DE19830867A1 - Verfahren zur energiesparenden Schaltung von Vor- und Nachwärmern in heizungstechnischen Anlagen - Google Patents

Verfahren zur energiesparenden Schaltung von Vor- und Nachwärmern in heizungstechnischen Anlagen

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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.
Beispiel
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.
Trinkwassererwärmung (Thermo-S)
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.
Bezugszeichenliste
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.
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Cited By (3)

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