Die Regelung bei Dampfheizungen mit Luftumwälzung. Von Dipl.-Ing. Gwosdz in Charlottenburg. GWOSDZ: Die Regelung bei Dampfheizungen mit Luftumwälzung. Der rasche Aufschwung, den die Heizungstechnik in den letzten Jahrzehnten erfahren hat, zeitigte einen scharfen Wettbewerb der hauptsächlich in Betracht kommenden Heizverfahren. Auf dem Gebiete der zentralen Beheizung gilt dies besonders von der Warmwasserheizung und der Niederdruckdampfheizung. Ein Vorzug, der für die erstere hauptsächlich geltend gemacht wird, ist bekanntlich ihre milde Wärmeabgabe entsprechend der niedrigeren Oberflächentemperatur der Heizkörper, während die Dampfheizung die Vorteile einer schnelleren Erwärmung der Räume, einer leichteren Verteilung des Heizmittels und niedrigerer Anschaffungskosten für sich in Anspruch nehmen kann. Ein unangenehm empfundener Nachteil der Dampfheizung liegt jedoch in ihrer schwierigen Regelungsfähigkeit, die eine Ueberhitzung der Räume mit den hieraus sich ergebenden Unzuträglichkeiten häufig im Gefolge hat. Dieser Umstand hat wohl in erster Linie dazu beigetragen, daß die Dampfheizung namentlich in Laienkreisen als unhygienisch angesehen wird. Man hat es nun schon seit langem versucht, diesen Mangel der Dampfheizung, zu beheben. Von den verschiedenen nacheinander vorgeschlagenen oder versuchten Mitteln hat bei uns bis jetzt nur eins eine größere praktische Bedeutung erlangen können, nämlich die Regelung der Wärmeabgabe durch Vermischung von Luft mit dem wärmetragenden Mittel, dem Dampfe. Die Dampfheizung mit Luftumwälzung ist in den letzten Jahren insbesondere für die Beheizung von Eisenbahnwagen in verschiedener Hinsicht vervollkommnet worden, so daß sie neben einer raschen und sicheren Wärmeübermittlung auch die Vorteile einer gleichbleibenden Wärmespendung in Verbindung mit einer selbsttätigen Regelung der Heizkörper- sowie auch der Raumtemperatur bietet. Bevor auf diese neueren Einrichtungen, deren Ausgestaltung vornehmlich von dem belgischen Ingenieur E. Heintz, ferner der Waggonheizgesellschaft in Wien sowie der Westinghouse Brake Co. in London in Angriff genommen worden ist, näher eingegangen wird, mögen die auf die Ausbildung der Dampfheizung mit Luftumwälzung gerichteten früheren Bestrebungen kurz besprochen werden. Textabbildung Bd. 328, S. 673 Abb. 1. Bei den bis jetzt gebräuchlichen Niederdruckdampfheizungen stehen bekanntlich die Heizkörper gewöhnlich über die Kondenswasserleitung mit der Atmosphäre in offener Verbindung, und die Luft wird beim Heizen mehr oder weniger aus dem Heizkörper verdrängt. Ausgehend von der Annahme, daß bei der einfachen Niederdruckdampfheizung der Dampf sich nicht mit der im Heizkörper befindlichen Luft mische, sondern sich vielmehr als das leichtere Mittel im oberen Teile des Heizkörpers ansammle und so dessen Oberflächentemperatur in der oberen Hälfte übermäßig hochhalte, hat die Firma Gebr. Körting in Hannover sich im Jahre 1896 eine Dampfheizung schützen lassen, bei der die in den Heizkörpern enthaltene Luft zusammen mit dem einströmenden Dampf in den Heizkörpern selbst in kreisende Bewegung gesetzt werden soll. Für diesen Zweck werden Heizkörper benutzt, die mit zwei oder drei Umlaufkanälen versehen sind (Abb. 1). Der Dampfzutritt ist so angeordnet, daß der Dampf in Richtung eines dieser Kanäle als ein Strahl einströmt, die Luft mitreißt und in kreisender Bewegung durch die Kanäle des Heizkörpers wieder nach der Eintrittsstelle zurückkehrt. Da der Heizkörper durch die Rückleitung bzw. ein Luftrohr mit der atmospärischen Luft in Verbindung steht, herrscht in ihm stets Atmosphärendruck, und die von dem Dampfe abgegebene Wärmemenge ist daher seinem Partialdruck in dem Dampfluftgemische des Heizkörpers proportional. Wird der Dampfzutritt verstärkt, so erhitzt sich die Luft stärker, es findet eine stärkere Wärmeabgabe an der gesamten Fläche des Heizkörpers statt. Da sich die Luft infolge ihrer Erwärmung ausdehnt, wird ein Teil derselben nach außen abgestoßen. Umgekehrt wird bei Erniedrigung der Dampfzuführung von außen so viel Luft eingesaugt, bis die Summe der Partialdrucke von Dampf und Luft wieder dem Atmosphärendruck gleich ist. Eine weitere Ausgestaltung dieses Gedankens bestand darin, das Gemisch von Luft und Dampf in der Weise durch den gesamten Heizkörper kreisen zu lassen, daß man das Ende des Heizkörpers bzw. die Rücklaufleitung durch ein Umlaufrohr mit der Dampfeinströmungsstelle verband und den durch eine Mischdüse in den Heizkörper einströmenden Frischdampf zum Ansaugen des Gemisches von Luft und Abdampf (Mattdampf) benutzte. Bruno Schramm brachte nun in dem Umlaufsrohre einen Ausdehnungsregler an, der auf das Dampfventil einwirkt. Durch diese Einrichtung soll die Umwälzung des Dampfes im Heizkörper selbsttätig geregelt werden, indem die Umwälzung unterbrochen wird, wenn der Heizkörper eine bestimmte Temperatur erreicht hat, und von neuem angeregt wird, wenn der Heizkörper sich abkühlt. Dieser Gedanke ist, wie wir noch weiter unten sehen werden, im besonderen bei solchen Dampfheizungen zur praktischen Durchführung gelangt, bei denen der Heizleitung Dampf von höherem Drucke zugeführt wird. Es ergab sich hierbei der Vorteil, daß man ohne Anwendung von Minderventilen den Dampf entspannen und zugleich eine energische Umwälzung des Dampfluftgemisches in den Heizkörpern erzielen konnte. Während bei den bisher besprochenen Einrichtungen der Dampf mit der Systemluft vermischt wird, d.h. mit der Luft, die sich in Heizkörpern oder in der Rückleitung befindet und daher mehr oder weniger angewärmt ist, hat man auch vielfach vorgeschlagen, zur Erhöhung der Kühlwirkung dem Frischdampf bei seinem Eintritt in den Heizkörper von außen unmittelbar angesaugte Luft beizumischen. Nach einem Vorschlage von Fusch in Hannover soll die in den Heizkörper einzuführende kalte Außenluft einen das Dampfventil steuernden Thermostaten umspülen. Fällt die Temperatur der Außenluft, so zieht sich der Thermostat zusammen und das Dampfventil wird stärker geöffnet. Es wurde demnach beabsichtigt, eine selbsttätige Regelung der Wärmezufuhr zu den Heizkörpern entsprechend dem durch die Witterung bedingten Wärmebedarf herbeizuführen. Andere Vorschläge gehen dahin, die auf den Regelungskörper einwirkende Luft den zu beheizenden Räumen selbst zu entnehmen und demnach die Wärmeabgabe entsprechend der Temperatur der Raumluft zu regeln. Ob diese und ähnliche Vorschläge zu praktischer Verwertung geführt haben, ist nicht näher bekannt geworden. Kehren wir nun zu der Betrachtung derjenigen Anlagen zurück, bei denen eine Kreisung des in dem Heizsystem vorhandenen Luft- und Dampfgemisches vor sich gehen soll, so ist zunächst auf die Einrichtung von Heintz näher einzugehen, die für die weitere Entwicklung dieser Anlagen von grundlegender Bedeutung geworden ist. Wie bereits oben angegeben ist, kann man durch Beimischung von Luft zum Dampfe die Spannung des Dampfluftgemisches der Heizanlage auf atmosphärischen Druck erniedrigen. Um nun den Druck eines derart entspannten Dampfluftgemisches gleichmäßig zu erhalten, wird die frische Luft durch den in die Heizanlage eintretenden Frischdampf aus dem Kondensrohre im Verein mit dem im Niederschlagswasser enthaltenen Wrasen angesaugt. Ferner ist in der Saugleitung ein Spannungsregeler (Thermostat) eingebaut, der nach dem von der Menge der angesaugten Luft abhängigen Verhältnis des Abdampf- und Luftgemisches die Menge des zuströmenden Frischdampfes regelt. Es wird nämlich, nachdem die Spannung des Frischdampfes durch die mitgerissene frische Luft auf atmosphärischen Druck erniedrigt ist, unter dem Einfluß der von der Luft mitgeführten Wrasenteile sich der Spannungsregeler ausdehnen und das Dampfventil drosseln. Infolge der Wärmeabgabe des Dampfes an den Heizkörper wird dann unter Bildung von Niederschlagwasser die Dampfmenge sich verringern, und in der Düse infolge der eintretenden Leere die Saugwirkung erhöht werden, so daß mehr frische Luft nachströmt. Dadurch ändert sich dann auch wieder die Zusammensetzung des auf den Spannungsregeler wirkenden Dampfluftgemisches, worauf der Regeler wieder das Dampfventil öffnet und so fort. Textabbildung Bd. 328, S. 674 Abb. 2. Textabbildung Bd. 328, S. 674 Abb. 3. Die Abb. 2 und 3 zeigen den Heintzschen Regeler im Längsschnitt und in der Ansicht von oben, a bezeichnet das Frischdampfrohr, b ein Verbindungsstück, dessen zwei Kammern 1 und 2 miteinander durch eine Oeffnung 3 in Verbindung stehen, die von dem Kegelventil c beherrscht wird. An die Kammer 2 schließt sich das ringförmige Dampfrohr d des Luftsaugers e und an den letzteren nach der einen Seite die zum Heizkörper führende Leitung f an. Von dem Heizkörper führt das Rückleitungsrohr g nach der Kondensleitung k. Diese letztere mündet nach oben mit dem Stutzen h in das Gehäuse i, in dem der Spannungsregeler untergebracht ist. Das Gehäuse i steht andererseits durch die Stutzen j und l mit der Luftdüse m in Verbindung. Der Spannungsregeler ist eine Bourdonsche Röhre n, die auf die Achse des Ventils c einwirkt. Die Bourdon-Röhre ist von außen einstellbar. Die Regelung des Frischdampfzutrittes erfolgt also bei dieser Einrichtung durch einen Thermostaten, der dem vereinten Einfluß des Abdampfes und der angesaugten Frischluft unterworfen ist. Die Westinghouse Brake Co. in London hat diese Einrichtung nun dahin abgeändert, daß der thermostatische Regeler nur durch die Temperatur der von den Heizkörpern zurückkehrenden Dämpfe beeinflußt wird, wobei der Frischlufteinlaß so angebracht ist, daß die Frischluft nicht auf den Thermostaten einwirken soll. Die Einrichtung dieses Regelers soll weiter unten näher beschrieben werden. Es ist bereits im vorstehenden angedeutet worden, daß sich die Regelung der Dampfheizung durch Lufteinführung im besonderen bei der Beheizung von Eisenbahnwagen durchgesetzt hat. Welche Rolle ihr hierbei zufällt, wird aus den nachstehenden Darlegungen ersichtlich sein. Bei den früher ausgeführten Dampfheizungen entsteht zumeist die Schwierigkeit, daß der von der Lokomotive entnommene Dampf bei längeren Zügen weder schnell genug noch auch mit ausreichendem Druck an das Zugende gelangt, um die hinteren Wagen noch wirksam heizen zu können. Eine Erhöhung des üblichen Dampfdruckes war ausgeschlossen, da sonst die Heizkörper in den vorderen Wagen so heiß wurden, daß die Luft durch das Schwelen des Staubes verdorben wurde und außerdem die Schlauchkupplungen eine Druckerhöhung auf die Dauer nicht aushielten. Während die Heizkörper bei den bekannten Heizarten unter mehr oder weniger hohem Druck stehen, gelangt nun bei der Heizung nach Heintz ein fast druckfreies Gemisch aus Dampf und Luft in die Heizkörper. Der vorstehend erläuterte Einlaßregeler, welcher an jedem Wagen angebracht ist, läßt dieses Heizgemisch ständig die einzelnen Heizkreise durchlaufen, gleichviel, wo der Wagen im Zuge steht, und ohne jede Bedienung seitens der Zugbeamten. Der fortwährende Umlauf bringt das Heizgemisch immer von neuem mit den Wandungen der Heizkörper in Berührung, wodurch das Vorheizen beschleunigt und eine weitgehende Ausnutzung der Dampfwärme ermöglicht wird. Die letztere wird noch dadurch gesteigert, daß der Abdampf aus den Heizkörpern wieder in den Heizkreislauf zurückgeführt und von neuem nutzbar gemacht wird. Während bei den meisten Dampfheizungen schon die ersten Wagen des Zuges an zahlreichen Abzweigstellen große Dampfmengen der Hauptleitung entziehen, genügt bei dieser Dampfausnutzung eine einzige Abzweigung für jeden Wagen, die der Hauptleitung nur verhältnismäßig wenig Dampf auf einmal entnimmt, so daß der Hauptdampfstrom ohne zu großen Spannungsverlust nach dem Zugende gelangt und die Erwärmung des Zuges bis zum letzten Wagen bei weitem gleichmäßiger erfolgt. Textabbildung Bd. 328, S. 675 Abb. 4. Bei strenger Kälte kann man das Vorheizen der Züge durch Steigern des Hauptleitungsdruckes beschleunigen, ohne befürchten zu müssen, daß einzelnen Heizkörper zu heiß werden oder höheren Druck erhalten, da diese stets mit der Außenluft in Verbindung stehen. Der Wärmegrad der Heizkörper wird selbsttätig auf der einmal eingestellten Höhe von etwa 70 bis 90° C erhalten, völlig unabhängig von den Schwankungen der Außentemperatur oder des Dampfdruckes in der Hauptleitung. Die Heintzsche Dampfheizung wurde zuerst auf französischen und belgischen Eisenbahnen eingeführt. Inzwischen sind die Einzelteile unter Mitwirkung der Westinghouse-Gesellschaft wesentlich vervollkommnet worden. Der Einlaßregeler hat nun in der Ausführung dieser Gesellschaft die aus Abb. 4 ersichtliche Form. Der Ventilschließer besteht hier gleichfalls aus einem bügelförmigen Federrohr das in dem Gehäuse H untergebracht ist. Das freie Ende des Bügels wirkt auf das Dampfeinlaßventil V, das sich mit der Stellschraube S so einstellen läßt, daß der Federbügel die Dampfzufuhr selbsttätig unterbricht, sobald ein bestimmter Wärmegrad im Bügelgehäuse erreicht ist. Beim Anheizen ist der wärmeempfindliche Federbügel kalt, mithin das Dampfeinlaßventil weit offen. Erst wenn das gesamte Heiznetz den gewünschten Wärmegrad angenommen hat, und der durch die Rückleitung wiederkehrende Abdampf den Wärmegrad im Bügelgehäuse erhöht, schließt sich das Dampfventil mehr und mehr. Werden sämtliche Heizkörper abgestellt, so staut der Dampf in das Bügelgehäuse H zurück und schließt das Ventil V, bis der Dampf sich niederschlägt und die dann eintretende Luft den Bügel abkühlt und das Einlaßventil von neuem öffnet. Ein Einfrieren ist ausgeschlossen, weil der Einlaßregeler stets unter Dampf steht und das Einlaßventil in steter Bewegung hält. Der Einlaßregeler wird mit dem Kopfflansch am Wagenuntergestell oder, wenn die Heizleitung in den Wagen verlegt werden kann, im Wageninnern festgeschraubt; er ist in solcher Höhe anzuordnen, daß die Heiz- und Druckleitung genügendes Gefälle erhalten können. Die bei D (Abb. 4) anschließende Heizleitung ist möglichst gradlinig zu verlegen, damit sich die Strömung des Heizgemisches hinter der Düse richtig entwickeln kann. Die Heintzsche Dampfheizung mit Luftumwälzung ist in den letzten Jahren auch von der Waggonheiz-Gesellschaft in Wien weiter ausgebildet worden. Eigenartig ist bei diesem System gleichfalls die Ausbildung des Einlaßregelers. Bei dem Regeler der Westinghouse-Gesellschaft wird, wie wir gesehen haben, der das Frischdampfventil steuernde Körper von dem aus der Heizleitung zurückströmenden Abdampf umspült. Die Regelung tritt daher bald nach Beginn des Anheizens in Funktion, d.h. der Durchgangsquerschnitt des Heizungsventils wird verengt; hierdurch wird aber die Anheizperiode unnütz verlängert. Bei dem Einlaßregeler der Waggonheiz-Gesellschaft ist der Ausdehnungskörper in das Austrittsende der Kondensleitung verlegt, so daß er nicht von dem zirkulierenden Dampfluftgemische, sondern nur durch den in der Heizleitung entstehenden und durch die Kondensleitung austretenden Dampfüberschuß beeinflußt wird. Das Heizventil bleibt demnach so lange unbeeinflußt, als der Abdampf noch vollständig von der Heizleitung aufgenommen wird. Ein weiteres wesentliches Merkmal dieses Regelers besteht darin, daß das Dampfventil gleichzeitig unter der Einwirkung der in dem Wagen selbst herrschenden Raumtemperatur steht, daß demnach einer Ueberschreitung der für den Raum festgesetzten Temperatur vorgebeugt ist, was insbesondere bei Witterungsumschlägen von Wichtigkeit ist. Die nähere Einrichtung dieses Regelers ist aus der Abb. 5 ersichtlich. Mit A ist das Frischdampfventil bezeichnet, das die Frischdampfleitung L absperrt. Der Frischdampf tritt durch einen Rohrstutzen nach der Mischdüse B, in die das Abdampfrohr E einmündet. An die Mischdüse schließt sich die Heizleitung J an. Der wärmeempfindliche Regelungskörper besteht aus zwei Teilen. Der eine D wird als „Thermostatkerze“ bezeichnet, und bildet einen länglichen starren Hohlkörper, der mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt ist und, wie bereits erwähnt, in einem senkrechten abgezweigten Ende F der Kondens- und Rückleitung K untergebracht ist. Die Thermostatkerze D steht durch ein dünnes Kupferrohr mit dem zweiten wärmeempfindlichen Gliede, dem „Kompensator“ C in Verbindung. Der durch eine Stellschraube G einregelbare Kompensator, der die Ventilstange des Frischdampfventiles A steuert, ist im Wageninnern selbst untergebracht. Textabbildung Bd. 328, S. 676 Abb. 5. Die Arbeitsweise der Einrichtung ist nun folgende: Der Frischdampf von der Maschine wird durch das Ventil A in die Mischdüse B geleitet und gelangt durch die Dampfverteilungsleitung als Dampfluftgemisch mit einem Druck von etwa 0,02 at in die Heizkörper. Das sich bildende Kondensat rinnt mit eigenem Gefälle durch die Kondensleitung und deren offenes Ende ins Freie, während der mitgehende unverbrauchte Dampf auf diesem Wege durch die in der Kondenswasserleitung herrschende Saugwirkung abgefangen und abermals in das Heizsystem befördert wird. Nach Ablauf einiger Zeit, in welcher die Heizkörper angewärmt wurden, und die Kondensation sich verringert hat, erscheint unausgenützter Dampf bei der Thermostatkerze und veranlaßt diese, mittels des Kompensators das Heizventil abzusperren. Da der Kompensator im Wageninnern sitzt, wird mit zunehmender Temperatur im Wagen sein Hub verringert, so zwar, daß bei der erreichten gewünschten Innentemperatur der Kompensator vollständig gestreckt und das Heizventil abgeschlossen wird. Der Kompensator selbst ist für verschiedene Temperaturen einstellbar eingerichtet. Das Heizventil besitzt an der Seite des Frischdampfeinlasses ein Sieb; dieses verhindert, daß vom Dampf mitgerissene Gummiabfälle in das Heizsystem eingeschleppt werden können. Außer der Hauptdampfleitung, die alle Wagen durchläuft, besitzt auch bei diesem Heizsystem jeder Wagen eine Dampfverteilungsleitung, die im Wageninnern untergebracht ist und einen Teil der Heizfläche darstellt. An ihr sind die Heizkörper mit ihrer Stirnseite so angeschlossen, daß sich das Kondenswasser in die Heizkörper entleert. Als zweite Leitung erscheint die unter dem Wagen mit starkem Gefälle angeordnete Kondenswasserableitung, an welche die Heizkörper an ihrer tiefsten Stelle am Mantel durch senkrechte Rohrstutzen angeschlossen sind. Die Kondensleitung führt mit ihrer tiefsten Stelle zum Ausgangspunkt der Dampfverteilungsleitung zurück, so daß diese beiden Rohrenden fast senkrecht übereinander zu liegen kommen.