DD244188A1 - METHOD FOR USING ALTERNATIVE AND SECONDARY ENERGY SOURCES FOR HEAT SUPPLY - Google Patents

METHOD FOR USING ALTERNATIVE AND SECONDARY ENERGY SOURCES FOR HEAT SUPPLY Download PDF

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DD244188A1
DD244188A1 DD85283936A DD28393685A DD244188A1 DD 244188 A1 DD244188 A1 DD 244188A1 DD 85283936 A DD85283936 A DD 85283936A DD 28393685 A DD28393685 A DD 28393685A DD 244188 A1 DD244188 A1 DD 244188A1
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heating
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Joachim Zschernig
Wolfgang Hesse
Thilo Mueller
Wulf Brandt
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Inst Energieversorgung
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    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/40—Geothermal heat-pumps
    • Y02B30/126—

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. FigurThe invention relates to a method for the use of alternative and secondary energy sources for the purposes of heat supply and can be applied both in the construction of central heating for the use of alternative and secondary energy sources and in the context of the conversion of existing facilities. The aim of the invention is to significantly reduce the previous technical and investment costs for the use of these energy sources while reducing the thermodynamic losses and the risk of corrosion. This is achieved according to the invention essentially by dividing the Heiznetzruecklaufes on the evaporator (3) and capacitors (4) of a heat pump series connection and the effluent from the evaporators cold water flow to the, each energy source to be used associated heat transfer. figure

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.to which the cold water stream is divided according to the invention, so that one of the number of heat exchangers corresponding number of cold water streams is formed. The maximum energy consumption of these partial flows with minimal exergetic losses is ensured by the fact that according to the invention the heat capacity flows of the cold water partial streams and the associated source circuits are set equal. The cold water partial flows are heated at sufficiently sized heat exchangers close to the respective source temperature. With this temperature, they leave the heat exchangers and are returned as hot water partial flows to the heating center. They are combined according to the invention with the emerging from the heat pump condensing hot water streams and mix. In order to further minimize the exergetic mixing losses, according to the invention always the partial streams with the lowest temperature differences must always be mixed with one another. After all partial flows are reunited and the last heat pump stage flows through the hot water side, the hot water flow is fed as a flow back to the heat consumers.

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.When using the method of the invention between the source and heating circuit usual intermediate circuit can be completely eliminated, since the split into two partial streams heating network return itself serves as an intermediate circuit. The inventive leadership of the two subcircuits countercurrent principle leads to a reduction in the electric energy consumption of the heat pump, because thus the inlet temperature in the heat pump evaporator is equal to the return temperature of the heating network. The cooling of the cold water flow to the freezing limit causes a maximum absorption capacity for the energy emitted by the heat source.

Ausführungsbeispielembodiment

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.The invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment. For this purpose, the circuit of a geothermal heating center is shown in the attached drawing, which supplies the customer systems 1 with heat. The heating network water from the customer systems 1 comes back with the return temperature of 3O 0 C. It is divided in the two-way valve 2 into two partial streams. Partial flows 2.1. flows to the heat pump evaporators 3.1. to 3.4. and is cooled in 4 stages from 3O 0 C to 1O 0 C. Teileil 2.2. flows in the heat pump capacitors 4.1. bis4.4. Partial flow 2.1. with the temperature of 10 0 C on 4 heat exchangers7.1. to 7.4. divided, through which the amount of thermal water in each case a pair of probes, consisting of conveying and Verdpreßsonde flows. The Zweiwegearmatur 2 is adjusted so that the heat capacity of the partial stream 2.1. equal to the sum of the heat capacities of thermal water streams (source streams) 6.1. to 6.4. is.

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.The partial streams 5.1. to 5.4. be through the control valves 8.1. until 8.4. adjusted so that the heat capacity of the respective primary and secondary flows through the heat exchanger 7.1. to 7.4. is the same size. The thermal water flows 6.1. to 6.4. be promoted from different horizons with the probe head temperatures 43 ° C, 54 0 C, 65 0 C, 74 0 C, so that the secondary-side outlet temperatures of the partial streams 5.1. to 5.4. to 41 0 C, 52 0 C, 63 0 C, 72 ° C result. The partial streams 5.1. to 5.4. are added to the warm water side outlet temperatures of the heat pump so that the streams to be mixed have approximately the same temperature. In the exemplary embodiment, therefore, the partial flow is 5.1. after the heat pump condenser 4.1., The partial flow 5.2. after the heat pump condenser 4.2., The partial flow 5.3. after the heat pump condenser 4.3. and the partial flow 5.4. after the heat pump condenser 4.4. involved. After the heat pump condenser 4.4. All partial streams are reunited, and the heated water can be supplied to the customers with the flow temperature of 70 ° C by means of the circulation pump 8.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: 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.Process for the use of alternative and secondary energy sources for the supply of heat, in particular thermal water from geothermal sources, characterized in that the network water returning to the consumer installations (1) of the heat consumer is first divided into two partial streams (2.1 and 2.2), of which Countercurrent principle of one to the evaporators (3) and the other to the capacitors (4) of a heat pump series circuit and the effluent from the evaporators cold water flow (5) to the, each energy source to be used (6.1 to 6.4.) Associated heat exchanger (7.1 to 7.4.) Is again divided so that the heat capacity of the respective partial stream (5.1 to 5.4.) And the corresponding heat source current are the same size and heated in the individual heat exchangers partial flows with the leaking from the heat pump condensers hot water partial streams before being fed into the customer facilities of the W armeverbraucher (1) are merged so that in each case there are minimal temperature differences between the streams to be mixed. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung alternativer und sekundärer Energiequellen für die Zwecke der Wärmeversorgung, wobei unter dem Begriff „alternative und sekundäre Energiequellen" beispielsweiseThe invention relates to a method for using alternative and secondary energy sources for the purposes of heat supply, wherein the term "alternative and secondary energy sources", for example • Thermalwasser aus geothermalen Quellen• Thermal water from geothermal sources • Kühlwasser oder Abgase aus technologischen Prozessen der Industrie und Landwirtschaft• Cooling water or waste gases from technological processes in industry and agriculture verstanden werden soll. , ._.._.-to be understood. , ._.._.- 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.The inventive method can be used both in the construction of heating centers for the use of alternative and secondary energy sources as well as in the context of retrofitting existing facilities. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions 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.For the use of alternative and secondary energy sources two cycles are usually coupled as a source and heating circuit depending on their temperature level by heat exchangers or heat pumps. If the source circuit contains an aggressive or toxic medium, or there are particularly high demands on the purity of one of the circuits, an intermediate circuit is connected between the source and heating circuit, which in any case leads to greater thermodynamic losses and increases the plant's technical complexity. (FR 7110017 / F24J / 3 08 ). According to another known method, for example, geothermal bedwaters of 6O 0 C are used with high mineralization by first give their enthalpy in heat exchangers to the heating circuit and thereby cool down to near the Heiznetzrücklauftemperatur and then leave their residual enthalpy also to an intermediate circuit. From the intermediate circuit, which contains neutral water, this energy is transferred to heat pumps, which perform a heat transformation to the heating network. In order to minimize the thermodynamic losses, heat exchangers and heat pumps are alternately involved in the heating circuit, so that the heating circuit is repeatedly fed back and forth between the heat pumps and the heat exchangers and also the coupling between heat pumps and heat exchangers through the intermediate circuit, so that this known Procedures consuming pipeline projects requires. Another disadvantage is that the aggressive thermal water must be transported from the conveyor probes to the heat exchangers in the Heizzentraie and from the heating center to the Verpreßsonden. The laying of the pipes of the heating circuit and the intermediate circuit of the Heizzentraie to the probe head of the conveying and / or Verpreßsonde is not practicable because of the high cost. Ziel der ErfindungObject of the invention 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.The invention has the goal of significantly reducing the hitherto high technical and investment costs for the use of alternative and secondary energy sources while simultaneously reducing the thermodynamic losses and the risk of corrosion of high-quality plant components. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention 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. .The invention has for its object to develop a method that allows the use of multiple energy sources in a heating system and uses only neutral water for the transport of heat energy between the energy source and heating system. , 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,For this purpose, according to the invention, the net water flowing back from the customer installations is divided into two partial streams after entry into the heating center, the one partial stream being directed to the evaporators of the heat pumps and the other partial stream being directed to the condensers of the heat pumps. In general, several heat pumps are used, the succession of the two streams, d. H. in series, are flowed through, according to the invention, the partial flows are performed in a countercurrent principle. A thermodynamic disproportionation process takes place between the two partial streams, i. the leading to the capacitors of the heat pump substream is heated with cooling leading to the evaporators partial flow. This cooling can take place up to the freezing limit or up to the minimum permissible cold water outlet temperature of the heat pumps. Thus, the partial flow leading to the evaporators according to the invention is now optimally prepared as cold water flow for receiving the secondary or alternative energy. Each energy source intended for use is assigned at least one heat exchanger as a coupling point to the source circuit,
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2784400A1 (en) * 2013-03-25 2014-10-01 Ratiotherm Heizung + Solartechnik GmbH & Co. KG Method and apparatus for introducing heat from a heating network

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2784400A1 (en) * 2013-03-25 2014-10-01 Ratiotherm Heizung + Solartechnik GmbH & Co. KG Method and apparatus for introducing heat from a heating network

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