FI96796C

FI96796C - Liquid circulating heating system and pump

Info

Publication number: FI96796C
Application number: FI944370A
Authority: FI
Inventors: Matti Ilmari Kangas
Original assignee: Matti Ilmari Kangas
Priority date: 1994-09-21
Filing date: 1994-09-21
Publication date: 1996-08-26
Also published as: FI96796B; FI944370A0

Description

9679696796

Nestekiertoinen lämmitysjärjestelmä ja pumppuLiquid circulating heating system and pump

Keksinnön kohteena on nestekiertoinen lämmitysjärjestelmä ja pumppu. Keksinnön mukaista lämmitysjärjestel-5 mää ja pumppua käytetään normaalin vesikiertoisen keskus- lämmitysjärjestelmän tai esimerkiksi kuumaöljyjärjestelmän yhteydessä, joka käsittää lämmönlähteenä kattilan, menoja paluuputket, pumpun, termostaattiventtiileillä varustetut käyttölaitteet, patterit tai lattialämmitysverkoston 10 ja takaiskuventtiilin.The invention relates to a liquid circulating heating system and a pump. The heating system 5 and the pump according to the invention are used in connection with a normal water circulating central heating system or, for example, a hot oil system comprising a boiler, flow return pipes, a pump, actuators with thermostatic valves, radiators or underfloor heating network 10 and a non-return valve.

Vanhin tapa säätää vesikeskuslämmityksen verkoston vedenkiertoa on veden lämpötilaeroon perustuva järjestelmä, jossa ei kiertopumppuja ole käytetty lainkaan. Nykyiset rakennukset on kuitenkin suunniteltu siten, että pai-15 novoimainen patteriverkoston kierto ei ole mahdollista, vaan lämmitysjärjestelmissä käytetään kiertovesipumppuja. Kiertovesipumpun käyttö luonnollisesti pienentää putkistoja patterikokoa ja putkistojen veto on yksinkertaisempaa.The oldest way to regulate the water circulation of a water central heating network is a system based on the difference in water temperature, in which no circulation pumps have been used at all. However, the current buildings are designed in such a way that a circulating circulation of the radiator network is not possible, but circulating water pumps are used in the heating systems. The use of a circulating water pump naturally reduces the coil size of the piping and the traction of the piping is simpler.

Tavanomaisin patteriverkoston kierrossa käytettävä 20 veden lämpötilan säätöjärjestelmä on ollut ns. kolmi- tieventtiilijärjestelmä. Kolmitieventtiilillä ohjataan patteriverkoston kierrätysvettä ja kattilalta tulevaa kuumaa vettä. Tällainen järjestelmä käsittää normaalisti kiertovesipumpun, mutta se voidaan varustaa myös kahdella 25 erillisellä pumpulla veden kierrätystä ja kattilaa varten.The most conventional water temperature control system used in the cycle of the radiator network has been the so-called three-way valve system. The three-way valve controls the recirculated water in the radiator network and the hot water coming from the boiler. Such a system normally comprises a circulating water pump, but can also be equipped with two separate pumps for water recirculation and a boiler.

Itse kolmitieventtiilin ohjaus ja impulssit sen säätöä varten voidaan periaatteessa toteuttaa monella tavalla. Yksi täydellisimpiä toteutustapoja on luonnollisesti mitata kulutuskohteisiin pattereille menevän veden lämpötila 30 ja pattereilta lähtevän veden lämpötila sekä huoneessa vallitseva lämpötila ja ulkoilman lämpötila ja näiden avulla säätää ja määrittää kolmitieventtiilille kulloinkin vaadittava asento. Energian säästöön tähtäävien syiden sekä kattilan käyttöikää parantavien ja korroosiota estä-35 vien seikkojen huomioiminen johtaa helposti varsin moni- 2 96796 mutkaiseen säätöjärjestelmään, joka nostaa lämmitysjärjestelmän kustannuksia.The control of the three-way valve itself and the impulses for its adjustment can in principle be implemented in many ways. One of the most complete embodiments is, of course, to measure the temperature of the water entering the radiators 30 and the temperature of the water leaving the radiators, as well as the room temperature and the outside air temperature, and to adjust and determine the required position for the three-way valve. Consideration of the reasons for energy savings as well as the factors that improve the life of the boiler and prevent corrosion easily leads to a rather complex control system, which increases the cost of the heating system.

Erilaisia lämminvesilämmitysjärjestelmiä tai vastaavia, joissa on pyritty luopumaan kolmitieventtiilistä, on kehitetty ja tutkittu jonkin verran. Eräs tällainen 5 ratkaisu on esitetty sveitsiläisessä patenttijulkaisussa CH 536 465, jonka mukaisessa lämmitysjärjestelmässä patteripiiri on varustettu kattilasta tulevan kuumaveden pumpulla ja kierrätyspumpulla, joita säädetään erillisen säätöjärjestelmän avulla, joka mittaa pattereille menevän 10 ja kattilaan palaavan veden lämpötilan. Varsinainen säätö suoritetaan pumppujen kierroslukua muuttamalla.Various hot water heating systems or the like with the aim of abandoning the three-way valve have been developed and researched to some extent. One such solution is disclosed in Swiss patent publication CH 536 465, according to which in a heating system the radiator circuit is provided with a hot water pump from the boiler and a recirculation pump controlled by a separate control system measuring the temperature of the water entering and returning to the boiler. The actual adjustment is performed by changing the speed of the pumps.

Tunnetut säätöjärjestelmät, joita käytetään patteriverkoston säätöön ovat usein varsin arvokkaita eivätkä sovellu kovin hyvin pienempiin käyttökohteisiin kuten oma-15 koti- tai rivitalotyyppisiin lämmitysjärjestelmiin. Myöskään nykyisin käytössä olevat säätöjärjestelmät eivät reagoi kovin hyvin lämmitysjärjestelmissä, joissa on käytetty erillistä patterikohtaista säätöä termostaattiventtiilien avulla. Ulkoilman lämpötilan huomioiva järjestelmä on esi-20 merkiksi tunteeton sellaisissa tapauksissa, joissa yksi tai useampi huone on tilapäisesti säädetty huomattavasti matalampaan lämpötilaan kuin normaali huoneen lämpötila. Keksinnön mukaisella nestekiertoisella lämmitysjärjestelmällä ja pumpulla saavutetaan riittävät säätöominaisuudet, 25 jotka huomioivat täysimääräisesti patterikohtaisten termostaattien säädön.Known control systems used to control the radiator network are often quite valuable and are not very well suited for smaller applications such as own-15 home or terraced type heating systems. Also, the control systems currently in use do not respond very well to heating systems that use separate radiator-specific control by means of thermostatic valves. For example, a system that considers the outside air temperature is insensitive in cases where one or more rooms are temporarily set to a significantly lower temperature than the normal room temperature. The liquid circulating heating system and the pump according to the invention achieve sufficient control characteristics which take full account of the control of the radiator-specific thermostats.

Keksintö perustuu siihen, että patteriverkoston syöttö- ja kiertopumppu ovat ominaisuuksiltaan erilaisia, jolloin termostaattiventtiilien aiheuttama paine-ero ohjaa 30 pumppujen läpi menevää virtausmäärää ja tätä kautta saavutetaan lämmityspiirille riittävä säätö. Täsmällisesti sanottuna keksinnön mukaiselle nestekiertoiselle lämmitysjärjestelmälle ja pumpulle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Kek- 3 96796 sinnön avulla saavutetaan merkittäviä etuja perinteisiin järjestelmiin verrattuna. Keksinnön mukaista neste-kiertoista lämmitysjärjestelmää ja pumppua voidaan soveltaa perinteiseen lämminvesipatterilämmitysjärjestelmään, 5 kuumaöljylämmitysjärjestelmään tai vastaaviin järjestel miin. Varsinainen lämmitys voi tapahtua patteri- tai lat-tiaverkoston tai ilmalämmityksen avulla. Keksinnön mukaisessa järjestelmässä ei tarvita kiertoveden eikä kattilalta tulevan syöttöveden säätöventtiileitä. Huonekohtaiset 10 tai patterikohtaiset termostaattiventtiilit ohjaavat läm-mityslaitteita. Koska säätö tapahtuu verkoston paine-eron perusteella, on säätötapahtuma aina reaaliajassa eikä mahdollista ulkolämpötilan muuttumisen aiheuttamaa viivettä tarvitse huomioida patteriverkoston lämpötilassa. Keksin-15 nön mukainen pumppu voidaan toteuttaa siten, että patteri-verkoston syöttöpumppu ja kiertovesipumppu ovat kytkettyinä samaan sähkömoottoriin samalle-akselille ja ainoastaan pumppujen nostokorkeudet ja virtauskäyrät poikkeavat toisistaan. Keksinnön mukainen järjestelmä huomioi myös kat-20 tilan korroosion aiheuttamat vaatimukset ja järjestelmän suunnitteluvaiheessa voidaan määrittää kattilan paluuveden lämpötila kaikissa olosuhteissa.The invention is based on the fact that the supply and circulation pumps of the radiator network have different characteristics, whereby the pressure difference caused by the thermostatic valves controls the flow rate through the pumps and thereby achieves sufficient control for the heating circuit. Specifically, the liquid circulating heating system and pump according to the invention are characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 1. The invention provides significant advantages over conventional systems. The liquid circulating heating system and the pump according to the invention can be applied to a conventional hot water radiator heating system, a hot oil heating system or similar systems. The actual heating can take place by means of a radiator or floor network or air heating. The system according to the invention does not require circulating water or boiler feed water control valves. Room-specific or radiator-specific thermostatic valves control the heating devices. Since the control is based on the pressure difference in the network, the control event is always real-time and it is not necessary to take into account the possible delay caused by the change in the outdoor temperature at the temperature of the radiator network. The pump according to the invention can be implemented in such a way that the feed pump of the radiator network and the circulating water pump are connected to the same electric motor on the same shaft and only the lifting heights and flow curves of the pumps differ from each other. The system according to the invention also takes into account the requirements caused by the corrosion of the boiler-20 space, and at the design stage of the system the boiler return water temperature can be determined in all conditions.

Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin oheisiin piirustuksiin viittaamalla.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.

25 Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista putkistokytken- tää.Figure 1 shows a piping connection according to the invention.

Kuvio 2 esittää syöttövesi- ja kiertovesipumpun paine/virtauskäyriä.Figure 2 shows the pressure / flow curves of the feed water and circulating water pump.

Kuviossa 1 on kattila merkitty numerolla 1, patte-30 riverkoston syöttöputki kattilalta numerolla 2 ja paluu- putki numerolla 3. Syöttövesipumppu on merkitty numerolla 4 ja kiertovesipumppu numerolla 5. Termostaattiventtiilit on merkitty numerolla 6 ja käyttäjälaitteet kuten patterit tai vastaavat numerolla 7. Syöttöputken ja paluuputken 35 välissä oleva kiertovesiputki on merkitty numerolla 8 4 96796 ja kattilan paluuputkessa oleva takaiskuventtiili numerolla 9.In Figure 1, the boiler is marked with the number 1, the patte-30 mains supply pipe from the boiler with the number 2 and the return pipe with the number 3. The supply water pump is marked with the number 4 and the circulating water pump with the number 5. Thermostatic valves are marked with the number 6 and user devices such as The circulating water pipe between 35 is marked with the number 8 4 96796 and the non-return valve in the boiler return pipe with the number 9.

Kuvion 1 mukaisessa nestekiertoisessa lämmitysjärjestelmän kytkennässä syöttövesipumppu 4 pumppaa kattilas-5 ta 1 kuumaa vettä ja kiertovesipumppu 5 kierrättää jäähtynyttä paluuvettä patteriverkostoon 7. Syöttövesiputkelta 2 ja kiertovesiputkelta 8 tulevien vesien lämpötila ja määrien suhde määrää patteriverkostoon menevän veden lämpötilan. Pumput 4 ja 5 toimivat keksinnön mukaisessa läm-10 mitysjärjestelmässä kolmitieventtiilin tapaan. Paluuputkessa 3 oleva takaiskuventtiili 9 estää virtauksen kattilassa ja putkistossa väärään suuntaan. Termostaattivent-tiileillä 6 säädetään veden virtaus patteriverkostoon 7 talon ja patteri- tai huonekohtaisen tarpeen mukaisesti, 15 jolloin paine-ero patteriverkoston ja samalla myös kummankin pumpun 4 ja 5 yli muuttuu. Paine-ero kasvaa, kun läm-mitystarve pienenee ja termostaattiventtiilit sulkeutuvat. Pumppujen 4 ja 5 virtaus muuttuu paine-eron muuttuessa. Pumput 4 ja 5 mitoitetaan siten, että pumpulla 4 on suuri 20 tuotto, mutta pieni nostokorkeus. Pumpulla 5 puolestaan on pieni tuotto, mutta suuri nostokorkeus. Pumppujen pai-ne/virtauskäyrät on esitetty kuvassa 2, jossa käyrä 1 esittää pumpun 4 toimintakäyrää ja käyrä 2 pumpun 5 toi-mintakäyrää. Vaakatasossa on esitetty paine-ero p ja pys-25 tysuunnassa virtausmäärä q. Jotta keksinnön mukainen säätöjärjestelmä olisi käytännössä yksinkertainen ja helppo toteuttaa, valmistetaan käytettävät pumput samalle akselille ja saman moottorin käyttämiksi.In the liquid circulating heating system connection according to Fig. 1, the feed water pump 4 pumps hot water from the boiler 5 and the circulating water pump 5 circulates the cooled return water to the radiator network 7. The temperature and volume of the water coming from the supply water pipe 2 and the circulating water pipe 8 determines the flow. Pumps 4 and 5 operate in the heating system according to the invention like a three-way valve. The non-return valve 9 in the return pipe 3 prevents the flow in the boiler and piping in the wrong direction. The thermostatic valves 6 regulate the flow of water to the radiator network 7 according to the needs of the house and the radiator or room, 15 whereby the pressure difference across the radiator network and at the same time also of both pumps 4 and 5 changes. The pressure difference increases as the heating demand decreases and the thermostatic valves close. The flow of pumps 4 and 5 changes as the pressure difference changes. Pumps 4 and 5 are dimensioned so that pump 4 has a high output but a low head. Pump 5, on the other hand, has a low output but a high head. The pressure / flow curves of the pumps are shown in Figure 2, where curve 1 shows the operating curve of pump 4 and curve 2 shows the operating curve of pump 5. In the horizontal plane, the pressure difference p and in the vertical direction the flow rate q are shown. In order to make the control system according to the invention simple and easy to implement in practice, the pumps used are manufactured for the same shaft and for use by the same motor.

Lämmitystarpeen ollessa suuri aiheuttavat termos-30 taattiventtiilit pienen paine-eron, jolloin pumppu 4 pumppaa verkostoon paljon kuumaa vettä kattilalta 1. Pumpun 5 virtaus on huomattavasti pienempi, joten pattereille virtaa hyvin kuumaa vettä. Kun termostaattiventtiilit 6 alkavat sulkeutua, pienenee molempien pumppujen 4 ja 5 vir-35 taus, mutta pumpun 4 virtaus pienenee huomattavasti li 5 96796 nopeammin, joten pattereille virtaavan veden lämpötila laskee. Kun paine-ero kasvaa riittävän korkeaksi, lakkaa virtaus kattilan 1 kautta kokonaan eikä pattereille 7 vir-taava vesi enää lämpene. Patteriverkostoon virtaavan veden 5 lämpötila tulee keksinnön mukaisessa ratkaisussa säädetyksi täysin lämpötilatarpeen mukaisesti ilman minkäänlaisia säätöventti ilej ä.When the heating demand is high, the thermos-30 safety valves cause a small pressure difference, whereby the pump 4 pumps a lot of hot water to the network from the boiler 1. The flow of the pump 5 is considerably lower, so very hot water flows to the radiators. When the thermostatic valves 6 begin to close, the flow of both pumps 4 and 5 decreases, but the flow of pump 4 decreases considerably faster, so that the temperature of the water flowing to the radiators decreases. When the pressure difference grows high enough, the flow through the boiler 1 ceases completely and the water flowing to the radiators 7 no longer heats up. In the solution according to the invention, the temperature of the water 5 flowing into the radiator network becomes regulated completely in accordance with the temperature need without any control valves.

Keksinnön mukainen nestekiertoinen lämmitysjärjestelmä ja pumppu voidaan luonnollisesti toteuttaa myös toi-10 sin kuin tämän hakemuksen mukaisessa suoritusesimerkissä on esitetty. Pumpun 4 paikkaa voidaan vaihtaa siten, että se on paluuputkessa 3, jolloin lämpötila, jossa pumppu joutuu toimimaan, laskee oleellisesti. Myös kiinteillä kuristuslaipoilla, käsisäätöventtiileillä tai vastaavilla 15 voidaan vaikuttaa putkistovastuksiin ja virtausolosuhteisiin eri puolilla verkostoa. Pattereiden tai vastaavien käsiventtiileillä voidaan suorittaa lämmityslaitteiden perussäätöä. Edellä mainituilla toimenpiteillä voidaan pienentää järjestelmässä käytettävien pumppujen valikoi-20 maa, koska käyttökohteiden olosuhteet vaihtelevat varsin paljon rakennuksista ja lämmöntarpeesta riippuen.The liquid circulating heating system and pump according to the invention can, of course, also be implemented in a different manner than shown in the embodiment according to the present application. The position of the pump 4 can be changed so that it is in the return pipe 3, whereby the temperature at which the pump has to operate decreases substantially. Piping resistors and flow conditions across the network can also be affected by fixed throttle flanges, manual control valves or the like. With the manual valves of radiators or the like, the basic adjustment of the heating devices can be performed. The above measures can reduce the range of pumps used in the system, as the conditions of the applications vary considerably depending on the buildings and the heat demand.

Claims

96796

A liquid circulating heating system and pump used for circulating and controlling water-circulating water central heating with radiators or the like 5 or the like, comprising a boiler (1), piping (2, 3, 8), pumps (4, 5), radiators (7) or the like and thermostatic valves (6), characterized in that the pressure difference generated by the thermostatic valves (6) 10 or the like controls the operation of the feed water pump (4) and the circulating water pump (5), and said control is based on said pumps (4, 5 ) for different yield and lift heights.

Liquid circulating heating system according to Claim 1, characterized in that the feed water pump (4) and the circulating water pump (5) operate in the same way as a three-way valve, controlling the water flowing to the radiators (7).

Liquid circulating heating system according to Claim 1, characterized in that the system has a heating device or apartment-specific thermostatic valves and a non-return valve in the return pipe (3).

Pump according to claim 1, characterized in that the feed pump (4) and the circulation pump (5) 25 are arranged on the same shaft for operation by a common drive, or in that the impeller of said pump is two-wheel drive and forms a supply and circulation pump (4, 5). Il 96796