DE29900636U1

DE29900636U1 - Vorrichtung zum Verteilen und Mischen eines im geschlossenen Kreislauf umgewälzten Wärmeträgermediums

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Publication number: DE29900636U1
Application number: DE29900636U
Authority: DE
Original assignee: SUPELLEX AG
Current assignee: Zehnder Group International AG
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 1999-04-01
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: DK1020687T3; DE50010723D1; EP1020687A2; EP1020687B1; EP1020687A3; ATE300020T1

Description

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PATENTANWÄLTE ——

DIPL-ING. WOLFRAM WATZKE

DIPL-ING. HEINZ J. RING

DIPL-ING. ULRICH CHRISTOPHERSEN

Unser Zeichen: 99 0064 DIPL.-INC. MICHAEL RAUSCH

DIPL-ING. WOLFGANG BRINGMANN

Supellex AG Patentanwälte

Bahnhofstraße 49 european patent attorneys

CH - 8500 Frauenfeld

Datum 18. Januar 1999

Vorrichtung zum Verteilen und Mischen eines im geschlossenen Kreislauf umgewälzten Wärmeträgermediums

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verteilen und Mischen eines im geschlossenen Kreislauf umgewälzten Wärmeträgermediums, das in einer Wärmequelle erwärmt und/oder in einer Kältequelle gekühlt und entsprechend der Anforderung des jeweiligen Verbrauchers gemischt wird. Derartige Vorrichtungen umfassen eine über einen Heizvorlauf mit der Wärmequelle verbundene Heizkammer, eine über einen Kühlvorlauf mit der Kältequelle verbundene Kühlkammer und eine sowohl mit dem Heizrücklauf als auch mit dem Kühlrücklauf verbundene gemeinsame Rücklaufkammer.

Um voneinander getrennte Räume oder Zonen eines Großraumes zu beheizen, werden üblicherweise Heizkörper verwendet, die von einem im geschlossenen Kreislauf umgewälzten Wärmeträgermedium durchströmt werden. Die jeweils gewünschte Temperatur des Raumes bzw. der jeweiligen Raumzone wird bei diesen Zentralheizungsanlagen durch Verwendung von Thermostatventilen geregelt, die in Abhängigkeit von der gewünschten und der vorhandenen Temperatur die Durchflußmenge des Wärmeträgermediums durch den jeweiligen Heizkörper regeln. Eine notwendig werdende Kühlung der Räume bzw. Raumzonen wird durch Einblasen von kalter Luft bewirkt, die durch eine separate Klimaanlage erzeugt und verteilt wird.

Durch Verwendung von Flächenstrahlelementen lassen sich Räume bzw. Raumzonen nicht nur beheizen, sondern auch kühlen. Während bei der Beheizung das eine oberhalb der Raumlufttemperatur liegende Temperatur aufweisende Flächenstrahlelement hauptsächlich durch Strahlung Wärme an die

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Begrenzungswände des Raumes und an die im Raum befindlichen Gegenstände und Lebewesen abgibt (ohne die Raumluft unmittelbar zu erwärmen), nimmt bei der Kühlung das Flächenstrahlelement, dessen Temperatur unterhalb der Raumlufttemperatur liegt, die durch Strahlung abgegebene Wärme der Begrenzungswände sowie der im Raum befindlichen Gegenstände und Lebewesen auf, so daß diese abgekühlt werden. Der Strahlungsanteil liegt bei einem Beheizen mittels an der Decke angeordneter Flächenstrahlelemente bei etwa 80 % der gesamten Wärmeabgabe, bei einem Kühlen bei etwa 50 %. Die restliche Wärme wird durch Konvektion bzw. Wärmeleitung übertragen.

Bei der Installation derartiger Flächenstrahlelemente, die nicht nur zur Beheizung, sondern auch zur Kühlung von Räumen mittels Strahlung eingesetzt werden, ist es bekannt, zur Verringerung des Installationsaufwandes ein sogenanntes Dreirohrsystem zu verwenden, bei dem die Rückläufe aus dem Heizkreis und die Rückläufe aus dem Kühlkreis zu einem gemeinsamen Rücklauf zusammengeführt werden. Hierdurch ergibt sich eine Materialeinsparung an Rohren und Installationsmaterial.

Da die Temperatur des dem jeweiligen Verbraucher zuzuführenden Wärmeträgermediums im Hinblick auf die gewünschte Heiz- bzw. Kühlleistung jedoch exakt eingehalten werden muß, weil die jeweilige Wärmeabgabe bzw. Wärmeaufnahme nicht durch die Menge des Wärmeträgermediums, sondern durch dessen Temperatur bewirkt wird, sind aufwendige Maßnahmen zum Verteilen und Mischen des im geschlossenen Kreislauf umgewälzten Wärmeträgermediums erforderlich. Hierfür werden sogenannte Verteiler eingesetzt, von denen der Hauptverteiler zwischen Wärmequelle und Kältequelle angeordnet ist. An diesen Hauptverteiler sind mehrere Regelkreise angeschlossen, durch welche das Wärmeträgermedium über jeweils einen Unterverteiler den Verbrauchern zugeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zum Verteilen und Mischen eines im geschlossenen Kreislauf umgewälzten Wärmeträgermediums zu schaffen, die bei einfacher Konstruktion eine kompakte Bauart ermöglicht und aufgrund ihres einfachen und übersichtlichen Aufbaus eine leichte Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten

ermöglicht, die sich insbesondere aus der Zahl der Regelkreise und der Verbraucher ergeben.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die drei Kammern (Heizkammer, Kühlkammer und Rücklaufkammer) parallel zueinander und die jeweils zu einem Regelkreis für mindestens einen Verbraucher gehörenden drei Versorgungsleitungen unmittelbar nebeneinander an den Kammern angeordnet sind.

Mit diesem erfindungsgemäßen Vorschlag ergibt sich eine kompakte Ausführung sowohl für den Hauptverteiler als auch für die Unterverteiler, weil nicht nur die Kammern nebeneinander, sondern auch die jeweils zu einem Regelkreis gehörenden Versorgungsleitungen mit Armaturen übersichtlich und kompakt als Gruppe nebeneinander angeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Hauptverteilers, bei dem die Heizvorlauf- und die Kühlvorlaufleitung jedes Regelkreises über Beimischventile mit der gemeinsamen Rücklaufleitung verbunden sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitungen sämtlicher Regelkreise an die gemeinsame Rücklaufkammer angeschlossen sind. Hierdurch ergibt sich eine Mischung der mit unterschiedlichen Temperaturen aus den Regelkreisen kommenden Wärmeträgerströme in der gemeinsamen Rücklaufkammer, womit zugleich ein Wärmerückgewinn verbunden ist.

Um diesen Vorteil auch hinsichtlich der Unterverteiler zu nutzen, bei denen die Vorlaufleitung jedes Verbrauchers über ein Mischventil sowohl mit der Heizkammer als auch mit der Kühlkammer verbunden ist, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, die Rücklaufleitung sämtlicher Verbraucher an die gemeinsame Rücklaufkammer anzuschließen.

Die Anschlußstutzen für die Heizvorlauf-, Kühlvorlauf- und Rücklaufleitungen können erfindungsgemäß wahlweise an der Oberseite oder Unterseite der Kammern angeordnet sein. Bei gleicher Konstruktion und Ausbildung der Kammern kann auf diese Weise die günstigste Anschlußanordnung für die jeweiligen Leitungen gewählt werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Hauptverteiler jeweils durch eine hydraulische Weiche (einen drucklosen Verteiler) von der Wärmequelle bzw. Kältequelle hydraulisch getrennt. Auf diese Weise werden hydraulische Einflüsse aus den Primärkreisen der Wärme- und Kältequelle auf den die Verbraucher enthaltenden Sekundärkreis ausgeschlossen.

Um die Leistungsregelung der Verbraucher ausschließlich über die Temperatur des Wärmeträgermediums bei konstantem Volumenstrom zu erreichen, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in der zu jedem Verbraucher führenden Vorlauf- oder Rücklaufleitung ein dynamischer Volumenstromregler angeordnet.

Der voranstehend erläuterte Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung macht es möglich, daß gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in der Rücklaufleitung jedes Regelkreises nur eine Umwälzpumpe mit konstanter Fördermenge und konstantem Förderdruck angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt somit keine regelbaren Pumpen oder Differenzdrucksteuerung, da die Leistungsregelung jedes Verbrauchers allein über die Temperatur des Wärmeträgermediums erfolgt.

Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, sämtliche Armaturen des Heiz- und Kühlkreislaufes einschließlich der notwendigen Entlüftungen und Entleerungen am Hauptverteiler und den Unterverteilern anzuordnen, so daß diese übersichtlich und leicht zugänglich sind.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Hauptverteilers und der Unterverteiler der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Hauptverteilers,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Hauptverteiler gemäß Fig. 1 bei einer Montage vor einer Wand,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Draufsicht auf einen Hauptverteiler, der freistehend angeordnet ist und Anschlüsse für vier Regelkreise enthält,

Fig. 4 eine Ansicht eines Unterverteilers für zwei Verbraucher mit auf der Oberseite der Kammern angeordneten Anschlußstutzen,

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht eines Unterverteilers für zwei Verbraucher mit auf der Oberseite und Unterseite angeordneten Anschlußstutzen,

Fig. 6 eine vergrößert gezeichnete Seitenansicht der Kammern des Unterverteilers gemäß Fig. 4,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Kammern gemäß Fig. 6,

Fig. 8 einen Querschnitt durch die Kammern gemäß der Schnittlinie VIIi-VIII in Fig. 6 und

Fig. 9 eine den Fig. 4 und 5 entsprechende Seitenansicht eines Unterverteilers für sechs Verbraucher.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel eines Hauptverteilers zeigt dessen Anordnung zwischen einer nicht dargestellten Wärmequelle und einer ebenfalls nicht dargestellten Kältequelle, mit denen der Hauptverteiler jeweils über eine hydraulische Weiche W_w bzw W_K angeordnet ist. Bei diesen hydraulischen Weichen W_w bzw. W_K handelt es sich um drucklose Verteiler, so daß hydraulische Einflüsse aus den Primärkreisen, in denen die Wärmequelle bzw. Kühlquelle angeordnet ist, auf den die Verbraucher enthaltenden Sekundärkreis verhindert werden.

Die Fig. 1 zeigt den von der nicht gezeichneten Wärmequelle kommenden Heizvorlauf HV_W, der an der hydraulischen Weiche W_w oben angeschlossen ist, sowie den zur Wärmequelle führenden Heizrücklauf HR_W, der sich im unteren Bereich an der hydraulischen Weiche W_w befindet. Im Gegensatz hierzu ist an der mit der nicht dargestellten Kältequelle verbundenen hydraulischen Weiche W_K der Kühlvorlauf KV_K im unteren Bereich und der Kühlrücklauf KR_K im oberen Bereich angeordnet.

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Das Kernstück des Hauptverteilers besteht aus drei Kammern, nämlich der untenliegenden Kühlkammer K₁ der darüber befindlichen Rücklaufkammer R und der ganz oben befindlichen Heizkammer H. Diese Kammern sind in Fig. 1 durch unterschiedliche Markierung hervorgehoben. Die Rücklaufkammer R ist ganzflächig schwarz gezeichnet, die Kühlkammer K leicht getönt und die Heizkammer H kräftiger getönt.

Die Fig. 1 läßt weiterhin erkennen, daß die hydrauliche Weiche W_w über eine Leitung mit der Heizkammer H und die hydraulische Weiche W_K über eine Leitung mit der Kühlkammer K verbunden ist und daß beide hydraulischen Weichen W_w und W_K mit der Rücklaufkammer R verbunden sind. Das Volumen der hydraulischen Weiche W_w beträgt beim Ausführungsbeispiel beispielsweise 300 Liter, das der hydraulischen Weiche W_K etwa 1.000 Liter.

Da beim dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 die Kammern K, R und H übereinander liegen, befinden sich ihre Anschlußstutzen im Falle der dargestellten Aufstellung des Hauptverteilers vor einer Wand an ihrer Rückseite, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Die Fig. 1 zeigt, daß an die obenliegende Heizkammer H jeweils die Heizvorlaufleitung HV zweiter Regelkreise I und Il und an die Kühlkammer K jeweils die Kühlvorlaufleitungen KV der beiden Regelkreise I und Il angeschlossen sind. Die jeweils zwischen diesen Heizvorlaufleitungen HV und Kühlvorlaufleitungen KV liegenden Rücklaufleitungen Rl sind an die Rücklaufkammer R angeschlossen. In ihnen ist jeweils eine Umwälzpumpe U mit konstanter Fördermenge und konstantem Förderdruck angeordnet.

Um die Temperatur des den Verbrauchern des Regelkreises I bzw. Il zugeführten Wärmeträgermediums entsprechend dem jeweiligen Bedarf regeln zu können, ist die Rücklaufleitung Rl jedes Regelkreises I bzw. Il über jeweils ein 3-Wege-Mischventil M sowohl mit der Heizvorlaufleitung HV als auch mit der Kühlvorlaufleitung KV verbunden. Auf diese Weise ist die Zumischung eines Teils des in der Rücklaufleitung Rl zurückströmenden Wärmeträgermediums sowohl in die Heizvorlaufleitung HV als auch in die Kühlvorlaufleitung KV möglich, wie dies die farbliche Gestaltung der Fig. 1 erkennen läßt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen, daß die voranstehend beschriebene Konstruktion des Hauptverteilers zu einer kompakten Bauart und übersichtlichen Anordnung der

Kammern und Leitungen führt. Eine solche Kompaktausführung ergibt sich auch dann, wenn gemäß Fig. 3 der Hauptverteiler freistehend aufgestellt und nicht für zwei, sondern für vier Regelkreise ausgelegt ist.

Die Fig. 4 und 5 zeigen die Seitenansicht eines in einem Schrank S untergebrachten Unterverteilers für zwei Verbraucher, wobei das Kernstück dieser Unterverteiler vergrößert in den Fig. 6 bis 8 dargestellt ist, nämlich die Kompaktanordnung der Heizkammer H, Kühlkammer K und Rücklaufkammer R.

Wie die Seitenansicht, die Draufsicht und der Querschnitt durch diese drei Kammern zeigen, besteht jede der Kammern aus einem im Querschnitt quadratischen, an den Enden verschlossenen Rohr, das mit verschiedenen Anschlußstutzen versehen ist. Bei den in den Fig. 4 bis 8 dargestellten Ausführungsformen liegen die drei Kammern nebeneinander; bei der vorderen Kammer handelt es sich um die Kühlkammer K, bei der mittleren Kammer um die Heizkammer H und bei der hinteren Kammer um die Rücklaufkammer R. Die Heizkammer H ist über die Heizvorlaufleitung HV des einen Regelkreises mit dem in Fig. 1 dargestellten Hauptverteiler verbunden, die Kühlkammer K entsprechend mittels der Kühlvorlaufleitung KV. Die Verbindung zwischen der Rücklaufkammer R des Unterverteilers mit der Rücklaufkammer R des Hauptverteilers erfolgt durch die Rücklaufleitung Rl. Der Unterschied zwischen der Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 besteht lediglich darin, daß diese Leitungen HV, KV und Rl bei der Ausführungsform nach Fig. 4 an der Oberseite und bei der Ausführungsform nach Fig. 5 an der Unterseite der jeweiligen Kammer münden.

Der Anschluß der beiden Verbraucher an die Kammern H, K und R erfolgt jeweils über eine Vorlaufleitung VL und eine Rücklaufleitung RL. Die Vorlaufleitungen VL sind hierbei jeweils über ein 3-Wege-Mischventil M gemäß den Fig. 4 und 5 sowohl an die Heizkammer H als auch an die Kühlkammer K angeschlossen, so daß die Temperatur des Wärmeträgermediums in der zum jeweiligen Verbraucher führenden Vorlaufleitung VL durch Mischung von aus der Heizkammer H und der Kühlkammer K kommendem Wärmeträgermedium exakt eingestellt werden kann.

Wie die Seitenansichten der Fig. 4 und 5 zeigen, ist. an jeder der Kammern H, K und R jeweils eine Entleerungs- bzw. Entlüftungsarmatur E angeschlossen. Außerdem zeigen diese Darstellungen, daß in den Rücklaufleitungen RL jeweils

ein Volumenstromregler V_r angeordnet ist. Sämtliche Leitungen sind darüber hinaus mit einem Absperrorgan A versehen.

Der in Fig. 9 dargestellte, für sechs Verbraucher ausgelegte Unterverteiler besitzt denselben Aufbau wie der Unterverteiler gemäß Fig. 5; er enthält lediglich eine entsprechend größere Anzahl von Vorlaufleitungen VL und Rücklaufleitungen RL sowie zugehörige Armaturen.

Bezuqszeichenliste

A	Absperrorgan
E	Entleerungs- und Entlüftungsarmatur
H	Heizkammer
HR_W	Heizrücklauf
HVw	Heizvorlauf
HV	Heizvorlaufleitung
K	Kühlkammer
KRk	Kühlrücklauf
KVk	Kühlvorlauf
KV	Kühlvorlaufleitung
M	Mischventil
R	Rücklaufkammer
Rl	Rücklaufleitung
RL	Rücklaufleitung
S	Schrank
U	Umwälzpumpe
v_r	Volumenstromregler
VL	Vorlaufleitung
W_K	hydraulische Weiche
W_w	hydraulische Weiche

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Verteilen und Mischen eines im geschlossenen Kreislauf umgewälzten Wärmeträgermediums, das in einer Wärmequelle erwärmt und/oder in einer Kältequelle gekühlt und entsprechend der Anforderung des jeweiligen Verbrauchers gemischt wird, mit einer über einen Heizvorlauf mit der Wärmequelle verbundenen Heizkammer, einer über einen Kühlvorlauf mit der Kältequelle verbundenen Kühlkammer und einer sowohl mit dem Heizrücklauf als auch mit dem Kühlrücklauf verbundenen gemeinsamen Rücklaufkammer,

dadurch gekennzeichnet,

daß die drei Kammern (H, K, R) parallel zueinander und die jeweils zu einem Regelkreis für mindestens einen Verbraucher gehörenden drei Versorgungsleitungen (HV, KV, Rl) unmittelbar nebeneinander an den Kammern (H, K, R) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Heizvorlauf- und die Kühlvorlaufleitung jedes Regelkreises über Beimischventile mit der gemeinsamen Rücklaufleitung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitungen (Rl) sämtlicher Regelkreise an die gemeinsame Rücklaufkammer (R) angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorlaufleitung jedes Verbrauchers über ein Mischventil mit der Heizkammer und der Kühlkammer verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung (RL) sämtlicher Verbraucher an die gemeinsame Rücklaufkammer (R) angeschlossen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstutzen für die Heizvorlauf-, Kühlvorlauf- und Rücklaufleitungen (HV, KV, Rl) wahlweise an der Oberseite oder Unterseite der Kammern (H, K, R) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptverteiler jeweils durch eine hydraulische Weiche (W_w, W_K) von der Wärmequelle bzw. Kältequelle hydraulisch getrennt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der zu jedem Verbraucher führenden Vorlauf- oder Rücklaufleitung (VL, RL) ein dynamischer Volumenstromregler (V_r) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (RL) jedes Regelkreises eine Umwälzpumpe (U) mit konstanter Fördermenge und konstantem Förderdruck angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Armaturen des Heiz- und Kühlkreislaufes einschließlich notwendiger Entleerungs- und Entlüftungsarmaturen (E) an dem Hauptverteiler und den Unterverteilern angeordnet sind.