DD244188A1 - Verfahren zur nutzung alternativer und sekundaerer energiequellen fuer die waermeversorgung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung alternativer und sekundaerer Energiequellen fuer Zwecke der Waermeversorgung und kann sowohl bei der Errichtung von Heizzentralen fuer die Nutzung alternativer und sekundaerer Energiequellen als auch im Rahmen der Umruestung bestehender Anlagen angewendet werden. Ziel der Erfindung ist es, den bisherigen technischen und Investitionsaufwand fuer die Nutzung dieser Energiequellen bei gleichzeitiger Senkung der thermodynamischen Verluste und der Korrosionsgefahr erheblich zu verringern. Das wird erfindungsgemaess im wesentlichen durch Aufteilung des Heiznetzruecklaufes auf die Verdampfer (3) und Kondensatoren (4) einer Waermepumpen-Reihenschaltung und des aus den Verdampfern abfliessenden Kaltwasserstromes auf die, jeder zu nutzenden Energiequelle zugeordneten Waermeuebertrager erreicht. Figur

Description

auf die der Kaltwasserstrom erfindungsgemäß aufgeteilt wird, so daß eine der Anzahl der Wärmeübertrager entsprechende Anzahl Kaltwasser-Teilströme entsteht. Die maximale Energieaufnahme dieser Teilströme bei minimalen exergetischen Verlusten wird dadurch gesichert, daß erfindungsgemäß die Wärmekapazitätsströme der Kaltwsser-Teilströme und der zugehörigen Quellkreisläufe gleich groß eingestellt werden. Die Kaltwasser-Teilströme werden bei ausreichend bemessenen Wärmeübertragern bis nahe an die jeweilige Quelltemperatur aufgeheizt. Mit dieser Temperatur verlassen sie die Wärmeübertrager und werden als Warmwasser-Teilströme zur Heizzentrale zurückgeführt. Sie werden mit den aus den Wärmepumpenkondensatoren austretenden Warmwasserstoffströmen erfindungsgemäß zusammengeführt und vermischen sich. Um die exergetischen Mischungsverluste nochmalszu minimieren, müssen dabei erfindungsgemäß immerdieTeilströme mit den geringsten Temperaturunterschieden miteinander vermischt werden. Nachdem alle Teilströme wieder vereinigt sind und die letzte Wärmepumpenstufe warmwasserseitig durchflossen ist, wird der Warmwasserstrom als Vorlauf wieder zu den Wärmeabnehmern geführt.

Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der zwischen Quell- und Heizkreislauf übliche Zwischenkreislauf vollständig entfallen, da der in zwei Teilströme aufgeteilte Heiznetz-Rücklauf selbst als Zwischenkreislauf dient. Die erfindungsgemäße Führung der beiden Teilkreisläufe im Gegenstromprinzip führt zu einer Senkung des Elektroenergieverbrauches der Wärmepumpen, weil damit die Eintrittstemperatur in die Wärmepumpenverdampfer gleich der Rücklauftemperatur des Heiznetzes ist. Die Abkühlung des Kaltwasserstromes bis zur Gefriergrenze bewirkt eine maximale Aufnahmefähigkeit für die von der Wärmequelle abgegebene Energie.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Hierzu ist in der beigefügten Zeichnung die Schaltung einer geothermischen Heizzentrale gezeigt, die die Abnehmeranlagen 1 mit Wärme versorgt. Das Heiznetzwasser von den Abnehmeranlagen 1 kommt mit der Rücklauftemperatur von 3O⁰C zurück. Es wird in der Zweiwegearmatur 2 in zwei Teilströme aufgeteilt. Teilströme 2.1. fließt zu den Wärmepumpenverdampfern 3.1. bis 3.4. und wird 4stufig von 3O⁰C auf 1O⁰C abgekühlt.Teilstrom 2.2. fließt in den Wärmepumpenkondensatoren 4.1. bis4.4. Teilstrom 2.1. wird mit derTemperatur von 10⁰C auf 4Wärmeübertrager7.1. bis 7.4. aufgeteilt, durch die die Thermalwassermenge jeweils eines Sondenpaares, bestehend aus Förder- und Verpreßsonde, fließt. Die Zweiwegearmatur 2 wird so eingestellt, daß die Wärmekapazität des Teilstromes 2.1. gleich der Summe der Wärmekapazitäten derThermalwasserströme (Quellströme) 6.1. bis 6.4. ist.

Die Teilströme 5.1. bis 5.4. werden durch die Regelarmaturen 8.1. bis 8.4. so eingestellt, daß die Wärmekapazität der jeweiligen primär-und sekundärseitigen Ströme durch die Wärmeübertrager 7.1. bis 7.4. gleich groß ist. Die Thermalwasserströme 6.1. bis 6.4. werden aus unterschiedlichen Horizonten mit den Sondenkopftemperaturen 43°C, 54⁰C, 65⁰C, 74⁰C gefördert, so daß die sekundärseitigen Austrittstemperaturen der Teilströme 5.1. bis 5.4. sich zu 41⁰C, 52 ⁰C, 63⁰C, 72°C ergeben. Die Teilströme 5.1. bis 5.4. werden so den warmwasserseitigen Austrittstemperaturen der Wärmepumpen zugemischt, daß die zu vermischenden Ströme ungefähr die gleiche Temperatur haben. Im Ausführungsbeispiel wird deshalb der Teilstrom 5.1. nach dem Wärmepumpenkondensator 4.1., der Teilstrom 5.2. nach dem Wärmepumpenkondensator 4.2., der Teilstrom 5.3. nach dem Wärmepumpenkondensator 4.3. und der Teilstrom 5.4. nach dem Wärmepumpenkondensator 4.4. eingebunden. Nach dem Wärmepumpenkondensator 4.4. sind alle Teilströme wieder vereinigt, und das aufgeheizte Wasser kann mit der Vorlauftemperatur von 70°C den Abnehmern mit Hilfe der Netzumwälzpumpe 8 zugeführt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Nutzung alternativer und sekundärer Energiequellen für die Wärmeversorgung, insbesondere von Thermalwasser aus geothermalen Quellen, dadurch gekennzeichnet, daß das auch den Abnehmeranlagen (1) der Wärmeverbraucher zurückfließende Netzwasser zunächst in zwei Teilströme (2.1. und 2.2.) aufgeteilt wird, von denen im Gegenstromprinzip der eine zu den Verdampfern (3) und der andere zu den Kondensatoren (4) einer Wärmepumpen-Reihenschaltung geführt wird und der aus den Verdampfern abfließende Kaltwasserstrom (5) auf die, jeder zu nutzenden Energiequelle (6.1. bis 6.4.) zugeordneten Wärmeübertrager (7.1. bis 7.4.) nochmals derart aufgeteilt wird, daß die Wärmekapazitäten des jeweiligen Teilstromes (5.1 bis 5.4.) und des entsprechenden Wärmequellstromes gleich groß sind und die in den einzelnen Wärmeübertragern aufgeheizten Teilströme mit den aus den Wärmepumpen-Kondensatoren austretenden Warmwasser-Teilströmen vor Einspeisung in die Abnehmeranlagen der Wärmeverbraucher (1) so zusammengeführt werden, daß zwischen den zu mischenden Teilströmen jeweils minimale Temperaturunterschiede bestehen.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung alternativer und sekundärer Energiequellen für die Zwecke der Wärmeversorgung, wobei unter dem Begriff „alternative und sekundäre Energiequellen" beispielsweise

   • Thermalwasser aus geothermalen Quellen

   • Kühlwasser oder Abgase aus technologischen Prozessen der Industrie und Landwirtschaft

   verstanden werden soll. , ._.._.-

   Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei der Errichtung von Heizzentralen für die Nutzung alternativer und sekundärer Energiequellen als auch im Rahmen der Umrüstung bestehender Anlagen angewendet werden.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Zur Nutzung alternativer und sekundärer Energiequellen werden in der Regel zwei Kreisläufe als Quell- und Heizkreislauf je nach ihrem Temperaturniveau durch Wärmeübertrager oder Wärmepumpen gekoppelt. Falls der Quellkreislauf ein aggressives oder toxisches Medium enthält, oder besonders hohe Anforderungen an die Reinheit eines der Kreisläufe bestehen, ist zwischen Quell- und Heizkreislauf ein Zwischenkreislauf geschaltet, der in jedem Fall zu größeren thermodynamischen Verlusten führt und den anlagentechnischen Aufwand vergrößert. (FR 7110017/F24J/3⁰⁸). Gemäß einem weiteren bekannten Verfahren werden beispielsweise geothermale Schichtwässer von 6O⁰C mit hoher Mineralisation genutzt, indem sie in Wärmeübertragern ihre Enthalpie zuerst an den Heizkreislauf abgeben und sich dabei bis nahe der Heiznetzrücklauftemperatur abkühlen und danach ihre Restenthalpie ebenfalls an einen Zwischenkreislauf abgeben. Vom Zwischenkreislauf, der neutrales Wasser enthält, wird diese Energie an Wärmepumpen übertragen, die eine Wärmetransformation zum Heiznetz durchführen. Um die thermodynamischen Verluste zu minimieren, sind Wärmeübertrager und Wärmepumpen wechselweise in den Heizkreislauf eingebunden, so daß der Heizkreislauf mehrfach zwischen den Wärmepumpen und den Wärmeübertragern hin- und zurückgeführt wird und außerdem die Kopplung zwischen Wärmepumpen und Wärmeübertragern durch den Zwischenkreislauf besteht, so daß dieses bekannte Verfahren aufwendige Rohrleitungsprojekte erfordert. Nachteilig wirkt sich auch aus, daß das aggressive Thermalwasser von den Fördersonden zu den Wärmeübertragern in der Heizzentraie und von der Heizzentrale zu den Verpreßsonden transportiert werden muß. Das Verlegen der Rohrleitungen des Heizkreislaufes und des Zwischenkreislaufes von der Heizzentraie zum Sondenkopf der Förder- und/oder Verpreßsonde ist wegen des hohen Aufwandes nicht praktikabel.

   Ziel der Erfindung

   Die Erfindung hat das Ziel, den bisherigen hohen technischen und Investitionsaufwand für die Nutzung alternativer und sekundärer Energiequellen bei gleichzeitiger Senkung der thermodynamischen Verluste und der Korrosionsgefährdung hochwertiger Anlagenteile erheblich zu verringern.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das die Nutzung mehrerer Energiequellen in einer Heizzentrale ermöglicht und nur neutrales Wasser für den Transport der Wärmeenergie zwischen Energiequelle und Heizzentrale einsetzt. .

   Dazu wird erfindungsgemäß das aus den Abnehmeranlagen zurückfließende Netzwasser nach Eintritt in die Heizzentrale in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei der eine Teilstrom zu den Verdampfern der Wärmepumpen und der andere Teilstrom zu den Kondensatoren der Wärmepumpen geleitet wird. In der Regel werden mehrere Wärmepumpen eingesetzt, die von den beiden Teilströmen nacheinander, d. h. in Reihenschaltung, durchflossen werden, wobei erfindungsgemäß die Teilströme im Gegenstromprinzip geführt werden. Zwischen beiden Teilströmen findet dabei ein thermodynamischer Disproportionierungsprozeß statt, d.h. der zu den Kondensatoren der Wärmepumpen führende Teilstrom erwärmt sich unter Abkühlung des zu den Verdampfern führenden Teilstromes. Diese Abkühlung kann bis an die Einfriergrenze erfolgen bzw. bis an die minimal zulässige Kaltwasseraustrittstemperatur der Wärmepumpen. Damit ist der zu den Verdampfern führende Teilstrom erfindungsgemäß jetzt als Kaltwasserstrom für die Aufnahme der Sekundär- bzw. Alternativenenergie optimal vorbereitet. Jeder zur Nutzung vorgesehenen Energiequelle ist mindestens ein Wärmeübertrager als Koppelstelle zum Quellkreislauf zugeordnet,