DE2757887C2 - Reversierkreislauf für Strahlungsheizungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Reversierkreislauf mit einem in einen Boden, einer Wand, einer Decke oder t>o einem Dach angeordneten Rohrstrang, durch den eine Flüssigkeit von zwei Pumpen mittels einer Stelleinrichtung in bestimmbaren Zeitintervallen mit wechselnder Strömungsrichtung zu fördern ist.

Ein bekannter Reversierkreislauf (nach der DE-OS tr> 42 547) für eine Fußbodenheizung erfordert neben zwei teuren Vierwege-Mischventilen, von denen zudem mindestens eines mit einem Stellmotor versehen werden muß. eine äußerst komplizierte und störanfällige Steuereinheit

Ein weiterer bekannter Reversierkreislauf für eine Fußbodenheizung (nach der FR-PS 8 65 132) arbeitet mit insgesamt vier Ventilen, die bei jeder Umkehrung des Strömungskreislaufes durch mindestens einen Stellmotor betätigt werden müssen. Auch dieser Reversierkreislauf ist äußerst kostspielig und zudem durch die ständige Betätigung sämtlicher vier Ventile einem erheblichen Verschleiß unterworfen.

Grundsätzlich besteht bei den vorgenannten mittels Stellmotoren betriebenen Reversierkreisläufen die Gefahr, daß deren Stellglied bei einem Defekt in einer Zwischenposition stehen bleibt, und somit die Zirkulation der Flüssigkeit durch den Rohrstrang unterbrochen wird, was wegen der daraus resultierenden Einfriergefahr besonders nachteilige Konsequenzen bedingt Wird als Wärmeübertragungsmittel beispielsweise eine Sole verwendet, wird wiederum jede normale Stopfbuchse kurzfristig verkrusten. Die dadurch erhöhte Friktion kann zur Überbelastung des Stellantriebes und unter Umständen zu dessen Zerstörung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reversierkreislauf der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Umkehrung der Strömungsrichtung erheblich vereinfacht, durch Verzicht auf von außen zu betätigende Ventile Wartungsfreiheit garantiert und darüber hinaus gewährleistet, daß nach Ausfall einer Pumpe der Strömungskreislauf mit der anderen Pumpe aufrechterhalten werden kann, was insbesondere bei Einfriergefahr von Strahlungsheizungen wesentlich ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stelleinrichtung aus einem Differenzdruck gesteuerten Wechselventil sowie aus zwei zwischen diesem und den beiden Pumpen angeordneten, lediglich in Förderrichtung der jeweiligen Pumpe öffnenden Rückschlagventilen besteht, wobei im Zeitintervall jeweils stets nur eine Pumpe von einem von einer Uhr gesteuerten Schalter in Betrieb und die andere Pumpe außer Betrieb zu setzen ist Durch diese Anordnung wird ein automatisch arbeitender Reversierkreislauf geschaffen, dessen Strömungsrichtung sich bei alternierendem Fin- und Ausschalten der beiden Pumpen, z. B. mittels eines Wechselschalters, selbsttätig und verzögerungsfrei ändert Darüber hinaus kann bei Ausfall einer Pumpe der Heizprozeß, ζ. Β. einer Strahlungsheizung, aufrechterhalten und somit ein Einfrieren des Heizmediums in dem betreffenden Rohrstrang verhindert werden. Außerdem erreicht das Wechselventil stets eine Endposition und ist »stopfbuchsenlos«.

Generell ist zu Reversierkreisläufen der hier in Rede stehenden Art zu sagen, daß sie die Wärmeübertragungsleistung aufgrund der Erzielung einer optimalen mittleren Temperaturdifferenz erhöhen. Dabei ist zu unterscheiden zwischen Reversierkreisläufen mit einem wärmeaufnehmenden und zwischen Reversierkreisläufen mit einem wärmeabgebenden Rohrstrang.

Im ersteren Falle ist der Rohrstrang im Erdreichboden angeordnet, um aus diesem eine Wärmemenge von geringem Temperaturniveau aufzunehmen und an den Verdampfer eines Wärmepumpenkreislaufes abzugeben, durch welchen sie auf ein höheres Temperaturniveau z. B. zu Heizungszwecken, angehoben wird. Es ist auch möglich, den Rohrstrang in einer Dachzelle zur Aufnahme von Sonnenenergie anzuordnen und die dadurch gewonnene Wärmemenge gleichfalls mittels einer Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau zu Heizungszwecken anzuheben.

Im anderen Falle wird der Rohrstrang als wärmeabgebendes Register in die Baukörperschicht eines Fußbodens, einer Wand oder einer Decke zum Betrieb einer Strahlungsheizung eingesetzt

In all diesen Fällen hängt die Wärmeübertragungsleistung neben der WärmedurchgangszahS k und der Wärmeübertragungsfläche Fauch entscheidend von der Höhe der mittleren Temperaturdifferenz von wärmeabgebendem und wärmeaufnehmendem Medium ab, die durch eine regelmäßige Umkehrung der Strömungsrichtung entscheidend erhöht wird. Zudem hat dabei ein Reversierkreislauf infolge seines damit verbundenen Rückspüleffektes den Vorzug, daß sich Schmutzablagerungen innerhalb eines derartigen Reversierkreislaufes in den wärmeübertragenden Rohrsträngen nicht festsetzen können, worauf wiederum eine konstante Wärmedurchgangszahl k resultiert Die Güte eines jeden Reversierkreislaufes wird entscheidend bestimmt durch eine tunlichst geringe Anzahl von möglichst störunanfälligen und wartungsfreien Einzelteilen.

Während sich die eingangs erörterten, vorbekannten Reversierkreisläufe zur Umkehrung der Strömungsrichtung stets auf von außen mittels Stellmotoren umschaltbare Ventile (Absperrventile und Vierwegemischer) stützen, beschreitet der Gegenstand der Erfindung den hiervon gänzlich abweichenden Weg, die Strömungsrichtung durch alternierendes Zu- und Abschalten zweier Pumpen mittels sodann im Inneren des Reversierkreislaufes selbsttätig reagierenden Rückschlagventile zu bewerkstelligen.

Dabei sind nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Wechselventil und die beiden Rückschlagventile einteilig, sozusagen »en bloc«, ausgebildet, wodurch die Montage erheblich vereinfacht wird. Das Wechselventil ist zwischen den Druckseiten der beiden Pumpen in Förderrichtung hinter den beiden Rückschlagventilen angeordnet und die beiden Pumpen an ihrer Saugseite mit dem Ende einer Bypass-Leitung verbunden, die mit ihrem anderen Ende am Abgang des Wechselventils angeschlossen ist Versieht man die beiden Zulaufleitungen hinter dem Wechselventil zum Rohrstrang mit je einem Absperrventil und ebenso die Bypass-Leitung an beiden Enden mit je einem Absperrventil, so erhält man eine kompakte Reversierstation, die einerseits bei Strahlungsheizungen und andererseits bei Wärmeaufnahmeregistern von Erdreichwärme oder in der Solartechnik Verwendung finden kann.

Um eine Verunreinigung der Ventilsitze des Wechselventiles zu verhindern, ist vor jedem seiner Zuflußstutzen je ein Sieb zum Auffangen von Schmutzpartikeln angeordnet.

Die alternierende Zuschaltung der ersten Pumpe und die gleichzeitige Abschaltung der zweiten Pumpe erfolgt in denkbar einfacher störungssicherer Weise durch einen von einer Zeitschaltuhr gesteuerten Wechselschalter. Eine defekte Pumpe macht sich in aller Regel durch eine erhöhte Stromaufnahme bemerkbar. Nutzt man diese erhöhte Stromaufnahme für einen davon induzierten Magnetschalter zum Umschalten des Wechselschalters aus, der sodann von einem Halterelais zu halten ist, so bleibt die defekte Pumpe abgeschaltet, während die intakte Pumpe den Strömungskreislauf bis zur Reparatur der erstgenannten Pumpe aufrechterhält Das ist in all den Fällen von besonderem Vorteil, in denen bei Strömungsstillstand eine Einfriergefahr des der Wärmeübertragung dienenden, im Reversierkreislauf befindlichen Rohrstranges besteht

Der neue Reversierkreislauf wird nachfolgend am Beispiel seines Einsatzes in Verbindung mit einer Strahlungsheizung anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 das Schaltschema eines Reversierkreislaufes ir Verbindung mit einem Heizungsiicreislauf zum Betrieb einer Strahlungsheizung, und

F i g. 2 das Wechselventil und die beiden Rückschlagventile als Kompakteinheit

ίο In F i g. 1 ist mit 1 der Reversierkreislauf und mit 2 ein Heizungskreislauf bezeichnet Der Reversierkreislauf wird im wesentlichen von dem Rohrstrang 3, durch die beiden Pumpen 4 und 5, den beiden Rückschlagventilen 6 und 7, dem Wechselventil 8 und der Bypass-Leitung 9 gebildet Der Rohrstrang 3 befindet sich im vorliegenden Fall zu Strahlungsheizungszwecken in der Baukörperachicht eines Bodens, einer Wand oder einer Decke. Er kann jedoch auch zu Wärmeaufnahmezwecken in einer Erdreichschicht oder in der Solarzelle eines Daches angeordnet sein. Die beiden Pumpen 4, S werden von je einem Elektromotor 4', 5' angetrieben, die wiederum aus einem Elektroversorgungsnetz 10 gespeist werden. Zwischen dem Elektroversorgungsnetz 10 und den beiden Elektromotoren 4'. 5' befindet sich der Wechselschalter 11, z. B. ein Wechselschütz, Wechselrelais etc, der in alternierender Folge einmal die Pumpe 4 einschaltet und zugleich die Pumpe 5 ausschaltet und umgekehrt Zwischen jedem Rückschlagventil 6, 7 und der Druckseite der betreffenden Pumpe 4, 5 ist je ein Thermostat 12, 13 im Reversierkreislauf angeordnet der das Dreiwege-Mischventil 14 des Heizungskreislaufes 2 steuert

Der Heizungskreislauf weist in bekiuinter Weise neben dem Dreiwege-Mischventil 14 einen Wärmeerzeuger 15 auf, der jedoch auch durch einen Heißwasserspeicher, eine Gasgasette oder durch den Kondensator einer Wärmepumpe ersetzt werden kann. Die Vorlaufleitung 16 und die Kücklaufleitung 17 des Heizungskreislaufes 2 sind durch eine vom Dreiwege-Mischventil 14 ausgehende Regelleitung 18 miteinander verbunden. In der Vorlaufleitung 16 befindet sich zwischen dem Dreiwege-Mischventil 14 und dem Heizkessel 15 ein Luftabscheider 19 mit einem Entlüftungsorgan in Form eines bekannten Schwimmentlüfters 20 und einem Überdrucksicherheitsventil 21. Im vorliegenden Fall ist der Heizungskreislauf 2 zum Reversierkreislauf 1 dadurch parallel geschaltet daß die Vorlaufleitung 16 an die Saugleitung 9' und die Rücklaufleitung 17 an die Druckleitung 9" der Bypass-Leitung 9 angeschlossen sind.

Der Rohrstrang 3 ist an beiden Enden mit je einem Rohrstrangverteiler bzw. Rohrstrangsammler 22, 23 zum Anschluß weiterer Rohrstränge 3 verbunden.
Der neue Reversierkreislauf 1 arbeitet in Verbindung mit dem Heizungskreislauf 2 wie folgt:

Die Pumpe 5 soll vom Spannungsnetz durch den Wechselschalter 11 abgeschaltet und die Pumpe 4 eingeschaltet sein. Dann wird heißes Wasser aus dem Heizkessel 15, dem Luftabscheider 19 über das

t>o Dreiwege-Mischventil 14, die Vorlaufleitung 16 und die Saugleitung 9' der Bypass-Leitung 9 von der Pumpe 4 angesaugt und sodann über die Leitung 24 an der Druckseite der Pumpe 4, über den Thermostaten 12 du/-;h die Rückschlagklappe 6 zum Rohrstrangverteiler

h ι 22 gedrückt Von dort gelangt das Heizungswasser über einen oder mehrere Rohrstränge 3 zum Rohrstrangsammler 23, von dort über die Leitung 25 und 26 in das Wechselventil 8. Aufgrund des von der Pumpe 4 auf die

Zulaufleitung 27 in Richtung des Wechselventiles 8 ausgeübten Druckes ist das Ventil 8' geschlossen, das Ventil 8" hingegen geöffnet. Dadurch gelangt das Rücklaufwasser über die Zulaufleitung 26 und das Wechselventil 8 in die Abgangsleitung 28 zur Bypass-Leitung 9 sowie von dort über die Rücklaufleitung 17 zum Heizkessel 15 zurück. In der dargestellten Schaltskizze sind die Vorlaufleitung 16 und die Rücklaufleitung 17 einmal durch die Bypass-Leitung 9 und ein weiteres Mal durch die Regelleitung 18 miteinander verbunden.

Der besondere Vorzug dieser Schaltung beruht in einer dadurch ermöglichten exakten Rücklaufbeimischung und somit wiederum über eine exakte Wassermengenregelung in einer genauen Temperaturregelung des Rohrstranges 3 und sämtlicher anderer an den Rohrstrangverteilern bzw. -Sammlern 22,23 angeschlossenen Rohrsträngen 3. Denn eine gute Strahlungsheizung in Form einer Fußbodenheizung benötigt lediglich eine Vorlauf temperatur zwischen 35° C und 45° C. Demzufolge braucht auch dem Heizkessel 15 über die Vorlaufleitung 16 jeweils nur eine geringe Wassermenge von hohem Temperaturniveau entnommen zu werden, wohingegen die weitaus größte Menge, z. B. 80—90%, über die Bypass-Leitung 9 und ca. 10—20% über die Regelleitung 18 der Vorlaufleitung 16 zur Erzielung der erforderlichen Vorlauftemperatur von 35° —45°C beigemischt werden müssen.

Ferner beruht der besondere Vorteil dieser Anordnung darin, daß nunmehr der gesamte Stellweg des Dreiwege-Mischventiles ausgenutzt und über den gesamten erforderlichen Regelbereich eine exakte Temperaturabstimmung des Heizwasservorlaufes ermöglicht wird. Diese exakte Temperaturabstimmung stellt außerdem sicher, daß als Material für den Rohrstrang 3 auch gefahrlos ein nur begrenzt temperaturbeständiger Werkstoff, wie z. B. Polyolefin, benutzt werden kann. Das in der Bypass-Leitung 9 zwischen Vorlaufleitung 16 und Rücklaufleitung 17 befindliche Drosselventil 29 wird lediglich bei der Einregelung des Reversierkreislaufes 1 in Verbindung mit dem Heizungskreislauf 2 zur Wassermengenregelung verstellt

Um eine Verschmutzung der Differenzdruck gesteuerten Ventile 8', 8" des Wechselventiles 8 zu verhindern, ist in den Zulaufleitungen 26,27 je ein Sieb 30,31 vorgesehen.

Falls umgekehrt die Pumpe 4 abgeschaltet und die Pumpe 5 eingeschaltet ist, wird über die Saugleitung 9' der Bypass-Leitung 9 gemischtes warmes Vorlaufwasser von der Pumpe 5 angesaugt und über das Rückschlagventil 7 dem Rohrstrangverteiler 23 zugeführt. Von dort gelangt es nach Durchlaufen des Rohrstranges 3 zu dem nunmehr als Rücklaufsammler fungierenden Rohrstrangverteiler 22 über die Zulauflei-

u) tung 27, das Sieb 31 in das Wechselventil 8. Dessen Rückschlagventil 8' ist nunmehr geöffnet und dessen Rückschlagventil 8" geschlossen. Über die Abgangsleitung 28 strömt das Rücklaufwasser sodann über die Bypass-Leitung 9 sowie über die Regelleitung 18 zum einen wieder der Vorlaufleitung 16 zu und zum anderen über die Rückiaufleitung Yi in den Heizkessel 15, aus dem zugleich eine dementsprechende heiße Wassermenge in die Vorlaufleitung 16 gelangt
Um eine Verfälschung der Regelung des Dreiwege-Mischventils 14 durch eine ungewollte Signalgebung desjenigen Thermostaten 12 oder 13 zu verhindern, dessen vorgeschaltete Pumpe 4,5 gerade abgeschaltet ist, sorgt der Wechselschalter 11 dafür, daß zugleich mit dem Abschalten der jeweiligen Pumpe 4 oder 5 auch der zu der jeweiligen Pumpe gehörende Thermostat IZ 13 in seiner Signalgebung zum Dreiwege-Mischventil 14 unterbrochen wird.

Um die maßgeblichen Teile des Reversierkreislaufes 1 und des Heizungskreislaufes 2 in Form einer kompakten Regeleinrichtung einbauen und ausbauen zu können, sind unmittelbar hinter dem Heizkessel 5 sowie unmittelbar vor den Rohrstrangverteilern bzw. -Sammlern 22,23 insgesamt 4 Absperrventile 32 vorgesehen.
F i g. 2 zeigt das Wechselventil 8 mit den Rückschlag-

r> ventilen 6 und 7 als Kompakteinheit, wobei entsprechende Teile der Schaltskizze von F i g. 1 mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Im vorliegenden Fall ist im Gegensatz zu F i g. 1 beim Wechselventil 8 das Rückschlagventil 8' geöffnet, das Rückschlagventil 8" hingegen geschlossen, während zugleich das Rückschlagventil 6 geschlossen und das Rückschlagventil 7 geöffnet ist Das bedeutet sinngemäß auf F i g. 1 bezogen, daß eine derartige Schaltstellung der einzelnen Rückschlagventile dann entsteht, wenn die Pumpe S in Betrieb, die Pumpe 4 hingegen durch der Wechselschalter 11 außer Betrieb gesetzt ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Reversierkreislauf mit einem in einen Boden, einer Wand, einer Decke oder einem Dach angeordneten Rohrstrang, durch den eine Flüssigkeit von zwei Pumpen mittels einer Stelleinrichtung in bestimmbaren Zeitintervallen mit wechselnder Strömungsrichtung zu fördern ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung aus einem Differenzdruck gesteuerten Wechselventil (8) sowie aus zwei zwischen diesem (8) und den beiden Pumpen (4,5) angeordneten, lediglich in Förderrichtung der jeweiligen Pumpe (4, 5) öffnenden Rückschlagventilen (6, 7) besteht, wobei im Zeitintervall jeweils stets nur eine Pumpe (4 od. 5) von einem von einer Uhr gesteuerten Schalter (11) in Betrieb zu setzen ist

2. Reserversierkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselventil (8) und die beiden Rückschlagventile (6, 7) einteilig ausgebildet sind.

3. Reversierkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselventil (8) zwischen den Druckleitungen (24, 25) der beiden Pumpen (4, 5) in Förderrichtung hinter den beiden Rückschlagventilen (6, 7) angeordnet ist und die beiden Pumpen (4, 5) an ihrer Saugleitung mit dem Ende (9') einer Bypass-Leitung (9) verbunden sind, die mit ihrem anderen Ende (9") an der Abgangleitung (28) des Wechselventils (8) angeschlossen ist

4. Reversierkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Zuflußstutzen (26, 27) zum Wechselventil (8) je ein Sieb (30, 31) zum Auffangen von Schmutzpartikeln angeordnet ist

5. Reversierkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Uhr gesteuerte Schalter (11) zum An- und Abschalten der Pumpen (4, 5) beim Defekt einer Pumpe (z. B. 4) diese Pumpe abgeschaltet und die andere Pumpe (z.B. S) in Betrieb hält.

6. Reversierkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der zum Betrieb einer Strahlungsheizung mit einem Heizungskreislauf verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizungskreislauf (2) zur Bypass-Leitung (9) des Reversierkreislaufes (1) parallel geschaltet und seine Vorlaufleitung (16) an die Saugleitung (9') der Bypass-Leitung (9) angeschlossen ist.

7. Reversierkreislauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlußstellen der Vorlauf- und Rücklaufleitung (16, 17) des Heizungskreislaufes (2) in der Bypass-Leitung (9) ein Drosselventil (29) angeordnet ist