DE4134374C2 - Heizungsanlage mit Einrichtungen zur Vermeidung der Taupunktskorrosion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage mit Einrich­ tungen zur Vermeidung der Taupunktskorrosion an Konvek­ tionsheizflächen eines in der Heizungsanlage installier­ ten, mit Abschalt- oder Absenkbetrieb arbeitenden Heiz­ kessels, wobei während der Anfahrphase der Heizungsanlage die Kesseltemperatur angehoben wird.

Es ist üblich, daß bei Niedertemperaturkesseln ab Lei­ stungen von ca. 70 kW Mindest-Rücklauftemperaturen zur Vermeidung der Taupunktskorrosion an den Konvektionsheiz­ flächen gefordert werden. Somit ist es erforderlich, daß z. B. während der Anfahrphase (bei Inbetriebnahme, nach dem Nacht- oder Wochenendabschaltbetrieb der Heizkreise) eine Rücklauftemperaturanhebung stattfindet und zusätz­ lich, z. B. bei Anlagen mit großem Wasserinhalt, die Wär­ meabgabe über die Heizkreisregelung zum Erreichen der Mindest-Rücklauftemperatur gedrosselt wird. Hierfür sind derartige Heizungsanlagen mit zwei Temperaturreglern und einer in einer Bypassleitung angeordneten, sogenannten Rücklaufanhebepumpe ausgestattet. Wird die Mindest-Rück­ lauftemperatur unterschritten schaltet der eine Tempera­ turregler die Rücklaufanhebepumpe ein. Hierdurch wird ein Teilstrom aus dem Heizwasservorlauf des Kessels über einen Bypass in den Kesselrücklauf gefördert und damit das Temperaturniveau angehoben. Ist das Temperaturniveau z. B. in der Anfahrphase so niedrig, daß die am anderen Temperaturregler eingestellte Temperatur unterschritten wird, wird die Wärmeabgabe über die Heizkreise durch das "Zu-Fahren" der Mischer entweder teilweise oder ganz ge­ drosselt. Zur Verminderung der Wärmeabgabe können auch die Umwälzpumpen der einzelnen Heizkreise abgeschaltet werden. Damit wird die Wärmeabfuhr aus dem Heizkessel re­ duziert bzw. ganz unterbunden. Damit fließt durch den Heizkessel kein Heizwasser mehr, d. h. der Heizkessel heizt sich selbst auf, ohne daß Wärme an die Heizungsan­ lage abgegeben wird. Die Wärmeabgabe über die Heizkreis­ verteilung wird erst dann wieder freigegeben, wenn die am Temperaturregler eingestellte Mindesttemperatur über­ schritten wird. Da während des vorübergehenden Einstel­ lens der Wärmeabnahme durch die Heizkreise auch kein Heizwasser durch den Kesselrücklauf fließt, wird dieser Temperaturregler nur dann von der inzwischen erreichten höheren Heizwassertemperatur beaufschlagt, wenn die Rück­ laufanhebepumpe in Betrieb ist und vom erwärmten Hei­ zungswasser angeströmt wird. Damit hat die Rücklaufanhe­ bepumpe neben der Funktion, die Rücklauftemperatur anzu­ heben, die Aufgabe, nach der vorübergehenden Unterbindung der Wärmeabgabe über die Heizkreise den Temperaturregler mit erwärmten Heizwasser anzuströmen und damit die Frei­ gabe des vom Kessel erwärmten Heizwassers an die Heiz­ kreise zu bewirken. Die praktische Erfahrung zeigt, daß der vor Ort erforderliche Einbau der Rücklauftemperatur- Anhebepumpe und der bei den Temperaturregler häufig un­ terlassen wird oder nicht mit der notwendigen Sorgfalt bei der Dimensionierung der Pumpen erfolgt. Noch wesent­ lich problematischer ist, daß keine Kontrolle über die Funktion der Rücklauftemperaturanhebung während des Be­ triebes erfolgt. Da die Rücklaufanhebepumpe nur spora­ disch in Betrieb ist, kommt es häufig vor, daß diese Pum­ pen "festhängen", was mit der Gefahr einer häufigen Tau­ punktsunterschreitung verbunden ist, und zwar mit der Folge, daß Schäden durch Taupunktskorrosion an Konvekti­ onsheizflächen auftreten.

Der oft praktizierte Einsatz eines Mindesttemperatur-Sen­ sors am Kesselvorlauf, mit dem die Wärmeabgabe des Kes­ sels z. B. über die Abschaltung der Heizkreispumpen oder das "Zu-Fahren" der Heizkreismischer möglich ist, hat den entscheidenden Nachteil, daß aufgrund des für den regulä­ ren Heizbetrieb erforderlichen Heizwasservolumenstromes durch den Heizkessel, der Kessel selbst in kurzer Zeit (in 1 bis 2 Minuten, je nach Heizwasser-Volumenstrom) durchströmt ist und damit das gesamte, im Kessel befind­ liche erwärmte Kesselwasser durch kaltes Rücklaufwasser ersetzt wird. Zwangsläufig kann sich damit auch die Tem­ peratur an den Konvektionsheizflächen soweit abkühlen, daß der Wasserdampftaupunkt unterschritten wird. Der Auf­ heizvorgang kann, je nach Wärmeverbrauch durch die Hei­ zungsanlage und Wasserinhalt der Anlage, ca. 1/2 bis 3/4 h dauern, wobei sich der Aufheiz- und Abkühlvorgang entsprechend oft wiederholt, bis schließlich das über der Taupunkttemperatur liegende Temperaturniveau erreicht ist. Durch dieses "Pendeln" des ganzen Systems mit wie­ derholtem Durchfahren der Taupunkttemperatur dauert also das Erreichen der normalen Betriebstemperatur entspre­ chend lange.

Bei einem Verfahren zur Regelung eines Zentralheizungs­ kessels nach der DE 38 32 320 A1 sind an der Regelung zwei Fühler und ein Überbrückungsthermostat beteiligt. Gemessen wird nur die Vorlauftemperatur im Vorlauf mit dem einen Fühler und die Kesseltemperatur im dargestell­ ten Bereich mit dem anderen Fühler bzw. einem Thermosta­ ten. In der Anlaufphase ist der Fühler im Vorlauf zum Thermostaten überbrückt, und der Rücklauf zum Heizkessel ist über einen Mischer unterbrochen, und das Wasser im Kessel wird aufgeheizt, wobei der Mischer bereits dann wieder zum Rücklaufanschluß des Kessels hin geöffnet wird, wenn sich am oben im Kessel angeordneten Thermosta­ ten die eingestellte Schalttemperatur ergibt. Damit strömt aber bereits wieder kaltes Rücklaufwasser dem Heizkessel zu. Dies bedeutet aber nichts anderes, als daß die Anlaufphase nur pendelnd durchfahren werden kann.

Bei einem anderen Verfahren zur Umwälzpumpenregelung ei­ ner Heizungsanlage gemäß DE 38 38 477 A1 bleibt die Rücklauftemperatur außer Betracht und mit dieser Regelung soll nur dafür gesorgt werden, daß nach der Anlaufphase nicht wieder eine Absenkung der Kesseltemperatur in dem kritischen Temperaturbereich erfolgt, wobei lediglich vorausgesetzt ist, daß die Anlaufphase schnell durchfah­ ren wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gegebene Situation zu verbessern, d. h., für die Anfahrphase einer Heizungsanlage mit Einrichtungen zur Vermeidung der Tau­ punktskorrosion zu schaffen, bei der der Wasserdampftau­ punkt ohne Rücklauftemperaturanhebung nur einmal durch­ fahren wird und bei der störungsanfällige Rücklaufanhebe­ pumpen in Wegfall kommen.

Diese Aufgabe ist mit einer Heizungsanlage der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches angeführten Merkmale gelöst.

Abgesehen davon, daß hierbei vorteilhaft eine Bypasslei­ tung mit zugehöriger Rücklaufanhebepumpe in Wegfall kommt, fällt das bisherige Pendeln der Heizungsanlage beim Anfahren weg, d. h., der Taupunktbereich wird nur einmal durchfahren, und zur Regelung der Anfahrphase wer­ den die in der Heizungsanlage sowieso vorhandenen Umlaufregelorgane, nämlich Umwälzpumpen oder Mehrwege­ mischventile, ausgenutzt, und zwar, wenn vorhanden, vor­ zugsweise das bzw. die Mischventile, die dann für die An­ fahrphase einfach in Schließstellung gebracht werden. Hierfür ist eine gleichzeitige Information über das Tem­ peraturniveau des Heizungsrücklaufwassers und des Kessel­ wassers erforderlich. Dazu wird in unmittelbarer Nähe des Kesselrücklaufes die "Temperatur-Sensor-Anfahrschaltung" (TSA) angeordnet. Eine Tauchhülse des TSA ragt durch die Abschirm- und Leitblende des zur Heizungsanlage gehören­ den Heizkessels. Dadurch wird erreicht, daß der Tempera­ tursensor der TSA einerseits vom kalten Rücklaufwasser oberhalb und vom wärmeren Kesselwasser unterhalb der Leitblende beaufschlagt wird. Während der Anfahrphase be­ deutet dies, daß die niedrige Temperatur des Rücklaufpas­ sers die eingestellte Temperatur der TSA unterschreitet und damit die Wärmeabgabe über die Heizkreisverteilung drosselt. Durch die Drosselung der Wärmeabgabe wird die Heizwasserumlaufmenge und damit die Menge des kalten Rücklaufwassers reduziert, so daß sich das im Heizkessel befindliche Kesselwasser wieder aufheizt. Bei Überschrei­ ten der fest eingestellten Temperatur der TSA, die si­ cherstellt, daß die Konvektionsheizflächen des Kessels trocken sind, wird die Wärmeabgabe über die Wärmevertei­ lung wieder freigegeben. Dies ist damit verbunden, daß beim Anfahren des Kessels aus kaltem Zustand die Wasser­ dampftaupunkttemperatur an den Konvektionsheizflächen nur einmal durchfahren wird und danach die Heizflächen trocken bleiben. Diese Anordnung und Ausführung der TSA stellt auch die Drosselung der Wärmeabgabe über Pumpenab­ schaltung, zweipunktgeregelte Mischer (auf/zu) und stetig geregelte Mischer sicher. Damit kann, wie erwähnt, auf den Einbau einer Rücklauftemperaturanhebepumpe und zweier Temperaturregler verzichtet werden. Die mit dem bauseiti­ gen Einbau der Rücklaufanhebepumpe verbundenen Risiken werden ausgeschlossen, da der TSA zum werksseitigen Lie­ ferumfang des Kessels gehört. Dieses System zur Drosse­ lung der Wärmeabgabe arbeitet sowohl bei Wärmeverteilun­ gen nach dem Prinzip der Beimisch- als auch dem der Ein­ spritzschaltung. Dies ist sowohl anwendbar, wenn der Kes­ selkreis mit nur einem Heizkreis verbunden ist, als auch dann, wenn dem Kesselkreis mehrere Heizkreise zugeordnet sind, wobei im letzteren Fall die TSA mit den Steuer­ schaltungen der einzelnen Heizkreismischer oder denen der Heizkreisumwälzpumpen verbunden ist, die in modernen Hei­ zungsanlagen immer vorhanden sind und die bei Stillstand den Umlauf blockieren. Sind mehrere Heizkreise am den Kesselkreis angeschlossen, genügt es im übrigen, wenn nur 50% der angeschlossenen Heizkreise vom Umlauf während der Anlaufphase ausgeschlossen werden, d. h. die Schaltungsverknüpfung der TSA am Heizkessel muß nur mit einem Teil der Steuerschaltungen der "Umlaufregelorgane" verknüpft werden.

Die erfindungsgemäße Heizungsanlage wird nachfolgend an­ hand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert.

Es zeigt schematisch

Fig. 1 das Schaltschema einer Einkessel-Heizungsanlage mit mehreren Heizkreisen;

Fig. 2, 3 die Anordnung der TSA am Heizkessel im Schnitt und

Fig. 4 das Schaltschema einer Einkessel-Heizungsanlage mit herkömmlicher Anfahrregelung zum Vergleich.

Um zunächst deutlich zu machen, wie bisher der Taupunkts­ korrosion begegnet wurde, wird auf Vergleichsfigur 4 Be­ zug genommen. Hierbei sind in der Rücklaufleitung 100 zwei Temperaturfühler T₁ und T₂ angeordnet und zwischen diesen eine Bypassleitung 101 mit der Rücklaufanhebepumpe 102, welche die Vorlaufleitung 103 mit der Rücklauflei­ tung 100 ver­ bindet. Der Fühler T₂ dient dabei zur Schaltung der Rück­ laufanhebung. Hierbei wird also der Rücklauf nicht ge­ drosselt bzw. unterbrochen, sondern die Rücklauftempera­ tur wird langsam angehoben und der Wasserdampftaupunkt der Heizgase zwangsläufig über eine längere Zeit durch­ fahren. Um diese Zeitspanne zu verkürzen, ist es notwen­ dig, daß zusätzlich über den Fühler T₁ die Heizkreise durch das "Zufahren" der Mehrwegmischventile oder Ab­ schalten der Pumpen entweder teilweise oder ganz gedros­ selt werden. Das Mehrwegmischventil und die Heizkreisum­ wälzpumpe sind mit 104 und 105 bezeichnet.

Anders dagegen verhält es sich bei der Heizungsanlage ge­ mäß Fig. 1 und der Anordnung nur eines Temperaturfühlers im Heizkessel 10 gemäß Fig. 2, 3. Hierbei ist unmittelbar neben dem Rücklaufanschluß 1 am Kesselgehäuse 2 ein Tem­ peraturfühler 3 angeordnet, der den Rücklaufwasserzu­ strömbereich 4 und die mit einer Fühlerdurchgriffsöffnung 5 versehene Abschirm- und Leitblende 6, mit seinem Ende 3 in das Kesselwasser einragend, durchgreift, und wobei die zum Temperaturfühler 3 gehörende Temperatur-Sensor-An­ fahrschaltung 7 mit der Mischer- oder Umwälzpumpenschal­ tung 8. 8′ des mindestens einen Heizkreises 9 verbunden ist. Der Temperaturfühler 3 sitzt dabei in bekannter Weise in einer sogenannten Tauchhülse 11, wie aus Fig. 2, 3 ersichtlich, die auch die TSA 7 trägt, welche beim ge­ zeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit der Steuer­ schaltung des Mischermotors 12 im Heizkreis 9 verknüpft ist, um diesen während der Anfahrphase zu schließen, wo durch der Heizkreis vom Kesselkreis getrennt wird und sich das Kesselwasser im Heizkessel ohne weitere Zufuhr von kaltem Rücklaufwasser schnell und bei nur einmaliger Passage der Taupunktstemperatur aufheizt. Sobald die ent­ sprechend hoch an der TSA 7 eingestellte Temperatur vom Ende 3′ des Fühlers registriert wird, öffnet sich das Mischventil für den Normalbetrieb nach Durchlaufen der Anlaufphase. Sofern kein Mischventil im Heizkreis vorhan­ den sein sollte, wird die TSA 7 mit der Steuerschaltung 8′ der Heizkreisumwälzpumpe 13 zur Drehzahlregelung oder Ein/Aus-Schaltung verknüpft.

Claims (1)

1. Heizungsanlage mit Einrichtungen zur Vermeidung der Tau­ punktskorrosion an Konvektionsheizflächen eines in der Heizungsanlage installierten, mit Abschalt- oder Absenk­ betrieb arbeitenden Heizkessels, wobei während der An­ fahrphase der Heizungsanlage die Kesseltemperatur angeho­ ben wird, bestehend aus einem Kesselkreis und mindestens einem damit verbundenen Heizkreis mit Umwälzpumpe und ggf. Mischventil, wobei im Heizkessel der hinter dem Rücklaufanschluß befindliche Rücklaufwasserzuströmbereich gegen den anderen Bereich des Kesselwassers mit einer Ab­ schirm- und Leitblende abgeschirmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar neben dem Rücklaufanschluß (1) des Heiz­ kesselgehäuses (2) eine Tauchhülse (11) mit Temperatur­ fühler (3) angeordnet ist, wobei die Tauchhülse (11) den Rücklaufwasserzuströmbereich (4) und die mit einer Tauch­ hülsendurchgriffsöffnung (5) versehene Abschirm- und Leitblende (6), mit ihrem Ende (3′) in das Kesselwasser einragend, durchgreift, und daß die zum Temperaturfühler (3) gehörende Temperatur-Sensor-Anfahrschaltung (7) mit der Mischer- oder Umwälzpumpenschaltung (8) verbunden ist.