DD265216A1 - METHOD FOR USING LOW-THERMAL ENERGY SOURCES IN COUPLING WITH REMOTE WATER SUPPLY SYSTEMS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung niedrigthermaler Energiequellen - insbsondere von Thermalwasser aus geothermalen Quellen - in Kopplung mit Fernwaermeversorgungssystemen und ist ueberall dort mit hohem Effekt einsetzbar, wo die Energie einer Waermequelle mit niedrigem Temperaturniveau (100C) in Verbindung mit einem Fernwaermeversorgungssystem maximal ausgenutzt werden soll. Insbesondere gestattet das erfindungsgemaesse Verfahren den stufenweisen Ausbau eines entsprechenden Systems durch eine beliebige Anzahl von Abnehmerstationen. Fig. 1The invention relates to a method for the use of low-thermal energy sources - in particular of thermal water from geothermal sources - coupled with district heating and can be used anywhere with high effect, where the energy of a heat source with low temperature level (100C) is to be exploited in conjunction with a remote heat supply system maximum , In particular, the inventive method allows the stepwise expansion of a corresponding system by any number of customer stations. Fig. 1

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren zur Nutzung niedrigthermaler Energiequellen in Kopplung mit Fernwärmeversorgung88y8ternenMethod of using low thermal energy sources coupled with district heating 88

Anwendungagebiet der ErfindungApplication area of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung niedrigthermaler Energiequellen - inabeaondere von Thermalwaeser aus geothermalen Quellen - in Kopplung mit Fernwärmeveraorgungesyatemen und ist überall dort mit hohem Effekt anwendbar, wo die Energie einer Wärmequelle mit niedrigem Temperaturniveau (<100 ⁰C) in Verbindung mit einem Fernwärmeveraorgungaayatem maximal ausgenutzt werden soll. Insbesondere gestattet das erfindungagemäße Verfahren den etufonweiaen Ausbau eines entsprechenden Systeme durch eine beliebige Anzahl von Abnehmerstationen.The invention relates to a method for the use of low-thermal energy sources - in particular of thermal geothermal sources - coupled with Fernwärmeverauresesyatemen and is everywhere applicable with high effect, where the energy of a heat source with low temperature level (<100 ⁰ C) in conjunction with a Fernwärmeveragungaayatem maximum to be exploited. In particular, the method according to the invention allows for the corresponding expansion of a corresponding system by any number of picking stations.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Zur Nutzung niedrigthermaler Energiequellen 9ind in der Regel die Quell- und Heizungskreislöufe durch Wärmeübertrager und Wärmepumpen in Heizzentralen gekoppelt (DD-WP 2 38 101). Die Wärmeverbraucher werden über ein Fernwärmenetz mit den für die angeschlossenen Heizungs- und Warmwaeservereorgungsanlagen erforderlichen Vor- und Rücklauftemperaturen versorgt. Das Wärmequeilmedium, z. B. mineralieiertea Thermalwassor, wird entweder durch geeignete korrosionsbeständige Rohrleitungen zur Heizzentrale und nach der Aue-In order to use low-energy energy sources, the source and heating circuit loops are usually coupled by heat exchangers and heat pumps in heating centers (DD-WP 2 38 101). The heat consumers are supplied via a district heating network with the supply and return temperatures required for the connected heating and hot water backup systems. The heat-swelling medium, e.g. B. mineralized thermal water, is supplied either by suitable corrosion resistant pipelines to the central heating

kühlung zurück gefördert oder zwischen den Quellen und der Heizzentrale liegen geeignete Zwiachenkreisläufe (DD-WP 2 44 188). Somit sind für die Nutzung niedrigthermaler Energiequellen umfangreiche Rohrleitungsnetze erforderlich, die die Wärmequellen mit der Heizzentrald und die Heizzentrale mit den Abnehmeranlagen der Wärmeverbraucher verbinden.Cooling back or between the sources and the central heating system are suitable Zwichachenkläufe (DD-WP 2 44 188). Thus, for the use of low-thermal energy sources extensive piping networks are required, which connect the heat sources with the Heizzentrald and the heating center with the customer systems of the heat consumer.

Da die Verbindungen zwischen der Heizzentrale und den Abnehmeranlagen für die Verteilungsnetze der Warmwasserversorgung zu groG sind, muß die Warmwasseraufheizung dezentral erfolgen. Das erfordert im Fernwärmenetz bestimmte Mindestvorlauftemperaturen, die oft über den für die Heizungsanlagen erforderlichen Temperaturen liegen. Die zur Nutzung niedrigthermaler Energiequellen entwickelten Schaltungen sind nicht oder nur in begrenzten Bereichen anpassungsfähig, wenn sich die Quelltemperaturen zeitlich wesentlich verändern. Die Schaltung nach DD-WP 244 188 ormöglicht eine Anpassung mit thermodynamisch günstigem Effekt nur dann, wenn die Quelltemperatur größer ist als die Heizungsrücklauftemperatur. Bei veränderlichen Quelltempcraturen ist deshalb mit unvertretbaren energiewirtschaftlichen Verlusten zu rechnen.Since the connections between the heating center and the customer systems for the distribution networks of the hot water supply are too large, the hot water heating must be decentralized. In the district heating network, this requires certain minimum flow temperatures, which are often higher than the temperatures required for the heating systems. The circuits developed for the use of low thermal energy sources are not or only in limited areas adaptable, if the source temperatures change significantly in time. The circuit according to DD-WP 244 188 ormoglicht an adjustment with thermodynamically favorable effect only if the source temperature is greater than the heating return temperature. In the case of variable source temperatures, unacceptable energy losses are therefore to be expected.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Aufwand für die Errichtung und den Betrieb eines Fernwärmeversorgungssystems, das in Kopplung mit einer niedrigthermalen Energiequelle - vorzugsweise einer geothermalen Quelle - betrieben werden soll, wesentlich zu verringern und gleichzeitig die vollständige Ausnutzung der Wärmeenergie der zur Verfügung stehenden Quelle zu sichern, wobei eine energiewirtschaftlich günstige Anpassung an veränderliche Quelltemperaturen gesichert werden soll.The object of the invention is to substantially reduce the expense of constructing and operating a district heating supply system to be operated in conjunction with a low thermal energy source, preferably a geothermal source, while at the same time fully utilizing the thermal energy of the available source to ensure an energy-economically favorable adaptation to changing source temperatures.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die für die maximale Ausnutzung der Energiequelle erforderliche weitest-The invention is therefore based on the object, the required for the maximum utilization of the energy source weitest-

gehende Auskühlung des Heiznetzwassers bereits beim Verbraucher zu realisieren und die thermische Energie so in eine Wärmepumpenschaltung einzukoppeln, daß immar minimale thermodynamieche Verluste auftreten und durch Umschaltbarkeit auf verschiedene Einspeisungen auch eine gute Anpassung an unterschiedliche Temperaturverhältnisse erreicht wird.going to realize cooling of the Heiznetzwassers already at the consumer and couple the thermal energy so in a heat pump circuit that immar minimal thermodynamic losses occur and is achieved by switching to different feeds and a good adaptation to different temperature conditions.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird zunächst, wie im Verfahren gemäß WP 2 44 188 beschrieben - das aus den Abnehmeranlagen der Wärmeverbraucher zurückfließende Netzwasser in zwei Teilströmen im Gegenstromprinzip zu den Verdampfern bzw. Kondensatoren einer Wärmepumpen-Reihenschaltung geführt und er'f'indungagemaß der die Verdampfer verlassende, weit unter die Rücklauftemperatur der Heizungsanlagen ausgekühlte Netzwasser-Teilstrom als Rücklauf des Fernwärmeversorgungssystems zu einem, mit der/den niedrigthermalen Energiequelle(η) unmittelbar gekoppelten Wärmeübertrager geführt. Der Vorlauf des Fernwärmesystems wird von diesen Wärmeübertragern über jeweils eine der vor, zwischen oder nach den Wärmepumpenkondensatoren der Abnehmeranlaga eingebundenen Einspeisungen geführt. Erfindungsgemäß führt eine der Einspeisungen zur Zuführungsleitung zu den Wärmepumpenverdampfern, so daß bei öffnung dieser Einspeisung und Unterbrechung des Heiznetzteilstromes zu den Verdampfern eine völlige Entkopplung des Fernwärme- und des Heizkreis-Jaufes erreicht wird, was bei Fernwärmetemperaturen, die unter denen des Heizungsrücklaufes liegen aus thormodynamischen Gründen erforderlich ist. Die Warmwasserversorgung der Abnehmer erfolgt erfindungsgemäß in drei Stufen. In der ersten Stufe wird die Restenthalpie des aus den Kondensatoren der Wärmepumpen-Reihenschaltung austretenden Kältemittel-Kondensfits genutzt, zur Erwärmung der zweiten Stufe Energie des Fernwärme-Vorlaufes und die Nachwärmung der dritten Stufe wird durch eine Wärmepumpe realisiert.To solve this problem is first, as described in the method according to WP 2 44 188 - the flowing back from the customer of the heat consumer network water in two streams in the countercurrent principle to the evaporators or condensers of a heat pump series circuit and er'f'indungagemaß the the evaporator leaving, well below the return temperature of the heating systems cooled mains water partial flow as return of the district heating supply system to one, led to the / the niedigthermalen energy source (η) directly coupled heat exchanger. The flow of the district heating system is performed by these heat exchangers via each one of the before, between or after the heat pump condensers of the customer investment integrated feeds. According to the invention, one of the feeds to the feed line to the heat pump evaporators, so that when opening this feed and interruption of the Heiznetzteilstromes to the evaporators complete decoupling of Fernwärme- and the Heizkreis Jaufes is achieved, which are at district heating temperatures below those of the heating return from thormodynamic Reasons is required. The hot water supply to the customer is carried out according to the invention in three stages. In the first stage, the residual enthalpy of the exiting from the capacitors of the heat pump series circuit refrigerant condensates is used to heat the second stage energy of the district heating flow and the reheating of the third stage is realized by a heat pump.

Mit dem erfinclungsgemäßen Verfahren wird der zur niedrigthermalen Energiequelle zurückgeführte kalte Heiznetz-Rücklauf maximal bis auf die Temperatur der Wärmequelle aufgeheizt und mit dem Fernwärme-Vorlauf wieder den Abnehmern zugeleitet, wobei die Temperatur des Fernwärmevorlaufes kleiner, gleich oder größer alaWith the erfinclungsgemäßen method of the low-thermal energy source recycled cold Heiznetz-return is heated up to the maximum temperature of the heat source and forwarded to the remote heat flow back to the customers, the temperature of Fernwärmevorlaufes smaller, equal or greater ala

die Vorlauftemperatur und auch kleiner aid die Rücklauftemperatur der Heizungsii Jage sein kann. Durch die Erfindung werden folgende positive ökonomische Effekte erzielt:the flow temperature and also smaller aid can be the return temperature of the heating hunt. The invention achieves the following positive economic effects:

· · Während dt£ bekannten "geothermischen Heizzentralen" (DD-WP 2 44 188) mit nachgeschalteten HausanschluQatationen betrieben werden, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Heizzentralo und Hausanschlußstation als integrierte Lösung vorgesehen werden.· While the known "geothermal heating stations" (DD-WP 2 44 188) are operated with downstream domestic connections, the central heating system and the domestic connection station can be provided as an integrated solution by the method according to the invention.

- Die Wärmeverteilung über das Heiznetz erfolgt mit abgesenkten Vor- und Rücklauftempera türen, was zu einar- The heat distribution through the heating network is done with lowered flow and return tempera doors, which einar to Einar

. Einsparung an Rohrmaterial durch große Netzspreizung, Saving of pipe material due to large network spread

^bN ^{= b}NV " ^fcNR ^b N ^{= b} NV " ^fc NO

. Einsparung an Pumpenergie (Elektroenergie) . Senkung der Wärmeverluste, Saving on pump energy (electric energy). Reduction of heat loss

führt.leads.

- Durch die Dezentralisierung der Umformerstation wird eine bessern "vor Ort-Regelung" und Anpassung an die jeweiligen speziellen Abnehmerbedürfnisse (Wohnungen, gesellschafti. Einrichtungen) erreicht.- The decentralization of the converter station will result in a better "on-the-spot" regulation and adaptation to the specific customer needs (housing, community facilities).

- Durch Einbeziehung der Warmwasserbereitung in den Transformationsprozeß ergibt sich eine Energieeinsparung in Höhe von 20 % durch Kondensatabkühlung.- By including the hot water preparation in the transformation process results in an energy savings of 20 % by condensate cooling.

- Die Integrierung der Hausanschlußstation mit der Heizzentrale ermöglicht den Stufenausbau neuanzulegender Heiznetze (Fernwärmeversorgungsnetze) sowie die Entwicklung von Typenlösungen für die integrierte Station.- The integration of the house connection station with the central heating system enables the stage expansion of new heating networks (district heating networks) as well as the development of type solutions for the integrated station.

Auaführungsbei3pielAuaführungsbei3piel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu sind inThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. These are in

Fig. 1 die net.itechnischen Verbindungen der Wärmeübertrager' Wü 1 bii3 WU 3 mit den Abnehmern A 1 bis A 3Fig. 1, the net.itechnischen connections of the heat exchanger 'Wü 1 bii3 WU 3 with the customers A 1 to A 3

Fig. 2 die Schaltung einer der Abnehmeranlagen A 1 bie A 3 dargestellt.Fig. 2 shows the circuit of the customer equipment A 1 to A 3 shown.

Die Wärmequelle 3teht mit der Vorlauftemperatur t_ov = 55 ⁰C zur Verfugung und soll bis auf t_nR = 10 ⁰C ausgekühlt werden. Daraus ergibt sich unter Berücksichtigung einer Temperaturdifferenz vonThe heat source 3teht with the flow temperature t _ov = 55 ⁰ C at _{your disposal} and should be cooled to t _nR = 10 ⁰ C. This results in consideration of a temperature difference of

^UQV ^CNV " ^CQR ^CNR ⁵ * die Vor- und Rücklauftemperatur im Fernwärmenetz mit ^U QV ^C NV " ^C QR ^C NR ⁵ * the supply and return ^temperature in the district heating network with

t_NV = 50 ⁰C undt _NV = 50 ⁰ C and

^fcNR = ⁵ °^C- ^fc NR = ⁵ ° ^C -

In der Abnehmerstation wird durch die Wärmepumpenschaltung eine Vorlauftemperatur vonIn the pickup station is by the heat pump circuit, a flow temperature of

t_HV = 60 °Ct _HV = 60 ° C

und eine Rücklauftemperatur von t_HR = 40 "Cand a return temperature of t _HR = 40 "C

für die Heizungsanlage erreicht. Das Vorlaufwasser aus dem Fernwärmenetz wird entsprechend seinem Temperaturniveau zwischen den Wärmepumpen WP 1 und WP 2 über die Einspeisung ESP 2 eingekoppelt. Boi Veränderung der Wärmequelltemperatur t_ny werden je nach dem Temperaturniveau des Fernwärmevorlaufs die Einspeisungen ESP 1, ESP 3 oder ESP 4 verwendet. Der Rücklauf der Heizungsanlagen wird im Trennventil TV 1 in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei der erste Teilstrom den Wärmepumpenkondenoatoren und der zweite Teilstrom den Wärmepumpenverdampfern zugeführt wird. Bei Verwendung der Einspeisung ESP 4 besteht der erste Teilstrom aus der vollen Heiznetzmenge und der zweite Teilatrom ist Null. In den Verdampfern wird der zweite Teilstrom bis auf 5 ⁰C abgekühlt und dient dann als Fernwärmerücklauf. Die im Fernwärmenetz umzuwälzende Wesser-reached for the heating system. The supply water from the district heating network is coupled in accordance with its temperature level between the heat pumps WP 1 and WP 2 via the feed ESP 2. Depending on the temperature level of the district heating feed, the feeds ESP 1, ESP 3 or ESP 4 are used as a change in the heat source temperature t _n y. The return of the heating systems is divided in the separating valve TV 1 into two partial streams, wherein the first partial flow is the heat pump condensers and the second partial flow is supplied to the heat pump evaporators. When using the feed ESP 4, the first part of the flow from the full Heiznetzmenge and the second Teilatrom is zero. In the evaporators, the second partial flow is cooled to 5 ⁰ C and then serves as district heating return. The waste water to be circulated in the district heating network

menge beträgt nur 44,4 ?ό der in den Heizungsanlagen zirkulierenden Wassermengen. Somit wird eine Durchmesserreduzierung gegenübor bisherigen Fernwärmenetzen auf 66,6 % bei gleichen Strömungsgeschwindigkeiten möglich. Das Warmwasser wird dreistufig erwärmt. Als Vorwärmestufe dienen die Kältemittelkondensatkühler KK 1 bis KK 3. Hier wird das Warmwasser auf 30 ⁰C erwärmt. Als zweite Stufe dient der Vorwärmer VW, in dem das Warmwasser auf 45 ⁰C erwärmt wird. Dio Nachwärmung auf 55 ⁰C erfolgt durch die Wärmepumpe WP 3.amount is only 44.4? ό of the circulating water in the heating systems. Thus, a diameter reduction compared to previous district heating networks to 66.6 % at the same flow rates possible. The hot water is heated in three stages. The preheating stage is the refrigerant condensate cooler KK 1 to KK 3. Here, the hot water is heated to 30 ⁰ C. The second stage is the preheater VW, in which the hot water is heated to 45 ⁰ C. Dio reheating to 55 ⁰ C is carried out by the heat pump WP 3.

Claims (2)

Patentansprücheclaims 1. Verfahren zur Nutzung niedrigthermaler Energiequellen in Kopplung mit Fernwärmeversorgungssys ;emen und unter Einbeziehung von Wärmepumpen, wobei das aus den Abnehmeranlagen der Wärmeverbraucher zurückfließende Netzwaaser in zwei Toilströmen im Gegenstromprinzip zu den Verdampfern bzw. Kondensatoren der Warmepumpenreihenachaltung geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dar die Verdampfer (V 1 bis V 3) verlassende, weit unter die Rücklauftemperatur der Heizungsanlage ausgekühlte Netzwasser-Teilstroin (TS 2) als Fernwärme-Rücklauf zu einem mit der/den Energiequelle^)/unmittelbar verbundenen Wärmeübertrager (WU 1 bis WU 3) geführt wird.1. A method for using low heat energy sources in combination with Fernwärmeversorgungssys emen and with the inclusion of heat pumps, wherein the flowing back from the customer of the heat consumer grid is guided in two Toilströmen countercurrent to the evaporators or condensers of the Heißepumpenreihenachaltung, characterized in that represents the Evaporator (V 1 to V 3) leaving, far below the return temperature of the heating system cooled network water partial stream (TS 2) as a district heating return to one with the / the power source ^) / directly connected heat exchanger (WU 1 to WU 3) is performed , 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Einbindung des Fernwärmevorlaufs in die Wärmepumpenreihenschalt'jng über verschiedene Einspeisungen (ESP 1 bis 3) vor, zwischen oder nach den Wärmepumpenkondensatoren erfolgen kann und durch eine weitere Einspeisung (ESP 4) bei Stellung des Trennventils (TV 1) ausschließlich in Richtung zu den Kondensatoren eine völlige Entkoppelung des Fernwärmenetzes vom Heiznetz erfolc,t.2. The method according to claim 1, characterized in that the integration of Fernwärmevorlaufs in the Wärmepumpenreihenschalt'jng via different feeds (ESP 1 to 3) before, between or after the heat pump capacitors can be done by a further feed (ESP 4) in position of the isolation valve (TV 1) exclusively in the direction of the capacitors a complete decoupling of the district heating network from the heating network succ, t. ~>. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Warmwaosers dreistufig erfolgt, indem die Er· wärmung der ersten Stufe durch die Restenthalpie des aus den Kondensatoren (K 1 bis K 3) der Wärmepumpen (WP 1 bis WP 3) austretenden Kältemittelkondensates, in der zweiten Stufe durch Energie des Fnrnwärme-Vojrlaufes und in der dritten Stufe durch Nachwärmung durch die Wärmepumpe (WP 3) erfolgt. ~>. Method according to claims 1 and 2, characterized in that the warming of the hot water boiler takes place in three stages, by the heating of the first stage resulting from the residual enthalpy of the heat leaving from the condensers (K 1 to K 3) of the heat pumps (WP 1 to WP 3) Refrigerant condensates, in the second stage by energy of Fnrnwärme Vojrlaufes and in the third stage by reheating by the heat pump (WP 3). - Hierzu 2 Blatt Zeichnungen -- For this 2 sheets drawings -