DE2901820A1

DE2901820A1 - Regelverfahren und -vorrichtung fuer ein mit waermeenergie zu belieferndes heiznetz

Info

Publication number: DE2901820A1
Application number: DE19792901820
Authority: DE
Inventors: Hugo Binkert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-01-18
Filing date: 1979-01-18
Publication date: 1980-07-24

Description

Anme Ider:
t.lugo Binkert, Estelbergweg 2, 7892 Albbruck-Birndorf "Regelverfahren und vorrichtung für ein mit Wärmeenergie zu belieferndes j1eiznetzr Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren sowie eine Regelvorrichtung für ein mit Wärmeenergie aus einer leistungsbegrenzten Wärmequelle zu belieferndes Heiznetz, insbesondere mit Lieferung der Wärmeenergie aus einer die Sonnenenergie oder die Abwärme aus Industrieprozessen od.dgl.
ausnutzenden Anlage.
Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, eine energiesparende und damit umweltfreundliche Wärmeregelung unter Verwendung von solchen Wärmequellen zu ermöglichen, die ohne oder ohne wesentlichen Verbrauch von Rohstoffen wie Öl oder Kohle bzw. als Abfallwärme aus industriellen oder ähnlichen Anlagen oder Prozessen zur Verfügung stehen und somit ein Heizsystem zu ermöglichen, das ohne teure und knappe "Edel't-Wärme oder mit möglichst geringen Mengen derselben auf wirtschaftliche Weise arbeitet.
Angestrebt wird insbesondere ein Heizverfahren bzw. ein Heizsystem, bei dem Wärme niedriger Temperatur, z.3. von 25 bis 50°C, auch darein zu einer Beheizung herangezogen werden kann, wenn diese Wärme allein nicht allsreicht, den anfallenden Bedarf zu decken. Als derartige Wärmeenergie kommt beispielsweise die Sonnenenergie, die Abwärme aus Kühlprozessen oder aus Lüftungs- und Industrieanlagen in Betracnt, indem sie etwa für eine zentrale Beheizung von Gebäuden herangezogen und wirtschaftlich optimal ausgenutzt werden soll, also beispielsweise jeweils dort> wo Niedertempe ratur-He izungsanlagen, z . B. eine Mult ibe ton-Fußbodenheizung, mit Wärmeenergie zu beliefern sind. Prinzipiell ist die Erfindung in allen Heizungsanlagen anwendbar, bei denen zwei und mehr Wärmequellen eingesetzt und regelbar sein sollen.
Die Erfindung bestent demgemäß im wesentlichen in einem Regelverfahren, bei dem bis zu einer vorbestimmten, durch die leistungsbegrenzte Wärmequelle (11 Hauptwärmequelle11) erreichbaren Vorlauftemperatur ausschließlich (oder praktisch ausschließlich) die Hauptwärmequelle an das Heiznetz angeschlossen ist und daß bei Anforderung einer die vor- -erwähnte Vorlauftemperatur überschreitendenvorlauftempera tur bei zugeschaltet bleibender Hauptwärmequelle eine zusätzliche Wärmequelle mit zunehmender Wirkung an-das IIeizbei netz angeschlossen wird. Vorzugsweise bleibt/einem Überschreiten der Rücklauftemperatur über die durch die Hauptwärmequelle erreichbaren Vorlauftemperatur die Hauptwärmequelle vom :Ieiznetz abgeschaltet und ausschließlich die zusätzliche Wärmequelle an das Heiznetz angeschaltet.
Durch die Erfindung kann die Hauptwärmequelle bis zu ihrer maximalen Leisbungsf-ähiglKeit ausgenutzt werden, so daß die von der zusätzlichen Wärmequelle zu liefernde Energie auf ein notwendiges Mindestmaß beschränkt werden kann.
Vorzugsweise sind Hauptwärmequelle und zusätzliche Wärmequelle in Stromrichtung hintereinander einzeln für sich in den Stromkreis einschaltbar bzw. aus diesem ausschaltbar.
Zur möglichst weitgehenden Ausnutzung der aus der Haupt wärmequelle zur Verfügung stehenden Energie weist ferner die Hauptwärmequelle vorzugsweise einen Wärmespeicher mit Wärmetauscher auf, so daß die Entnahme der Wärmeenergie nicht an bestimmte Zeiten gebunden ist.
Zum Anschluß der Hauptwärmequelle und der zusätzlichen Wärmequelle ist vorteilhaft je ein Umschalt-Mischventil im Heiznetz angeordnet. Hierdurch ist es möglich, entweder die eine oder die andere Wärmequelle zur alleinigen Lieferung der Wärmeenergie oder aber beide Wärmequellen gleichzeitig zur regelbaren gemeinsamen Lieferung und t:Iä.rmeenergie an das Heiznetz des Verbrauchers anzuschließen.
Die Erfindung sei anhand der Zeichnung nocli näher erlälltext. In dieser zeigen Fig. 1 ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung und Fig. 2 ein Diagramm für die Belieferung des Heiznetzes mit Wärmeenergie aus den beiden Wärmequellen.
In Fig. 1 ist mit 10 ein Heiznetz für einen beliebigen Verbraucher beispielsweise für eine Gebäudeheizung, mit 11 eine erste Wärmequelle (hier "Hauptwärmequelle" genannt,) und mit 12 eine zweite Wärmequelle (hier "zusätzliche Wärmequelle" genannt) beieiehnet, wobei nicht ausgeschlossen ist, daß die Hauptwärmequelle unter Umständen eine geringere Wärmemenge als die zusätzliche Wärmequelle liefert. Das Schaltsystem umfaßt ferner ein der Hauptwärmequelle zugeordnetes Umschalt-Mischventil 13 mit den Anschlüssen A,B,C,D, ein der zusätzlichen Wärmequelle zugeordnetes Umschalt-Mischventil 14 mit den Anschlüssen F,G,H«J, eine Pumpe 15 und einen Regler 16.
Eine die Pumpe 15 enthaltende Vorlaufleitung 17 führt vom Umschalt-Mischventil 14 zum Heiznetz 10, eine Rücklaufleitung 18 zum Umlauf-Mischventil 13 und eine Leitung 19 vom Umlauf-Mischventil 15 zum Umschalt-Mischventil 14.
Eine Zweigleitung 20 führt vom Umlauf-Mischventil 13 zur Hauptwärmequelle 11 und eine Leitung 21 von der Hauptwärmequelle zum Umschalt-Mischventil 13 zurück. In entsprechender Weise sind zwischen dem Umschalt-Mischventil 14 und der zuzusätzlichen Wärmequelle 12 Zweigleitungen 22 und 23 vorgesehen.
Vorteilhaft ist - entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel - die zusätzliche Heizquelle 12 mit Umschalt-Mischventil 14 der Hauptwärmequelle 11 mit Umschalt-Mischventil 15 in Stromrichtung des Heizmittels nachgeschaltet, doch kann gegebenenfalls auch eine umgekehrte Anordnung vorgesehen sein.
Die Umschalt-Mischventile 15 und 14 werden vorzugsweise je durch einen Stellmotor 24 bzw. 25 angetrieben, die ihren Antrieb vom Regler 16 erhalten, wie durch gestrichelte Linien 26 und 27 angedeutet ist. Die Regelung des Reglers 16 ist insbesondere abhängig von der Temperatur in der Vorlaufleitung 17 (gestrichelte Linie 28), undjoder von der Temperatur in der Rücklaufleitung 18 (wie gestrichelt durch 29 angedeutet) bzw. von der Differenz dieser Temperatur und der maximal von der Hauptwärmequelle 11 erreichbaren Temperatur (wie durch die gestrichelte Linie 50 angedeutet) und/oder von der Außen temperatur (wie bei 51 angedeutet). Die den Regler steuernden Temperaturimpulse, die ihm von 28, 29, 50 und 51 zugeleitet werden, können hierbei in der nachfolgend beschriebenen Weise über die Leitungen 26 und 27 den Stellmotoren 24 und 25 für die Umschalt-Mischventile 15 und 14 weitergegeben werden.
Die Hauptwärmequelle 11 bildet vorteilhaft einen Wärmespeicner mit Wärmetauscher, dem die Wärme aus der Leitung 20 zugeführt wird und aus dessen Speicher sie über die Leitung 21 entnommen wird. Auch kann sie als Wärmepumpe ausgebildet bzw. mit einer solchen verbunden sein.
Die zusätzliche Wärmequelle 12 kann beispielsweise einen Kessel oder eine Wärmepumpe aufweisen oder in sonstiger Weise zur Erzeugung der zusätzlich benötigten Wärme energie ausgebildet sein.
Im Diagramm nach Fig. 2 ist über dem Energiebedarf E die zugehörige Temperatur t aufgetragen, wobei angenommen ist, daß die Vorlauftemperatur v proportional mit dem Energiebedarf E steigt.
Ausgehend von einem Energiebedarf 0 und von einer entsprechenden Ausgangstemperatur, die bei OOC, darüber oder darunter liegen kann, steigt die Vorlauftemperatur v bis zu einem bestimmten Energiebedarf E1 auf den Wert t1, die mit der Hauptwärmequelle 11 erreichbar ist, beispielsweioe 50°C.
Bis zu diesem Zeitpunkt kann allein die Hauptwä wmequelle 11 den Wärmebedarf decken. Steigt der Wärmebedarf über diesen Wert hinaus, muß die zusätzliche Wärmequelle 12 hinzugeschaltet werden, damit diese die für die weitere Temperaturstei gerung erforderliche Wärmemenge liefert. Im Diagramm nach Fig. 2 ist dieses dadurch angedeutet, daß die von der lIauptwärmequelle zu liefernde Energie durch Schrägscaraffur, die von der zusätzlichen Wärmequelle 12 zu liefernde Wärmeenergie durch Senkrechtschraffur gekennzeichnet ist.
Mit r ist ferner eine Kurve eingezeichnet, welche etwa der gemäß Temperatur in der Rücklaufleitung 18 (Regeltemperatur/29) entspricht und welche je nach der Energieentnahme im Heiznetz 10 unterhalb der Vorlauftemperatur v verläuft. In einem Punkte entsprechend einem Energiebedarf E2 kreuzt die Kurve r der Rücklauftemperatur die waagerechte Abszisse der Temperatur tl, d.h. derjenigen Temperatur, die von der Hauptwärme quelle erzeugt werden kann. Damit nicht ungünstige Rückwirkungen aus der Rücklaufleitung 18 auf die Hauptwärmequelle 11 hervorgerufen werden, wird in diesem Zeitpunkt die Hauptwärmequelle von dem Heizsystem abgeschaltet und ausschließlich die zusätzliche Wärmequelle 12 in das Heizsystem eingeschaltet.
Es ist nicht unbedingt notwendig, daß die Umschaltung im Zeitpunkt E2 schlagartig erfolgt, vielmehr kann bereits vor dem dem Energiebedarf E entsprechenden Zeitpunkt allmählich 2 auf die zusätzliche Wärmequelle 12 umgeschaltet werden, wobei sich die Umschaltung in gewissen Grenzen auch noch über den Punkt E2 hinaus erstrecken kann. Doch sollte die Umscnaltung möglichst in der Nähe dieses Punktes erfolgen.
In Anwendung auf den Schaltplan nach Fig. 1 würde sich demgemäß insbesondere folgende Schaltweise ergeben: Im ersten Teil der Energiesteigerung von 0 bis E1 ist lediglich die Hauptwärmequelle 11 in lstirkung. Die Schaltwege xl,x2 des Umschalt-Mischventils 13 von B nach A und von D nach C wirksam sind geöffnet, am Umschalt-Mischventil 25 lediglich/der Schaltweg y1 von F nach J. Das Wärmemedium strömt infolgedessen von der Hauptwärmequelle 11 über die Leitungen 21, 19, 17 zum Heiznetz 10 und von dort über die Leitungen 18 und 20 zurück zur Hauptwärmequelle.
Wird der Energieaufwand E1 überschritten, öffnet sich - gegebenenfalls allmählich entsprechend der angeforderten Energie-bzw. Temperatursteigerung - der Schaltweg von F nach G einerseits und der Schaltweg y5 von H nach J andererseits, während der Schaltweg y1 von F nach J allmählich geschlossen wird, etwa in dem Maße, in dem die vorgenannten Schaltwege geöffnet werden. Gegebenenfalls kann jedoch auch sofort eine vollständige Schließung des Schaltweges y1 von F nach J vorgenommen werden, indem das Heizmedium nacheinander die Hauptwärmequelle 11 und hierauf die zusätzliche Wärmequelle 12 durchströmt.
Das Umschalt-Mischventil 15 kann hierbei unverstellt bleiben, so daß die Schaltwege xl und x2 von B nach A und von D nach C zunächst ungedrosselt bestehen bleiben.
Mit weiter steigendem Energiebedarf bis zu einem Energiebedarf E2 werden hierauf, sobald der Energiebedarf sich dem Wert E2 nähert oder diesen erreicht, die Schaltwege xl und x2 ganz abgeschaltet, so daß lediglich der Schaltweg X3 beibehalten wird. Doch kann, wie bereits erwähnt, zuvor bereits ein allmähliches Schließen der Schaltweg xl und x2 bei Eröffnung des Schaltweges X3 vorgenommen werden.
Nach Überschreiten des Energiebedarfes E2 verbleibenlediglich der Schaltweg x) am Umschalt-Mischventil 15 sowie die Schaltwege y2 und y5 am Umschalt-Mischventil 14, wobei nunmehr der gesamte Energiebedarf bei entsprechender Temperatursteigerung durch die zusätzliche Wärmequelle 12 zu liefern ist.
Leers"eite

Claims

Ansprüche: Regelverfahren für ein mit Wärmeenergie aus einer le istungsbegrenzten Wärmequelle ("Hauptwärmequelle") zu beliefemdes Heiznetz, insbesondere mit Lieferung der Wärmeenergie aus einer die Sonnenenergie oder die Abwärme aus Industrieprozessen od.dgl. ausnutzenden Anlage, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß bis zu einer vorbestimmten, durch die leistungsbegrenzte Wärmequelle (1Hauptwärmequelle11) erreichbaren Vorlauftemperatur ausschließlich (oder praktisch ausschließlich) die Hauptwärmequelle an das Heiznetz angeschlossen ist und daß bei Anforderung einer die vorerwähnte Vorlauftemperatur überschreitenden Vorlauftemperatur bei zugeschaltet bleibender Hauptwärmequelle eine zusätzliche Wärmequelle mit zunehmender Wirkung an das Heiznetz angeschlossen wird.
2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Uberschreiten der Rücklauftemperatur über die durch die Hauptwärmequelle erreichbare Vorlauftemperatur die Hauptwärmequelle vom Heiznetz abgeschaltet und ausschließlich die zusätzliche Wärmequelle -an das Heiznetz angeschaltet bleibt 5.
Regelverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine selbsttätige Regelung in Abhängigkeit von derVorlauf- und gegebenenfalls von der Rücklaufteniperatur bzw. von der Differenz zwischen Rücklauftemperatur und von der Hauptwärmequeile erreichbaren Temperatur und/oder in Abhängigkeit der Außentemperatur vorgesehen ist.
4. Regelvorrichtung für ein mit Wärmeenergie aus einer le istungsbegrenzten Wärmequelle zu belieferndes Heiznetz, insbesondere mit Lieferung der Wärmeenergie aus einer die Sonnenenergie oder die Abwärme aus Industrieprozessen od.dgl. ausnutzend Anlage und insbesondere zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 5, gekennzeichnet durch eine zur leistungsbegrenzten Wärme quelle (Haupt-Wärmequelle 11) zusätzliche Wärmequelle (12), die in Abhängigkeit von dem Wärmebedarf des Heiznetzes (10) in den Heizkreislauf desselben selbsttätig einschaltbar bzw. aus diesem ausschaltbar ist.
5. Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß Haupt-Wärmequelle (11) und zusätzliche Wärmequelle (12) in Stromrichtung hintereinander einzeln für sich in den Stromkreis einschaltbar bzw. aus diesem ausschaltbar sind.
6. Regelvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abschaltung der Zusatzwärmequelle und gegebenenfalls der Hauptwårme-quelle selbsttätig in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur vor der Verbraucher-tXeizu;g, gegebenenfalls in Verbindung mit der Rücklauftemperatur hinter der Verbraucher-Heizung regelbar ist.
7. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeiehnet, daß die Hauptwärmequelle ( einen Wärmespeicher mit Wärmetauscher aufweist.
8. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß der Hauptwärmequelle (11) und der zusätzlichen Wärmequelle (12) Umschalt-Mischventile (13 bzw. 14) im Leitungssystem des Heiznetzes (10) in Reihe hintereinander angeordnet sind.