DD210481A1 - Anordnung zur komplexen erfassung und nutzung von alternativenergie - Google Patents

Abstract

Es wird eine Anordnung zur komplexen Erfassung und Nutzung von Alternativenergie fuer Wassererwaermung und Heizzwecke, vorzugsweise im Niedertemperaturbereich, bei einem mit fluessigen Heizmedium betriebenen Heiznetz, dessen Ruecklauf zuerst mit Alternativenergie aufgewaermt wird, vorgeschlagen. Dabei sind mehrere Waermegewinnungsanlagen 3 und Waermeanwendungsanlagen 4, auch mit unterschiedlichen konstanten oder veraenderlichen Vorlauftemperaturniveau, sowie Waermespeicher 11 zwischen Vorlaufschiene 1 und Ruecklaufschiene 2 dezentral geschaltet. Mit dem Ziel der optimalen Erfassung und Nutzung anfallender Alternativenergie soll bei geringem Aufwand den wechselnden Bedingungen zwischen Energieangebot und -bedarf regelungstechnisch, auch durch Ausnutzung des Waermespeichervermoegens des Heiznetzes, Rechnung getragen werden. Erfindungsgemaess wird wie in Figur 2 dargestellt - jede Waermegewinnungsanlage 3 mit einer in Abhaengigkeit einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen dem Heizmedium auf ihrer Vorlaufseite und demjenigen ruecklaufseitig gesteuerten Pumpe 5 ausgeruestet, und zwischen beiden Schienen sind zur Einhaltung einer vorgegebenen Druckdifferenz Ueberstroemventile 6 und Druckhaltepumpen 7 geschaltet. Bei Druckdifferenzueberschreitung wird das Ueberstroemventil im kaeltesten Bereich der Vorlaufschiene geoeffnet, bei Druckdifferenzunterschreitung ist die Druckhaltepumpe im waermsten Bereich der Ruecklaufschiene in Betrieb.

Description

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Titel der Erfindung

Anordnung zur komplexen Erfassung und Nutzung von Alternativenergie V.,

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur komplexeη Erfassung und Nutzung von Alternativenergie für die Erwärmung von Wasser oder für Heizzwecke, vorzugsweise - im Niedertemperaturbereich., in einem aus einer Vorlaufschiene und einer Rücklaufschiene bestehenden, mit einem flüssigen Heizmedium betriebenen Heiznetz, dessen Rücklauf in einer ersten Stufe in Wärmegewinnungsanlagen mit Älternativenergie aufgewärmt wird♦ ^:

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen —

Im Gegensatz zur weitgehend möglichen und vielfach bereits praktizierten Zentralisierung der Wärmeerzeugung und -verteilung durch Wärmeerzeugungsanlagen und Heiznetze, in denen Energie in konzentrierter ?ora in Wärme umgewandelt und zu zahlreichen, über größere Gebiete verstreuten lärmeanwendungsanlagen transportiert wird, läßt sich die in verschiedenen Formen anfallende Alternativenergie zumeist nur dezentral gewinnen. Deshalb wird diese Energie an den Orten ihres Anfalles oder im unmittelbaren Umgebungsbereich zum großen Teil in Einzelanlagen gewonnen und genutzt. Für die systematische Erfassung vieler einzelner, nach Größe und Temperaturniveau oft unterschiedlicher Alternativenergiequellen und die Zusammenführung und bedarfsgerechte Kutzung der Energie-

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ströme 3ind bisher wenig Lösungen bekannt geworden, zumal die Alternativenergie oft diskontinuierlich anfällt. . Wegen der vielfach anzutreffenden zeitlich und örtlich recht unterschiedlichen Verhältnisse von Energieangebot und -bedarf der linzelanlagen aber kann die komplexe Erfassung und Verteilung der Alternativenergie in größeren Heiznetzen nutzbringend sein* Es sind Anlagen bekannt, in denen die dezentral gewonnene und an Heizwasser übertragene Alternativenergie in voluminöse zentrale Speicher geleitet wird, bevor sie von da aus zu den einzelnen Wänneanwendungsanlagen gelangt. Daneben existieren zahlreiche Schaltungsanordnungeη, bei denen der Verbund der Energieströme mit Hilfe von Wärmepumpen hergestellt wird* Diese Anordnungen erfordern zu ihrer Realisierung einen hohen apparativen sowie montage- und regelangstechnischen Aufwand. Die Anwendung der Wärmepumpen ist darüberhinaus mit einem zusätzlichen recht erheblichen Aufwand an Antriebsenergie verbunden.

Aus dem Erfordernis, daß billige Alternativenergie vorrangig zu nutzen ist, ergibt sich die Hot^ndigkeit, dem komplexen Charakter der heutigen Eeizsysteme entsprechend angemessene Formen zur systematischen Erfassung von Alternativenergie in größerem Umfang als es die bisher bekannt gewordenen Lösungen anlassen, zu 'entitlekein.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es deshalb, Alternativenergie aus unterschiedlichen Hsrkunftscersichen, ζ,3, aus dezentral betriebenen Wärmerückgewinnungs-, Solarenergie-, Energieabsorberanlagsn etc., auch unterschiedlichen konstanten oder zeitlich veränderlichen Tsniperaturniveaus, optimal zu erfassen, zu nutzen sov?ie dabei gegebenenfalls über größere Entfernungen zu transportieren und damit den Bedarf an Primärenergie zu reduzieren.

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Darlegung des 7/esens der jsrfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, niit der mit Alternativenergie in Anlagen zur Warmegewinnung und zur Wärmeanwendung eines Heiznetzes dem beschriebenen Ziel entsprechend bei möglichst geringem apparativen sowie montage- und regelungstechnischen Aufwand verfahren werden kann, und die den auftretenden wechselnden Bedingungen zwischen Enargieangebot und -bedarf rsgelungstechnisch, unter anderem auch durch Ausnutzung des Warme speieher-Vermögens des Heiznetzes, Rechnung trägt. Srfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Ausführung der Anordnung, bei der zwischen der Vorlauf- und der Rücklaufschiene eines mit flüssigem Heizinedium betriebenen Heiznetzes, dessen Rücklauf in der ersten Stufe in Wärmegewinnungsanlagen mit Alternativenergie aufgewärmt wird, die Wärmegewinnung s- und Wärmean-.vendungsaclagen' dezentral geschaltet sind, indder Weise gelöst, daß .jede der Wärme gewinn ungsan laugen mit einer Pumpe ausgestattet ist sowie daJ3 zwischen Vorlauf- und Rücklaufschiene ein Überströmventil und eine Druckhaitepumpe geschaltet sind. Die Pumpe jeder Wärmegewinnung^— anlage befindet sich .jeweils nur dann im Betriebssustand, wenn eine vorgegebene'Ssmperaturdiffersnz zwischen dem Heizmedium im Vorlauf der Wärme gewinnung sanlags Oz*?. dem zuflie-J3erden, die Wärme abgebenden Medium und dem Heizmedium in der Rücklaufschiene überschritten wird. Das Überströmventil ist jeweils nur dann geöffnet, wenn die Druckdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklaufschiene größer als ein dafür vorgegebener Wert ist. Die Druckhaltepumpe ist bei Unterschreitung dieses Wertes in Betrieb, was z.3. bei Stillstand der Wärmegewinnungsanlagen eintritt,

In weiterer Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung sind bei Heianetzen mit mehreren bzv?« zahlreichen Wärme ge ^innungs- . und Wärmeanwendungsanla gen, auch mit unterschiedlichem konstanten odar zeitlich veränderlichen Uiveau der Vorlauftemperaturen, zwischen Vorlauf- und Rücklaufschiene mehrere Über-

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strömventile sowie Druckhaltepumpen installiert. Bei Überschreitung der vorgegebenen Druckdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf ist dabei jeweils dasjenige Überströmventil vorrangig geöffnet, bei dem im Bereich, des vorlaufseitigen Anschlusses das Heizmedium in der Vorlaufschiene die niedrigste Temperatur angenommen hat. Bei Unterschreitung der vorgegebenen Druckdifferenz zwischen beiden Schienen ist jeweils· diejenige Druckhaltepumpe vorrangig in Betrieb, bei der im Bereich des rücklaufseitigen Anschlusses das Eeizmedium in der Rücklauf schiene die höchste 'Temperatur angenommen hat. Dadurch kann die Wärme im Heiznetz je nach Bedarfslage gespeichert bzw. aus diesem entspeichert werden« Uach einem ferneren Merkmal der Erfindung ist bei einer An-. Ordnung mit einem zwischen der Vorlauf- und der Rücklaufschiene geschalteten Wärmespeicher die Verbindungsleitung vom Speicher zur Rücklaufschiene über ein Überströmventil so-, wie eine dazu parallel angeschlossene Druckhaltepumpe geführt, Die Be- und Entladung des Speichers 1st dadurch im Zusammenwirken mit den übrigen Systemelementen des Heiznetzes auf einfache Art durchzuführeη« ;

Ausführungsbeispiale

Die Erfindung soll nachfolgend an z-wei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden»

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen Figur- 1 die erfindungsgemäße Anordnung zur Versorgung einer

Warmsan^endungsanlags in einfacher Ausführung Figur 2 eine Anordnung mit jeweils mehreren Wärmege^innungs-

und' Wärme an-wendungsanlagen so-sie mit Wärmespeicher. Die in Figur 1 veranschaulichte Anordnung besteht im wesent-' liehen aus den zwischen Vorlaufschiene 1 und Rücklaufschiene 2 geschalteten Wärmegewinnungsanlageη 3 jeweils mit Pumpe 5 und einem Differecztemperaturregler 8, dem Überströmventil β, der Druckhaltepumpe 7 sowie einer Wärmeanwendungsanisge 4, der vorlauf seitig ein Hachwärmer 9 vorgeschaltet ist. Die Druckauf-

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lastung erfolgt durch das Ausdehnungsgefäß 10.. Das in den Wärmegewinnungsanlagen 3 vorgewärmte Heizmedium wird, wenn seine !Temperatur zu niedrig ist, im Nachmrmer 9 auf die in der Wärmeanwendungsanlage 4 erforderliciie Temperatur gebracht.

Wird die vorgegebene Druckdifferenz zwischen beiden Schienen überschritten, so strömt erwärmtes Heizmedium aus der Vorlauf schiene 1 durch das Überströmventil β in die Rücklaufschiene 2, in der sich dadurch die Temperatur erhöht* Obersteigt das Wärmeaufkommeη im System den Wärmebedarf der Wär-

(_. meanwendungsanlage 4, so'spricht infolge des Anstieges der Temperatur in der Rücklaufschiene 2 der Differenztemperaturregler derjenigen Wärme gewinnurigsanlage mit der niedrigsten Vorlauftemperatur an und schaltet deren Pumpe aus. Der Nachwärmer 9 mrd bei Stillstand der Wärmegewimiuiigsanlagen3 durch die Druckhaltepumpe 7 mit Heizmedium beaufschlagt. Über ihn erfolgt dann die vollständige WärmeVersorgung der Wärmearmem.ungsanlage 4, .

In Pigur 2 ist die erfindungsgemäße Lösung am Beispiel eines ausgedehnten Heiznetzes mit Vorlaufschiene 1 und Rücklaufschiene 2 sowie mit jeweils mehreren Wärmegewinnungs- und Wärmeanwendungsanlagen und einem Wärmespeicher 11 darge-' stellt. Der dezentralen Lage der Alternativeaar-gieq.ueIlen·

^Vj'" entsprechend, ist das Hetz nicht mit einer zentralen-Umwälzpumpenanlage ausgerüstet, sondern mit Pumpen 5> die jeweils den 7/ärmegeYiinnungsanlagen 3 zugeordnet sind und mit weiteren, ebenfalls dezentral angeordneten Druckhaltepumpen 7» ferner gehören zur Ausstattung des Netzes Überströmventile 6, die auch über das Heiznetz verteilt angeordnet sind und eine Steuer- und Regelaniage 14. Jede Wärmegewinnungsanlage 3 ist mit einem Differenztemperaturregler 8 ausgerüstet.. In einem Netzabschnitt ist von der Vorlaufschiene 1 eine Leitung 12 abgezweigt und parallel zu dieser geführt, In diese Leitung ist ein Uachwärmer 9 eingebunden. Sie wird auf gleichem Druckniveau wie die Vorlaufschiene 1, jedoch nach dem Nachwärmer der Regel mit höherer Temperatur betrieben.

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Zu- und Abspeiseeinrichtung sowie Druckhalteanlage (Po) für das Heiznetz sied mil; der Rücklauf schiene 2 verbunden. Die beiden Wärmeanwendungsanlagen 4.1 sind - wie bekannt, beispielsweise gemäß Patent Sir. 237 577 - vorlauf seitig jeweils mit einem Anschluß an die Vorlaufschiene 1 und an die Abzweigleitung 12 vom Vorlauf nach dem Nachwärmer 9 sowie mit einem. Zweiwege-Regelventil 13 versehen. In der Verbindungs- leitung vom Wärmespeicher 11 zur Rücklaufschiene 2 sind Oberströmventil 6,1 und Druckhaltepumpe 7.1 in Parallelschaltung angeordnet.

Die Meßorte für diejenigen Temperaturen, die zur Steuerung der Überströmventile 6 herangezogen werden, befinden sich jeweils in den Bereichen der Anschlüsse, dieser Ventile an die Vorlauf schiene 1. Bei'der Wärmespeicheranlage kann diese TemperatursieBstelle zweckmäßigeresise in den rücklaufseitigen Teil des Speichers 11 verlegt werden. Die Meßorte derjenigen 'Temperaturen, die zur Steuerung der Druckhaltepumpen 7 erfaßt werden, liegen in den Bereichen der Anschlüsse der Pumpen an die Rücklaufschiene 2, wobei der Meßort für die Temperatur, nach der die Pumpe 7.1 des Wärmespeichers gesteuert wird, in den vorlaufseitigen Teil des Speichers 11 verlegt werden kann.

Bei normalem Betrieb des Heiznetzes speisen die Wärme'gewinnung sanla gen 3 die gewonnene Wärme in die Vorlauf scMe.ne ein, bis sich bei arbeitenden Wärmeanwendungsanlagen 4 ein Gleichgewichtszustand zwischen Wärmeeintrag und -abnähme einstellt, 3ei geringerer Abnahme wird wegen des anwachsenden Differenzdruckes im- Hetz Heizwasser aus der Vorlaufschiene jeweils aus dem Bereich der Anschlußstelle für das Überströmventil mit der niedrigsten Temperatur durch öffnen dieses Ventils indie Rücklauf schiene übergeleitet, wodurch im Vorlauf Heizwasser höherer Temperatur zu diesem Überströmventil fließt und im Rücklauf, eine Erwärmung eintritt. Dieser Vorgang läuft bei günstiger Anordnung der Überströmventile durch wechselweises öffnen, wozu der Steuer- und Regelanlage 14 Be-

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fehle erteilt werden, so ab,, daß sich beide Schienen mehr oder weniger gleichmäßig erwärmen. Bei anhaltendem Wärme Überschuß gehen zunächst die Wärmegewinnungsanlagen mit der niedrigsten Yorlauftemperatur infolge des Ansprechens der Differenztemperaturregler selbsttätig außer Betrieb. Zum Schluß arbeiten nur noch die Anlagen mit den höchsten Yorlauftemperature^, wobei beide Schienen bis zu der 'Temperatur aufgewärmt werden können, die durch die "närrnegewinnung maximal erreichbar ist. Wird die Wärmeabnahme im Heiznetz größer als das Wärmeaufkommen, was zum- Beispiel geschehen kann, wenn Wärmegewinnungsanlagen außer Betrieb gehen, wird jeweils an der Stelle des Netzes mit der höchsten 'Temperatur in der Rücklaufschiene 2 die Druckhaltepumpe in 3etrieb gesetzt, die das Eeizmedium von da aus in die Vorlaufschiene 1 fördert. Die Druckhaltepumpen 7 arbeiten wechselweise. Das Heiznetz· . wird entspeichert, und in beiden Schienen wird wiederum ein Temperaturausgleich hergestellt»

In den beiden 7/ärmeanwendungsanlagen 4.1, die - wie'bekannt vorlaufseitig jeweils mit zwei Anschlüssen sowie einem Zweiwegeventil 13 versehen sind, werden die Heizmedimnströme mit Hilfe dieses Ventils ζ usammeηgeführt und so geregelt,'daß dem aus der Vorlaufschiene 1 des Heiznetzes zufließenden Heizmed-iun jeweils--nur so viel Medium rait höherer 'Temperatur aus dei Abzweigleitung 12 nach dem Haehwärmer 9 beigemischt wird, wis die nachgeschalteten Wärmeanwendungsanlagen 4.1 benötigen. In Verbindung mit dieser bekannten Anordnung ist das Prinzip des überströmeηs von Heizmedium vom Vorlauf in den Rücklauf vorteilhaft, insbesondere dann, wenn mit Hilfe dsr 'sarnie gewinnungsanlagen billige Strahlungswärme aufgenommen werden kann.

Die Steuerung der Be- und Entladung des WärmeSpeichers 11 erfolgt im Rahmen des Steuer- und Regelregimes für das G-esamtnetz in gleicher 7/eise wie die der einzelnen Netzabschnitte. Nach der erfindungsgemäßen Lösung gestaltete Heiznetze lassen sich wegen der dezentralen Anordnung der Systemelernente erweitern. Heben der Möglichkeit, alle in einem Bereich vornan-

denen nutznngsmirdigen Alternativenergiequellen in einem Hetz zu erfassen, kann der nutzbare Anteil an Alternätivenergie durch Absenkung der 'lemperaturparameter der Wärmeanwendungsanlagen in den Niedertemperaturbereich:,: ohne Veränderungen am Gesamtsystem vornehmen zu müssen, erhöht werden, Dia Anwendung von Wärmepumpen in Verbindung mit der erfindungsgemä-Sen Anordnung ist möglich.

Die Realisierbarkeit der erfindungsgemäJ3en Anordnung wird durch die¹ Möglichkeit des Aufgliederns der Systeme in diskrete Systemelemente begünstigt.

Claims (3)

1. 2 4 2 8 1?

   Erfindung san spruch.

   1. Anordnung zur komplexen Erfassung und Nutzung von Alternativenergie für die Wassererwärmung und für Heizzwecke_r vorzugsweise im Niedertemperaturbereich, bei der zwischen einer Yorlaufschiene und einer Rücklaufschiene eines mit flüssigem Heizmedium betriebenen Heiznetzes, dessen Rücklauf in der ersten Stufe in ?7är me gewinnung san lag en mit Alternativenergie aufgewärmt wird, die Wärmegewinnungs- und Wärmeanwendungsanlagen dezentral geschaltet sind, da-

   f~ durch gekennzeichnet, daS jede der Wärmegewinnungsanlagen (3) mit einer in Abhängigkeit einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen dem Heizmedium- im Yorlauf der Wärmegewinnungsanlage bzw,, dem zufließenden, die Wärme abgebenden Medium und dem Eeizmedium in der Rücklaufschiene (2) gesteuerten Pumpe (5) ausgestattet ist und daß zwischen Yorlauf- und Rücklaufschiene ein Überströmventil (S) sowie eine Druckhaltepumpe (7) zur Einhaltung einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen beiden Schienen geschaltet sind. .
2. 2. Anordnung nach Punkt 1, vorzugsweise bei Heiznetzen mit mehreren bzw. zahlreichen Wärmegswinnungs- undWärmean-

   ( . Wendungsanlagen, auch mit unterschiedlichem konstanten oder zeitlich veränderlichen Niveau der Yorlauftemperatu— ren,' dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Yorlaufschiene (1) und Rücklaufschiene (2) mehrere Überströmventile (S) unter Berücksichtigung der vorrangigen öffnung desjenigen Yentils, bei dem im Bereich des Anschlusses das Helzmediom in der .Yorlaufschiene die niedrigste Temperatur angenommen hat, sowie mahrers Druckhaltepumpen (7) bei vorrangigem Betrieb derjenigen Pumpe, bei der im 3ereich des'Anschlusses das Eeizmedium in der Rücklaufschiene die höchste Temperatur angenommen hat, installiert sind.

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3. 3. Anordnung nach Punkt 1 und 2 mit einem zwischen Vorlauf- und Rücklaufschiene geschalteten Wärmespeicher, dadurch, gekennzeichnet, daß die Yerbindungsleitung vom Speicher (11) zur Rücklaufschiene (2) über ein Überströmventil
   (6.1) some eine dazu parallel angeschlossene Druckhaltepumpe (7.1) geführt ist.

   Hierzu 2 Blatt mit je 1 Zeichnung