DE3446748A1 - Fernwaerme - rohrsystem fuer warm- und heisswasser als zweidrucksystem - Google Patents

Description

Fernwärme-Rohrsystem für Warm- und Heisswasser als Zweidrucksystem

Gegenstand der Erfindung ist ein Fernwärme-Rohrsystem, das zu einer wesentlichen Reduzierung der Herstellungs- und der Verlegekosten der Vor- und Rücklaufleitungen und der Hausanschlußleitungen bei einer Warm- oder Heisswasser-Fernwärmeversorgung führt.

Ferner wird die sog. Langzeit-Flexibilität der Fernwärme-Versorgung mit Hilfe des nachfolgend beschriebenen Rohrsystems gegenüber derjenigen heutiger Fernwärme-Versorgungen mit herkömmlichen Rohrsystemen wesentlich verbessert.

Unter Langzeit-Flexibilität ist folgendes zu verstehen:

3in einmal erstelltes Fernwärme-Versorgungsnetz ist in vielen Fällen eine Investition für eine längerfristig (für Jahrzehnte) angenommene wirtschaftliche bzw. bauliche Entwicklung im Versorgungsgebiet. Zur Bauzeit der Versorgungsleitungen sind in der Regel die meisten zukünftigen Wärmeabnehmer, deren Standort und Abnahmeleistung noch nicht bekannt.

Hat nun das gewählte Fernheizungssystem, wie die heute bekannten, herkömmlichen Systeme, die Eigenschaft, daß der wirtschaftliche Betrieb nur dann möglich ist, wenn man die zukünftigen Wärmeabnehmer, deren Standort und Abnahmeleistung zu einem ausreichenden Anteil und ausreichend genau kennt, so ist die Langzeit-Flexibilität des gewählten Systems gering. Der wirtschaftliche Betrieb der Fernwärmeversorgung und die regelmässige Steigerung des Wärmeabsatzes kann in solchen Fällen nur durch Hilfsmaßnahmen erreicht werden.

Solche Hilfsmaßnahmen sind u.a.:

- Vertragliche Bindung zukünftiger Wärmeabnehmer Tor Baubeginn des Fernwärmenetzes;

- Anschlußzwang;

- zusätzliche bauliche oder betriebliche Maßnahmen, wie laufende Vergrößerung bereits vorhandener Leitungen, Schaffung von Querverbindungen, Verstärkung der Umwälzpumpen, etc.

Das nachfolgend beschriebene Fernwärme-Rohrsystem als Zweidrucksystem weist eine wesentlich größere Langzeit-Flexibilität auf als die bisher bekannten, herkömmliche Systeme und ist daher - ähnlich wie eine Gasversorgung - für eine langzeitige, allgemeine Fernwärme-Versorgung geeignet. Zukünftige Wärmeabnehmer, deren Standort und Abnahmeleistung müssen nicht vorzeitig bekannt sein, die o.g. Hilfsmaßnahmen sind in der Regel überflüssig. Für eine größere Verbreitung der Fernwärme-Versorgungen überhaupt ist die ausreichende Langzeit-Flexibilität von grundlegender und ausschlaggebender Bedeutung.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß der Druckbereich der Vorlaufleitung etwa sechs- bis zehnmal (oder mehr) so hoch ist, wie der Druckbereich der Rücklaufleitung, s. Fig. 1, bzw. dadurch, daß die Bauart und die Konstruktion der Vor- und Rücklaufleitungen dementsprechend unterschiedlich gewählt wird s. Fig. 2, und schließlich durch die Ausführung der Wärmeübergabestation (Hausstation) beim Verbraucher, bei der die Überströmung des Fernheizwassers aus der Vorlaufleitung in die Rücklaufleitung nur möglich ist, wenn der Druck (und die Temperatur) des Fernheizwassers auf den Druck-(und Temperatur-)bereich der Rücklaufleitung reduziert sind, s. Fig. 5.

Mit dem Wort Druckbereich soll in diesem Zusammenhang die Gesamtheit aller auftretenden Drücke in den Vorlaufleitungen (Vorlaufsystem), (d.h. Maximum am Anfang, Minimum am Ende der Leitung, sowie alle betriebsbedingten Druckschwankungen) gemeint 3ein. Diese Definition gilt sinngemäß auch für die Rücklaufleitungen (Rücklaufsystem).

Auch im nachfolgend beschriebenen Fernwärme-Rohrsystem als Zweidrucksystem besteht - wie bei allen anderen, bekannten Warm- und Heisswasser-Fernheizungen - ein kontinuierlicher Wasserumlauf über: Fernheizwerk - Yorlaufleitung - Wärmeverbarucher (Primärseite) - Rücklaufleitung - Fernheizwerk.

Dadurch jedoch, daß dies in zwei unterschiedlichen·Druckbereichen geschieht, gliedert sich der Gesamtkreislauf in Vorlaufsystem und Rücklaufsystem, die druckseitig voneinander völlig getrennt sind. Daher die Bezeichnung "Zweidrucksystem".

Erläuterungen

Nach dem heutigen Stand der Technik entspricht die Bauart von Warmwasser - Fernheizungen grundsätzlich einer großen Pumpenwarmwasserheizung s.[i],

Dabei bilden die Vor- und Rücklaufleitungen zusammen mit dem Fernheizwerk und der Ferheizwasserseite der Wärmeübergabestation einen zusammenhängenden, gemeinsamen Druckbereich. Somit sind die Bauart und die Konstruktion der Vor- und Rücklaufleitungen hinsichtlich der Druckfestigkeit gleich.

Dies schließt die Verwendung von Druckreduzierorganen zwischen der Vor- und Rücklaufleitung nicht aus. Sie ist seit langem bekannt und wird häufig praktiziert s,[i] .

Der bisher bekannte Einsatz von Druckreduzierorganen dient jedoch lediglich dazu, örtliche Drücke in der Vorlaufleitung soweit zu reduzieren, daß die Auslegung von Regel- und Absperrorganen, Wärmetauschern etc. vereinheitlicht werden kann, bzw. für die Betriebssicherheit dieser (oder weiterer) Einbauten.

Bei Warmwasser-Fernheizungen, die nach dem Prinzip des "direkten Anschlusses" aufgebaut sind, dienen Druckreduzierorgane ferner dazu, den Betriebsdruck in der hauseigenen Heizungsanlage in den zulässigen Grenzen zu halten.

Wenn nicht anders angegeben, so ist im folgenden unter "Warmwasser" immer Warmwasser und/oder Heisswasser zu verstehen.

Fig. 1 zeigt den Druckverlauf im Zweidrucksystem gemäß dieser Erfindung. Es ist ersichtlich, daß der Druckverlauf in der Vorlauf leitung (bzw. im Vorlauf system) (1 ) sechs- "bis zehnmal (oder mehr) so hoch ist, wie der Druckverlauf in der Rücklaufleitung (bzw. im Rücklaufsystem)(2).

Der gesamte Bereich der Drücke im Vorlauf ist der sog. Druckbereich im Vorlaufsystem (3).

Der gesamte Bereich der Drücke im Rücklauf ist der sog. Druckbereich im Rücklaufsystem (4).

Mit (5) sollen die Verbrauchergebäude gekennzeichnet werden.

Zum Vergleich ist auch der Druckverlauf in einem herkömmlichen Fernwärme-Rohrsystem gestrichelt eingetragen, wobei (6) die Vorlaufpumpe, (7) der Druckverlauf im Vorlaufsystem, (8) der Druckverlauf im Rücklaufsystem, (9) die Rücklaufpumpe bedeuten.

Der Ruhedruck im herkömmlichen System (10) ist für Vor- und Rücklauf gemeinsam. Es ist daher nur ein (gemeinsames) System für die Druckhaltung und für die Ausdehnung des Fernheizwassers (11) erforderlich.

Im Zweidrucksystem sind die Ruhedrücke für Vorlauf (12) und Rücklauf (13) erfindungsgemäß unterschiedlich und weit auseinanderliegend. Es sind daher für die Druckhaltung und für die Ausdehnung des Fernheizwassers getrennte Systeme für Vor- und Rücklauf, (14) und (15), erforderlich.

Fig. 2 zeigt das Rohrsystem gemäß der vorliegenden Erfindung, beispielhaft dargestellt für folgende Parameter: Nennweite Vorlauf: DN 100 mm, Betriebsdruck Vorlauf: 12 bar(ü), Temperatur Vorlauf: 160 ⁰C.

Nennweite Rücklauf: DN 250 mm, Betriebsdruck Rücklauf: 1 bis 2 bar(ü), Temperatur Rücklauf: 50 bis 60 ⁰C.

Der Maßstab der Zeichnung ist ca. 1 zu 10, Einzelheiten, die die Erfindung nicht betreffen, sind nicht dargestellt.

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Die Bauart der Vorlaufleitung (1) ist entsprechend dem o.g. Betriebsdruck stahl-geschweißt, PN 16.

Die Bauart der Rücklaufleitung ist entsprechend dem o.g. Betriebsdruck variabel: Gußrohre mit Steckverbindungen (sog. Muffenrohre), Kunststoff- oder Asbestzementrohre sind gleichermaßen möglich. In Fig. 2 ist ein schweißbares Gußrohr mit Muffen dargestellt, das in seiner Bauart einer einfachen Abwasserleitung entspricht.

Die Wärmeisolierung der Yor- und Rücklaufleitung (3) ist entsprechend den o.g. Temperaturen unterschiedlich ausgeführt. Rücklaufleitungen aus einem geeigneten Kunststoff mit ausreichender eigenen Wärmedämmung, können aufgrund der geringen Rücklauftemperatur - ohne jede Wärmeisolierung verlegt werden.

Die Hausanschlußleitungen (4) und (5) in Fig. 2 haben eine Nennweite von DN 20 und können aufgrund der Betriebsdrücke in Vor- und Rücklauf ca. 300 kW Wärmeleistung übertragen. Zum Vergleich: für ein 1 bis 2-Familienhaus sind in der Regel 30 - 50 kW ausreichend.

Die Rücklauf-Hausanschlußleitung (5) wird aufgrund der geringen Rücklauftemperatur ohne Wärmeisolierung verlegt.

Betriebsweise der Vorlaufleitung

Geht man von den o.g. Parametern und davon aus, daß für geodätische Höhendifferenzen und für einen Sicherheitszuschlag 2,5 bar angesetzt werden können, so steht für die Aufrechterhaltung der Wasserströmung im Vorlaufsystem eine Druckdifferenz von ca. 6 bar zur Verfugung. Damit können nicht nur wesentlich höhere Strömungsgeschwindigkeiten als die heute üblichen in den Vorlaufleitungen erreicht werden, sondern ein als Zweidrucksystem ausgebildetes Versorgungsnetz wird auch wesentlich flexibler und leistungsfähiger, da es auf die Verwirklichung der bei der Netzauslegung angenommenen Strömungsgeschwindigkeiten und Stoffströme nicht ankommt. Der vorhandene Drucküberschuß vergrößert wesentlich die Möglichkeit der Wärmeentnahme an allen Stellen des Vorlaufsystems gegenüber einem Fernheizungssystem herkömmlicher Bauart.

Das Vorlaufsystem mit den o.g. Betriebsparametern vermag ca. 9300 kW Wärmeleistung zu transportieren und erreicht damit die Leistungsfähigkeit vergleichbarer Gasversorgungsleitungen, die bekanntlich in der Wärmetransportkapazität Fernwärmeleitungen herkömmlicher Bauart bei weitem überlegen sind.

Betriebsweise der Rücklaufleitung

Oa die Wassermengen in der Vor- und Rücklaufleitung übereinstimmen und weil die Rücklaufleitung erfindungsgemäß etwa die zwei- (oder mehr)fache Nennweite gegenüber der Vorlaufleitung aufweist s. Fig. 2, ist der Druckverlust der Rücklaufleitung lediglich ca. 1/30-stel desjenigen der Vorlaufleitung. Somit ist der Druckbereich 1 bis 2 bar(ü) in der Regel ausreichend, die Fernlieizwasserinenge in das Fernheizwerk zurückzuführen.

Aufgrund der o,g, Temperaturen und Drücke sind auch hier Strömungsgeschwindigkeiten und Stoffströme von untergeordneter Bedeutung.

Rohrverlegung

Fig. 2 stellt eine sog. Flachverlegung unter einer druckfesten Abdeckplatte (6) dar.

Das erfindungsgemäß extrem große Druckverhältnis zwischen Vor- und Rücklaufleitung in Verbindung mit der ebenfalls extrem großen Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf führt zu einer Bauweise der Leitungen, bei der der Aussendurchmesser der fertigen, wärmeisolierten Leitungen gleich oder nahezu gleich ist.

Somit können diese Leitungen mit einem Minimum an Erdarbeit verlegt werden. Aus den Abmessungen des dargestellten Rohrgrabens ergibt sich, daß die Rohrverlegungskosten mit denen einer Gasversorgungsleitung gleicher Wärmetransportkapazität vergleichbar sind.

Wärmeübergabestation

Fig, 3 stellt die Anordnung der für den Betrieb des Zweidrucksystems erforderlichen Wärmeübergabestation (Hausstation) dar.

Der Zulauf des Fernheizwassers wird über ein thermostatisch gesteuertes Regelventil (1) freigegeben. Der Thermostat gibt den Zulauf nur frei, wenn am Ausgang der Primärseite des Wärmetauschers (2) eine Feimheizwassertemperatur von 60 ⁰C erreicht oder unterschritten ist.

An dieser Stelle hat das Fernheizwasser noch einen Druck von ca. 12 bar(ü), wenn man den Druckverlust des Wärmetauschars unberücksichtigt lässt.

Der Druck wird durch die nachgeschalteten Druckreduzierventile (3) und (4) auf den Druck der Rücklaufleitung gebracht, wobei aus Sicherheitsgründen zwei Druckreduzierventile vorgesehen sind.

Zur weiteren Absicherung der Anlage werden gemäß Fig. 3 vier Sicherheitsventile mit Abblasemöglichkeit (5), (6), (7) und (8) vorgesehen.

Weiter bedeuten:

(9): Hauswand, (10): Fernheizwasser-Vorlauf, (11 ): Fernheizwasser-Rücklauf, (12): Hand-Absperrventile, (13): Thermostat, (14): Pressostat, (15): Steuerleitungen, (16): Sicherheitsleitungen, (17): hauseigene Wärmeverbraucher, wie Heizkörper, Boiler, etc., (18): hauseigenes Ausdehnungsgefäß,

Aus den Erläuterungen geht hervor, daß das hier beschriebene Fernwärme-Rohrsystem als Zweidrucksystem insbesondere für solche Fälle gedacht ist, in denen Hochdruck-Warmwasser oder Hochdruck-Heisswasser besonders billig zur Verfügung steht.

Literatur:

[1 ^J Recknagel-Sprenger; Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik.

Ausgabe 81/82 Darin insbesondere:

Absatz 223 (Fernheizungen), S. 386 ff Bild 223-2, 223-31a, 223-32, ferner Bild 223-10, 223-38, 223-42.

Oldenbourg-Yerlag, München.

\_2~\ Fernwärmeversorgung aus Heizwerken, Planung, Bau und Betrieb.

Ausgabe 1981 Darin insbesondere:

Absatz 3.3 (Systemwahl), Bild 4 und 5.

Verlags- und Wirtschaftsgesellschaffc der Elektrizitätswerke m.b.H. Frankfurt.

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Claims (1)

1. Ansprüche;

   · Fernwärme-Rohrsystem für Wann- und Heisswasser, "bestehend aus getrennten Tor- und Rücklaufleitungen, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Betriebsdruck in den Vorlaufleitungen etwa sechsbis zehnmal (oder mehr) so hoch ist, wie der Betriebsdruckin den Rücklaufleitungen.

   2· Fernwärme-Rohrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Bauart und die Konstruktion der Vor- und Rücklaufleitungen entsprechend den ihnen zugeordneten Druckbereichen unterschiedlich sind.

   3. Fernwärme-Rohrsystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet,

   daß in Ausnutzung der lemperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklaufleitung der Aussendurchmesser der verlegungsfertigen, wärmeisolierten Leitungen (Vor- und Rücklauf) gleich oder nahezu gleich ist.

   4. Fernwärme-Rohrsystem nach Anspruch 1 und/oder 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Nennweite der Rücklaufleitung etwa zweimal (oder mehr) so groß ist wie die Nennweite der Vorlaufleitung und der Druckverlust in der Rücklaufleitung nur ca. 1/30-stel des Druckverlustes der Vorlaufleitung beträgt.

   5. Fernwärme-Rohrsystem nach Anspruch 1 und/oder 2 und/oder und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruhedruck im Vorlaufsystem und der Ruhedruck im Rücklaufsystem unterschiedlich und weit auseinanderliegend sind und daher für Vorlauf- und Rücklaufsystem getrennte Druckhaltungs- und Ausdehnungseinrichtungen (Systeme) vorgesehen sind.