DE3712878C1 - Valve arrangement for a water-heating installation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung für eine Warmwasser-Heizungsanlage, insbesondere mit einer Fußbodenheizung, mit einem Mischventil, das zwei von einem gemeinsamen Stellglied gegensinnig betätig­ bare Sperrventile zur Speisung einer Mischkammer aus einer Vorlaufkammer und einer Rücklaufkammer aufweist.

Bei Fußbodenheizungen ist es bekannt, für jeden einzel­ nen Heizkreis, der beispielsweise durch die Rohrschlange in einem Raum gegeben ist, ein Mischventil und eine Umwälzpumpe vorzusehen. Die Umwälzpumpe bewirkt eine so hohe Durchströmgeschwindigkeit, daß sich zwischen Anfang und Ende der Heizfläche keine unangenehm großen Temperaturdifferenzen einstellen. Durch das Mischventil kann die Temperatur des dem Kreis zugeführten Wassers so niedrig gehalten werden, daß keine zu hohen Oberflä­ chentemperaturen auftreten und keine zu große Wärmeab­ gabe erfolgt. Hierbei ist es unerheblich, daß die Vor­ lauftemperatur vielfach aus anderen Gründen höhere Werte haben muß, beispielsweise wenn auch Konvektions-Heiz­ körper mit Warmwasser versorgt werden sollen, wenn un­ günstig gelegene Räume einen wesentlich höheren Wärme­ bedarf haben oder wenn bei einer Fernheizung die Vorlauf­ temperatur vorgeschrieben ist.

Der auf diese Weise erzielte Komfort verursacht aber verhältnismäßig hohe Kosten. Denn für jeden Kreis muß eine Umwälzpumpe vorgesehen sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung der eingangs beschriebenen Art anzuge­ ben, bei der unter Verwendung von nur einer Umwälzpum­ pe für mehrere Heizkreise in jedem Heizkreis eine siche­ re Temperatureinstellung möglich ist und ein vorgege­ bener Temperaturabfall nicht überschritten wird.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Anordnung dadurch gelöst, daß in Reihe mit dem rücklaufseitigen Speiseventil ein Dros­ selventil angeordnet ist, das vom gemeinsamen Stellglied gegensinnig zu diesem rücklaufseitigen Speiseventil verstellbar ist.

Das zusätzliche, aber vom selben Stellelement betätigte Drosselventil sorgt dafür, daß dem zugeordneten Heizungs­ kreis eine von der Stellung des Stellgliedes abhängige Durchflußmenge zugeführt wird. Mit sinkendem Wärmebedarf wird daher nicht nur das Mischungsverhältnis sondern auch die Durchflußmenge geändert. Bei hohem Wärmebedarf ergibt sich bei hoher Temperatur des Mischwassers eine große Durchflußmenge, so daß aus diesem Grund der Tempe­ raturabfall vom Eingang zum Ausgang des Kreises gering bleibt. Bei geringem Wärmebedarf ist die Durchflußmenge ebenfalls gering. Da aber wegen des hohen Anteils des Rücklaufwassers an dem Mischwasser die Temperatur nur wenig über der Raumtemperatur liegt, ist wiederum dafür gesorgt, daß der Temperaturabfall im Kreis gering bleibt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß das Stellglied ein Ventilschaft ist, der außer den Speiseventil-Verschlußstücken ein Drosselventil-Ver­ schlußstück trägt und daß die Wand zwischen Rücklaufkam­ mer und Mischkammer beidseitig einen Ventilsitz aufweist. Dies ergibt eine besonders einfache Betätigungsart. Selbstverständlich können die Verschlußstücke relativ zueinander verschiebbar auf dem Ventilschaft gehalten sein.

Insbesondere können die Speiseventil-Verschlußstücke in der Mischkammer und das Drosselventil-Verschlußstück in der Rücklaufkammer angeordnet sein. Eine Alternative mit umgekehrter Betätigungsrichtung besteht darin, daß die Speiseventil-Verschlußstücke in der Vorlauf- und Rücklaufkammer und das Drosselventil-Verschlußstück in der Mischkammer angeordnet ist.

Das Stellglied kann von einem fernsteuerbaren Betäti­ gungsorgan verstellbar sein. Hierfür kommt insbesondere ein elektrisch beheizbares Dehnstoffelement, sei es eine Festkörper-Patrone, z. B. Wachs-Patrone, ein mit Flüssigkeits-Dampf-Füllung versehenes Arbeitselement u. dgl. in Betracht. Die Ventilanordnung braucht dann nicht in dem Raum angeordnet zu sein, dessen Temperatur geregelt werden soll. Wenn eine Unterbringung in diesem Raum möglich ist, kann ein normaler Thermostataufsatz für die Ventilanordnung vorgesehen werden.

Mit besonderem Vorteil sind mehrere Ventilgehäuse, die je einem Heizkreis zugeordnet sind, zu einem von einer gemeinsamen Umwälzpumpe versorgten Zentralverteiler zusammengebaut. Ein solcher Zentralverteiler kann für alle Räume einer Wohnung vorgesehen und beispielswei­ se im Flur angeordnet sein. Er kann an die Vorlauf- und Rücklaufleitung einer Haus- oder Fernheizungsanlage angeschlossen werden.

In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, daß in jedem Gehäuse die Vorlauf- und Rücklaufkammer je mit einem sich zwischen beiden gegenüberliegenden Gehäuse-Stirnwän­ den erstreckenden Durchgang und die Mischkammer mit einem Anschlußstutzen, dessen Achse etwa parallel zu den Stirnwänden verläuft, verbunden ist. Die Ventilanord­ nungen des Zentralverteilers lassen sich daher dicht neben­ einander anordnen und stehen unmittelbar miteinander in Verbindung.

Dem gleichen Zweck dient es auch, wenn jedes Gehäuse mit einem zweiten Anschlußstutzen versehen ist, der mit einem weiteren sich zwischen den Gehäusestirnwänden erstreckenden Durchgang verbunden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Heizungsan­ lage mit den erfindungsgemäßen Ventilanordnungen,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Alternative hierzu,

Fig. 4 und 5 Durchflußkurven über dem Stellweg,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausfüh­ rungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung und

Fig. 7 einen Horizontalschnitt längs der Linie A-A der Fig. 6.

In Fig. 1 ist eine Heizungsanlage für ein Haus mit meh­ reren Etagen veranschaulicht. Sie weist einen Heizkes­ sel 1 mit Vorlaufleitung 2 und Rücklaufleitung 3 auf. Jede Wohnung W 1, W 2, W 3 usw. steht mit dieser Vorlauflei­ tung 2 und der Rücklaufleitung 3 in Verbindung.

Die Wohnung W 1 besitzt drei Räume 4, 5 und 6 , die je­ weils zwei Wärmetauscher 7 und 8, 9 und 10, 11 und 12 aufweisen. Beispielsweise sind die Wärmetauscher 7, 9 und 11 im Fußboden verlegte Rohrleitungen, während die Wärmetauscher 8, 10 und 12 durch an der Raumwand befestigte Konvektionsheizkörper gebildet sind. Jeder Wärmetauscher wird von einer Ventilanordnung 13 mit Mischwasser über eine Leitung 14 versorgt. Die Rücklei­ tung 15 führt zu einer Sammelleitung 16, in die eine Umwälzpumpe 17 eingebaut ist. Der Ausgang der Umwälzpumpe steht einerseits mit der Rücklaufleitung 3 und anderer­ seits mit einer rücklaufseitigen Verteilerleitung 18 in Verbindung, die allen Ventilanordnungen 13 gemeinsam ist. Sämtliche Ventilanordnungen 13 bilden zusammen einen Zentralverteiler 19, der beispielsweise im Flur der Wohnung, in einer Abstellkammer oder an einer anderen sonst ungenutzten Stelle untergebracht werden kann.

Eine Ventilanordnung 13 ist in Fig. 2 dargestellt. Sie besitzt ein Gehäuse 20, in dem es eine Vorlaufkammer 21, eine Rücklaufkammer 22 und Mischkammer 23 mit einem Anschlußstutzen 24 für die Leitung 14 gibt. Unten ist eine Kammer 25 dargestellt, die einen Teil der Sammel­ leitung 16 bildet und mit einem Anschlußstutzen 26 für eine Leitung 15 versehen ist.

Ein Stellglied 27 in der Form einer Ventilstange durch­ setzt eine Bohrung 28 zwischen Vorlaufkammer 21 und Mischkammer 23 sowie eine Bohrung 29 zwischen Rücklauf­ kammer 22 und Mischkammer 23. Vom Stellglied 27 sind drei Verschlußstücke 30, 31 und 32 mitnehmbar. Das Ver­ schlußstück 30 bildet zusammen mit einem Ventilsitz 33 ein zulaufseitiges Speiseventil 34. Das Verschluß­ stück 31 bildet mit einem Ventilsitz 35 ein rücklauf­ seitiges Speiseventil 36. Die beiden Speiseventile 34 und 36 stellen ein Mischventil M dar. Das Verschlußstück 32 bildet zusammen mit einem Ventilsitz 37 ein Drossel­ ventil D. Zwischen den Verschlußstücken 30 und 31 ist eine Rückstellfeder 38. Zwischen dem Verschlußstück 32 und dem Gehäuse ist eine Rückstellfeder 39 vorgesehen.

Auf das Gehäuse 20 ist ein Betätigungsaufsatz 40 aufge­ setzt, der eine Wachs-Patrone 41 enthält, die mit Hilfe eines elektrischen Heizwiderstandes 42 auf vorbestimmte Temperaturen gebracht werden kann. In Abhängigkeit von der Temperatur schiebt sich ein Kolben 43 nach außen und verstellt den Ventilschaft um ein vorgegebenes Maß.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3, bei der das nicht veranschaulichte Betätigungsorgan in umgekehrter Rich­ tung arbeitet, werden für entsprechende Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Bei dieser Konstruktion befindet sich das Verschlußstück 130 des vorlaufseitigen Speiseventils 134 in der Vorlaufkammer 121 und das Ver­ schlußstück 131 des rücklaufseitigen Speiseventils 136 der Rücklaufkammer 122. Das Verschlußstück 132 des Dros­ selventils D ist in der Mischkammer 123 untergebracht.

In Fig. 4 ist über dem Stellweg y des Betätigungsorgans und des Stellglieds 27 die Durchflußmenge Q veranschau­ licht. Kurve I stellt den Durchfluß durch die Bohrung 28, also die Menge des Vorlaufwassers, dar, und Kurve II den Durchfluß durch die Bohrung 29, also des beige­ mischten Rücklaufwassers. Kurve III ergibt sich als Summe der Kurven I und II; dies ist die Menge Q, welche dem Wärmetauscher über den Stutzen 24 zugeführt wird. Wegen des Zusammenwirkens des rücklaufseitigen Speiseventils 36 und des Drosselventils D ergibt sich eine Kurve II, die in beiden Endstellungen die Durchflußmenge auf Null hält und in der Mitte ein Maximum aufweist. Bei großem Wärmebedarf ergibt sich eine große Durchflußmenge, die überwiegend vom heißen Vorlaufwasser gebildet wird. Wegen der großen Menge ist die Abkühlung im Wärmetau­ scher gering. Mit abnehmendem Wärmebedarf sinkt auch die Durchflußmenge. In der Nähe der entgegengesetzten Endlage ist die Durchflußmenge nur noch klein. Trotzdem ist der Temperaturabfall im Wärmetauscher klein, weil die Mischwassertemperatur nahe der Raumtemperatur liegt.

Im Gegensatz zu üblichen Raumheizkörper-Ventilen hat die hier beschriebene Ventilanordnung eine konstante Verstärkung, was bedeutet, daß mit zunehmendem Stellweg y auch die übertragene Wärmemenge stetig zunimmt.

Durch die Kopplung der Verschlußstücke und/oder durch ihre Form in Verbindung mit dem Ventilsitz, lassen sich die Kurven I und II in weitem Umfang frei wählen. Fig. 5 zeigt den Fall, daß das vorlaufseitige Speiseventil 34 erst nach einem gewissen Stellweg des Stellgliedes 27 öffnet (Kurve Ia). Daher wird der untere Teil der Durchflußkurve IIIa allein vom Rücklaufwasser bestritten, wie man aus der Form der Kurve IIa erkennen kann.

Bei der Ausführungsform der Fig. 6 werden für entspre­ chende Teile um 200 gegenüber Fig. 2 erhöhte Bezugszei­ chen benutzt. Die Ventilstange und die Verschlußstücke sind nicht eingezeichnet. Die Vorlaufkammer 221 ist mit einem Durchgang 202, die Rücklaufkammer 222 mit einem Durchgang 218 und die Kammer 225 mit einem Durch­ gang 216 verbunden. Die drei Durchgänge erstrecken sich an den gegenüberliegenden Stirnwänden 244 und 245. Solche Ventilgehäuse 213 können daher unter Zwischenlage einer Dichtung aneinandergesetzt und mit Hilfe von Schrauben, die durch Bohrungen 246 greifen, verbunden werden. Wegen der geneigten Achse der Kammern 221 bis 223 ist der nicht veranschaulichte Betätigungsaufsatz leicht zugäng­ lich.

Claims (9)

1. Ventilanordnung für eine Warmwasser-Heizungsanlage, insbesondere mit einer Fußbodenheizung, mit einem Mischventil, das zwei von einem gemeinsamen Stell­ glied gegensinnig betätigbare Sperrventile zur Spei­ sung einer Mischkammer aus einer Vorlaufkammer und einer Rücklaufkammer aufweist, dadurch gekennzeich­ net, daß in Reihe mit dem rücklaufseitigen Speise­ ventil (36; 136) ein Drosselventil (D) angeordnet ist, das vom gemeinsamen Stellglied (27; 127) gegen­ sinnig zu diesem rücklaufseitigen Speiseventil ver­ stellbar ist.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Stellglied (27; 127) ein Ventilschaft ist, der außer den Speiseventil-Verschlußstücken (30, 31; 130, 131) ein Drosselventil-Verschlußstück (32; 132) trägt und daß die Wand zwischen Rücklaufkam­ mer (22; 122) und Mischkammer (23; 123) beidseitig einen Ventilsitz (35, 37) aufweist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Speiseventil-Verschlußstücke (30, 31) in der Mischkammer (23) und das Drosselventil-Ver­ schlußstück (32) in der Rücklaufkammer (22) angeord­ net sind.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Speiseventil-Verschlußstücke (130, 131) in der Vorlauf- und Rücklaufkammer (121, 122) und das Drosselventil-Verschlußstück (132) in der Mischkammer (123) angeordnet sind.

5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stellglied (27) von einem fernsteu­ erbaren Betätigungsorgan (41) verstellbar ist.

6. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß als Betätigungsorgan (41) ein elektrisch beheizbares Dehnstoffelement dient.

7. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Ventilgehäuse (13; 213), die je einem Heizkreis (7 bis 12) zugeordnet sind, zu einem von einer gemeinsamen Umwälzpumpe (17) versorg­ ten Zentralverteiler (19) zusammengebaut sind.

8. Ventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß in jedem Gehäuse (213) die Vorlauf- und Rücklaufkammer (221, 222) je mit einem sich zwischen beiden gegenüberliegenden Gehäuse-Stirnwänden (244, 245) erstreckenden Durchgang (202, 218) und die Misch­ kammer (223) mit einem Anschlußstutzen (224), dessen Achse etwa parallel zu den Stirnwänden verläuft, verbunden ist.

9. Ventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß jedes Gehäuse (213) mit einem zweiten An­ schlußstutzen (226) versehen ist, der mit einem wei­ teren sich zwischen den Gehäusestirnwänden (244, 245) erstreckenden Durchgang (216) verbunden ist.