DE19830867A1 - Verfahren zur energiesparenden Schaltung von Vor- und Nachwärmern in heizungstechnischen Anlagen - Google Patents
Verfahren zur energiesparenden Schaltung von Vor- und Nachwärmern in heizungstechnischen AnlagenInfo
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Abstract
Das vorgeschlagene Verfahren optimiert die Nutzung von Energiequellen über Vorwärmer (1) und Nachwärmer (2) mit Hilfe eines Dreiwegemischers (3) gesteuert durch seine Regulierung (4). DOLLAR A Zu diesem Zweck wird der Stellmotor (5) des Dreiwegemischers (3) über eine Regelung (4) so gesteuert, daß der Vorwärmer (1) bei niedriger Betriebstemperatur zur bestmöglichen Wärmenutzung betrieben wird, während der Nachwärmer (2) nur zur Deckung des Spitzenbedarfs bei erhöhtem Temperaturniveau und hoher herangezogen wird. DOLLAR A Beim Parallelbetrieb von Vorwärmer (1) und Nachwärmer (2) wird der Vorwärmer (1) mit höchstmöglicher Wassermenge, bei niedrigstem Temperaturniveau beaufschlagt, während der Nachwärmer (2) nur die Spitzenleistung in Verbindung mit der Maximaltemperatur übernimmt. DOLLAR A Dieses Verfahren wird sowohl für die Nutzung der thermischen Solarenergie als auch für die Kombination von Brennwertkesseln und Niedertemperaturkesseln in Verbindung mit der Trinkwassererwärmung durchgeführt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optimierten Nutzung von Solarenergie, Brennwertnutzung,
Wärmerückgewinnung aus Kälteaggregaten, Kompressoren usw. mit Hilfe von Vorwärmern (1).
Nach dem Stand der Technik werden Vorwärmer (1) und Nachwärmer (2) in heizungstechnischen
Anlagen normalerweise in Reihe geschaltet. Diese Schaltung hat den Nachteil, daß kein Alterna
tivbetrieb von Vor- und Nachwärmer (2) möglich ist.
Die Parallelschaltung von Vor- und Nachwärmern (2) läßt zwar einen Alternativbetrieb zu, ver
zichtet jedoch auf die höchstmögliche Energieausbeute über den Vorwärmer (1).
Beim hier vorgeschlagenen Verfahren zur optimierten Nutzung von Energiequellen über Vor- und
Nachwärmer (2) wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Vorwärmer (1) und Nachwärmer (2) mit
Hilfe eines Dreiwegemischers (3) so parallel zu schalten, daß der Vorwärmer (1) bis zu seiner Lei
stungsgrenze allein beaufschlagt wird, während der Nachwärmer (2) nur bei nicht ausreichender
Betriebstemperatur bzw. bei nicht ausreichender Leistung des Vorwärmers (1) derart beaufschlagt
wird, daß auch in dieser Phase der Vorrang des Vorwärmers (1) gegeben ist.
Fig. 1 bis 4 zeigen Einsatzbeispiele der Erfindung in folgender Reihenfolge:
Fig. 1 zeigt die Optimierung der Wärmerückgewinnung in einem Fernheizsystem. Der Vorwärmer
(1) wird von einer alternativen Energiequelle beheizt. Der Nachwärmer (2) ist die Wärmeüber
gangsstation der Fernheizung, die den zusätzlichen Wärmebedarf deckt.
Fig. 2 zeigt die Optimierung der Wärmerückgewinnung in einer Wärmeerzeugungsanlage mit
Wärmerückgewinnung aus Abgasen. Der Vorwärmer (1) ist hier ein Abgaswärmeaustauscher, der
aus Prozeßwärme und/oder Abgas des Wärmeerzeugers beheizt wird. Der Nachwärmer (2) ist ein
Heißwasserkessel oder Warmwasserheizkessel, der unter Verwendung von Primärenergie die zu
sätzlich erforderliche Leistung erzeugt.
Fig. 3 zeigt das Verfahren mit der Optimierung, angewandt auf eine Heizungsanlage bestehend
aus dem Vorwärmer (1) in Form eines Brennwertkessels und dem Nachwärmer (2) in Form eines
Niedertemperaturkessel-Heizkessels (Spitzenlastkessel). Die Darstellung zeigt das erfundene
Verfahren mit Dreiwegemischer (3) und Stellmotor (5) in bezug auf die Heizung (6) und einmal in
bezug auf die Beheizung eines Trinkwassererwärmers (7) und ist gültig für Wärmeerzeuger, die
mit zwei Vorlaufstutzen ausgerüstet sind.
Fig. 4 zeigt den Einsatz des erfundenen Verfahrens für eine Heizungsanlage mit Solarenergie.
Der Vorwärmer (1) ist hier ein Solar-Heizwasserspeicher, der über einen Kollektor (8) beheizt wird.
Der Nachwärmer (2) ist ein Niedertemperaturkessel-Heizkessel oder ein Brennwertkessel, der die
fehlende Leistung bzw. das erforderliche Temperaturniveau durch Verbrennung von Primärenergie
über den Brenner (9) für die Heizung (6) erzeugt.
Große Anlagen werden aus Sicherheitsgründen häufig mit zwei Wärmeerzeugern ausgerüstet.
Zumindest für den Bereich der Gasfeuerung ist es üblich, einen Brennwertkessel, bemessen für
die Jahreshauptarbeit, einzusetzen und einen NT-Heizkessel für die Spitzenleistung.
Die beiden Wärmeerzeuger können durchaus verschiedene Leistungen haben. Für den Brenn
wertkessel wird wegen seines höheren Nutzungsgrades eine maximale Betriebsstundenzahl ange
strebt, während der Spitzenlastkessel nur dann hinzugeschaltet werden soll, wenn die maximale
Leistung des Brennwertkessel nicht mehr ausreicht.
Der Vorschlag nach Fig. 5 hat den Vorteil, daß beliebig große Wärmeübertrager kombiniert wer
den können, daß jeder Wärmeübertrager für sich betrieben werden kann und daß der Brennwert
kessel (1) trotzdem vorrangig mit höchstmöglicher Betriebsdauer bei niedrigstmöglicher Rücklauf
temperatur betrieben wird.
Der Niedertemperaturkessel (2) muß nur eine Bedingung erfüllen, er sollte beliebig niedrige Rück
lauftemperaturen ohne Rücklauftemperaturbegrenzung verkraften können.
Der Dreiwegemischer (3) spielt zusammen mit der Regelung (4) bei der Optimierung der Brenn
werttechnik die Hauptrolle. Er ist auf die Gesamtwassermenge der Anlage zu dimensionieren und
sorgt dafür, daß der Brennwertkessel (1) bis zu seiner Leistungsgrenze im Vorrang betrieben wird.
(Mischerdurchgang C-B)
Bis zu diesem Punkt ist der Niedertemperaturkessel (2) ganz abgeschaltet und hydraulisch abge
koppelt.
Bei niedrigen Außentemperaturen wird der NT-Kessel (2) proportional zur angeforderten Leistung
zugeschaltet, wobei natürlich als Kriterium für die Einschaltung des NT-Kessels (2) ein eindeutiger
Trend vorliegen muß (wie bei jeder normalen Mehrkesselregelung).
Beim beginnenden Parallelbetrieb der beiden Wärmeerzeuger (1) und (2) liegt darum die vom An
lagenvorlauffühler (10) geforderte Anlagenvorlauftemperatur AVF über der vom Brennwertkessel
lieferbaren Vorlauftemperatur.
Der NT-Kessel (2) wird dann bis zu seiner Mindesttemperatur aufgeheizt (Kesselschutzschaltung,
min. Vorlauftemperatur ca. 60°C), gleichzeitig mischt der Dreiwegemischer (3) die Heizwasser
menge des NT-Kessels (2) bei Mindestvorlauftemperatur KF = 60°C mit der Heizwassermenge des
Brennwertkessels (1) zur Heizwassermenge mit Anlagenvorlauftemperatur AVF. Das geht so wei
ter, bis ab 60°C die Vorlauftemperatur des Brennwertkessels (1) und die Vorlauftemperatur des
NT-Kessels (2) parallel auf der Heizkennlinie betrieben werden. Eine sinnvolle Mehrkesselregelung
(4) sorgt während des Überganges vom Brennwertkessel-Betrieb auf den Parallelbetrieb dafür,
daß die Feuerung des NT-Kessels (2) mit ihrer Mindestbrennerleistung nicht zum "Takten" kommt.
Es ist bekannt, daß dieses Takten, d. h. mehrere Tausend Schaltvorgänge pro Jahr, dadurch ver
hindert wird, daß sofort nach Zuschalten der Folgekessel eine neue Aufteilung der Kesselleistung
gewählt wird, die sich an den Brennerleistungsstufen der Wärmeerzeuger orientiert.
Doppelkesselanlage mit Brennwertkessel 270 kW und NT-Kessel 250 kW. Hier ergeben sich nach
Einschalten des NT-Kessels die Brennerleistungsstufen ca. 100 kW Teillast für den NT-Kessel und
ca. 200 kW für den Brennwertkessel.
In der hier beschriebenen Anlage wird durch die geschickte Einbindung des Brennwertkessels (1)
mit Hilfe des Optimierungsmischers (3) bei jedem Betriebszustand der Brennwertkessel (1) bevor
zugt, was mit Sicherheit zum höchsten Jahresnutzungsgrad führt.
Bei Betriebsstörungen am Brennwertkessel (1) wird der Dreiwegemischer (3) automatisch auf den
Betrieb des NT-Kessels (2) umgeschaltet (Mischerdurchgang A-B), wobei der Brennwertkessel bis
auf die Rücklauftemperatur ausgekühlt wird. Der Dreiwegemischer (3) übernimmt bevorzugt die
Kesselschutzfunktion des NT-Kessels (2), gleichzeitig aber auch die Regelung der Anlagenvor
lauftemperatur bis zur Leistungsgrenze des NT-Kessels (2).
Bei Betriebsstörung am Niedertemperaturkessel (2) wird der Dreiwegemischer (3) ebenfalls auto
matisch auf den alleinigen Betrieb des Brennwertkessels (1) für den Notbetrieb umschalten (Mi
scherdurchgang B-C).
Der Brennwertkessel (1) wird dann die mögliche Vorlauftemperatur für die Anlage liefern. Auf diese
Weise wird neben der Wirtschaftlichkeit auch die höchstmögliche Betriebssicherheit der Anlage er
reicht.
Der Anschluß der Trinkwassererwärmung (7) erfolgt über die separaten Anschlußstutzen
Hochtemperaturvorlauf (11, 12) und über ein Umschaltventil (13).
Der Ventildurchgang für den Betrieb mit Brennwertkessel (1) ist A-C.
Der Ventildurchgang für den Betrieb des Niedertemperaturkessels (2) ist B-C.
Diese Regelung gilt auch für den Notbetrieb der Kessel.
Beim Parallelbetrieb der Kessel ist der Ventildurchgang B-C, d. h. Vorlaufentnahme vom Nieder
temperaturkessel (2) und Rücklaufbeaufschlagung des Brennwertkessels (1) über die Niedertem
peratur-Rücklaufpumpe (25).
Fig. 5 zeigt die Trinkwassererwärmungsanlage Thermo-S (7) mit einer Regelung Supramat 6002
(14) von Fröling, mit einem potentialfreien Kontakt für DDC Regelungen.
Damit im Parallel-Vorrangbetrieb für die Trinkwassererwärmung (7) eine ausreichende Kesselvor
lauftemperatur am Hochtemperaturvorlauffühler (15) angeboten wird, müssen die Wärmeerzeuger
(1) und (2) jeder für sich durch max. Brennerleistung im Vorrang-Parallelbetrieb auf die Betrieb
stemperatur 75°C am Fühler (15) hochgefahren werden.
Beim Betrieb des Niedertemperaturkessels (2), d. h. auch während des Parallelbetriebs der beiden
Kessel (1) und (2), wird über den Dreiwegemischer (3) auch die hydraulische Vorrangschaltung
durch Verschließen am Anschluß A durchgeführt.
Dieser "Vorrang" wird so lange beibehalten, bis der Kessel am Hochtemperaturvorlauf (12) 75°C
erreicht.
Danach erfolgt der Parallelbetrieb von Heizung (6) und Trinkwassererwärmung (7) mit der üblichen
Mischfunktion des Mischers (3), zur Erreichung der Anlagenvorlauftemperatur (10), jedoch unter
vorrangiger Beachtung der Mindesttemperatur 75°C.
Nach Erreichen der vorgegebenen Trinkwassertemperaturen erfolgt über die Regelung Supramat
6002 (14) die Auflösung des Vorrangsignals und es beginnt der normale Heizbetrieb.
1
Vorwärmer
2
Nachwärmer
3
Dreiwegemischer (Optimierungsmischer)
4
Regelung
5
Stellmotor
6
Heizung
7
Trinkwassererwärmer
8
Kollektor
9
Brenner
10
Anlagenvorlauffühler
11
Anschlußstutzen Hochtemperaturvorlauf Brennwertkessel
12
Anschlußstutzen Hochtemperaturvorlauf Niedertemperaturkessel
13
Dreiwegemischer als Umschaltventil
14
Regelung Supramat 6002
15
Hochtemperatur-Vorlauffühler
16
Hochtemperatur-Vorlauf
17
Anlagenvorlauf
18
Anlagenrücklauf
19
Aufladepumpe
20
Speicherladepumpe
21
Heizkreismischer Trinkwasser
22
Heizkreismischer Heizung
23
Kesselfühler
24
Niedertemperatur-Rücklauf
25
Niedertemperatur-Rücklaufpumpe
26
Rücklauffühler Aufladesystem
27
Speicherfühler Aufladesystem
28
Trinkwasseranschluß warm
29
Trinkwasser-Zirkulationspumpe
30
Trinkwasserfühler
31
Kesselregelungen
Claims (7)
1. Verfahren zur optimierten Nutzung von Energiequellen über Vorwärmer (1) und Nachwärmer
(2) dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmer (1) parallel zum Nachwärmer (2) in der "kal
ten Anschlußleitung" eines Dreiwegemischers (3) angeordnet ist, so daß je nach Stellung des
Mischers (3) und je nach Wärmeangebot im Vorwärmer (1) eine max. Energieausbeute über
den Vorwärmer (1) erreichbar wird und eine min. Wärmenutzung durch den Nachwärmer (2)
(Optimum).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmer (1) auch ein eigen
ständiger Brennwertkessel oder Blockheizkraftwerk ist, während der Nachwärmer (2) ein ei
genständiger herkömmlicher Wärmeerreuger ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreiwegemischer (3) über
eine Regelung (4) auf den Stellmotor (5) so angesteuert wird, wie es zur optimierten Wärme
nutzung aus dem Vorwärmer (1) und dem Nachwärmer (2) erforderlich ist, wobei das jeweils
mögliche Temperatumiveau aus dem Vorwärmer (1) bis zu seiner Leistungsgrenze dazu dient,
den Nachwärmer (2) überhaupt nicht in Anspruch zu nehmen und bei Überschreitung der Lei
stungsgrenze des Vorwärmers (1), diesen wiederum so kalt wie möglich zu betreiben, was in
den meisten Wärmeerzeugungsanlagen dem größten energetischen Nutzen entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Heizungsanlagen mit Brenn
wertkesseln die gleiche Schaltung mit Dreiwegeventil (3) für den Betrieb der Heizung auch mit
einem parallel angeordneten Dreiwegeventil (13) für den Betrieb der zentralen Trinkwasserer
wärmung ausgerüstet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Dreiwegemischer
(3) mit Stellmotor (5) sogenannte thermische Mischventile zur Steuerung einer konstanten
Vorlauftemperatur (mechanische Mischer) eingesetzt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Sommerbetrieb er
forderliche Absperrung von Brennwertkessel (1) und Niedertemperaturkessel (2) durch den
selben Dreiwegemischer (3) mit Stellmotor (5) erfolgt, über den auch die Optimierung gesteuert
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreiwegemischer (3) von
der Regelung (4) so angesteuert wird, daß bei einer Störung am Vorwärmer (1) oder am
Nachwärmer (2) automatisch eine Umschaltung für den Notbetrieb auf den jeweils störungs
freien Vorwärmer (1) oder Nachwärmer (2) erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19830867A DE19830867A1 (de) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Verfahren zur energiesparenden Schaltung von Vor- und Nachwärmern in heizungstechnischen Anlagen |
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DE19830867A DE19830867A1 (de) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Verfahren zur energiesparenden Schaltung von Vor- und Nachwärmern in heizungstechnischen Anlagen |
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ID=7873570
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DE19830867A Withdrawn DE19830867A1 (de) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Verfahren zur energiesparenden Schaltung von Vor- und Nachwärmern in heizungstechnischen Anlagen |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19830867A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1947394A1 (de) * | 2007-01-17 | 2008-07-23 | Société Muller & Cie | Anlage zur Wohnungsheizung und/oder zur Warmwassererzeugung im Sanitärbereich |
FR2950417A1 (fr) * | 2009-09-22 | 2011-03-25 | Solisart | Installation solaire mixte de chauffage et d'eau chaude sanitaire |
GB2474421A (en) * | 2009-09-21 | 2011-04-20 | Nicholas Julian Jan Francis Macphail | Thermostatically controlled mixing valve when connected with a high temperature source and a low temperature source |
-
1998
- 1998-07-10 DE DE19830867A patent/DE19830867A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
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