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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines
Ruhedruckes in einer Pumpenheizungs-, insbesondere Pumpenfernheizungsanlage.
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Bei den bekannten Heizungs- und Fernheizungsanlagen wird an einer
Stelle des Systems ein konstanter Druck eingehalten. Dieser Druck, der sich bei
Stillstand der Umwälzpumpen in allen Anlageteilen einstellt, die auf gleicher geodätischer
Höhe mit dieser Stelle konstanten Druckes liegen, wird Halte-, Ruhe-oder Diktierdruck
genannt. Seine Höhe wird so eingestellt, daß bei ruhenden Umwälzpumpen in den höchstgelegenen
Anlageteilen noch ein Überdruck gegenüber dem Sattdampfdruck des Wärmeträgers bei
Vorlauftemperatur herrscht und daß gleichzeitig in den tiefstliegenden Anlagetei_len
der für die Heizkörper höchstzulässige Druck nicht überschritten wird.
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Der Druckverlauf im System bei laufenden Umwälzpumpen ist bei den
bekannten Anlagen vorwiegend von der Wahl der Stelle abhängig, an der der konstante
Druck eingehalten wird.
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Wird beim Einbau nur einer Umwälzpumpe diese hinter dem Punkt konstanten
Druckes angeordnet, so überschreitet der Druck in den der Pumpe unmittelbar nachgeschalteten
Anlageteilen den Ruhedruck um die volle Förderhöhe der Umwälzpumpe. Wird die Umwälzpumpe
vor dem Punkt konstanten Druckes angeordnet, so unterschreitet der Druck in den
der Pumpe unmittelbar vorgeschalteten Anlageteilen den Ruhedruck um die volle Förderhöhe
der Urnwälzpumpe. Bei ausgedehnten Fernheizanlagen mit großen Pumpenförderhöhen
würde die erste Anordnung zu erheblichen Mehrkosten bei den der Pumpe unmittelbar
nachgeschalteten Anlageteilen führen, da diese für den erhöhten Gesamtdruck dimensioniert
werden müßten. Die zweite Anordnung bringt die Gefahr von Dampf- und Vakuumbildung
in den der Pumpe unmittelbar vorgeschalteten - Anlageteilen mit sich, besonders
wenn diese geodätisch höher liegen als die Zentrale.
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Bei größeren Fernheizanlagen wird daher in der Regel die Gesamtförderhöhe
auf zwei Pumpen verteilt, von denen eine dem Punkt konstanten Druckes vor-, die
andere nachgeschaltet ist.
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Es ist eine weitere Anlage bekanntgeworden, bei der der gleiche Druckverlauf
dadurch erreicht wird, daß zwischen Saug- und Druckstutzen einer für die gesamte
Förderhöhe ausgelegten Umwälzpumpe eine Kurzschlußleitung angeordnet und der Druck
an einem Punkt dieser Kurzschlußleitung konstant gehalten wird.
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Allen diesen bekannten Anlagen ist gemeinsam, daß der Druck an einer
Stelle des Systems gemessen und, gesteuert durch einen von der Meßstelle ausgehenden
Impuls, mittels einer herkömmlichen Druckhalteanlage (z. B. Druckdiktieranlage,
Dampfpolster, Gaspolster), die entweder unmittelbar an der Meßstelle oder - wie
bei der letztgenannten Anlage - an einer beliebigen Stelle des Systems angeordnet
ist, eingehalten wird.
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Bei den Anlagen, bei denen eine Aufteilung der Gesamtförderhöhe in
einen druckerhöhend und einen drucksenkend zum Diktierdruck wirkenden Anteil gefördert
wird, muß nach dem derzeitigen Stand der Technik der Punkt, an dem der Druck konstant
gehalten wird, durch entsprechende schalttechnische Maßnahmen künstlich geschaffen
werden. Solche Maßnahmen sind z. B. die Aufteilung der Gesamtförderhöhe auf zwei
Pumpen, wobei der Punkt konstanten Druckes zwischen diesen Pumpen liegt, oder die
Anordnung einer Kurzschlußstrecke parallel zu der für die Gesamtförderhöhe ausgelegten
Pumpe; in diesem Falle liegt der Punkt konstanten Druckes in dieser Kurzschlußleitung.
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Die vorbeschriebenen Maßnahmen erfordern einen gewissen Aufwand an
Anlage- und Betriebskosten und führcn zu einer Komplizierung im Betriebsablauf.
Im ersten Falle ist die zusätzliche Aufstellung einer zweiten Pumpe einschließlich
Reserveaggregat sowie Armaturen und Verbindungsleitungen erforderlich, im zweiten
Falle die Verlegung einer Kurzschlußleitung unter genauer Einhaltung der vorausberechneten
Reibungs-und Einzelwiderstände.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der in
Rede stehenden Art mit einfachen Mitteln durch die Drücke P1 auf der Druckseite
der Umwälzpumpe und P, auf der Saugseite der Umwälzpumpe so zu steuern, daß die
Gleichung (1-a) - Pl+a - P2 = Poeoll immer erfüllt ist, wobei
Poaon den vorgegebenen Ruhedruck und a den druckerhöhend wirkenden Anteil der Druckdifferenz
zwischen P1 und P, bezeichnet.
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Diese Aufgabe soll nach der Erfindung dadurch gelöst werden, daß eine
an einer beliebigen Stelle des Wärmeträgerkreislaufes angeschlossene Druckhalteanlage
eine Überströmleitung mit einem Überströmventil
und eine Einströmleitung
mit einer Förderpumpe und einem Einströmventil aufweist, wobei die Überström- und
die Einströmleitung noch mit einem Wärmeträgervorratbehälter verbunden sind, und
daß die beiden Ventile durch je zwei hintereinandergeschaltete, mit'jeweils zwei
Membrankammern ausgerüstete Stellvorrichtungen gesteuert werden, deren dem Ausströmventil
zugeordnete äußere Membrankammern miteinander und mit den inneren, ebenfalls zusammengeschalteten
Membrankammern des Einströmventils verbunden sind und unter dem Ruhedruck stehen
und die mit der äußeren Membrankammer der äußeren Stellvorrichtung des Einströmventils
in Verbindung stehende innere Membrankammer der äußeren Stellvorrichtung des Ausströmventils
vom Druck (P, ,) im Ansaugbereich der Umwälzpumpe beaufschlagt ist und die innere
Membrankammer der inneren Stellvorrichtung des Ausströmventils mit der äußeren Membrankammer
der inneren Stellvorrichtung des Einströmventils verbunden ist und den Druck (P1)
im Ausströmbereich der Umwälzpumpe aufweist.
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Der Vorteil einer solchen Anordnung gegenüber Anlagen herkömmlicher
Art liegt einerseits in erheblichen Einsparungen insofern, als eine zweite Umwälzpumpe
und deren Reserveaggregat nicht erforderlich sind, andererseits in wesentlich erhöhter
Sicherheit und Beweglichkeit in der Charakteristik des Rohrnetzes insofern, als
keine Kurzschlußstrecken benötigt werden, die sehr fein auf die infolgedessen sehr
genau zu bestimmenden Reibungs- und Einzelwiderstände des Netzes abgestimmt werden
müssen. Bei nachträglichen Änderungen oder Erweiterungen des Netzes ermöglicht die
erfindungsgemäße Anordnung, daß die Regelung den neuen Betriebsverhältnissen einfach
und leicht angepaßt werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt als Druckschaubild den
Kreislauf der Anlage, bestehend aus der Umwälzpumpe 1, der Vorlaufleitung 2, einem
Wärmeverbraucher 3 und der Rücklaufleitung 4. Die Druckhalteanlage, hier als Druckdiktieranlage
angenommen, bestehend aus dem Vorratsbehälter 5, der Pumpe 6 mit dem Einströmventil
7 und dem Überströmventil8, sei mit der Rücklaufleitung des Kreislaufes verbunden.
Der einzuhaltene Ruhedruck Po ist durch eine Linie angedeutet.
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Die zur Umwälzung des Heizwassers verfügbare Druckdifferenz ist mit
d p bezeichnet, der druckerhöhend wirkende Anteil mit a - dp, der
druckabsenkend wirkende Anteil mit (1-a ) - zlp. Der Druck auf der Druckseite der
Pumpe ist mit P1, der Druck auf der Saugseite mit P2 bezeichnet.
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Der starke Druckabfall zwischen der Pumpe und den Punkten P1 und Pa
sei in den Wärmeerzeugern und den zugehörigen Leitungen und Armaturen der Zentrale
entstanden. In dem dargestellten Beispiel ist dieser Druckabfall - was nicht unabdingbar
ist -nicht in die Regelung einbezogen.
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Als Regelorgane wurden hier Membransteuerungen für die Ventile 7 und
8 angenommen. Dem Einströmventil 7 sind die Stellvorrichtungen 9 und 10 zugeordnet,
dem Überströmventil8 die Stellvorrichtungen 11 und 12. Die äußere Membrankammer
der äußeren Stellvorrichtung 10 des Einströmventils 7 und die innere Membrankammer
der äußeren Stellvorrichtung 12 des Überströmventils 8 sind durch
eine Impulsleitung 13 mit dem Punkt P9 so verbunden, daß ein Anstieg des
Druckes P, das Einströmventil 7 schließt und das Überströmventil 8 öffnet. Die äußere
Membrankammer der inneren Stellvorrichtung 9 des Einströmventils 7 und die innere
Mem-Vrankammer der inneren Stellvorrichtung 11 des Oberströmventils
8 sind durch eine Steuerleitung 14 mit dem Punkt P1 im gleichen Sinne
verbunden.
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Die inneren Membrankammern der beiden Stellvorrichtungen 9,
10 des Einströmventils 7 und die äußeren Membrankammern der beiden Stellvorrichtungen
11, 12 des Überströmventils 8 sind untereinander durch eine weitere Steuerleitung
15 verbunden, in der durch eine hier nicht dargestellte Hilfseinrichtung der gewünschte
Ruhedruck Poson aufrechterhal-' ten wird. Diese Verbindung erfolgt so, daß der Druck
Po".ii auf jeder der vier Membranen dem Druck P1 bzw. P$ entgegenwirkt.
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Die Erzeugung des Ruhedruckes Posoil in der Steuerleitung 15 kann
durch bekannte Mittel erfolgen und ist für die Erfindung nicht von Bedeutung.
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Beispielsweise kann als Steuermittel Druckluft verwendet werden, die
in einem Kompressor erzeugt oder einer Flasche entnommen wird. Man kann auch Wasser
aus dem Kreislauf, beispielsweise am Punkt P1, entnehmen und seinen Druck in einer
geeigneten Druckregeleinrichtung auf den gewünschten Ruhedruck Pogoii herabsetzen
oder irgendein anderes geeignetes Steuermittel verwenden.
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Wenn im einfachsten Falle die Aufgabe gestellt ist, die verfügbare
Druckdifferenz zur Hälfte druckerhöhend und zur Hälfte drucksenkend zum Ruhedruck
wirken zu lassen, sind die Membranen 9 und 10 einerseits, 11 und
12 andererseits gleich groß auszuführen. Durch jedes der beiden Membranpaare
9 und 10, 11 und 12 erfolgt dann ein Vergleich der Drücke P1 und P2
mit dem gewünschten Ruhedruck Po, derart, daß bei Vorliegen der gewünschten Druckverteilung
das Steuersystem kraftlos wird.
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Steigen die Drücke P1 und P2 an, was gleichbedeutend mit einem Anstieg
der gedachten Ist-Ruhedrucklinie Po über den als Steuerdruck vorgegebenen Soll-Ruhedruck
Poeon ist, dann schließt das Einströmventil 7 und versperrt dem von der Pumpe 6
geförderten Wasser den Weg in die Anlage, während gleichzeitig das Oberströmventil8
öffnet und Wasser aus der Anlage austreten läßt.
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Sinken die Drücke P1 und P2 ab, was gleichbedeutend mit einem Absinken
der gedachten Ist-Ruhedrucklinie Po unter den als Steuerdruck vorgegebenen
Soll-Ruhedruck Poson ist, dann öffnet das Einströmventil 7 und läßt Wasser in die
Anlage eintreten, während gleichzeitig das Überströmventil8 schließt und ein Abfließen
von Wasser aus der Anlage verhindert.
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Wenn, wie dieses vorzugsweise bei ausgedehnten Heiznetzen größerer
Fernheizwerke der Fall ist, bei denen die Rücklaufleitung einen größeren Querschnitt
als die Vorlaufleitung hat, die Aufgabe gestellt ist, einen größeren Anteil a der
verfügbaren Druckdifferenz Ap druckerhöhend zum Ruhedruck und einen kleineren Anteil
(1-a) der Druckdifferenz,lp drucksenkend zum Ruhedruck einzusetzen, so läßt sich
dieses durch unterschiedliche Auslegung der Membranflächen erreichen. Dieser allgemeinere
Fall ist in der Figur dargestellt. Lie gesamte Membranfläche F
eines
jeden der beiden steuernden Membranpaare 9
und 10, 11 und 12 ist dann so auf
die beiden Membranen aufgeteilt, daß die mit dem Druck P, beaufschlagten Flächen
9, 11 jeweils (1-a) - F und die mit dem Druck P, beaufschlagten Flächen
a - F betragen. Der Regelvorgang verläuft dann analog der obigen Beschreibung, das
Steuersystem wird bei der gewünschten Druckverteilung Po =(1-a)-P,+a-P2 kraftlos.
Es ist natürlich auch möglich, die Verbindungsleitungen der Ventile 7 und 8 an verschiedenen
Stellen in die Anlage einzuführen. Es ist ferner möglich, die Membransysteme unter
Zwischenschaltung von beispielsweise mechanisch, hydraulisch oder elektrisch arbeitenden
Übertragungsgliedern mit den zu steuernden Ventilen zu verbinden. Dadurch können
auch beim Einsatz kleiner Steuermembranen hohe Drücke sicher beherrscht werden.
Statt der Membranen können auch gleitend in Zylindern angeordnete Steuerkolben eingesetzt
werden.