EP2795133B1

EP2795133B1 - Anordnung mit speicherelement und wärmeversorgungsanlage

Info

Publication number: EP2795133B1
Application number: EP12822971.3A
Authority: EP
Inventors: Lubor Chytil
Original assignee: AZ - Pokorny Trade Sro
Current assignee: AZ - Pokorny Trade Sro
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: WO2013091891A4; SI2795133T1; WO2013091891A3; ES2579152T3; EA201400732A1; EP2795133A2; EA027321B1; PL2795133T3; HUE027816T2; DK2795133T3; DE102011056866A1; WO2013091891A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Speicherelement und einer Wärmeversorgungsanlage.
Es ist bekannt, dass Wärmeerzeuger, wie Heizkessel, in ihrer Wärmeleistung höher dimensioniert werden müssen als der prognostizierte Gesamtbedarf an Wärme im entsprechenden Wärmeversorgungssystem. Dies deshalb, weil die Wärmeerzeuger in solchen Wärmeversorgungssystemen immer nach dem maximal notwendigen Wärmebedarf ausgelegt werden müssen.
Wird ein Wärmeversorgungssystem, das nach dieser Auslegungsregel dimensioniert ist, mit einem Festbrennstoffkessel betrieben, ergeben sich daraus Schwierigkeiten bei der Wärmebilanzierung innerhalb einer solchen Anlage.
Nach einem Vorschlag in CH 342 354 soll einem solchen Wärmeversorgungssystem deshalb ein Wärmespeicher zugeordnet werden, der zu den vorhandenen Wärmeverbrauchern (Heizkörpern) parallelgeschaltet ist. Die Einbindung in das Wärmeversorgungssystem erfolgt über je einen Dreiwegehahn in der Vor- und der Rücklaufleitung des Wärmeversorgungssystems sowie über einen Zwangsumlauf mit einer thermostatgesteuerten Umwälzpumpe im Verbraucherkreis des Wärmeversorgungssystems.
Abhängig von der Stellung der Dreiwegehähne können entweder der Verbraucherkreis, der Wärmespeicher oder beides in Betrieb genommen werden.
Bei Betrieb des Verbraucherkreises gemeinsam mit dem Wärmespeicher ergibt sich ein Betriebsregime, das die notwendigen Flüssigkeitsmengen praktisch wahlfrei entweder dem Festbrennstoffkessel oder dem Wärmespeicher oder beiden entnimmt. Ein hydraulischer Ausgleich ist nicht vorgesehen. Mithin kann das vorgeschlagene System nur so sinnvoll betrieben werden, dass der Warmwasserspeicher bei entsprechender Ventilstellung vom Festbrennstoffkessel direkt aufgeladen wird, wobei bei einer solchen Schaltvariante der Verbraucherkreis und die Umwälzpumpe abgeschaltet sind. Der dabei entstehende pumpenlose Umlauf verlängert die Ladeintervalle.
Der wesentlichste Nachteil dieses Wärmeversorgungssystems besteht deshalb darin, dass ein hydraulischer Ausgleich und eine Beauflagung des Wärmespeichers mit einem Druckstrom nicht möglich sind.
Im Besonderen kann ein Überangebot an Wärmemengen auch dadurch zustande kommen, dass einem solchen Wärmeversorgungssystem weitere Wärmequellen, wie beispielsweise thermische Solarkollektoren, zugeschaltet sind. Insbesondere kommt es dabei zu groben Missverhältnissen zwischen Angebot an Wärmemengen und deren Abnahme. Hinzu kommt, dass der zeitliche Verlauf zwischen Wärmeerzeugung und Wärmeverbrauch nicht deckungsgleich ist.
In JP S58 28 933 A ist vorgeschlagen, eine einem Wärmeerzeuger zugeordnete Speichereinrichtung mit 2 Leitungen mit diesem zu verbinden. In der Leitung, die mit dem Ausgang des Wärmerzeugers verbunden ist, ist eine Pumpe angeordnet. Mithin befindet sich diese Pumpe stets in einem Medienbereich mit erhöhter Temperatur, was deren Lebensdauer nachteilig beeinflussen kann. Der Pumpe ist eine Ventileinheit nachgeschaltet, mit deren Hilfe die Anschlüsse der Speichereinrichtung bei Bedarf mit dem erwärmten Medium verbunden werden. Die Speichereinrichtung kann so wechselseitig mit erwärmtem Medium beaufschlagt werden. Die jeweils andere Leitung wird über die gleiche Ventileinheit mit der Rücklaufleitung des Wärmeerzeugers verbunden, so dass das erwärmte Medium aus der Speichereinrichtung stets dem Wärmeerzeuger zugeführt wird.
Eine ausschließliche Versorgung von Wärmeverbrauchern aus der Speichereinrichtung ist nicht möglich.
Um dem abzuhelfen, sind in Wärmeversorgungssystemen Speicherelemente vorhanden, die bei einem temporären Überangebot an Wärmemengen die Möglichkeit bieten, diese Wärmemengen zwischenzuspeichern und sie später wieder abrufen zu können. Um dies zu ermöglichen, muss erwärmtes Medium bei einem Überangebot in Richtung zu dem Speicherelement gepumpt werden. Bei einem Fehlbedarf muss das gleiche Medium in umgekehrter Richtung von dem Speicherelement zurück in den Heizungskreis gepumpt werden.
Wegen der bei hohen Medientemperaturen verminderten Lebensdauer von Umwälzpumpen werden diese seit einiger Zeit nur noch in dem Leitungsstrang eingefügt, der stets die niedrigere Temperatur hat. Das erfordert, dass zum Laden bzw. zum Entladen des Wärmespeichers zwei verschiedene Strömungsrichtungen notwendig sind.
Diese Aufgaben sind mit einer Umwälzpumpe, die gewöhnlich eine Kreiselpumpe ist und nur in eine Förderrichtung arbeiten kann, nicht zu erfüllen. Es sind deshalb bereits Wärmeversorgungssysteme ausgeführt worden, bei denen im Leitungskreis zwischen Wärmequelle und Wärmespeicher zwei Pumpen mit jeweils entgegengesetzter Förderrichtung parallel geschaltet sind. Diesen müssen allerdings Absperrventile zugeordnet sein, soll das Medium stets nur in eine bestimmte Richtung gefördert werden.
Es ist auch bekannt, bei solchen parallel geschalteten Pumpenanordnungen in jedem Pumpenzweig ein elektrisch gesteuertes Zweiwege-Servoventil anzuordnen, um so einen Kurzschluss des Medienstroms über die jeweils im Stillstand befindliche Pumpe zu vermeiden.
Solche Anordnungen sind aufwendig, zumal sie noch weiterer Steuereinrichtungen bedürfen, die einerseits die Leitungswege öffnen und schließen und andererseits die beiden Pumpen ansteuern.
Aus DE 44 09 883 C2 ist eine Anordnung mit zwei in Serie geschalteten Pumpen vorgeschlagen, die beide mit ihren Saugseiten mit der Rücklaufleitung eines Wärmeverbrauchers verbunden sind. Bei dieser Anordnung kann ein Medienstrom in der Rücklaufleitung eines Wärmeverbrauchers mit einer Pumpe mit einem Wärmeerzeuger (Heizkessel) oder mit der anderen Pumpe mit einem Wärmespeicher verbunden werden. Um Rückkopplungen zu vermeiden, sind in der Rücklaufleitung des Wärmeverbrauchers und in der Vorlaufleitung des Wärmeerzeugers je ein Rückschlagventil vorgeschlagen.
Dieses System ist insofern nachteilig, dass im Fall der Zuordnung weiterer Wärmequellen wie auch bei der Anordnung mehrerer Leitungskreise zu Wärmeverbrauchern jeweils die gleiche Anordnung von Pumpen und Rückschlagventilen wieder vorgesehen werden muss. Mithin steigt der Aufwand bei komplexeren Systemen sehr stark an.
In JP S58 28933 A ist vorgeschlagen, die einer Wärmequelle in der Vorlaufleitung nachgeschaltete Umwälzpumpe durch ein nachgeschaltetes 4/2-Wegevenil so zu betreiben, dass eine bestimmte Anzahl Heizkörper einmal vom ersten Heizkörper beginnend mit erwärmtem Medium und einmal nach Umschalten des 4/2-Wegeventils vom letzten Heizkörper her mit erwärmten Medium versorgt wird. Diese Anordnung hat das Ziel, Vor- und Rücklaufleitung eines Wärmeversorgungssystems untereinander vertauschen zu können und auf diese Weise eine gleichmäßige Erwärmung aller Heizkörper sicher zu stellen. Ein erweiterter Vorschlag sieht vor, die entsprechende Umschaltung in festgelegten Zeitintervallen automatisch durchzuführen. Ein weiterer Vorschlag sieht vor, bei Erreichen einer oberen Grenztemperatur in den Heizkörpern durch einen Wärmesensor ein Steuersignal an das Steuergerät zu liefern, das dann die Versorgung der Heizkörper unterbricht.
Die oben beschriebene Anordnung dient ausschließlich dem Umschalten von Vor- und Rücklaufleitung in einem herkömmlichen Heizungskreislauf, um eine gleichmäßige Erwärmung aller im Kreislauf befindlichen Heizkörper zu erreichen. Für eine Umkehr der Strömungsrichtung in einer Speiseleitung eines zusätzlichen Wärmespeichers ist die beschriebene Anordnung nicht geeignet.
Aus EP 1 906 101 A1 ist eine Anordnung bekannt, die in einer Leitung zwei Pumpen jeweils mit ihrer Druckseite verbindet, sodass durch Anschalten von jeweils einer dieser Pumpen eine bestimmte Strömungsrichtung erzwungen wird. Die jeweils außer Betrieb gesetzte Pumpe wird dabei vom Medienstrom durchströmt.
Eine vergleichbare Anordnung ist aus einem Wärmeversorgungssystem Eco Zenith I 555 der Firma CTC AB, 34126 Ljungby, Schweden bekannt. Bei dieser Anlage werden zwischen beiden mit den Druckseiten verbundenen Pumpen noch zusätzlich Rückschlagventile angeordnet.
Trotz des vereinfachten Aufbaus hat diese Anordnung den Nachteil, dass die jeweils außer Betrieb befindliche Pumpe einen erheblichen Leitungswiderstand darstellt, der zur Erhöhung der Pumpenleistung zwingt. Ferner ist nicht auszuschließen, dass ein entsprechend großer Medienstrom beim Umströmen des Läufers der stillgesetzten Pumpe Korrosions- und Kavitationsschäden verursacht. Diese Nachteile verstärken sich noch, wenn zusätzlich zur Pumpe noch Rückschlagventile durchströmt werden müssen.
Neben den bei den einzelnen im Stand der Technik vorhandenen Lösungen angegebenen Nachteilen sind weitere Nachteile vorhanden. So bedürfen Systeme, die mit zwei voneinander unabhängigen Pumpen arbeiten, einer separaten Ansteuerung, wodurch der Steuerungsaufwand in solchen Wärmeversorgungssystemen zunimmt.
Sofern Kombinationen mit zwei Umwälzpumpen zusätzlich mit angesteuerten Ventilen ausgestattet sind, steigt der Steuerungsaufwand noch weiter an.
Außerdem fehlt bei den einzelnen Komponenten der im Stand der Technik vorhandenen Anlagen die Synchronisation. Angesteuerte Ventile oder Pumpen erzeugen Schläge in den Leitungskreisen. Bei mehreren Lösungen fehlt der hydraulische Ausgleich.
In Anlagen, die als besonderen Schwerpunkt auf die Gewinnung erneuerbarer Energien mit Hilfe von solarthermischen Wärmequellen setzen, können die aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen nicht den Anforderungen an einen maximalen Energiegewinn aus diesen Quellen entsprechen. Dazu ist es notwendig, bei der Bilanzierung der Wärmemengen innerhalb eines Wärmeversorgungssystems einen sekundären Wärmespeicher derart zu integrieren, dass dieser nach Bedarf und ohne Trägheit Wärmemengen in den Verbraucherkreis liefern oder aus dem Erzeugerkreis entnehmen kann. Die im Stand der Technik ebenfalls bekannten und als Wärmesenke in Heizungskreise integrierten Kombispeicher mit einem großen Wärmemengenpuffer können den Anforderungen nicht gerecht werden. Sie sind in ihrem Verhalten zu träge. Andererseits erfordert eine Wärmesenke mit geringerer Trägheit eine schnelle Reaktion durch einen sekundären Warmwasserspeicher, um Angebot oder Mangel an Wärmemengen gegenüber dem Heizungskreis eines Wärmeversorgungssystem annähernd auszugleichen. Das ist mit den aus dem Stand der Technik bekannten Pumpenanordnungen nicht zu erreichen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung vorzuschlagen, die bei geringem Kosten-, installations- und Steuerungsaufwand die Aufgaben des Ladens und Entladens wenigstens eines Wärmespeichers in Wärmeversorgungssystemen übernehmen kann, die energie- und kostenoptimiert arbeitet, Druckstöße vermeidet, einen hydraulischen Ausgleich ermöglicht und hinsichtlich ihrer Integration in bestehende Anlagen in vielfacher Hinsicht angepasst werden kann.
Diese oben stehende Aufgabe wird gelöst mit einer Anordnung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes dieses Patentanspruches. Neben- und nachgeordnete Patentansprüche beschreiben Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung.
In der nachstehenden Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den Patentansprüchen werden die nachstehend aufgeführten Begriffe mit folgendem Bedeutungsinhalt verwendet:

Wärmeversorgungsaniage - ist eine Anordnung, die wenigstens aus einem Wärmeerzeuger, einem Wärmeverbraucher und einem über eine Pumpe ladbaren bzw. entladbaren Wärmespeicher verfügt.
Pumpenanordnung - ist eine Zusammenstellung von wenigstens einer Pumpe beliebiger Bauart, Leitungsabschnitten und Ventilen zur Lösung der Aufgabe, mit einer Pumpeneinheit das Speicherelement zu laden bzw. zu entladen.
Speicherelement - ist ein Volumenspeicher beliebiger Größe und Bauart, der mit einem Wärmemengen transportierenden Medium aufgeladen und wieder entladen werden kann.
Rückflussverhinderer - ist ein Bauteil oder eine Baueinheit, die geeignet sind, den Medienstrom der Pumpe weitgehend unbehindert passieren zu lassen, bei dauerhaftem oder impulshaftem Gegenstrom in der Pumpenleitung den Leitungsstrang jedoch zu verschließen.
Steuerbar - bedeutet, dass aufgrund willkürlicher Entscheidungen und Eingriffe in das Wärmeversorgungssystem die Inbetriebnahme der Pumpenanordnung sowie deren Stillsetzen bewirkt werden kann.
Regelbar - bedeutet, dass das Inbetriebnehmen bzw. Stillsetzen der Pumpe von in der Anlage erfassten Messwerten, erarbeiteten Regelgrößen oder aufgrund von Behandlungsroutinen einer übergeordneten Regelanlage abhängig ist. Solcher Art Regelanlagen können in die Pumpenanordnung integriert oder als zentrale Regelanlage des Wärmeversorgungssystems ausgeführt sein.

Nach der Erfindung wird davon ausgegangen, dass eine weitere Optimierung des Einsatzes von Wärmeenergie in Wärmeversorgungsanlagen dadurch möglich ist, dass ein in einem solchen System zusätzlich angeordnetes Speicherelement trägheitsarm mit nur einer Pumpe geladen bzw. entladen wird. Die bisher verwendeten Anordnungen mit zwei Pumpen werden dadurch entbehrlich.
Dabei berücksichtigt die Erfindung vor allem solche Wärmeversorgungssysteme, die mit Wärmeerzeugern ausgestattet sind, durch die Wärmemengen aus emeuerbaren Energien gewonnen werden und in denen eine sogenannte Wärmesenke die Aufgabe der Bereitstellung von Wärmemengen für den Heizungskreis übernimmt. Gleichwohl ist die erfindungsgemäße Anordnung auch in herkömmlichen Wärmeversorgungssystemen anwendbar, sofern in diesen ein sekundärer Wärmespeicher zusätzlich angeordnet ist.
Zusätzliche Widerstände durch eine zweite Pumpe, die durchströmt werden muss, entfallen ebenso, wie die Installations- und Wartungskosten für eine zweite Pumpe. Des Weiteren werden mögliche Schäden bei den jeweils außer Betrieb gesetzten Pumpen durch Kavitation, Korrosion und Alterung vermieden.
Nach der Erfindung soll die Anordnung dergestalt ausgeführt sein, dass mithilfe von Ventilen oder Hähnen ein wechselseitiger Anschluss an die zu- bzw. abführenden Leitungsteile ermöglicht wird und so die Förderrichtung der Pumpe innerhalb kurzer Intervalle gewechselt werden kann. Nach der Erfindung hat dies den Vorteil, dass für das Stellen der Ventile oder Hähne nur Stellimpulse mit wenig Energieaufwand notwendig sind, während die Pumpe selbst nach dem Umschalten jeweils im optimierten Betrieb Medien fördern kann.
Um die Pumpe energieoptimiert betreiben zu können, wird diese leistungsoptimiert angesteuert. Das heißt, es wird der Pumpe stets die Energiemenge bereitgestellt, die zur Einhaltung der geforderten Parameter notwendig ist.
Besonders bevorzugt wird eine Steuerung der Energiemengen der Umwälzpumpe durch eine Steuerung des Pumpenantriebsmotors über eine Pulsweitensteuerung, die durch analoge Signale angesteuert ist und auf deren Grundlage die Energiemengen für den Betrieb der Umwälzpumpe ermittelt.
Besonders vorteilhaft ist dabei die Gewinnung der Analogsignale durch die Anordnung eines Temperaturgebers an einer Stelle im Verbraucherkreis des Wärmeversorgungssystems, die für die Ermittlung einer Solltemperatur bevorzugt in Frage kommt. Auf diese Weise kann das Laden beziehungsweise Entladen eines angeschlossenen Wärmespeichers nahezu ohne Trägheit gesteuert und damit die Einhaltung wärmetechnischer Vorgaben auf einfache Weise sichergestellt werden.
Eine solche Ansteuerung der Umwälzpumpe kann parallel zu einer Steuerung für das Wärmeversorgungssystem oder integriert in dieselbe ausgeführt werden.
Bevorzugt wird dabei eine Steuerung der Energiemengen über eine so genannte Pulsweitensteuerung, da diese mit preiswerten Bauelementen bzw. Steuer- oder Regeleinheiten ausgeführt werden kann.
Besonders bevorzugt wird eine Pulsweitensteuerung mit Hilfe eines sogenannten Schaltreglers oder einer sogenannten steuerbaren Pulsmodulationseinheit in der Form einer elektronischen Baueinheit.
Hierbei wird wiederum die Verwendung eines elektronischen Bausteins der Familie SG3524 besonders bevorzugt, weil dieser über ein analoges Steuersignal regelbar ist. Damit ist die Voraussetzung gegeben, einen analog arbeitenden Temperatursensor auf die Steuereinheit der Umwälzpumpe direkt aufzuschalten.
Selbstverständlich kann eine solche Steuerung auch über einen Analogausgang einer zentralen Steuerung des Wärmeversorgungssystems angesteuert werden.
In Fällen, bei denen innerhalb der Wärmeversorgungssysteme längere Leitungswege zum Speicherelement auftreten oder durch das Speicherelement erhöhte Speisedrücke gefordert sind, kann eine mehrstufige Pumpe oder eine Pumpenkaskade verwendet werden, wobei die Ansteuerung wie oben beschrieben erfolgen kann.
Die innerhalb der Pumpenanordnung notwendige Umschalteinheit wird im bevorzugten Fall mit einem 4/2-Ventil ausgeführt. Dieses verbindet in einer Schaltstellung die Saugseite der Pumpe mit dem Wärmeerzeuger und die Druckseite der Pumpe mit dem Speicherelement. In der zweiten Schaltstellung wird die Saugseite der Pumpe mit dem Speicherelement und die Druckseite mit der Leitung zum Wärmeerzeuger verbunden.
Besonders bevorzugt wird für das 4/2-Ventil ein so genannter Kugelhahn, der wenigstens die zwei erforderlichen Schaltstellungen hat und mit Hilfsenergie ansteuerbar ist.
Anstelle eines 4/2-Ventils können zwei 3/2-Ventile, vier 2/2-Ventile oder auch Anordnungen mit Kugelhähnen eingesetzt werden.
Zum Schutz des Wärmeversorgungssystems und der Pumpe wird dieser ein Rückflußverhinderer vor- oder nachgeschaltet. Bevorzugt wird hierbei die Anordnung nach dem druckseitigen Anschluss der Pumpe.
Die Pumpenanordnung kann in Abhängigkeit von der Ausführung des Wärmeversorgungssystems in aufgelöster Bauweise mit zwischengeschalteten Leitungsabschnitten oder als Pumpenanordnung in Kompaktbauweise oder als Pumpenanordnung in Blockbauweise ausgeführt sein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 -: eine schematische Darstellung eines Wärmeversorgungssystems mit einem an diesem angeordneten Speicherelement.
Fig. 2 -: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung unter Verwendung eines 4/2-Ventils in einer Schaltstellung, bei der eine Pumpe Medienstrom in Richtung einer Wärmequelle fördert.
Fig. 3 -: die in Fig. 2 gezeigte schematische Darstellung mit einer Schaltstellung des Wegeventils, bei der die Pumpe einen Medienstrom in Richtung zu einem angeschlossenen Speicherelement fördert.

Ein Wärmeversorgungssystem der an sich bekannten Bauart besteht aus einem Wärmeerzeuger 1, einem Wärmeverbraucher 2 und den diese verbindenden Leitungen 3 für den warmen Bereich (Vorlauf) und 4 für den kalten Bereich (Rücklauf).
Zusätzlich kann in das Wärmeversorgungssystem eine Heizungsumwälzpumpe 5 integriert sein.
Von der Leitung 4 sind Leitungsabschnitte 6 und 7 zu einem Speicherelement 8 geführt. Zwischen den Leitungsabschnitten 6 und 7 ist zudem eine Pumpenanordnung 9 angeordnet, die das Speicherelement 8 abhängig vom Bedarf lädt oder entlädt.
Über eine Verbindungsleitung 10 kann das Speicherelement 8 mit der Leitung 3 verbunden sein, sodass vom Speicherelement 8 erwärmtes Medium direkt in den Versorgungskreislauf eingespeist werden kann.
Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung in den Leitungsabschnitten 6 und 7 besteht aus einer Pumpe 11, einem 4/2-Ventil 12, einem Rückflussverhinderer 13 und den Verbindungsleitungen 14,15 und 16.
In Fig. 2 befindet sich das 4/2-Ventil 12 in einer ersten Schaltstellung, die auch als 0°-Position bezeichnet werden kann. Das Schaltelement 17 leitet dann das Medium vom Leitungsabschnitt 7 über die Leitung 14 zur Pumpe 11, weiter über die Leitung 15, den Rückflussverhinderer 13 und die Leitung 16 in die Leitung 6. Auf diese Weise kann ein Wärmeverbraucher 2 durch Entladen eines in Fig. 2 nicht dargestellten Speicherelements mit erwärmten Medium versorgt werden.
In der in Fig. 3 dargestellten Schaltstellung, die der 90°-Position entspricht, ist das 4/2-Ventil 12 so geschaltet, dass ein Laden eines in Fig. 3 nicht dargestellten Speicherelements möglich ist. Von einem Wärmeerzeuger 1 wird über die Leitung 6, das 4/2-Ventil 12, die Pumpe 11, die Leitung 15, den Rückflussverhinderer 13 und die Leitung 16 erwärmtes Medium in die Leitung 7 gepumpt. Das vom Speicherelement abgeführte Medium wird über die Leitung 10 in Richtung zu einem Wärmeverbraucher 2 gepumpt.
Der Rückflussverhinderer 13 ist an der Druckseite der Pumpe 11 angeordnet und mit dieser über die Leitung 15 verbunden. Auf diese Weise werden Rückströmungen im Leitungskreis verhindert, wobei es nicht darauf ankommt, ob die Rückströmung impulsartig oder aufgrund eines entstandenen Gegendruckes dauerhaft entstehen würde.
Für die Erfindung kommt es nicht darauf an, auf welche Weise und mit welchen Anschlussarten die Pumpenanordnung mit dem Wärmeversorgungssystem verbunden ist. Dies betrifft insbesondere die Einspeisungspunkte, an die der Leitungsabschnitte 6 und die Leitung 10 angeschlossen sind. Ebenso wenig ist für die Erfindung bedeutsam, ob die Leitung 10 im System vorhanden ist.
Die Pumpe 11 ist bevorzugt eine leistungsgesteuerte Pumpe. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Pumpensteuerung, die mit einer Pulsweitensteuerung arbeitet und der Pumpe 11 stets die Energiemengen bereitstellen kann, die für die Erfüllung der Aufgabe gerade erforderlich sind.
Die Ansteuerung der Pumpe 11 kann über ein eigenes Steuerungsmodul oder durch eine zentrale Steuerung des Wärmeversorgungssystems realisiert sein. Es ist ebenso möglich, durch steuernde Eingriffe auf den Energiefluss zur Pumpe 11 einzuwirken.
Die Pumpe 11 wird mit einem analogen Signal beaufschlagt, sodass ein Steuerungsmodul oder eine zentrale Steuerung daraus eine pulsmodulierte Schwingung erzeugen kann.
Die pulsmodulierte Schwingung wird durch einen integrierten Schaltregler oder einen gesteuerten Pulsweitenmodulator erzeugt, wobei beim Modulator vorzugsweise auf Schaltkreise der Gruppe SG3524 oder deren abgeleitete Modell zurückgegriffen wird.
Die Ansteuerung des Bausteins erfolgt vorzugsweise mit analogen Signalen in einem Spannungsbereich zwischen 0 und 10 V. Der Schaltregler beziehungsweise Modulator arbeitet vorzugsweise mit einer Frequenz von 4 kHz.
Das 4/2-Ventil 12 ist durch andere gleichwirkende Ventilanordnungen unter Inkaufnahme gewisser Nachteile ersetzbar. So beispielsweise durch eine Anordnung mit zwei 3/2-Ventilen, durch eine Anordnung mit vier 2/2-Ventilen oder auch mit einer Anordnung aus mehreren Kugelhähnen. Dabei kommt es letztlich darauf an, dass ein Vertauschen der Saug- und der Druckseite der Pumpe 11 gegenüber den Leitungsabschnitten 6 und 7 bewirkt wird.
Besonders bevorzugt wird jedoch ein 4/2-Ventil 12 in der Ausführungsform als Kugelhahn wegen des einfachen Aufbaus desselben und der zuverlässigen Betriebsweise.
Auch das 4/2-Ventil 12 bzw. die anderen Schaltungsanordnungen sind über Steuerbefehle und Energiezufuhr jeweils stellbar und bedürfen keiner manuellen Bedienung.
Der Rückflussverhinderer 13 kann auf verschiedene Weise ausgeführt sein. So kann es beispielsweise eine Einrichtung sein, die mit einem Schwebekörper arbeitet oder eine Einrichtung, die mit einer schwenkbaren Rückschlagklappe versehen ist. Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass der Verschlusskörper federbelastet und der Rückflussverhinderer 13 demgemäß als Rückschlagventil ausgeführt ist.
Die erfindungsgemäß ausgeführte Pumpenanordnung ist in der Lage, sowohl im Zusammenwirken mit einem Heizkessel als auch im Zusammenwirken mit einer Wärmesenke eine wirksame Steuerung des Heizkreises zu ermöglichen.
Insbesondere die bekannten Schwankungen der Energiebereitstellung der in Wärmeversorgungssystemen integrierten Solarkollektoren kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung und deren Steuerung ausgeglichen werden, indem je nach Wärmezufuhr oder Wärmeentzug die Pumpe so in eine Förderrichtung geschaltet wird, dass sie dem Heizungskreis überschüssiges erwärmtes Medium entnimmt oder dem Heizungskreis aus dem Pufferspeicher überschüssiges erwärmtes Medium zuführt.
Die gleichzeitig wirkende pulsweitenmodulierte Energieversorgung der Pumpe bewirkt, dass diese stets mit dem optimierten Volumenstrom arbeitet und ein Überschwingen der Temperaturen im Heizungskreis vermieden wird.
Es ist möglich, einen Temperatursensor, der ein analoges Messsignal liefert, an einer Stelle des Heizungskreises anzuordnen, die als optimal festgestellt wurde, um auf diese Weise einen Betrieb des Heizungskreises unter optimalen Bedingungen zu realisieren.
Die oben beschriebene Pumpenanordnung hat also den Vorteil, dass sie auf einfache Weise einen Betrieb der Pumpe in zwei Strömungsrichtungen ermöglicht und dabei der Aufwand an Bauteilen sowie die strömungsmechanische Auslegung optimiert werden kann. Des weiteren wird der Energieeinsatz durch die erfindungsgemäße Lösung dergestalt minimiert, dass die Strömungsverluste gering gehalten werden, Ventilsteuerungen nur wenn notwendig mit Energie versorgt werden und die in der Anordnung enthaltene Pumpe nur die Energiemengen erhält, die für die Erfüllung der Aufgabe gerade notwendig sind.

Bezugszeichenliste

1: Wärmeerzeuger
2: Wärmeverbraucher
3: Leitung
4: Leitung
5: Heizungsumwälzpumpe
6: Leitungsabschnitt
7: Leitungsabschnitt
8: Speicherelement
9: Pumpenanordnung
10: Verbindungsleitung
11: Pumpe
12: 4/2-Ventil
13: Rückflussverhinderer
14: Leitung
15: Leitung
16: Leitung
17: Schaltelement

Claims

Anordnung mit einem Speicherelement (8) und einer Wärmeversorgungsanlage, bei der
in einem ersten Leitungskreis ein Wärmeerzeuger (1) mit einem Wärmeverbraucher (2) verbunden ist und zwischen diesen mit einer Heizungsumwälzpumpe (5) ein Kreislauf eines Heizmediums erzielbar ist und mit einem zweiten Leitungskreis ein Speicherelement (8) und eine Pumpenanordnung (9) an den ersten Leitungskreis anbindbar sind, das mit Hilfe der Pumpenanordnung bei Bedarf ein Medienstrom vom Speicherelement zum Wärmeverbraucher erzielbar und damit das im zweiten Leitungskreis angeordnete Speicherelement (8) entladbar ist
dadurch gekennzeichnet, dass
mit Hilfe der Pumpenanordnung (9) bei Bedarf ein Medienstrom vom Wärmeerzeuger (1) zum Speicherelement (8) erzielbar und dabei das im zweiten Leitungskreis angeordnete Speicherelement ladbar ist,
die Pumpenanordnung (9) eine Anordnung aus einer Pumpe (11), einer Umschalteinheit und einem Rückflussverhinderer (13) ist und diese dergestalt miteinander wechselwirken, dass
- in einer ersten Stellung der Umschalteinheit die Pumpe (11) - saugseitig - mit dem Speicherelement (8) und druckseitig mit dem ersten Leitungskreis verbunden ist, wobei diesem Medium mit niedriger Temperatur aus dem Speicherelement (8) zugeführt wird,

- in einer zweiten Stellung der Umschalteinheit die Pumpe (11) - druckseitig - mit dem Speicherelement (8) und saugseitig mit dem ersten Leitungskreis verbunden ist, wobei diesem Medium mit niedriger Temperatur entnommen und durch die Pumpe (11) in das Speicherelement (8) gefördert wird.
Anordnung zum Betreiben eines Speicherelements (8) in einer Wärmeversorgungsanlage nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Pumpe (11) hinsichtlich ihrer Leistung über Pulsweitenmodulation (PWM) in Abhängigkeit vom Betrag analoger Eingangssignale gesteuert oder geregelt ist.
Anordnung zum Betreiben eines Speicherelements (8) in einer Wärmeversorgungsanlage nach Patentanspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerung oder Regelung der Pumpe (11) durch Versorgung derselben mit wenigstens einem Analogsignal erfolgt.
Anordnung zum Betreiben eines Speicherelements (8) in einer Wärmeversorgungsanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Pumpe (11) mehrstufig oder als Pumpenkaskade mit wenigstens einer weiteren Pumpe ausgeführt ist.
Anordnung zum Betreiben eines Speicherelements in einer Wärmeversorgungsanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umschalteinheit eine Anordnung ist, die ohne Änderung der Dreh- bzw. Förderrichtung der Pumpe (11) eine Umschaltung von Leitungsanschlüssen im zweiten Leitungskreis und wenigstens zwei Förderrichtungen des Medienstroms zum Laden bzw. Entladen des Speicherelements ermöglicht.
Anordnung zum Betreiben eines Speicherelements (8) in einer Wärmeversorgungsanlage nach Patentanspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umschalteinheit mit einem 4/2-Ventil (12) oder einem 4/2-Hahn ausgeführt ist.
Anordnung zum Betreiben eines Speicherelements (8) in einer x Wärmeversorgungsanlage nach Patentanspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umschalteinheit mit zwei 3/2-Ventilen, zwei 3/2-Hähnen oder mit vier 2/2-Ventilen beziehungsweise vier 2/2-Hähnen ausgeführt ist.
Anordnung zum Betreiben eines Speicherelements (8) in einer Wärmeversorgungsanlage nach einem der Patentansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ventile oder Hähne mit Hilfsenergie ansteuerbar sind.
Anordnung zum Betreiben eines Speicherelements (8) in einer Wärmeversorgungsanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rückflussverhinderer (13) der Pumpe (11) oder der Pumpenkaskade vor- oder nachgeschaltet ist.
Anordnung zum Betreiben eines Speicherelements (8) in einer Wärmeversorgungsanlage nach Patentanspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rückflußverhinderer (13) mit einem strömungsgesteuerten Schwebekörper und/oder einer strömungsgesteuerten Klappe und/oder mit einem strömungsgesteuerten und federbelasteten Element ausgeführt ist.