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5.2.3 Das Pumpenmodell
Erstellung der Modellbibliothek
Die grundlegenden Pumpenmodelle erzeugen eine feste Druckdifferenz (rot in Abb. 75) entsprechend
einer konstanten Spannungsquelle oder einen festen Volumenstrom (grün in
Abb. 75) entsprechend einer konstanten Stromquelle. Neben fest parametrierbaren Pumpen
existieren ansteuerbare Pumpen mit einem Signaleingang. Weiterentwickelte Pumpenmodelle
beschreiben eine zunehmende Leckage von der Hochdruck- zur Niederdruckseite bei ansteigendem
Strömungswiderstand des Heizkreises. Zu ihrer Beschreibung ist es notwendig sogenannte
konzentrierte Volumina einzuführen, die als Druckspeicher fungieren [Bea-00] und in
diesen die Annahme der Inkompressibilität des Mediums aufzugeben. Parallel zur idealen
Pumpe, die unabhängig vom Strömungswiderstand des Heizkreises einen konstanten Volumenstrom
fördert, wird eine rückführende Rohrleitung mit festem Strömungswiderstand
geschaltet. Der im äußeren Kreis fließende Strom wird so abhängig vom Widerstandsverhältnis
des Heizkreises und dem des rückführenden Leckage-Rohrelementes. Auch kann die
Pumpe, entsprechend der Realität, nur noch einen begrenzten äußeren Staudruck aufbauen.
Diese mit Leckage behafteten, realen Pumpenmodelle sind erforderlich, falls ein Heizkreis
durch ein Ventil komplett unterbrochen werden kann.
Abbildung 75: Verschiedene Pumpenmodelle
5.2.4 Die Ventilmodelle
Beispiel
Leckage
kompressible,
konz. Volumina
Die Aufgabe der einfachen Absperrventile ist es, als Aktoren den Heizwasserstrom und damit
auch die übertragene Wärme zu beeinflussen. Sie werden vorwiegend in den Heizkörpern als
Aktoren lokaler Regelkreise, sogenannter Raumthermostate, eingesetzt. Die Ventile entsprechen
Rohrleitungen mit steuerbarem Querschnitt. Um numerische Probleme zu vermeiden
fahren die Ventile nie vollständig zu, sondern reduzieren den Heizwasserfluss um einen Faktor
1000.
Gerade bei in Reihe geschalteten Heizkörpern benötigt man sogenannte 3 Wegeventile. Sie
erlauben es, das Heizwasser an dem abgeschalteten Heizkörper vorbeizuführen. Dies wurde
realisiert über eine spezielle Komponente bei der die konvektive Wärmeabgabe über einen
Signaleingang mit einem Faktor [0..1] moduliert werden kann. Das hydraulische Verhalten
entspricht einem einfachen Rohr. Möchte man den unterschiedlichen Strömungswiderstand
des Heizkörpers und der Bye-Pass Leitung berücksichtigen, muss die Schaltung aus modularen
Komponenten aufgebaut werden.
Höhere Anforderungen sind von dem 4-Wege-Mischerventil zu erfüllen. Es wird insbesondere
bei gemischten Systemen aus Heizwasserradiatoren und Fußbodenheizungen eingesetzt.
Die Radiatoren benötigen eine hohe Vorlauftemperatur (z.B. 60-70 o C), die nahezu der Kesseltemperatur
entspricht, um trotz ihrer kleineren Wärmeaustauschfläche effektiv arbeiten zu
können. Die Fußbodenheizung sollte jedoch aus hygienischen Gründen und um Rissbildung
im Estrich vorzubeugen mit niedrigeren Temperaturen betrieben werden. (Die Fußbodenoberflächentemperatur
darf 35 o C nicht übersteigen.) Die Aufgabe des Mischers ist es, kühles
Rücklaufwasser aus den Heizkreisen dem heißen Vorlaufwasser unter Umgehung des Kessels
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