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Die Erfindung betrifft die Nutzung von Wärmeenergieressourcen von Räumen, die einer natürlichen und einer künstlichen Erwärmung/Kühlung unterliegen, in der Gesamtwärmeenergiebilanz eines Gebäudes oder von baulichen Einheiten.
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In Zeiten von steigenden Energiepreisen gewinnt die Erschließung natürlicher Ressourcen zunehmend an Bedeutung. Das gilt besonders für die Nutzung der Sonnenenergie als unbegrenzt mit großem Potential verfügbarer Energiequelle. Für alle Gebäude entstehen durch die Ausrichtung der Strahlung beschienene und beschattete Bereiche mit Temperaturdifferenzen von mehr als 10 K. Besonders hohe Bürogebäude mit großen Fensterflächen erzielen eine starke Aufheizung durch die Sonnenbestrahlung. Weil die Sonnenwanderung die beschienenen Flächen verändert, muss das System zur Gewinnung der Sonnenenergie flexibel auf diese Veränderung reagieren. Da der Wohlbefindlichkeitsbereich der meisten Menschen bei 21°C +/–3 K liegt ergeben sich für fast alle Raumbereiche nur geringfügige Differenzen zur gewünschten Raumtemperatur. Infolgedessen entstehen vor allem in Übergangszeiten gleichzeitig Heizungs- wie Kühlanforderungen.
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Aber nicht nur durch die Sonnenbestrahlung, sondern auch durch die unterschiedliche Raumnutzung entstehen künstlich erzeugte Temperaturdifferenzen. So existieren in industriell genutzten Gebäuden häufig stark überheizte Bereiche neben nur als Büro- und Lagerbereiche genutzten Räumen mit Heizbedarf. Andererseits erzeugen die Lebensmittelkühlanlagen in Verkaufsbereichen unangenehm unterkühlte Zonen während Eingangsbereiche im Sommer stark gekühlt werden.
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Üblicherweise werden gegenwärtig parallel ein Heizungs- wie ein Kühlsystem vorgehalten(4-Rohr-Systeme). Das führt dazu, dass durch zusätzlichen Energieaufwand die durch Sonne beheizten Räume gekühlt und gleichzeitig die zu kalten Räume geheizt werden. Dabei müssen zwei Rohrsysteme installiert werden, die auch nur in den Übergangszeiten gleichzeitig genutzt werden. Alternativ existieren Systeme, die wechselweise zum Heizen oder Kühlen betrieben werden (2-Rohr-System). Dabei kann nur gemittelt werden, so dass entweder nach einem zentral gesteuerten Programm umgeschaltet oder erst gekühlt wird, wenn in allen Räumen kein Heizbedarf mehr besteht.
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Aus der
DE 100 57 361 A1 ist ein Verfahren bekannt, durch das die Vorlauftemperatur sehr eng am tatsächlichen Bedarf gehalten wird. Dementsprechend sind Verluste, insbesondere Übertragungsverluste, die sich aus einer zu hohen Vorlauftemperatur ergeben können, relativ klein. Man ermittelt bei diesem Verfahren fortlaufend den Wärmebedarf in allen Räumen. Wenn in keinem der Räume ein Wärmebedarf besteht, wird davon ausgegangen, dass die Vorlauftemperatur abgesenkt werden kann. Wenn in einem Raum ein Wärmebedarf besteht, wird davon ausgegangen, dass dieser Wärmebedarf schneller befriedigt werden kann, wenn die Vorlauftemperatur erhöht wird. In diesem Fall erhöht man daher die Vorlauftemperatur. Zusätzlich berücksichtigt man dabei aber die Anzahl der Räume, in denen der entsprechende Wärmebedarf besteht. Wenn beispielsweise nach einer Nachtabsenkung die Temperatur in mehreren Räumen gleichzeitig steigen soll, so dass in mehreren Räumen ein Wärmebedarf besteht, dann wird die Vorlauftemperatur stärker angehoben als in einem Fall, wo nur in einem Raum ein Wärmebedarf besteht.
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Aus der
EP 1 357 336 A2 ist ein System für die Versorgung von Verbrauchern mit unterschiedlichem thermischen Energieniveau bekannt. Ein Trägermedium wird in einer Wärmequelle erhitzt und fließt von der Wärmequelle durch eine Hauptleitung zu parallel angeordneten Verbrauchern. Jedem Verbraucher ist in der Hauptleitung ein regelbarer Strömungsverteiler zugeordnet, so dass jedem Verbraucher ein Teilstrom zugeleitet werden kann. Hier geht es somit um eine Optimierung der Wärmezuteilung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die unterschiedlichen Raumtemperaturen und übliche Heizungs- bzw. Kühlsysteme für eine Optimierung der Raumtemperatur eines Gebäudes oder Gebäudekomplexes nutzbar zu machen.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit den Verfahrensmerkmalen des Anspruches 1, eine Vorrichtung benennt Anspruch 5, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Verfahren zur Nutzung der Wärmeenergieressourcen von Gebäuden zur Heizung und/oder Kühlung von Räumen, die von einer zentralen Heizungs- und/oder Kühleinrichtung über Vor- und Rücklaufleitungen für ein Heizungs- und/oder Kühlmedium versorgbar sind, sieht vor, dass Temperaturdifferenzen zwischen Räumen gemessen werden und durch Kopplung von Vor- und Rücklaufleitungen in Form von Zwischenkreisläufen ein Wärmeaustausch zwischen den Räumen, die eine Temperaturdifferenz aufweisen, erfolgt und/oder zur Kühlung von Räumen die Heizungseinrichtungen genutzt werden, indem ein Wärmeaustausch mit einem permanent fließenden Kaltwasserzulauf für das Gebäude erfolgt.
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Dabei können jeweils die Rücklaufleitung eines Raumes oder einer Raumgruppe mit der Vorlaufleitung eines anderen Raumes oder einer Raumgruppe gekoppelt werden, so dass das umlaufende Heiz- und/oder Kühlmedium die Räume nacheinander erreicht.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass zeitweilig die Rücklaufleitung eines Raumes mit der Vorlaufleitung dieses Raumes gekoppelt wird, so dass das Heiz- und/oder Kühlmedium sich in dieser Verweildauer der Raumtemperatur annähert.
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Dabei werden bevorzugt Vor- und Rücklauftemperaturwerte erfasst und einer zentralen Steuerung zugeleitet, die unter Berücksichtigung von mindestens Solltemperaturwerten und des Betriebszustandes der zentralen Heizungs- und/oder Kühleinrichtung die Einstellung der die Kopplung von Vor- und Rücklaufleitungen vornehmenden Ventile veranlasst.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Nutzung der Wärmeenergieressourcen von Gebäuden zur Heizung und/oder Kühlung von Räumen über Heiz- und/oder Kühlaggregate, die über Vor- und Rücklaufleitungen mit einer zentralen Heizungs- und/oder Kühleinrichtung gekoppelt sind, sieht vor, dass mittels eines Kreuzstromventils oder eines Mischkammerventils mindestens die Rücklaufleitung aus einem Raum mit der Vorlaufleitung eines anderen Raumes zum Zwecke des Wärmeaustausches zwischen den Räumen koppelbar ist und/oder zu Kühlzwecken die zentrale Heizungseinrichtung über einen Wärmetauscher mit einer Kaltwasserleitung des Gebäudes gekoppelt ist, so dass ein gekühltes Medium in die zentrale Vorlaufleitung eingespeist wird.
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In einer bevorzugten Ausführung weist das Kreuzstromventil oder das Mischkammerventil bei der Verwendung für zwei Räume oder Raumeinheiten, deren Heiz- und Kühlaggregate über eine Vor- und eine Rücklaufleitung verfügen, Anschlüsse folgender Art auf
- – einen Anschluss zur zentralen Vorlaufleitung,
- – einen Anschluss zur zentralen Rücklaufleitung,
- – einen Anschluss zur Vorlaufleitung des ersten Raumes,
- – einen Anschluss zur Rücklaufleitung aus dem ersten Raum,
- – einen Anschluss zur Vorlaufleitung in den zweiten Raum und
- – einen Anschluss zur Rücklaufleitung aus dem zweiten Raum
und der jeweilige Ventileinsatz ist so ausgebildet, dass - a) jeder Raum an die zentrale Vor- und Rücklaufleitung anschließbar ist (Parallelbetrieb),
- b) die Rücklaufleitung aus dem zweiten Raum mit der Vorlaufleitung des ersten Raumes koppelbar ist, während die Vorlaufleitung des zweiten Raumes mit der zentralen Vorlaufleitung und die Rücklaufleitung des ersten Raumes mit der zentralen Rücklaufleitung verbunden sind (Heizen),
- c) die Rücklaufleitung aus dem zweiten Raum mit der Vorlaufleitung des ersten Raumes koppelbar ist, während die Rücklaufleitung aus dem ersten Raum mit der zentralen Rücklaufleitung und die Vorlaufleitung des zweiten Raumes mit der zentralen Vorlaufleitung verbunden sind (Kühlen),
- d) die zentrale Vorlaufleitung mit der zentralen Rücklaufleitung verbindbar ist, während die Rück- und Vorlaufleitung des ersten Raumes und die des zweiten Raumes jeweils verbunden sind, so dass innerhalb jedes Raumes ein Umlauf erfolgt (Bypass).
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Ein entsprechender Ventileinsatz für das Kreuzstromventil verfügt über zwei Kanäle mit jeweils drei Öffnungen und einem Kanal mit zwei Öffnungen, wobei in den Schaltstellungen Heizen, Kühlen und Bypass mindestens zwei Öffnungen pro Kanal mit Anschlüssen zu einer Vor- und/oder Rücklaufleitung verbunden sind.
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Ein derartiges neues Kreuzstromventil für einen multivalenten Medientransport, war bisher nicht nötig. Dieses neuartige Ventil soll mit nur einem Antrieb in einer Ebene den direkten Anschluss von den zentralen Vor- und Rücklaufleitungen wie auch den Vor- und Rücklaufleitungen der Raumgruppen mit natürlichem Temperaturgefälle ermöglichen.
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Ein weiterer Teil der Erfindung ist eine komplexe Regelung, die neben der üblichen Erfassung der Raumsoll- und Raumistwerte zusätzlich die Vor- und Rücklauftemperaturen misst, die Umsteuerung des Medienstromes durch komplexe Steuerung der Ventile vornimmt und gleichzeitig die zentralen Heiz- und Kühlaggregate zur bedarfsgerechten Anpassung der Vorlauftemperatur beeinflusst. Weiterhin kann die dezentral angeordnete Steuerung über Standard-Bussysteme das Zusammenwirken mit Gebäudeleittechnik sowie Smart-Metering unterstützen. Neben dem besseren Komfort bringt die Nutzung der natürlichen Temperaturdifferenzen einen erheblichen Energiegewinn.
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Zum Umleiten des Kaltwasserstromes der Kaltwasserleitung über den Wärmetauscher der zentralen Heizeinrichtung wird bevorzugt ein 2-Wege-Bypass-Ventil eingesetzt, das folgende Schaltstellungen realisiert:
- – vollständige Umleitung des Kaltwasserstromes über den Wärmetauscher und Rückleitung in die Kaltwasserleitung,
- – teilweise Umleitung des Kaltwasserstromes über den Wärmetauscher,
- – Sperrung des Zuflusses zum Wärmetauscher und
- – Sperrung des Kaltwasserstromes.
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Das Verfahren und die Vorrichtungskomponenten machen folgende Systemverbesserungen möglich:
- 1. Durch gezieltes regionales Mischen der Medien der Vor- und Rücklaufleitungen können die örtlichen Temperaturdifferenzen zur Energieeinsparung genutzt werden.
- 2. Obwohl nur eine zentral vorgegebene Temperatur der Vorlaufleitung verwendet wird, kann anstatt der erforderlichen Maximaltemperatur eine mittlere Temperatur mit wesentlich geringeren Energiekosten gefahren werden.
- 3. Durch Regelung der Zentralaggregate entsprechend der aktuellen Bedarfswerte kann die Temperatur der Vorlaufleitungen direkt von den Raumtemperaturreglern beeinflusst werden.
- 4. Weder die Nachteile des 4-Rohr-Systems, bei dem die längste Zeit nur die Hälfte der Anlage genutzt wird, noch die des 2-Rohr-Systems, das in den Übergangszeiten nicht anpassungsfähig ist, treten bei diesem neuartigen System auf.
- 5. Durch Erfassung der Temperaturen der Medien in den zentralen Vor- und Rücklaufleitungen sowie den Vor- und Rücklaufleitungen der wärmeren wie kälteren Raumgruppe direkt an der Mischkammer kann aus der jeweiligen Differenz der tatsächliche Energiebedarf ermittelt werden. Durch Protokollierung und Abrechnung entsprechend eines Smart-Metering-Systems können so Informationen zu Verbrauchsverläufen generiert werden.
- 6. Durch Einsatz des neuartigen Mehrwegeventils zur Umschaltung der Zulaufleitung zum Heizkessel wird die Kaltwasserzulaufleitung des Gebäudes mit durchschnittlich 16..18°C zum Kühlen des Heizwasserkreislaufes genutzt und gleichzeitig eine Bypassfunktion integriert. Auf diese Weise ist es möglich, reine Heizungssysteme in den Sommermonaten mit gekühltem Wasser als Medium zu betreiben, ohne zusätzlich eine Kühlanlage installieren zu müssen.
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Diese Verbesserungen können sofort in allen Klimatisierungsanlagen angewandt werden, wo bereits 2-Rohr-Systeme vorhanden sind. 4-Rohr-Systeme wären nicht mehr erforderlich. Wärmepumpen, die nur in 2-Rohr-Systemen eingesetzt werden, können so mit größeren Umschaltintervallen in der Übergangszeit effektiver betrieben werden. Ebenso kann in Klima-Lüftungs-Anlagen prinzipiell die gleiche Steuerungstechnik eingesetzt werden, wenn die Lüftungsklappen funktional ähnlich dem Prinzip des Kreuzstromventils angeordnet werden. Insoweit schließt der verwendete Begriff Heiz- und/oder Kühlmedium neben flüssigen auch gasförmige Medien ein.
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In Lüftungs-Klima-Anlagen wird der Mediumstrom durch proportional gesteuerte Stellklappen gelenkt. Üblicherweise wird hier nur der Vorlauf in Rohren zu den Räumen geführt, während der Rücklauf als Druckausgleich über Flure unkontrolliert erfolgt. Dadurch ist das Prinzip des Medientausches zwischen den Räumen nicht in gleicher Weise anwendbar.
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Das neuartige Mischkammerventil mit seiner Mischkammer sorgt in einer weiteren Ausführung dafür, dass eine bedarfsgerechte Umsteuerung der Mediumströme möglich wird.
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Bevorzugt münden dabei die oben genannten Anschlüsse des Mischkammerventils in eine Mischkammer, in der ein Kanal verdrehbar angeordnet ist, wobei der Kanal im Parallelbetrieb geschlossen ist, im Heizungsbetrieb bzw. Kühlbetrieb die Verbindung jeweils zwischen einer Rück- und einer Vorlaufleitung und im Bypassbetrieb zwischen der zentralen Vor- und Rücklaufleitung herstellt.
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Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:
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1: den prinzipiellen Aufbau des Verfahrens,
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2.1–2.4: die Vorrichtung Kreuzstromventil,
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3: die Vorrichtung Kreuzstrommischkammer,
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4: das Verfahren zur Kühlung des Heizkessels mittels Kaltwasserzufluss und
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5: die Vorrichtung 2-Wege-Bypass-Ventil.
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1 zeigt, wie mittels eines Kreuzstromventils 9, Mehrwegeraumventilen und Koordination von Raumreglern, zentralen Heizungs- und/oder Kühleinrichtungen 3, 4 sowie der Schaltstelle für Gebäudeleittechnik 1 und der Steuereinrichtung 2 für die Heizung und Kühlung übliche 2-Rohr-Systeme zu einem komplexen System ausgebaut werden, das die natürlichen Temperaturgefälle flexibel nutzt, um die Temperierung der Räume den Bedürfnissen anzupassen.
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Dazu sind im Standard-2-Rohr-System die zentralen Heizungs- und/oder Kühleinrichtungen 3, 4 über zwei 3-Wege-Ventile mit den zentralen Vor- und Rücklaufleitungen 5, 6 verbunden, mittels derer die Umschaltung zwischen Heizungs- und Kühlsystem erfolgt. Bei Nutzung einer Wärmepumpe wird dabei anlagenintern das Wirkprinzip umgeschaltet. Der Mediumstrom wird durch eine volumengeregelte Pumpe in der zentralen Rücklaufleitung 6 angetrieben. Die Raumregler steuern jeweils ein Ventil, das den Mediumfluss von der zentralen Vorlaufleitung 5 an das Heiz-/Kühlaggregat 7.1, 8.1 freigibt. Die Rücklaufleitungen sind direkt mit der zentralen Rücklaufleitung 6 verbunden. Über eine gemeinsame Steuerleitung wird die Umschaltung der Wirkfunktion der Zentralaggregate auch an die Raumregler geleitet (Change-Over-Funktion).
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Häufig werden bei Nichtnutzung von Räumen durch Präsenzmelder oder ECO-Funktionen die Raumtemperaturen im Heizungsbetrieb abgesenkt bzw. im Kühlmodus größere Abweichungen vom Sollwert zugelassen (Verbreiterung der neutralen Zone). In Anlagen mit konstantem Volumenstrom sind 3-Wege-Ventile als Bypässe bei geschlossenem Raumventil eingefügt. Die Raumregler können lediglich bei Abweichungen vom Sollwert den Zufluss des Vorlaufes freigeben, ohne Einfluss auf die Temperatur des Vorlaufes zu haben.
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Diese in Bestandsanlagen bereits vorhandenen Elemente werden in dem neuartigen Temperierungssystem weiter genutzt und durch das Zwischenschalten von Kreuzstromventilen 9 erweitert. Die Raumventile werden durch 3-Wegeventile mit Bypassfunktion ausgestattet. Durch Temperaturmesseinrichtungen 11 an den zentralen Vor- und Rücklaufleitungen 5, 6 sowie an den Raumvor- und Raumrücklaufleitungen kennt die Steuerelektronik die jeweiligen Temperaturen. Durch Vergleich der Temperatur in den Raumvor- und Raumrücklaufleitungen kann ermittelt werden, ob der Raumregler das Ventil geöffnet hat. Besser ist der Anschluss des Raumreglerausganges zur Ventilsteuerung an die Steuerelektronik des Kreuzstromventils 9 und die Steuerung der Raumventile durch die Steuerelektronik. Bei Neuanlagen kann diese Verkabelung generell verwendet werden. Bei Verwendung von Raumreglern mit Proportionalausgang 0..10 V kann die Abweichung vom Sollwert genauer detektiert und durch proportionale Vorlauftemperaturen ein schnellerer Ausgleich erreicht werden.
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Das neue Temperierungssystem geht davon aus, dass die Wohlfühltemperatur der Menschen im schmalen Bereich von 19 bis 23°C liegt und lediglich eine Sollwertdifferenz von 4 K ausgeregelt werden muss. Für den generellen Heizungsbedarf, d. h. sowohl im Warmraum wie Kaltraum besteht Bedarf, werden mittels des CO-Kontaktes sowohl die zentrale Heizungseinrichtung 3 aktiviert bzw. die Wärmepumpe und alle Raumregler auf Heizungsbetrieb geschaltet. Das Kreuzstromventil 9 verbindet in Stellung „parallel” die Vorlaufleitungen wie auch die Rücklaufleitungen direkt miteinander.
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Erwärmen sich die Räume, so wird der Warmraum 8 eher die Solltemperatur erreichen als der Kaltraum 7. Der Raumregler schaltet den Ausgang ab bzw. reduziert die Spannung auf 0 V. Bei gleicher Raumnutzung wird auf der gleichen Gebäudeseite dies für alle Räume mit lediglich 4 K Sollwertdifferenz gelten.
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Da die natürliche Temperaturdifferenz oft mehr als 10 K beträgt, müssen die meisten Kalträume weiter beheizt werden. Anstatt weiter warmes Medium aus der zentralen Heizungseinrichtung 3 zu nutzen, wird nun die Vorlauftemperatur durch Öffnen des zentralen Bypasses und Mischen mit dem Medium aus der Rücklaufleitung abgesenkt, das Kreuzstromventil 9 in Stellung „heizen” geschaltet und damit die Rücklaufleitung des Warmraumes 8 mit der Vorlaufleitung des Kaltraumes 7 verbunden und der Kaltraum weiter beheizt.
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Um den Wärmeüberschuss im Warmraum 8 zu nutzen, wird über den CO-Kontakt der Raumregler in Kühlbetrieb umgeschaltet. Bleibt der Ausgang des Reglers geschlossen ist die Solltemperatur erreicht oder unterschritten und es wird im Intervall wieder auf Heizungsbetrieb umgeschaltet. Bleibt der Ausgang im Kühlbetrieb geöffnet, ist der Warmraum 8 wärmer als gewünscht. Nun wird das Raumventil geöffnet und der Vorlauf durch den Warmraum 8 erwärmt. Gleichzeitig kühlt dies den Warmraum 8. Mit dem nun wärmeren Medium in der Rücklaufleitung kann der Kaltraum 7 weiter geheizt werden bis auch dieser den Sollwert erreicht und der Raumregler den Ausgang schließt.
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Durch intervallmäßiges Umschalten auf Kühlen wird ebenfalls ermittelt, wann hier Kühlbedarf entsteht. Die Steuerelektronik schaltet das Kreuzstromventil 9 in Stellung „kühlen”, so dass das kalte Medium in der Vorlaufleitung 5 zuerst in den Kaltraum 7 fließt. Das Medium in der Rücklaufleitung aus dem Kaltraum 7 ist immer noch kalt genug, um den Warmraum 8 weiter zu kühlen, indem nur die natürliche Temperaturdifferenz genutzt wird, ohne das Medium in der zentralen Vorlaufleitung 5 aktiv zu kühlen.
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Bis auch im Kaltraum 7 Kühlbedarf entsteht, bleibt der zentrale Bypass geöffnet. Geringe Sollwertunterschiede zwischen den Räumen können nun lediglich durch Umschalten des Kreuzstromventils 9 zwischen „heizen” und „kühlen” ausgeglichen werden.
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Entsteht auch im Kaltraum 7 ein Kühlbedarf, öffnet der Raumregler seinen Ausgang und das Kreuzstromventil 9 wird in Stellung „parallel” geschaltet. Da kein Heizbedarf mehr besteht, wird auf die zentrale Kühleinrichtung 4 umgeschaltet, der zentrale Bypass geschlossen und die Vorlaufleitung 5 entsprechend der Sollwertabweichung, erkennbar an der Spannung des Proportionalausganges, gekühlt.
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Werden Räume nicht genutzt und die ECO-Funktion durch Präsenzmelder oder zentrale Uhrsteuerungen ausgelöst und deshalb die Raumventile geschlossen, kann das Kreuzstromventil 9 in Stellung „Bypass” den hydraulischen Weg verkürzen. Dadurch kann die Pumpenleistung ebenfalls reduziert werden.
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Durch diese komplexe erfindungsgemäße Steuerung wird es möglich, in den Übergangszeiten auch in 2-Rohr-Systemen den Vorlauf bedarfsgerecht mit wesentlich geringeren Temperaturdifferenzen zu regeln und gleichzeitig Heizen und Kühlen zu können.
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Speziell für moderne Wärmepumpen, die ideal für 2-Rohr-Systme aber ungeeignet für 4-Rohr-Systeme sind, da sie nur entweder heizen oder kühlen können, wird auf diese Weise ein effektiver Betrieb ermöglicht, weil die Umschaltphasen länger werden. Vor allem die gleitende Vorlauftemperaturanpassung ohne zentrale CO-Umschaltung verringert das Überschwingen der Raumtemperatur, wie es bei großen Differenzen zwischen Vorlauf- und Raumtemperatur auftritt.
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Die 2.1–2.4 zeigen als eine entscheidende Systemkomponente den prinzipiellen Aufbau und die Funktionsweise des Kreuzstromventils 9 in den vier Betriebsarten „parallel”, „heizen”, „kühlen” und „Bypass”.
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Durch eine spezielle neuartige Gestaltung des Ventileinsatzes 9.1 können die vorab beschriebenen Funktionsweisen ohne komplizierte Verrohrung von zwei 6-Wege-Ventilen erreicht werden. Dazu wird das Ventilgehäuse mit sechs in bestimmtem Winkel zueinander angeordneten Anschlüssen versehen. Der mittlere Anschluss ist der der zentralen Vor- bzw. Rücklaufleitungen 5, 6, die anderen für die beiden Vor- bzw. Rücklaufleitungen 7.2, 8.2, 7.3 und 8.3 zu den Räumen.
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Der Ventileinsatz 9.1 besitzt eine Durchgangsbohrung sowie zwei sich jeweils mittig treffende Sackbohrungen.
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In Stellung „parallel” gemäß 2.1 ist die zentrale Vorlaufleitung 5 über die beiden anderen Ausgänge mit den Vorlaufleitungen 7.2 und 8.2 der Kalt- und Warmräume 7 und 8 verbunden. Die andere Bohrungsgruppe des Ventileinsatzes 9.1 verbindet die Rücklaufleitungen 7.3 und 8.3 aus den Kalt- und Warmräumen 7, 8 mit der zentralen Rücklaufleitung 6. Die Durchgangsbohrung ist außer Funktion.
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2.2 zeigt die Betriebsart „heizen”. Das Medium der zentralen Vorlaufleitung 5 fließt in den Warmraum 8, das Medium der Rücklaufleitung 8.3 in die Vorlaufleitung 7.2 des Kaltraumes 7 und dessen Rücklaufleitung 7.3 ist mit der zentralen Rücklaufleitung 6 verbunden.
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In der gezeigten Stellung ist die zentrale Vorlaufleitung 5 über eine Bohrungsgruppe des Ventileinsatzes 9.1 mit der Vorlaufleitung 8.2 des Warmraumes 8 verbunden. Über die Durchgangsbohrung fließt das Medium der Rücklaufleitung 8.3 aus dem Warmraum 8 in die Vorlaufleitung 7.2 des Kaltraumes 7. Die andere Bohrungsgruppe verbindet den Rücklaufleitung 7.3 aus dem Kaltraum 7 mit der zentralen Rücklaufleitung 6.
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2.3 zeigt die Betriebsart „kühlen”. Das Medium der zentralen Vorlaufleitung 5 fließt in den Kaltraum 7, die Rücklaufleitung 7.3 ist mit der Vorlaufleitung 8.2 im Warmraum 8 und dessen Rücklaufleitung 8.3 mit der zentralen Rücklaufleitung 6 verbunden.
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In der gezeigten Stellung ist die zentrale Vorlaufleitung 5 über eine Bohrungsgruppe des Ventileinsatzes 9.1 mit dem Ausgang der Vorlaufleitung 7.2 von Kaltraum 7 verbunden. Über die Durchgangsbohrung fließt das Medium der Rücklaufleitung 7.3 aus dem Kaltraum 7 in die Vorlaufleitung 8.2 des Warmraumes 8. Die andere Bohrungsgruppe verbindet die Rücklaufleitung 8.3 aus dem Warmraum 8 mit der zentralen Rücklaufleitung 6.
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2.4 zeigt die Betriebsart „Bypass”. Das Medium der zentralen Vorlaufleitung 5 fließt direkt in die zentrale Rücklaufleitung 6 – Bypassfunktion.
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In der gezeigten Stellung ist die zentrale Vorlaufleitung 5 über die Durchgangsbohrung des Ventileinsatzes 9.1 direkt mit der zentralen Rücklaufleitung 6 verbunden, so dass keine Unterbrechung des Mediumstromes bei geschlossenen Raumventilen erfolgt.
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Zur Gewährleistung einer exakten Messung der Mediumtemperaturen in unmittelbarer Nähe des Kreuzstromventils 9 werden die Einzelteile des Kreuzstromventils 9 bevorzugt aus spritzbarem Plastikwerkstoff geformt, der sowohl eine thermische Entkopplung gewährleistet als auch die Sauerstoffdiffusion verhindert.
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3 zeigt als eine entscheidende Systemkomponente den prinzipiellen Aufbau und die Funktionsweise der Kreuzstrommischkammer 10.1 eines Mischkammerventils 10 in den vier Betriebsarten „parallel”, „heizen”, „kühlen” und „Bypass”, die durch Verdrehen eines Kanals 10.2 erreicht werden.
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Die Anschlüsse des Mischkammerventils 10 münden in eine Mischkammer 10.1, in der der Kanal 10.2 verdrehbar angeordnet ist, wobei der Kanal 10.2 im Parallelbetrieb geschlossen ist, im Heizungsbetrieb- bzw. Kühlbetrieb die Verbindung jeweils zwischen einer Rück- und einer Vorlaufleitung und im Bypassbetrieb zwischen der zentralen Vor- und Rücklaufleitung herstellt.
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In 4 ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die aber auch eine eigenständige Funktion aufweisen kann, nämlich eine Vorrichtung zum Umleiten des Kaltwasserstromes der Kaltwasserleitung 13 über den Wärmetauscher 12 der zentralen Heizungseinrichtung 3.
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Durch Einsatz des neuartigen Mehrwegeventils zur Umschaltung des Zulaufes zum Heizkessel wird der Kaltwasserzulauf des Gebäudes mit durchschnittlich 16..18°C zum Kühlen des Heizwasserkreislaufes genutzt und gleichzeitig eine Bypassfunktion integriert. Auf diese Weise ist es möglich, reine Heizungssysteme in den Sommermonaten mit gekühltem Wasser zu betreiben, ohne zusätzlich eine Kühlanlage installieren zu müssen.
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Als neuartiges Wegeventil wird das in 5 dargestellte 2-Wege-Bypass-Ventil 14 eingesetzt, das folgende Schaltstellungen realisiert:
- – vollständige Umleitung des Kaltwasserstromes über den Wärmetauscher 12 und Rückleitung in die Kaltwasserleitung 13,
- – teilweise Umleitung des Kaltwasserstromes über den Wärmetauscher 12,
- – Sperrung des Zuflusses zum Wärmetauscher 12 und
- – Sperrung des Kaltwasserstromes.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltstelle für Gebäudetechnik
- 2
- Steuereinrichtung für Heizungs- und Kühltechnik
- 3
- zentrale Heizungseinrichtung
- 4
- zentrale Kühleinrichtung
- 5
- zentrale Vorlaufleitung
- 6
- zentrale Rücklaufleitung
- 7
- Kaltraum
- 7.1
- Heiz-/Kühlaggregat
- 7.2
- Vorlaufleitung
- 7.3
- Rücklaufleitung
- 8
- Warmraum
- 8.1
- Heiz-/Kühlaggregat
- 8.2
- Vorlaufleitung
- 8.3
- Rücklaufleitung
- 9
- Kreuzstromventil
- 9.1
- Ventileinsatz
- 10
- Mischkammerventil
- 10.1
- Mischkammer
- 10.2
- Kanal
- 11
- Temperaturmesseinrichtungen
- 12
- Wärmetauscher
- 13
- Kaltwasserleitung
- 14
- 2-Wege-Bypass-Ventil
