this valve 89 acts Closing the solenoid valve 101 keeps pressure-less.
In this way, it is ensured that the mixing valve 89 occupies two positions: In one, the hot water from the boiler 85 passes through the flow line 93 and the mixing valve 89 to the circulating pump 90 and from there through the supply line 95 into the radiators 87, from where it returns to boiler 85 through return line 97. In the other position of the mixing valve 89, the boiler flow line 93 is closed and the water flowing back via the return line 97 is fed to the mixing valve 89 via the bypass line 98.
In this known arrangement, the heating elements 87 are supplied either with water circulating through the boiler 85 or with the water through the bypass line 98, in which case the boiler 85 is completely switched off. By means of these measures, the temperature and the flow rate of the heating medium in the system are kept essentially constant, since the resistance ratios in the system are approximately the same when bypassing and when passing through the boiler, i. H. be made the same.
Since this known system is therefore an on-off regulation for the bypass and the normal flow rate and the resistances in the system are matched accordingly, appears in the associated pump characteristic according to FIG. 4 with a fixed resistance W of the system and at a non-changeable speed n, the operating point P of the pump as an invariant, which point P does not change even when switching from the flow to the bypass. There is no regulation here with a change in the operating point, and the pressure difference generated by the circulation pump 90 does not play a role at all in terms of the amount for regulating this system. Besides, it cannot be changed.
In Fig. 2, the circuit diagram according to the central heating system according to Fig. 1 of the main patent is shown in detail. Here, the flow water temperature sensor 23 acts on the control device 25, which in turn controls the drive motor SM of the circulating pump 7 in this variant and adjusts its speed. As a result, according to the pump characteristics (FIG. 5), the pressure difference Ap that prevails in the lines 24 and 26 and by which the actuator 16 is adjusted accordingly. This regulates the proportions of the hot water coming from the boiler flow line 3 and the colder return water flowing in from the return line 13 via the bypass line 15. The control process can easily be overlooked on the basis of the pump characteristics according to FIG. The system resistance Wo is constant.
By changing the normal speed nO to nl or
n, the operating point 0 changes to Oi or 02, since in the sense of the resistance parabola Wo of the entire heating system with a larger flow rate Ql there is a correspondingly larger pressure drop LXPr. The same considerations apply to the O2 operating point.
The purpose of this regulation is to change the controlled variable of the mixing valve 16 and thus the ratio of the quantities of hot water to recirculated water by changing the value of Ap. Since there is a change in the total flow rate Q corresponding to the pump characteristic, as shown in FIG
Fig. 5 can be seen. This change in quantity has a positive effect in the sense that it supports the initiated control process.
If, for example, the flow water volume is to be increased when the temperature drops, the added return water volume is reduced accordingly and if the speed nO is increased to nl in this sense, then in addition to the change in the mixing ratio in the sense of increasing temperature of the flow water, there is also a change in the total flow rate Q along with this from
The value of Qo increases to the value of Qt. The same behavior occurs if the temperature in the heating system is to be reduced. The process is favored here in terms of control technology in that not only does the mixing temperature drop, but the throughput rate also decreases from Qo to Q2 at the same time.
In principle, however, it is also possible, by means of a bypass line 110 bridging the pump 7 and a control valve 111 which is actuated by the controller 25, in the sense of the dash-dotted lines in FIG. 2, to bring about a control at a constant speed (no = constant). The total resistance W decreases in the sense of the parallel connection and the total throughput Q increases accordingly along the curve for no while fflp decreases. Despite the increased total flow rate of the pump, a smaller amount of water flows through the heating system, since a part is continuously removed after the pump and fed back to the pump suction side via the bypass line 110, which means that the same can be achieved with this control as far as the heating side is concerned. as with a speed control according to lower speeds n.
However, the bypass control is bought at the cost of a poorer degree of efficiency, since the total amount circulated increases and consequently the power consumption of the pump rises, despite the small amount of water pumped by the heating system.
In Fig. 3, a circuit according to the invention is shown in which the speed of the circulation pump 7 is constant. A throttle 114 in the form of a flap or a regulating valve is installed in the supply line 9, the position of which is influenced by the flow water temperature sensor 23 via the control device 25.
By installing such a throttle 114, the total resistance W of the heating system is made variable, which is reflected in the position of the resistance parabolas, z. B. in accordance with FIG. 6, where the parabola Wo represents an average value, Wi the total resistance when the throttle 114 is open and W the total resistance of the system when the throttling is strong. By correspondingly regulating the throttle 114, the differential pressure Ap generated by the pump 7 and used to regulate the mixing valve 16 is changed.
The entire circuit can be provided in such a way that the total flow rate, which changes as a result, changes in the sense of the desired change, i. H. so that with increased heat supply to the consumer, the total flow rate increases by opening the throttle 114, the mixing valve 16 influencing the boiler flow line 3 opening and the return water line 15 closing.
This shows that the adaptation of a heating system to the overall flow system is carried out with a speed control of the pump or with the aid of a throttling device in the sense of FIGS. 2 and 3. The concept of the invention can also be implemented in the sense that the pressure difference acting on the return admixing device, generated by the circulation pump, by means of a throttle valve 118 in a connecting line 119 between the pressure extraction lines 24 and 26, e.g. B.
continuously controllable, controlled, so that part of the pressure difference is in the sense of the main patent. the circulating pump rotating at a constant speed is used for regulation. The dimensioning of the lines 24, 26 and 119 is important. Between the valve 118 and the line 9, a throttle 120 is built in and the line 119 is provided with a large flow cross-section opposite the lines 24 and 26. When the valve 118 is closed, the full differential pressure prevails at the actuator 16 (without a flow prevailing in these two lines 24 and 26).
By opening the valve 118, the two lines 24 and 26 are short-circuited via the line 119 in the sense that the pressure differential receiver, e.g. B. the membrane 27 (see Fig. 1 in the main patent) can only build up a small, in extreme cases no more pressure difference, but in any case a much lower than the pump 7 results. The amount of water flowing through the line 119 is so small, even when the valve 118 is fully open, that the delivery rate and the pressure difference at the pump 7 are practically unchanged.