DE19960527C1 - Hausstation - Google Patents

Abstract

Hausstation (10) zum Betrieb einer Heizung und zur Trinkwarmwasserbereitung, mit einem Vorlaufanschluss (12) und einem Rücklaufanschluss (14) für ein Heizmedium, einem Wärmetauscher (16) zur Erwärmung von Trinkwasser, einer Regelungseinrichtung (18) zur Veränderung der Durchflüsse für den Heizungsbereich (20) und den Trinkwassererwärmungsbereich (22) und einer Differenzdruck-Regeleinheit (24) und mit einem Drosselgerät (26, 36, 38) mit einem Anschluss (28) zur Erfassung eines Druckes innerhalb des Drosselgerätes (26, 36, 38), der als Steuerdruck für die Differenzdruck-Regeleinheit (24) dient; vgl. Fig. 1.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hausstation mit Vor- und Rücklaufanschluss für einen Wärmeträger zum Betreiben einer Raumheizung und eines Wärmetauschers für das Er­ wärmen von Trinkwasser, mit einer Regeleinrichtung für die der Raumheizung über mindestens ein Heizkörperven­ til und dem Wärmetauscher in Abhängigkeit von der Trinkwassertemperatur zugeordneten Wärmeträger­ durchflüsse sowie mit einer Differenzdruck-Regeleinheit zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Differenzdru­ ckes zwischen Vor- und Rücklaufanschluss.

Derartige z. B. aus Danfoss Journal 2/1992, Seiten 14 und 15, Abb. 5 bekannte Hausstationen werden insbeson­ dere zum Anschluss an Fernwärmenetze eingesetzt, wobei auch ein Einsatz in Wohnungen vorgesehen ist, die an eine zentrale Heizungsanlage angeschlossen werden. Die dort verwendeten Regeleinrichtungen enthalten in aller Regel ein 3-Wege-Ventil, welches den Hauptstrom des Wärmeträgers in einen ersten Teilstrom für die Raumhei­ zung und einen zweiten Teilstrom für die Warmwasserer­ zeugung aufteilt. Das Trinkwasser wird beim Durchflie­ ßen des Wärmetauschers erwärmt, der im Gegenstrom von dem Wärmeträger durchströmt ist.

Die Regeleinrichtungen umfassen ferner im Ausgang des Wärmetauschers angeordnete Temperatursensoren mit einem mit einem Füllmedium gefüllten Fühler, der über eine Kapillarleitung mit dem 3-Wege-Ventil verbunden ist und mittels einer Membran oder einem Balg als Wirkfläche eine Stellkraft zur Betätigung des 3-Wege-Ventils er­ zeugt. Damit wird bei zu niedriger Temperatur des Trinkwassers der Durchfluss des Wärmeträgers durch den Wärmetauscher erhöht und umgekehrt bei zu hoher Tempe­ ratur der Durchfluss gedrosselt.

Bei nicht gezapftem Warmwasser wird der Teilstrom für die Warmwassererzeugung geschlossen, da ohne Entnahme von Warmwasser das im Wärmetauscher vorhandene Wasser des Warmwasserentnahmekreises sehr stark erwärmt. Bei einer solchen Erwärmung besteht die Gefahr, dass es beim Öffnen der Zapfstelle für das Warmwasser zu Ver­ brühungen kommen kann; ferner erhöhen hohe Temperaturen den Kalkausfall, sodass langfristig die Funktionsfähig­ keit des Wärmetauschers gefährdet ist.

Weiterhin sind solchen Hausstationen Differenzdruckre­ geleinheiten zugeordnet, die den Differenzdruck, der über dem Heizungsbereich und dem Trinkwassererwärmungs­ bereich abfällt, konstant halten. Damit wird eine stö­ rende Geräuschentwicklung in der Art eines "Pfeifens", wie es bei höheren Differenzdrücken an den Heizkörper­ ventilen auftreten kann, vermieden. Eine solche Diffe­ renzdruckregeleinheit verbessert auch die Regelgenauig­ keit der Warmwassertemperatur, da das 3-Wege-Ventil üb­ licherweise keinen druckentlasteten Ventilkegel besitzt und damit ein schwankender Differenzdruck als Störgröße wirksam werden kann.

Es ist üblich sowohl das 3-Wege-Ventil des Reglers für den Wärmetauscher als auch die Differenzdruckregelein­ heit bezüglich der Fließrichtung des Wärmeträgers unab­ hängig voneinander vor dem Heizungsbereich und dem Trinkwassererwärmungsbereich oder nach diesen anzuord­ nen.

Allen bisher bekannten Hausstationen haftet der Nach­ teil an, dass der Leistungsbereich für die Warmwasser­ menge relativ eng beschränkt ist. Wird die Warmwasser­ leistung erhöht, so fällt die Warmwassertemperatur auf­ grund des proportionalen Verhaltens der Regeleinrich­ tung ab, was zwangsläufig zu Beanstandungen der Benut­ zer solcher Hausstationen führt.

Zwar könnte dieses Problem durch die Verwendung größe­ rer und damit sehr viel teuerer Wärmetauscher und/oder durch Verwendung von 3-Wege-Ventilen gelöst werden, die einen größeren Durchfluss ermöglichen. Nachteilig hier­ bei ist aber, dass damit die Regelung unvermeidbar schlechter wird, was ebenfalls zu höheren Kosten führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es den Einsatz­ bereich der bekannten Hausstationen für größere Warm­ wasserleistungen zu erweitern.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwecks Beeinflussung des Arbeitspunktes der Differenz­ druck-Regeleinheit die Druckänderung in einem vom Wär­ meträger durchflossenen Drosselgerät als einer der der Differenzdruck-Regeleinheit zugeführten Steuerdrücke verwendet ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.

Der tragende Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen der durchflussabhängigen Drücke von Vor- und Rücklauf, die der Differenzdruckregeleinheit zuge­ führt werden, so zu verändern, dass bei Leistungsstei­ gerung z. B. durch Entnahme von Zapfwasser der Diffe­ renzdruckregeleinheit ein geringerer Differenzdruck ü­ ber den Trinkwassererwärmungsbereich vorgetäuscht wird. Der bisher mit größerem Durchfluss im Rohrleitungssystem, einschließlich Regeleinrichtung, Wärmetauscher und Heizungsbereich überproportional ansteigende Druckver­ lust kann mit dieser überraschend einfachen Maßnahme kompensiert werden, sodass die Regelung und damit die Wirkung der Hausstation wesentlich verbessert wird.

Der durch diese Maßnahme erhöhte Differenzdruck über dem Trinkwasserwärmungsbereich ermöglicht einen größe­ ren Durchfluss durch das 3-Wege-Ventil und den Wärme­ tauscher bei gleicher Ventilposition. Die bei solchen Hausstationen üblicherweise als Regler ohne Hilfsener­ gie mit Proportionalverhalten ausgebildeten Regelein­ richtungen ermöglichen somit ein besseres Regelverhal­ ten für die Trinkwarmwasserbereitung, da - wie bei niedrigen Durchflussmengen - relativ geringe Ventilhübe und Ventilhubänderungen ausreichen, um den Wärmeträger- Durchfluss entsprechend den Sollwertanforderungen zu regeln.

Die erfindungsgemäße Hausstation ermöglicht daher einen größeren Leistungsbereich bei der Warmwassererzeugung ohne das größere Wärmetauscher oder Ventile notwendig sind.

Weiterhin ermöglicht die Kompensation der Druckverluste im Rohrleitungssystem eine verbesserte Regelung der Trinkwarmwassertemperatur. Auch für den Heizungsbereich wird bei großer Heizleistung und somit höheren Durch­ flüssen eine bessere Regelung erreicht. Als Mittel zur Veränderung des einen der durchflussabhängigen Drücke von Vor- und Rücklauf eignen sich mit einem Druckan­ schluss versehene Düsen, wie z. B. Venturi-Rohre, deren Verwendung im Vergleich zu größeren Wärmetauschern kos­ tengünstiger ist und weiterhin wenig Platz benötigt. Damit erschließen sich für Hausstationen der vorliegen­ den Art neue Einsatzbereiche beim Anschluss von Wohnungen und Häusern an Fernwärme- oder zentrale Heizungsan­ lagen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer Haus­ station nach der Erfindung, dargestellt als graphische Symbole aufweisende Sinnbildzeich­ nung,

Fig. 2 eine Venturidüse als Drosselgerät in einem seitlichen Schnittbild,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Hausstation nach der Erfindung in einer der Fig. 1 ent­ sprechenden Darstellung,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform einer Hausstation nach der Erfindung ebenfalls in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung und

Fig. 5 eine Hausstation nach dem Stande der Technik.

Eine übliche Hausstation 10 zum Betrieb einer Raumhei­ zung und zur Trinkwarmwasserbereitung umfasst, wie in Fig. 5 dargestellt, einen Vorlaufanschluss 12 und einen Rücklaufanschluss 14 für ein zu- und abzuführendes Heizmedium, also einen Wärmeträger der beispielsweise aus einem Fernwärmenetz stammt. Ein Wärmetauscher 16 dient zur Erwärmung von Wasser, das an einer Zapfstelle 50 entnommen wird. Dem Wärmetauscher ist eine Rege­ lungseinrichtung 18 zugeordnet, über die die Durchflüs­ se für einen Heizungsbereich 20 und den Trinkwasserwär­ mungsbereich 22 verändert werden kann, um die Temperatur eines Heizkörpers 40 und der Zapfstelle entnommenen Trinkwassers entsprechend regeln zu können.

Ferner ist eine Differenzdruckregeleinheit 24 vorgese­ hen, die dazu dient, den Differenzdruck, der über dem Heizungsbereich 20 und dem Trinkwasserwärmungsbereich 22 abfällt, konstant zu halten. Hierdurch werden stö­ rende Geräusche in der Art eines "Pfeifens" bei zu ho­ hen Differenzdrücken an den den Heizkörpern zugeordne­ ten Heizungsventilen 26 vermieden. Die Heizungsventile 46 besitzen in aller Regel einen Fühler, der die Tempe­ ratur erfasst und den Durchfluss durch das Heizungsven­ til 46 und damit auch durch den Heizkörper 44 regelt.

Die Differenzdruckregeleinheit ist in an sich bekannter Weise als Regler ohne Hilfsenergie ausgebildet, dessen Antrieb zwei Druckräume aufweist, in denen jeweils ein Druck des zu regelnden Differenzdruckes herrscht und die Stellkraft durch Kraftvergleich an einer Wirkfläche wie Balg oder Membran zwischen dem Eingang 40 mit höhe­ rem Steuerdruck und dem Eingang 42 mit niedrigerem Steuerdruck erzeugt wird. Der Sollwert des Differenz­ druckes wird wie üblich durch ein nicht dargestelltes vorgespanntes Federelement bestimmt, das auf den Balg oder auf die Membran einwirkt.

Eine solche Hausstation 10 ist auch in Fig. 1 darge­ stellt, die im Unterschied zum bisherigen Stande der Technik ein zusätzliches Drosselgerät 26 mit einem An­ schluss 28 zur Erfassung eines Druckes innerhalb des Drosselgerätes 26 aufweist. Als Drosselgerät einsetzbar sind alle Einrichtungen im Fluss des Wärmeträgers ver­ wendbar, die in Fließrichtung des Wärmeträgers gesehen einen veränderten Querschnitt aufweisen, sodass inner­ halb des Drosselgerätes lokal unterschiedliche Drücke entstehen.

Das in Fig. 1 gezeigte Drosselgerät ist derart ausge­ bildet, dass der Druck am Anschluss 28 bei steigendem Wärmeträger-Durchfluss abnimmt.

In Fig. 2 ist eine besonders günstige Ausführung eines derartigen Drosselgerätes 26 in Form einer Venturi-Düse 36 gezeigt. Hierbei ist der Anschluss 28 bezüglich der Fließrichtung 34 des Wärmeträgers der Drosselstelle 32 nachgeordnet. Der Druck am Anschluss 28 sinkt daher mit steigendem Durchfluss, damit wird der Differenzdruckre­ geleinheit 24 ein niedrigerer Druck vorgetäuscht und die Differenzdruckregeleinheit 24 ermöglicht in dessen Folge einen größeren Wärmeträger-Durchfluss durch den Wärmetauscher 16.

Der über den Anschluss 28 abnehmbare Druck dient also als Steuerdruck an der Differenzdruckregeleinheit 24 und wird dieser über eine Fluidverbindung 30 dem Ein­ gang 40 als höherer Steuerdruck zugeführt. Am Eingang 42 liegt als niedrigerer Steuerdruck der sich jeweils aufbauende Druck des Wärmeträgers im Rücklauf 16 vor der Differenzdruckregeleinheit 24 an.

Dem Wärmetauscher 16 wird über den Leitungsanschluss 48 Kaltwasser zugeführt, sobald die Ausflussleitung 50 ge­ öffnet ist. Durch den im Gegenstrom durch den Wärmetau­ scher fließenden Wärmeträger wird dieses Wasser er­ wärmt, bevor es austritt. Der Regelungseinrichtung 18 ist ein Temperatursensor 18b zugeordnet, der mit dem Ausgang des Wärmetauschers verbunden ist. Dieser Tempe­ ratursensor ist als ein mit einem Füllmedium gefüllter Fühler ausgebildet, der über eine Kapillarleitung mit dem 3-Wege-Ventil 18a der Regelungseinrichtung 18 ver­ bunden ist und mittels einer Membran oder einem Balg als Wirkfläche in bekannter Weise eine Stellkraft zur Betätigung dieses Ventils erzeugt. Auf diese Weise re­ gelt das 3-Wege-Ventil 18a den Durchfluss des Wärmeträgers entsprechend den Anforderungen bezüglich Tempera­ tur und Entnahmemenge des Zapfwassers in der Ausfluss­ leitung 50, sodass bei zu niedriger Temperatur des Trinkwassers der Durchfluss des Wärmeträgers durch den Wärmetauscher 16 erhöht und umgekehrt bei zu hoher Tem­ peratur der Durchfluss gedrosselt wird.

Der überproportional steigende Druckverlust im vorste­ hend beschriebenen Rohrleitungssystem bei größerem Durchfluss wird dadurch kompensiert, dass mittels des Steuerdrucks im Anschluss 28 des Drosselgerätes 26 der Differenzdruckregeleinheit 24 ein geringerer Differenz­ druck vorgetäuscht wird.

Wie bereits erwähnt, ist bei Ausbildung des Drosselge­ rätes 26 als Venturi-Düse - wie in Fig. 2 dargestellt - eine besonders vorteilhafte Arbeitsweise erreichbar, da aufgrund eines hohen Druckrückgewinns der bleibende Druckverlust am Ausgang der Venturi-Düse minimal ist. Der Differenzdruck am Wärmetauscher 16 ist deswegen größer als der Differenzdruck an der Differenzdruckre­ geleinheit 24, wobei dieser Unterschied mit steigendem Durchfluss größer wird.

Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Haus­ station ist in Fig. 3 dargestellt. Dort sind ebenfalls ein Vorlaufanschluss 12 und ein Rücklaufanschluss 14 für den Wärmeträger, ein Heizungsbereich 20 mit einem Heizkörper 44 und ein Heizkörperventil sowie ein Trink­ wassererwärmungsbereich 22 mit einem Wärmetauscher 16 und eine Regelungseinrichtung 18, durch welche die Tem­ peratur des bei 50 abgenommenen Zapfwassers entspre­ chend der gewünschten Temperatur und der Entnahmemenge zu regeln, vorgesehen.

Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 tritt Kaltwas­ ser über den Zufluss 48 in den Wärmetauscher 16 ein und erwärmt sich durch Wärmetausch mit dem heißen Wärmeträ­ ger, während dieser den Wärmetauscher 16 im Gegenstrom durchströmt.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich ge­ genüber der Ausführungsform nach Fig. 1 in der Anord­ nung der Differenzdruckregeleinheit 24, die nunmehr eingangsseitig, d. h. dem Heizungs- und Trinkwasserer­ wärmungsbereich 20, 22 in Fließrichtung des Wärmetau­ schers vorgeordnet, angebracht ist. Der Anschluss 28 des Drosselgerätes 26 ist über die Fluidleitung 30 mit dem Eingang 40 für den höheren Steuerdruck verbunden, während für den Eingang 42 als niedrigerer Steuerdruck der Druck vor dem Rücklaufanschluss 24 verwendet ist.

Auf diese Weise wird das Druckniveau für den Heizungs- und Trinkwassererwärmungsbereich im Vergleich zu Fig. 1 abgesenkt, der Differenzdruck jedoch in gleicher Weise - wie bereits beschrieben - geregelt. Zwar ist es im Prinzip bekannt, das 3-Wege-Venil 18a des Reglers 18 und die Differenzdruckregeleinheit 24 bezüglich der Fließrichtung des Wärmeträgers unabhängig voneinander vor dem Heizungsbereich 20 und dem Trinkwassererwär­ mungsbereich 22 oder anschließend daran anzuordnen.

Wie Fig. 3 zeigt, ist eine derartige Variante auch in Kombination mit der Anordnung des Drosselgerätes 26 zur Bildung der erfindungsgemäßen Hausstation möglich.

Eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Haus­ station ist in Fig. 4 dargestellt. Die Anordnung der Differenzdruckregeleinheit 24 zwischen Vorlaufanschluss 12 und Trinkwassererwärmungsbereich 22 und Heizungsbe­ reich 20 entspricht der Anordnung nach der Fig. 3. Die Regeleinrichtung 18 ist demgegenüber zum Rücklaufan­ schluss 14 hin angeordnet. Als Drosselgerät wird in dieser Ausführungsform ein Staurohr 38 verwendet, das zwischen dem Heizungs- und Trinkwassererwärmungsbereich 20, 22 und dem Rücklaufanschluss 14 angeordnet ist. Der Anschluss 28 zur Erfassung des Druckes innerhalb des Staurohres 38 ist dessen Drosselstelle bezüglich der Fließrichtung des Wärmeträgers vorgelagert.

Der Anschluss 28 des Staurohres 38 ist über die Fluid­ verbindung 30 mit einem Eingang 42 der Differenzdruck­ regeleinheit 24 verbunden, führt also den niedrigen Steuerdruck für den zu regelnden Differenzdruck.

Im Gegensatz zu den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 3 ist der Staudruck am Staurohr 38 mit steigendem Durchfluss höher als der Druck am Ausgang der Diffe­ renzdruckregeleinheit 24. Da dieser Druck als niedriger Steuerdruck wirkt, wird der Differenzdruckregeleinheit bei Entnahme von Zapfwasser - wie in den bereits be­ schriebenen Ausführungen - ein geringerer Differenz­ druck vorgetäuscht, als er am Wärmetauscher 16 tatsäch­ lich vorhanden ist. Auf diese Weise kann ein größerer maximaler Durchfluss des Wärmeträgers durch den Wärme­ tauscher realisiert werden.

Als Staurohr kann ein "Pitotrohr" oder ein "Staurohr von Prandtl" Anwendung finden. Alternativ zur Venturi­ düse sind aber auch Normdüsen wie beispielsweise "Lang- Radius-Düse", ISA 1932 oder ähnliche Düsen oder Blenden anwendbar. An die Stelle der beschriebenen Fluidverbin­ dungen zwischen den Drosselgeräten 26 und der Diffe­ renzdruckregeleinheit 24 kann auch eine elektrische Signalverbindung treten, ohne das dabei der Erfindungs­ gedanke verlassen wird.

Bezugszeichenliste

10

Hausstation

12

Vorlaufanschluss

14

Rücklaufanschluss

16

Wärmetauscher

18

Regelungseinrichtung

18

a 3-Wege-Ventil

18

b Temperatursensor

20

Heizungsbereich

22

Trinkwassererwärmungsbereich

24

Differenzdruckregeleinheit

26

Drosselgerät

28

Anschluss

30

Fluidverbindung

32

Drosselstelle

34

Fließrichtung

36

Venturi-Düse

38

Staurohr

40

Eingang für höheren Steuerdruck

42

Eingang für niedrigen Steuerdruck

44

Heizungskörper

46

Heizungsventil mit Fühler

48

Zufluss Kaltwasser

50

Abfluss Zapfwasser

Claims (8)

1. Hausstation mit Vor- und Rücklaufanschluss (12, 14) für einen Wärmeträger zum Betreiben einer Raumheizung (44) und eines Wärmetauschers (16) für das Erwärmen von Trinkwasser, mit einer Regelungs­ einrichtung (18) für die der Raumheizung über ein Heizkörperventil (46) und dem Wärmetauscher (16) in Abhängigkeit von der Trinkwassertemperatur zu­ geordneten Wärmeträger-Durchflüsse (20, 22) sowie mit einer Differenzdruck-Regeleinheit (24) zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Differenz­ druckes zwischen Vor- und Rücklaufanschluss (12, 14), dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Beein­ flussung des Arbeitspunktes der Differenzdruck- Regeleinheit (24) die Druckänderung in einem vom Wärmeträger durchflossenen Drosselgerät (26, 36, 38) als einer der der Differenzdruck-Regeleinheit (24) zugeführten Steuerdrücke (40, 42) verwendet ist.

2. Hausstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass das Drosselgerät (26) zwischen Vorlauf­ anschluss (12) und dem Heizungs- und Trinkwasser­ erwärmungsbereich (20, 22) angeordnet und mit sei­ ner als Fluidverbindung ausgebildeten Steuerdruck­ leitung (30) mit dem dem höheren Steuerdruck zuge­ ordneten Eingang (40) der Differenzdruckregelein­ heit (24) verbunden ist.

3. Hausstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass das Drosselgerät (38) zwischen Heizungs- und Trinkwassererwärmungsbereich (20, 22) und Rücklaufanschluss (14) angeordnet und mit seiner als Fluidverbindung ausgebildeten Steuerdrucklei­ tung (30) mit dem dem niedrigen Steuerdruck der Differenzdruckregeleinheit (24) zugeordneten Ein­ gang (42) verbunden ist.

4. Hausstation nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselgerät (26) als Venturi-Düse (36) mit einem bezüglich der Fließ­ richtung (34) des Wärmeträgers der Drosselstelle (32) nachgeordneten Anschluss (28) zur Druckerfas­ sung ausgebildet ist.

5. Hausstation nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselgerät (26) zur Er­ fassung eines Drucks innerhalb des Drosselgerätes einen der Drosselstelle bezüglich der Fließrich­ tung (34) des Wärmeträgers vorgelagerten Druckan­ schluss (28) aufweist.

6. Hausstation nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (28) des Dros­ selgerätes (38) zur Erfassung eines Drucks inner­ halb des Drosselgerätes mit dem Eingang (42) der Differenzdruckregeleinheit (24) für den niedrige­ ren Steuerdruck des zu regelnden Differenzdruckes verbunden ist.

7. Hausstation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, dass das Drosselgerät (38) als Staurohr aus­ gebildet ist.

8. Hausstation nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzdruckregeleinheit (24) ein Regler ohne Hilfsenergie ist, dessen Antrieb zwei Druckräume aufweist, in denen jeweils ein Druck des zu regelnden Differenzdruckes herrscht und die Stellkraft durch Kraftvergleich an einer Wirkfläche wie Balg oder Membran zwischen den beiden Druckräumen entsteht.