NL1017998C2

NL1017998C2 - Inrichting en werkwijze voor warmteopslag en toewijzing.

Info

Publication number: NL1017998C2
Application number: NL1017998A
Authority: NL
Inventors: Guenter Bowald
Original assignee: Noble Products Twente B V; Guenter Borwald
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2002-11-05

Description

Inrichting en werkwijze voor warmteopslag en toewijzing

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor warmteopslag en toewijzing. De uitvinding betreft voorts een werkwijze voor warmteopslag en toewijzing middels zo een 5 inrichting.

Bekend zijn inrichtingen waarop meerdere warmtevragende installaties zijn aangesloten zoals de algemeen bekende combinaties van een verwarmingstoestel met een warmwatervoorziening. Daarbij wordt verwarmd leidingwater veelal opgeslagen in een 10 warmwatertank.

Ook bekend zijn inrichtingen voorzien van warmtebuffers voor het opslaan van warmte.

Een dergelijke warmtebuffer kan gelaagd zijn met meerdere compartimenten, zie bijvoorbeeld DE 19612191, DE 19812792 en DE 19915912. In zulke warmtebuffers worden wel bufferelementen toegepast om de warmtecapaciteit te verhogen waarbij gebruik 15 wordt gemaakt van een faseovergang die plaatsvindt bij een specifieke temperatuur: de werktemperatuur van het betreffende element. Zo beschrijft CH 621859 bolvormige bufferelementen, en wordt in EP 0044998 het gebruik van meerdere bufferelementen met verschillende hulpstoffen genoemd. Daarnaast zijn ook andere fysische of chemische methoden bekend om latente energie op te slaan.

20 Tevens zijn bekend inrichtingen waarop meerdere warmteleverende toestellen zijn aangesloten. Zo wordt in DE 19612191 een inrichting beschreven met daarop aangesloten een zonnepaneel en een gasgestookte ketel.

Er bestaat een grote behoefte aan een systeem dat het mogelijk maakt om zo doelmatig 25 mogelijk om te gaan met de door een aantal warmteleverende toestellen geleverde warmte, om zo efficiënt mogelijk warmte op te slaan in een warmtebuffer en deze eventueel zo optimaal mogelijk te verdelen over de compartimenten van een gelaagde warmtebuffer, en om zo energiezuinig mogelijk warmte af te geven aan een aantal warmtevragende installaties.

30 Doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een dergelijk systeem waarmee warmte afkomstig van een aantal warmteleverende toestellen zo doelmatig en efficiënt mogelijk kan worden opgeslagen en vervolgens zo energiezuinig mogelijk kan worden afgegeven aan een aantal warmtevragende installaties, waarbij rekening wordt gehouden 4: 2 met het actuele warmteaanbod per warmteleverende installatie, de opgeslagen hoeveelheden warmte, de betrokken werktemperaturen, en de actuele warmtebehoefte per warmtevragende installatie.

5 De uitvinding verschaft daartoe een inrichting voor warmteopslag en toewijzing welke inrichting omvat: - een warmteopslagtank omvattende meerdere compartimenten voor het opslaan en afgeven van warmte; - een leidingenstelsel voor het geleiden van ten minste één warmtetransportmedium, op 10 welk leidingenstelsel zijn aangesloten: een aantal van de compartimenten van de warmteopslagtank, en - meerdere warmteleverende toestellen en warmtevragende installaties, en een regeltoestel voor het besturen van de stromingsbewegingen van het warmtetransportmedium door het stelsel van leidingen.

15 In de compartimenten van de warmteopslagtank kan warmte bij verschillende temperaturen worden opgeslagen. Via het leidingenstelsel kan warmte worden getransporteerd tussen de afzonderlijke compartimenten en de verschillende warmteleverende toestellen en warmtevragende installaties, waarbij het regeltoestel de stromingsbewegingen stuurt. Het regeltoestel kan zodanig worden geprogrammeerd dat de warmteleverende toestellen zo 20 doelmatig mogelijk worden ingezet, de geleverde warmte zo efficiënt mogelijk wordt opgeslagen, en de opgeslagen warmte zo energiezuinig mogelijk wordt toegewezen aan de warmtevragende installaties.

Bij voorkeur is het warmtetransportmedium water. Water voldoet in de meeste gevallen goed, het heeft een grote soortelijke warmte en het is vrijwel overal voorhanden.

25

In een voorkeursuitvoering van een inrichting volgens de uitvinding bevat ten minste één compartiment van de warmteopslagtank een warmteopslagelement welk warmteopslagelement geschikt is voor het opslaan respectievelijk afgeven van warmte in de vorm van faseovergangsenergie bij een faseovergangstemperatuur tussen 10 en 90 °C, bij 30 voorkeur tussen 35 en 65 °C.

Middels een dergelijk warmteopslagelement wordt de warmte-inhoud van het betreffende compartiment aanzienlijk vergroot. De werktemperaturen liggen bij voorkeur tussen 35 en 3 65 °C omdat dit gebruikelijke temperaturen zijn voor gangbare verwarmingsinstallaties en warmwatervoorzieningen.

Bij voorkeur bevat het warmteopslagelement ten minste één van de stoffen: natriumacetaat, natriumthiosulfaat, zinksulfaat en paraffine.

5 Deze stoffen zijn eenvoudig verkrijgbaar en goedkoop en ze vertonen faseovergangen bij temperaturen gelegen in het genoemde voorkeursgebied.

De inrichting kan tevens omvatten een warmtewisselaar voor het uitwisselen van in de warmteopslagtank opgeslagen warmte met een warmwatervoorziening. Hiermee kan 10 bijvoorbeeld drinkwater worden verwarmd en op deze wijze kan worden voorzien in een behoefte aan warmwater.

De uitvinding verschaft tevens een werkwijze voor warmteopslag en toewijzing middels een inrichting volgens de uitvinding, omvattende de stappen: 15 A. het vaststellen van de warmtevraag van een aantal van de op de inrichting aangesloten warmtevragende installaties; B. het vaststellen van het warmteaanbod van een aantal van de op de inrichting aangesloten warmteleverende toestellen; C. het bepalen van een in een gegeven situatie voordelig geheel van warmtestromen tussen 20 de compartimenten van de warmteopslagtank en de op de inrichting aangesloten warmteleverende toestellen en warmtevragende installaties, en D. het middels het regeltoestel besturen van de stromingsbewegingen van het warmtetransportmedium door het stelsel van leidingen.

Op deze wijze kunnen in een gegeven actuele situatie de warmteleverende toestellen zo 25 doelmatig mogelijk worden ingezet, kan de geleverde warmte zo efficiënt mogelijk worden opgeslagen, en kan de opgeslagen warmte zo energiezuinig mogelijk worden toegewezen aan de warmtevragende installaties. Hierbij zijn vooral van belang de actuele warmteleveringsvermogens en temperaturen aan de aanbodzijde, de werktemperaturen en warmte-inhouden van de compartimenten van de warmteopslagtank, en de gewenste 30 temperaturen en de actuele gevraagde warmtevermogens aan de vraagzijde.

Daarbij kan de werkwijze tevens omvatten de stap: X. het vaststellen van de in een aantal van de compartimenten van de warmteopslagtank opgeslagen hoeveelheden warmte.

4

Zo kunnen ook de actuele hoeveelheden beschikbare, in de afzonderlijke compartimenten opgeslagen, warmte meegenomen worden in de bepaling van de, in de gegeven actuele situatie, optimale warmtestromen.

5 De uitvinding wordt in het navolgende toegelicht aan de hand van het in de figuren weergegeven niet-beperkend uitvoeringsvoorbeeld.

Fig. 1 toont schematisch een voorkeursuitvoering van een inrichting volgens de uitvinding. Fig. 2 toont een doorsnede van een warmteopslagtank met meerdere compartimenten.

10 Fig. 1 toont schematisch een inrichting 1 volgens de uitvinding omvattende een gelaagde buffertank 2 en een toewijzingsunit 3. Op de inrichting 1 zijn aangesloten een aantal warmtebronnen 4-6, in dit uitvoeringsvoorbeeld een gasverbrandingsketel 4, een warmtepomp 5 en een zonnepaneel 6. Op de inrichting 1 zijn tevens aangesloten twee warmteafhemers 7-8, in dit uitvoeringsvoorbeeld een verwarmingsinstallatie 7 en een 15 warmwatervoorziening 8.

De in Fig. 2 weergegeven buffertank 2 is gevuld met water en bestaat uit een viertal boven elkaar gelegen secties 9-12, elk met een eigen werktemperatuur. De bovenste sectie 12 bevat een warmtewisselaar 13 waarmee leidingwater kan worden verwarmd. Van de drie 20 lager gelegen secties 9-11 worden met behulp van bufferelementen 14-16 de warmte- inhouden sterk vergroot. Hierbij wordt gebruik gemaakt van faseovergangsenergie die (als smeltwarmte) wordt opgenomen door, respectievelijk (als stollingswarmte) vrijkomt uit de bufferelementen 14-16. De keuze van de materialen voor de bufferelementen 14-16 wordt vooral bepaald door de gewenste werktemperaturen van de betreffende secties 9-11.

25 In het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld wordt gebruik gemaakt zinksulfaat of paraffine, natriumthiosulfaat en natriumacetaat met als respectievelijke smelttemperaturen 40, 47 en 58 °C.

Afgekoeld bufferwater 17 zakt onder invloed van de zwaartekracht door een centrale koker 30 18 naar beneden. Hierdoor wordt een circulatiestroming in de buffertank 2 opgewekt die weer water naar boven brengt.

5

Om de warmtevraag, het warmteaanbod en de warmteopslag optimaal op elkaar af te stemmen, wordt gebruik gemaakt van de toewijzingsunit 3 die de warmtestromen bestuurt tussen de verschillende warmtebronnen 4-6, de afzonderlijke secties 9-12 van de buffertank 2, en de warmteafhemers 7-8. De toewijzingsunit 3 bepaalt een optimale, energiezuinige 5 wijze waarop voldaan kan worden aan de actuele vraag naar warmte. Daarbij wordt onder andere gebruik gemaakt van informatie afkomstig van temperatuursensoren 19 in de verschillende secties 9-12 van de buffertank 2. De toewijzingsunit 3 stuurt een aantal kleppen (niet getoond) en pompen (niet getoond) aan en bepaalt zo welke secties 9-12 van de buffertank 2 geladen worden, welke warmtebronnen 4-6 daarbij worden ingezet, aan 10 welke warmteafiiemers 7-8 warmte wordt toegewezen en uit welke secties 9-12 van de buffertank 2 deze warmte wordt betrokken.

Claims

1. Inrichting voor warmteopslag en toewijzing welke inrichting omvat: een warmteopslagtank omvattende meerdere compartimenten voor het opslaan en 5 afgeven van warmte; - een leidingenstelsel voor het geleiden van ten minste één warmtetransportmedium, op welk leidingenstelsel zijn aangesloten: - een aantal van de compartimenten van de warmteopslagtank, en - meerdere warmteleverende toestellen en warmtevragende installaties, en 10. een regeltoestel voor het besturen van de stromingsbewegingen van het warmtetransportmedium door het stelsel van leidingen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het warmtetransportmedium water is.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat ten minste één 15 compartiment van de warmteopslagtank een warmteopslagelement bevat welk warmteopslagelement geschikt is voor het opslaan respectievelijk afgeven van warmte in de vorm van faseovergangsenergie bij een faseovergangstemperatuur tussen 10 en 90 °C, bij voorkeur tussen 35 en 65 °C.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het warmteopslagelement ten 20 minste één van de volgende stoffen bevat: natriumacetaat; - natriumthiosulfaat; zinksulfaat, en - paraffine.

5. Inrichting volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de inrichting tevens omvat een warmtewisselaar voor het uitwisselen van in de warmteopslagtank opgeslagen warmte met een warmwatervoorziening.

6. Werkwijze voor warmteopslag en toewijzing middels een inrichting volgens één der voorgaande conclusies, omvattende de stappen:

30 A. het vaststellen van de warmtevraag van een aantal van de op de inrichting aangesloten warmtevragende installaties; B. het vaststellen van het warmteaanbod van een aantal van de op de inrichting aangesloten warmteleverende toestellen; C. het bepalen van een in een gegeven situatie voordelig geheel van warmtestromen tussen de compartimenten van de warmteopslagtank en de op de inrichting aangesloten warmteleverende toestellen en warmtevragende installaties, en D. het middels het regeltoestel besturen van de stromingsbewegingen van het 5 warmtetransportmedium door het stelsel van leidingen.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de werkwijze tevens omvat de stap: X. het vaststellen van de in een aantal van de compartimenten van de warmteopslagtank opgeslagen hoeveelheden warmte. 10