DD266159A1

DD266159A1 - Anordnung zur regulierung des waermeein- und waermeaustrages bei dynamischen latentspeichern

Info

Publication number: DD266159A1
Application number: DD87307257A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Ahrens; Andreas Biedermann; Ruediger Naumann; Andreas Guenther; Uwe Kaessner
Original assignee: Bauakademie Ddr
Priority date: 1987-09-25
Filing date: 1987-09-25
Publication date: 1989-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regulierung des Waermeein- und Waermeaustrages bei dynamischen Latentwaermespeichern, die mit Waermetransportmitteln im direkten Kontakt mit dem Phasenwechselmaterial zum Waermeein- und Waermeaustrag arbeiten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die selbsttaetige Regulierung des Waermeein- und Waermeaustrages in dynamischen Latentwaermespeichern mit einer Umwaelzpumpe zu realisieren. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass mit Hilfe der Umwaelzpumpe das Heizmedium in beiden Kreislaeufen umgewaelzt wird. Erfindungswesentlich ist hierbei, dass Waermequelle, Umwaelzpumpe, Latentwaermespeicher und Verbraucher in Reihe geschaltet sind und die beiden Waermeuebertrager in parallelen Zweigen zwischen Dreiwegeventil und Dreiwegeregelventil angeordnet sind.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Cio Erfindung bezioht sich auf dio Regulierung des Wärmoein- und Wärmeaustrags bei dynamischen Latentwärmespeichern, dio mit Wärmetransportmitteln in direktem Kontakt mit dem Phasenwechs Jlmaterial zum Wärmeein- und Wärmeaustrag arbeiten.

Charaktfirlitlk de» bekannten Standes der Technik Es sind Lösungen bekannt, bei denen zur zeitlichen Entkopplung von Wärmeerzeugung und Wärmeverbrauch Speicher

eingesetzt werden, Dazu erfolgt der Wärrneoin- und Wärmeaustrag über getrennte Kreislauf», .,obel in beiden jeweils eine,

Umwälzpumpe angeordnet ist, durch dereti An- bzw. Abschalten dur Wärmeein- bzw. Wärmeaustrag geregelt wird. Beispiele

dafür sind

DE3040370A1

DE3107240A1

DE3i1501.»A1

Ist in diesen Schaltungen die Wärmequelle (z. B. Sonnonkollektoren, Heizkessel...) Im Wärmeeintrag-Kroislauf aus

unterschiedlichen Gründen (keine Sonneneinstrahlung, Unterbrechung des Heiz'botriobes...) nicht mehr wirksam, so daß die

Temperatur des Heirmediums absinkt, so wird d,o Umwälzpumpe im Wärmeeintraq-Kreislauf wie z.B. in DE 3215012A1 durch

einen Schauer, der auf SOnnenwärme anspricht, hbgeschaitet. Die Pumpe im Wärmenustrag-Kreislauf wird je nach Bedarf, z.B.

über Zeitschalter, weiterhin betätigt.

Es sind darüber hinaus Lösungen bekannt, bei denen de' Speichereinsatz mit nur einer Umwälzpumpe im gemeinsamen Kreislauf für Wärmeein- und Wärmeaustrag realisier v/ird. Beispiele dafür sind DE 3111888 und 2768727 C2. In DE 3111 ⁿ⁽<3

sind Speicher und Wärmeverbraucher parallel geschaltet. Dar Entladen und Beladen dos Speichers bei gleichzeitiger

Wärmeversorgung des Verbrauchors erfordert die Anordnung der Umwälzpumpe unmittelbar vor oder hinter dem Speicher,

wobei die Fließrichtung unerheblich ist, oder sie befindet sich, wie in DE 3111888, zwischen Verbraucher und Verzweigung zur

Wärmequelle bzw. zum Spoicher. Zum Entladen des Speichers kann in beiden Fällen durch entsprechende Einstellung am Orelwegeventil der Teilkreislau f über die Wärmequelle gesperrt werden, so daß die Wärmeversorgung des Verbrauchers durch Speicheientladung nur über den Teilkreislauf, der durch Parallelschaltung von Spoicher und Wärmeverbraucher gebildet wird, erfolgt. Die Speicherbeladung wird durch die Forderung, daß gleichzeitig auch der Verbraucher mit Wärme versorgt werden soll,

verzögert bzw. bei DE 3111888 überhaupt in Frage gestallt, da entweder das von der Wärmequelle erwärmte Heirmediiim mitdem Rücklauf des Verbrauchers gemischt und somit abgekühlt odor wie bei DE 3111888 das Hoizmodium aus dom huJ'.lauf des

Verbrauchers direkt in den Speichor zur Beladung eingespeist wird. Die Vorgänge des Be- und Entladens des Speichers sind durch das notwendige Neueinstellen des Dreiwegeventils zeitlich

voneinander getrennt. Urr 'Jen genauen Zeitpunkt der VentilneueinstoHung zu ermitteln, ist eine entsprechende Steuerungnotwend"

Soll auf dio steuerung verzichtet werden und die Einstellung dos Dreiwcgeventils beim Entladen gleich der Einstellung beim Laden sein, so würde beim Entladen entweder ein Teilstrom des erwärmten Heizmediums über dio außor Betrieb gesotzto Wärmequelle fließen (Wärmeverluste I) und ohne einen Verbraucher zu versorgen mit dem Rücklauf des Verbrauchers vermischt

wieder in den Speicher gelangen, oder wie in DE 3111888 ein Teilstrom des Heizmediums aus dem Verbrauchorrücklauf über dieaußer Botriob gesetzte Wärmequelle fließen und dem Vorlauf für den Verbraucher beigemischt werden (unnötige

Temperaturabsenkung). Die Funktionstüchtigkeit dieser Schaltung wird durch den Verzicht auf eine Steuerung offensichtlich

beeinträchtigt, ii: DE 2758727C2 sind Wärmequelle, Wärmespeicher, Wärmeverbraucher und Umwälzpumpe in Reihegeschaltet. Für den Fall des Ausspeicherns ist eine Kurzschlußstrecke, die die Wärmequelle überbrückt, vorgesehen.

Die Übertragung der oben genannten Scnaltungsvarianten mit nur einer Umwälzpumpe auf die sich in immer stärkerem Maße

durchsetzenden dynamischen Latentwärmespeicher mit jeweils einem Wärmeübertrager für den Wärmeein- und Wärmeaustragbringt folgende Probleme mit sich:

Für die Einbindung des Speichers ist in diesen Schaitunge. > jeweils nur ein Anschlußpaar für einen Wärmeübertrager vorhanden,

so daß sich entweder nur der Wärmeeintrag oder nur dor Warmoaustrag möglich ist. In dieser vVeiso ist aber die Kombination

Wärmequelle-Speicher-Wärmeverbraucher nicht voll funktionstüchtig. Um beide Vorgänge Speicherentladung und Beladung des Speichers bei gleichzeitiger Wärmeversorgung des Verbrauch? '6, realisieren zu können, ware es notwendig, wieder auf zwoi getrennte Kreisläufe für Wärmeein- und Wärmeaustrag mit jeweils einer Umwälzpumpe zurückzugreifen, was durch die zusätzliche Pumpe einen bedeutenden Mehraufwand bodeutet.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die bei dynamischen Latentwärmospeichern unter Anv/endung zur gleichzeitigen Be- und Rntladbarkeit der Spei :hor erforderlichen Umwälzpumpen auf lediglich eine Pumpe zu reduzieren. Gleichzeitig soll dor bei bekannten Lösungen notwendige Aufwand zur Regelung und Steuerung der Pumpen in Abhängigkeit vom Ladezustand des Speichere verringert worden.

Darlegung dns Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabo zugrundo, die selbsttätige Regulierung dos Wärmeein· und Wärmeaustrags in dynamischen !.atentwärmespeichern mit einer Umwälzpumpe zu realisieren. Erfindungsgomäß wird die Aufgabo durch eine Anordnung gelöst, in der Wärmequelle, Umwälzpumpe, Latontwärmespoichor und Verbraucher in Reihe geschaltet sind. Die beidon Wärmeübertrager sind in parallelen Zwoigon zwischen Dreiwegeventil und Droiwegeregelventil angeordnet. F.rfindungswesentlich',: hierbei, daß entsprechend der Temperatur die Regulierung des Wärmeein- und -austrage selbsttätig ?ri~3t.

Erfindungswesentlich ist weiterhin, daß mit Hilfe der Pumpe das Heizmedium in beiden Kreisläufen (Wärmoein- und -austrag) umgewälzt wird.

Ausführungsbelsplel

Dio Erfindung wird nachfolgend an zwei Beispielen näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1: Funktior&prinzip der Anordnung Fig.2: Detailausschnitt

Grundlage für die Anwendung der Anordnung sind geschlossene Latentwärmespeicher, die nobon dem Speichermaterial mindestens ein eich mit diesem nicht vormischendes Wärmetransportmittel zur Wärmeübertragung enthalten. Dieses Wärmetransportmittel liegt in zwei Phasen vor: flüssig im Bereich d'ts Wärmoeintrags (unterer Wärmeübertrager 4 b) und gasförmig im Bereich des Wärmeaustrags (oberer Wärmeübertrager 4a). Bei Wärmezufuhr im unteren Wärmeübertrager 4b beginnt das Wärmetransportmittel zu sieden. Die aufsteigenden Dampfbinsen kondensieren an den Kristallen des Speichormaterials, wobei Wärme an dieselben abgegeben wird. Nach Erreichen der Schmelztemperatur des Speichormaterials setzt der Schmelzvotgang ein (Schmelzwärme — gespeicherte latente Wärme). Bei Wärmoentnahme im oberen Wärmeübertrager 4 a sinkt mit der Temperatur dor Druck im Behalte r, so daß das am oberen Wärmeübertrager 4 a kondensierte Wärmetransportmittel wieder zu sieden beginnt. Dabei wird dem geschmolzenen Speichermaterial Wärme entzogen.

Beispiel 1:

Wärmequelle 1 (z.B. Kohleheizkessel), Umwälzpumpe 2, Latentwärmespeicher 4 und Verbrauchor 6 sind in Reihe geschaltet, wobei die beiden Wärmeübertrager des Latentwärmespeichers parallel angeordnet sind (Fig. 1). Durch ein zwischen Pumpe 2 und Latentwärmespeicher 4 angeordnetes Dreiwegeventil 3 wird dor einfacho Kreislauf in zwei p<; rllel geschaltete Zweige aufgespalten, die sich hinter dem Latentwärmespeicher 4 wieder vereinigen. (Anstelle eines Dreiwegeventils können auch einzelne Ventile verwendet werden.)

Diese Verzweigung ermöglicht den Anschluß beider Wärmeübertrager 4 a, 4 b des Latentwärmespeichers 4. Über den oberen Wärmeübertrager 4 a wird der Wärmeaustrag und über den unteren Wärmeübertrager 4·^Λ der Wärmeeintrag realisiert, Unmittelbar hinter der Vereinigung der beiden Zweige für den Anschluß dor Wärmeübertrager für Wärmeein· und Wärmoaustrag 4 a, 4b ist eine Kurzschlußstrocke angeordnet, die das Wärmeverbrauchernetz einschließlich Verbraucher 6 im Bedarfsfall überbrücken soll. An dor Verzweigung ist vorzugsweise ein Dreiwegeventil 5. Dio Raumtemperatur wird mittels Meßfühler 7 gemessen

Mit Hilfe des Dreiwegeventil 3 zwischen Umwälzpumpe 2 und Latentwärmespeicher 4 wiM das System auf einen bestimmten Heizlastfall eingestellt.

t| — VmIn

Das kann täglich, bei großen Außenlufttempornturschwankungcn auch mehrmals a*\ Tage, erfolgen. Für die Vontileinstellung gilt: i'3 höher der Heizlastfall, um so größer der Massenstrom über den oberen Wärmeübertrager 4a (Wärmeaustrag) bzw. um se kleiner der Massenstrom über don unteren Wärmeübertrager 4 b (Wärmeointrag).

Bei extrem tiefen Außenlufttemperaturen bzw. bei solchen, die bei Wärmeversorgung durch Speicherentladung nicht mehr bewältigt werden können, ist es möglich, den Zweig für den Wärmaeintrog 4 b zu sperren, so daß das gesamte Heizmedium mit der Temperatur, die durch die Wärmequelle 1 erzeugt wurde, über den Zweig für den Wärmeaustrag 4a zum Verbraucher 6 fließt. Eine zusätzliche Umgehung dos Latentwärmespeicher 4 für direkten Heizbetrieb ist somit nicht erforderlich. Wird d^!e Wärmequelle 1 aktiv, so beginnt der Ladevorgang bei gleichzeitiger Wärmeversorgung des Verbrauchers 6. Entspi »chend der Einstellung am Dreiwegeventil 3 fließt ein Teil des erwärmten Heizmediums über den unteren Wäimeübertrager 4b (Wärmoeintrag) und der andere Teil über den oberen Wärmoübortragor 4 a iWärmeaustrag), ohne daß

vom Speicherwärme an das erwärmte Heizmedium abgegeben wird bzw. umgokehrt vom Heizmedium Wärme an den Speicherabgegeben werden kann (Wärmediode).

Nach Austritt aus den beiden Wärmeübertragern 4a, 4 b des Latentwärmespeichers 4 vereinigen sich die beiden Teilströme des

im unteren Wärmeübertrager 4b (WSrmeeintrag) um etwa 1OK abgekühlten und des den oberen Wärmeübertrager 4a(Wärmeaustrag) unverändert durchlaufenden Heizmediums.

Die Mischtemporatur des nun in Richtung Verbraucher 3 fließenden Heizmediums liegt entsprechend der Einstellung des Dreiwegeventils 3 zwischen der Temperatur des Heizmediums an der Wärmequelle 1 der des im unteren Wärmeübertrager 4 b

abgekühlten Heizmediums,

Beispiel 2: Wärmequelle 1, Umwälzpumpe 2, Latentwärmespeicher 4 und Verbraucher β werden wie in Boispiol 1 in Reihe geschaltet. Im Unterschied zu Beispiel 1 ist der Latentwärmespeicher 4 in Modulbouweiso (Mehrkörperspeichor) ausgebildet (s. Fig. 2). Die Anzahl der vollständig geschlossenen Speicherbehälterbausteine 9 kann variiert werden. Die Oberfläche der Speicherbehälterbausteine 9 oberhalb des Spelchr. materialfüllst.^ndos 8 entspricht dem obornn Wärmeübertrager 4e in Beispiel 1 und dient dem Wärmeaustrag. Die Oberfläche der Speicherbehhlterbausteine 9 unterhalb des Speichermaterialfüllstandes 8 entspricht dem unteren Wärmeübertrager 4b in Beispiel 1 und dient dem Wärmeeintrag. Etwa in Höhe des Speichermaterialfüllstandes 8 ist eine Trennwand horizontal so angeordnet, daß sie don Speichervolumenbehälter 10 in zwei Kammern teilt; eine obere für don Wärmoaustrag und eine untere für den Wärmeeintrag. Analog Bsp. 1 sind auch hier die Zwoige für don Wiirmooin- und Wärmoaustrag parallel gorchallot. Das Funktionsprinzip entspricht dom von B'^;'piol 1.

Claims

1. Anordnung zur Regulierung des Wärmeein- und Wärmeaustrags bei dynamischen Latentwärmespeichern mit getrennten Wärmeübertragern für den Wärmeein- und Warmoaustrag für ein Wärmeträgermedium, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmequelle (1), Umwälzpumpe (2), Latentwärmespeicher (4) und Verbraucher (6) in Reihe geschaltet sind und die beiden Wärmeübertrager (4a, 4b) des Latentwärmespeichers (4) in parallelen Zweigen zwischen Dreiwegeventil (3) und Dreiwegeregelventil (5) angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung des Wärmeein- und Wärmeaustrags selbsttätig entsprechend der Temperatur des Wärmeträgermediums erfolgt.