DE102008000392A1

DE102008000392A1 - Anlage zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Wärmeenergie zwischen wärmetechnischen Betriebsmitteln mit abgestuften Temperaturniveaus in einem Gebäude und Verfahren zur Steuerung einer solchen Anlage

Info

Publication number: DE102008000392A1
Application number: DE102008000392A
Authority: DE
Original assignee: GROS HERMANN
Current assignee: GROS HERMANN
Priority date: 2007-02-24
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: DE202007002733U1; DE202007002733U8; DE102008000392B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Wärmeenergie in einem Gebäude, welche als wärmetechnische Betriebsmittel mindestens eine Wärmeenergiequelle (EQ), Wärmeenergiespeicher (ES) und Wärmeenergieverbraucher (EV) mit abgestuften Temperaturniveaus umfasst. Hierzu ist in der Anlage eine zentrale Ringleitung (RL) mit einer Umwälzpumpe (UP) zur Zirkulation eines Wärmeenergie tragenden Mediums vorgesehen, woran zumindest die Wärmeenergiequelle (EQ) oder alle wärmetechnischen Betriebsmittel (EQ, ES, EV) des Gebäudes über jeweils zumindest ein zugeordnetes Ventil (V11...V17; V2, V21) zu- bzw. wegschaltbar sind, so dass das Wärmeenergie tragende Medium auch bei Wegschaltung der wärmetechnischen Betriebsmittel (EQ, ES, EV) durch die Ringleitung zirkulieren kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Wärmeenergie in einem Gebäude, welche als wärmetechnische Betriebsmittel mindestens eine Wärmeenergiequelle, Wärmeenergiespeicher und Wärmeenergieverbraucher mit abgestuften Temperaturniveaus aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuerung zum Betrieb einer derartigen Anlage.
Einzelne Anlagen und Geräte zur Erwärmung und/oder Kühlung von Raumluft, Heizungs- und Trinkwasser in neu zu errichtenden oder energetisch zu sanierenden Gebäuden sind vielfältig bekannt. So werden in Gebäuden einzelne Anlagen z. B. zur Niedertemperaturbeheizung, wie Fußboden-, Wand- oder Deckenheizkreise, Solaranlagen, Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung, Wärmepumpen und Abwasserbehälter mit Wärmerückgewinnung eingebaut. Dabei wird sorgfältig die energetische Wirtschaftlichkeit einer jeden einzelnen Anlage für sich optimiert. So ist es, um nur ein Beispiel zu nennen, bekannt, dass durch Anhebung der Temperatur der Wärmequelle bei einer Wärmepumpenanlage eine Steigerung von deren Leistungszahl erreicht werden kann. Eine solche Optimierungsmaßnahme kommt zwar der jeweiligen Anlage zu Gute. Dennoch arbeiten die in einem Gebäude integrierten Systeme zur Beheizung, Kühlung und Belüftung vielfach energetisch parallel.
Aus der DE 197 29 747 A1 geht eine Vorrichtung zum Verteilen von eines flüssigen Wärmeträgermediums einer Gebäudeheizungsanlage hervor, bei der eine oder mehrere Wärmequellen und mehrere mit fallenden Temperaturniveaus nachrangig angeordneten Wärmeabnehmern an einer baugleich einheitlichen Verteilereinheit anschließbar sind. Die Verteilereinheit weist eine Reihenanordnung von Dreiwegeventilen – oder -hähnen auf, die einen Eingangsanschluss, einen Abzweiganschluss und einen Durchgangsanschluss haben. Der Eingangsanschluss ist entweder mit dem Abzweiganschluss oder mit dem Durchgangsanschluss verbindbar, des weiteren ist der Abzweiganschluss mit dem Durchgangsanschluss verbindbar. Nachteilig an dieser Wärmeverteilungsanlage sind einerseits die exklusive Verwendung kostspieliger Dreiwegeventile und andererseits deren zentrale Zusammenfassung in einer baugleich einheitlichen Verteilereinheit. Diese Verteilereinheit erzwingt eine sternförmige Topologie der Leitungsführung der Wärmeverteilungsanlage, die hohe Installationskosten nach sich zieht und einen hohen Installationsaufwand erfordert, sowie die kostengünstige Nachrüstung einer Altanlagen praktisch unmöglich macht. Des weiteren weist diese Wärmeverteilungsanlage eine hohe Störanfälligkeit auf, da beim Ausfall eines einzigen Dreiwegeventils der baugleich einheitlichen Verteilereinheit die Wärmeverteilung nicht mehr sichergestellt werden kann.
Aus der DE 102 18 776 63 geht eine Anlage zur Versorgung von Verbrauchern mit Wärmeenergie unterschiedlicher Energieniveaus hervor. Hierzu durchströmt ein von einer Wärmequelle erwärmtes Trägermedium, das über eine Austrittsleitung aus der Wärmequelle eine Hauptleitung durchströmt, die Anlage. Entlang der Hauptleitung sind zu jedem parallelen Verbraucher mit jeweiliger Vor- und Rücklaufleitung in Serie jeweils einsteuerbare Strömungsaufteiler angeordnet. Über den jeweiligen Strömungsaufteiler ist in zumindest einen vorangehenden Verbraucher ein solcher Teilstrom des Trägermediums in die Vorlaufleitung abzweigbar, dass in dem ersten Verbraucher ein gewünschter Temperatur-Zeit-Verlauf erreichbar ist und dass an einer von der Rücklaufleitung dieses Verbrauchers gespeisten und hinter dem Strömungsaufteiler liegenden Mischungsstelle in der Hauptleitung gezielt ein Energieniveau für einen nachfolgenden Verbraucher zur Erzielung eines in dem Verbraucher vorgegebenen Temperatur-Zeit Verlaufs einstellbar ist. Das Trägermedium tritt nach erfolgter Energieabladung in den jeweiligen Verbrauchern über eine Rückleitung in die Wärmequelle wieder ein. Nachteilig an dieser Wärmeverteilungsanlage ist, dass das Trägermedium lediglich durch eine einzige Wärmequelle erwärmbar ist, durch die das Trägermedium in jedem Fall fließen muss. Somit kann die Wärmequelle z. B. ein Sonnenkollektor, selbst bei Ausfall oder geringer Wärmeerzeugung nicht von der Hauptleitung abgetrennt werden, so dass der Ausfall der Wärmequelle zum Gesamtausfall der Anlage führt. Des weiteren erfordert die Wärmeverteilungsanlage teure einstellbare Strömungsaufteiler, die in der Lage sind, Teilströme der Hauptleitung an die Verbraucher abzuzweigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Anlage und eine zu deren Betrieb geeignete Steuerung zu schaffen, mit der die Wärmeenergieströme in einem Gebäude, in zusammenhängenden Gebäudekomplexen oder in einem Fahrzeug zu Lande, zu Luft oder zu See, z. B. Kfz, Schiff, Flugzeug, oder dergleichen durch ein ganzheitliches Energiemanagement erheblich besser ausgenutzt, und damit die bei der Umwandlung, Verteilung und Speicherung von Wärmeenergie auftretenden Verluste für das gesamte Gebäude erheblich reduziert werden können. Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, durch eine geringe Anzahl an kostengünstigen zusätzlichen Bauteilen und geringen Montagenaufwand eine hocheffiziente und störungsunanfällige Wärmeverteilungsanlage zu realisieren bzw. eine bestehende Altanlage kostengünstig umzurüsten.
Im Nachfolgenden wird der Begriff Wärmeerzeugung als Umwandlung beliebiger Energieformen in Wärmeenergie zur Verwendung in einer Anlage zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Wärmeenergie verstanden.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen der im Anspruch 1 und nebengeordneten Anspruch 2 angegebenen Anlage gelöst. Diese weist eine zentrale Ringleitung mit einer Umwälzpumpe zur Zirkulation eines Wärmeenergie tragenden Mediums auf. An diese Ringleitung sind alle wärmtechnischen Betriebsmittel des Gebäudes unabhängig voneinander angeschlossen, wobei nach Anspruch 1 zumindest eine Wärmeenergiequelle und nach Anspruch 2 alle wärmetechnischen Betriebsmittel über jeweils zumindest ein zugeordnetes Ventil zu bzw. wegschaltbar sind, so dass das Wärmeenergie tragende Medium auch bei Wegschaltung der Wärmeenergiequelle bzw., aller wärmetechnischen Betriebsmittel durch die Ringleitung und die verbleibenden wärmetechnischen Betriebsmittel zirkulieren kann.
Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht eine energetisch optimale und dynamische, d. h. bedarfsabhängige, Vernetzung aller wärmtechnischen Betriebsmittel in einem Gebäude, welche zur Umwandlung, Transport, Speicherung und Verwendung, d. h. der gezielten Abgabe bzw. dem Verbrauch, von Wärmeenergie dienen. Es ist damit eine zentrale und insbesondere stufenlose Wärmeübertragung zwischen Betriebsmitteln mit abgestuften Temperaturniveaus, d. h. unterschiedlichen Temperatur-, Nutz- und Speicherbereichen, möglich. Hierzu sind die Betriebsmittel über eine Ringleitung, in der ein Wärmeenergie tragendes Medium mittels einer Umwälzpumpe zirkuliert, kaskadenartig miteinander verbindbar. Auf Grund von deren abgestuften Temperaturniveaus kann eine optimale Be- und Entladung der Betriebsmittel mit Wärmeenergie anwendungsabhängig und u. U. auch gleichzeitig erfolgen. Hierzu können in jedem einzelnen Anwendungsfall die jeweils benötigten Betriebsmittel über jeweils ein zugeordnetes Ventil in die Ringleitung zu- bzw. weggeschaltet werden. Es können somit beliebige, leistungssteigernde Kombinationen einzelner Betriebsmittel, die möglichst benachbarte Temperaturbereiche aufweisen, nacheinander aktiviert und so zusammengeschaltet werden, dass die jeweils größtmögliche Energieeffizienz gewährleistet ist.
Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht somit eine kaskadenmäßige Verschaltbarkeit von allen wärmetechnischen Betriebsmitteln in einem Gebäude zu einem Gesamtsystem mit unterschiedlichen, möglichst fein abstufbaren Temperaturzonen. Mit dieser Wärmeenergiekaskade aus zentraler Ringleitung mit Umwälzpumpe und daran über Ventile kettenartig zu- bzw. abschaltbaren Betriebsmitteln wird eine vollständige Bündelung aller Wärmeenergieströme in einem Gebäude zu einem zentralen System zur Umwandlung, Speicherung und Verteilung von Wärmeenergie erreicht. Es ist damit eine nahezu beliebige Kombination von Betriebsmitteln in Verbindung mit einer bedarfsorientierten Nutzung von Nieder- und Tieftemperaturbereichen möglich, so dass eine besonders energieeffiziente und damit kostensparende Gesamtanlage zur Versorgung mit Wärmeenergie entsteht.
So können einerseits Betriebsmittel kaskadenartig so zusammengeschaltet werden, dass eine große Temperaturdifferenz z. B. zwischen einer Wärmeenergiequelle und einem Wärmeenergieverbraucher auftritt. Die Wärmeenergie kann in diesem Falle mit größter Effizienz ausgenutzt werden. Andererseits können auch Betriebsmittel kaskadenartig so zusammengeschaltet werden, dass ein möglichst kleines Temperaturgefälle z. B. zwischen einem Wärmeenergiespeicher und einem Wärmeenergieverbraucher auftritt. Es ist damit möglich, auch Restenergie aufzubrauchen, ohne zu frühzeitig auf die Energien in Wärmespeichern mit höherem Temperaturniveau oder Wärmeenergiequellen zurückgreifen zu müssen.
Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht bei einem entsprechenden Ausbau der Ringleitung auch eine Einbeziehung von bislang nicht oder nur unvollständig genutzte Energiequellen und Energiespeichern, wie z. B. Energie aus Abwässern, Regenwasser, Abgasen, Abluft und auch aus dem, insbesondere das jeweilige Gebäude umgebenden, Erdreich. Diese Betriebsmittel können teilweise sowohl als Wärmeenergiespeicher als auch als Wärmeenergiequellen benutzt werden. So kann z. B. Restwärme aus einem Abwassersammelbehälter entnommen und über das in der Ringleitung zirkulierende Medium z. B. einem Heizregister für Raumluft zugeführt werden. Andererseits kann aber auch temporär z. B. die von einem Sonnenkollektor nach Sonnenuntergang aufgenommene Wärmemenge über die Ringleitung in einen Erdspeicher geleitet und dort zwischengespeichert werden.
Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht in einfacher Weise die Einspeisung, Speicherung und Verteilung von Wärmeenergie eines oder mehrerer Wärmeenergiequellen gleichzeitig oder nacheinander zu jedem an der Ringleitung angeschlossenen Speicher bzw. Verbraucher. Es können Wärmeenergiequellen, Wärmeenergiespeicher und Wärmeenergieverbraucher beliebig kaskadenartig miteinander verschalten werden. Im Prinzip ist es mit der Anlage möglich, jede gespeicherte Wärmeenergiemenge aus unterschiedlichen Wärmeenergiespeichern zu jeder Zeit auf beliebige Wärmeenergieverbraucher zu übertragen. Die Effizienz bei der Wärmeenergieumwandlung, -speicherung, -verteilung und -nutzung wird dadurch wesentlich verbessert. Des Weiteren wird nur die elektrische Energie für eine einzige Antriebseinheit benötigt, nämlich für die Umwälzpumpe in der zentralen Ringleitung. Weiterhin ist es möglich, jede gewünscht vorteilhafte Temperaturdifferenz zur Ertrags- und Leistungssteigerung einer beliebigen Wärmeenergiequelle zu erreichen und/oder zu halten. Weiterhin kann vorhandene Wärmeenergie vollständig und auch mit tiefer Nutztemperatur auf die jeweils unterschiedlichen Wärmeenergiespeicher und -verbraucher übertragen werden. Weiterhin können z. B. Wärmerückgewinnungsanlagen und regenerative bzw. alternative Wärmeenergiequellen als weitere Betriebsmittel an die Ringleitung der Anlage angeschlossen werden. Schließlich können auf Grund der unmittelbaren und bedarfsorientierten Umverteilung von Wärmeenergiemengen über die zentrale Ringleitung und des überwiegend niedrigen Temperaturniveaus auch die Speicherverluste reduziert werden. Schließlich kann ein bedarfs- und nutzungsorientiertes Steuer- und Regelsystem eingesetzt werden, womit gezielt vorbestimmte Wärmeenergiemengen umgewandelt, zwischengespeichert und umverteilt werden können.
Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht somit eine erheblich verbesserte Nutzung von allen in einem Gebäude zirkulierenden Wärmeenergieströmen. Dabei wird bei der Erfindung unter dem Begriff Wärmeenergie thermische Energie verstanden. Deren Fluss bewirkt abhängig von der jeweiligen Richtung in bekannter Weise eine Erwärmung oder auch Abkühlung im Inneren von kaskadenartig zusammen geschalteten wärmetechnischen Betriebsmitteln. Die Temperatur im Inneren z. B. eines Wärmeenergiespeichers nimmt also z. B. ab, wenn daraus mit Hilfe des Wärmeenergie tragenden Mediums Wärmeenergie entnommen wird, während in Folge davon die Temperatur z. B. im Inneren eines Wärmeenergieverbrauchers oder anderen Betriebsmittels zunimmt.
Weitere Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Steuerung einer derartigen Anlage. Diese und weitere vorteilhafte Ausführungsformen derselben werden an Hand der kurz angeführten Figuren nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Kaskade von Wärmeenergiequellen, Wärmeenergiespeichern und Wärmeenergieverbrauchern, welche über eine zentrale Ringleitung mit zentraler Umwälzpumpe miteinander verschaltbar sind;
2 das Prinzipschaltbild von 1, welches um eine Steuerung, Messeinrichtungen und diese verbindende Fühlerleitungen erweitert ist;
3 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung am Beispiel einer Gebäudeenergieanlage;
4 zeigt ein Prinzipschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels, das auf dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels beruht, und das dieses um einen gemischten Heizkreis EQ5, EV5 erweitert.
5 zeigt ein Prinzipschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anlage mit zwei dezentralen Wärmeenergiequellen EQ, EQ4;
6 zeigt ein Prinzipschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einer zweiten Ringleitung RL2;
7 zeigt ein Prinzipschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einer zweiten abschaltbaren Ringleitung RL2 und zwei dezentralen Wärmeenergiequellen EQ, EQ3;
8 zeigt ein Prinzipschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einer zweiten abschaltbaren Ringleitung RL2, die an einer dritten Anschlussstelle AS3 der zentralen Ringleitung RL über eine Wärmeenergiequelle EQ3 schaltbar angeschlossen ist;
9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Steuerungsverfahrens zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Anlage.
1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Anlage gemäß der Erfindung. Dabei ist eine zentrale Ringleitung RL vorhanden, in der ein Wärmeenergie tragendes Medium mittels einer Umwälzpumpe UP zirkuliert wird. An der Ringleitung RL sind alle wärmetechnischen Betriebsmittel eines Gebäudes in der Art einer Kette angeordnet und können je nach Bedarf und Verfügbarkeit über jeweils zumindest ein zugeordnetes Ventil aktiviert bzw. deaktiviert werden. Bei diesen wärmetechnischen Betriebsmitteln handelt es sich um Wärmeenergiequellen EQ, Wärmeenergiespeicher ES und Wärmeenergieverbraucher EV, welche mittels der zugeordneten Ventile abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall kaskadenartig zusammengeschaltet werden können.
So sind im Schema der 1 beispielhaft drei Wärmeenergiespeicher ES1, ES2, ES3 vorhanden, die über ein zugeordnetes Ventil V11, V12, V13 in den Kreis der Ringleitung zugeschaltet oder davon weggeschaltet werden können. Weiterhin sind drei Wärmeenergieverbraucher EV1, EV2, EV3 vorhanden, welche ebenfalls über jeweils ein zugeordnetes Ventil V14, V15, V16 dem Kreis der Ringleitung zugeschaltet oder davon weggeschaltet werden können. Schließlich sind beispielhaft drei parallel geschaltete Wärmeenergiequellen EQ1, EQ2, EQ3 vorhanden, welche ebenfalls über ein zugeordnetes Ventil V2 anwendungsabhängig in die Ringleitung RL zugeschaltet oder davon wieder weggeschaltet werden können.
Die Topologie der erfindungsgemäßen Anlage hat den besonderen Vorteil, dass Betriebsmittel beliebigen Typs, die wärmetechnische Aufgaben in bzw. an einem Gebäude verrichten können, integrierbar sind. Die Kaskade der Betriebsmittel kann also anwendungsabhängig beliebig verlängert bzw. verkürzt werden. So ist es bei Vorhandensein z. B. von Investitionsmitteln problemlos möglich, zusätzliche wärmetechnische Betriebsmittel zu errichten und diese über zugeordnete Ventile in die Ringleitung zu integrieren. Andererseits kann aber ein Betriebsmittel z. B. bei einem Defekt oder z. B. auf Grund jahreszeitlich bedingter Unwirtschaftlichkeit abgeschaltet bleiben, ohne dabei die Funktionsfähigkeit der Ringleitung und die beliebige Kaskadierbarkeit der aktuell verfügbaren Betriebsmittel in Frage zu stellen.
So kann es sich bei den Wärmeenergiequellen EQ1 ... EQ3 z. B. um Heizkessel beliebiger Art, thermische Solarkollektoren, unterschiedliche Wärmepumpenarten, um die thermischen Ausgänge von Kälteaggregaten, Wärmetauscher am Fortluftstrom von Lüftungs- und/oder von Klimaanlagen und vieles mehr handeln. In die erfindungsgemäße Anlage sind somit beliebig viele Wärmeenergiequellen von unterschiedlichster Art und unterschiedlichstem Temperaturniveau integrierbar. Bei den Wärmeenergiespeichern ES1 ... ES3 kann es sich z. B. um thermische Pufferspeicher, wie z. B. Brauch- und Heizwasserspeicher, um Abwassersammelbehälter, Regenwasserzisternen, Erdwärmespeicher, thermoaktive Bauelemente und vieles mehr handeln. In die erfindungsgemäße Anlage sind somit ebenfalls beliebig viele Wärmeenergiespeicher von unterschiedlichster Art und unterschiedlichstem Temperaturniveaus integrierbar. Schließlich kann es sich bei den Wärmeenergieverbrauchern EV1 ... EV3 um Heizkreisläufe verschiedenster Temperatur, z. B. Radiatoren-, Wand-, Fußboden- bzw. Deckenheizungen, um Vor- oder Nachheizregister im Frischluftstrom von Belüftungsanlagen und vieles mehr handeln. In die erfindungsgemäße Anlage sind somit auch beliebig viele Wärmeenergieverbraucher von unterschiedlichster Art und unterschiedlichstem Temperaturniveaus integrierbar.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage liegt darin, dass alle wärmetechnischen Betriebsmittel eines Gebäudes unabhängig von ihrer Art und ihren bauartbedingten Temperaturniveaus über die zentrale Ringleitung RL und das darin mittels der Umwälzpumpe zirkulierende Medium zu einem zentralen Verteilungssystem von Wärmeenergie zusammengeschaltet werden können. Es ist somit möglich, abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall eine nahezu beliebige Kombination von wärmetechnischen Betriebsmitteln durch teilweise- oder vollständige Aktivierung bzw. Deaktivierung der zugeordneten Ventile zu kaskadieren. Der dabei durch Vermittlung über die Ringleitung stattfindende Wärmeenergiefluss erfolgt dabei insbesondere unter Berücksichtigung der Abstufung der bauartbedingten Temperaturniveaus der einzelnen Betriebsmittel.
So kann der Wärmeenergiefluss in der Ringleitung z. B. dazu benutzt werden, Wärmeenergie von einer Wärmeenergiequelle EQ einem oder mehreren Wärmeenergieverbrauchern EV direkt zuzuführen. Andererseits kann überschüssige Wärmeenergie aus einer Wärmeenergiequelle EQ, z. B. einem thermischen Sonnenkollektor, auch einem oder mehreren Wärmeenergiespeichern ES zugeführt und dort zwischengespeichert werden, z. B. einem Abwassersammelbehälter oder einer Regenwasserzisterne. Weiterhin kann z. B. ein aktuell niedriger Bedarf eines Wärmeenergieverbrauchers auch durch Zuschaltung eines Wärmeenergiespeichers erfolgen, welcher entsprechend geladen ist. Bei Bedarf ist es auch nicht ausgeschlossen, z. B. restliche Wärmeenergie aus einem Wärmeenergiespeicher mit höherem Temperaturniveau in einen Wärmeenergiespeicher mit einem niedrigeren Temperaturniveau umzulagern. Durch eine solche Maßnahme kann der Wärmeenergiespeicher mit dem niedrigeren Temperaturniveau wirtschaftlich gefüllt werden, während der Wärmeenergiespeicher mit dem höherem Temperaturniveau wieder verfügbar wird, um wieder wirtschaftlich mit Wärmeenergie höheren Niveaus beladen werden zu können. Weiterhin können wärmetechnische Betriebsmittel auch so kaskadiert werden, dass einem der wärmetechnischen Betriebsmittel Wärmeenergie gezielt entzogen und einem anderen Betriebsmittel, welches vorteilhaft ein möglichst nächst niedrigeres Temperaturniveau aufweist, zugeführt wird.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anlage kann eine nahezu uneingeschränkte Einspeisungen und Umverteilungen von Wärmeenergie zwischen den wärmetechnischen Betriebsmitteln in einem Gebäude (auch jedes anderen Objekts/Projekts mit einem Bedarf an thermischer Energie in Form von Wärme oder Kälte) vorgenommen werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß über eine gezielte kaskadenartige Verschattung von Betriebsmitteln. Hierzu werden vorteilhaft solche Betriebsmittel ausgewählt, die einen auf den jeweils vorliegenden Anwendungsfall am besten passenden Wärmeenergieinhalt aufweisen. Diese können selektiv über die jeweils zugeordneten Ventile und die Ringleitung kaskadiert werden, so dass die jeweils notwendige bzw. gewünschte Umverteilung von Wärmeenergie für einen vorbestimmten Zeitraum über die zentrale Ringleitung vorgenommen werden kann.
Je nach Ausführung und rohrleitungstechnischer Verschaltung kann es sich bei den Ventilen V11 ... V16, V2 z. B. um einfache auch binäre Zweiwegeschaltventile handeln, womit ein wärmetechnisches Betriebsmittel vollständig zu- bzw. abgeschaltet werden kann. Andererseits können aber auch anforderungsspezifische Regeleinrichtungen wie z. B. stufenlos regelbare Drosselventile oder Mischer eingesetzt werden. So sind im Beispiel der 1 die Ventile V11 bis V16 als schaltbare Absperrventile und das Ventil V2 als umschaltbares Dreiwegeventil ausgeführt. Um für jeden gewünschten Energietransport eine besonders energieeffiziente Temperaturdifferenz herzustellen zu können, ist die Umwälzpumpe UP in der zentralen Ringleitung RL vorteilhaft drehzahlregelbar.
Dementsprechend verfügen gemäß einer vorteilhaften, im Beispiel der 1 bereits dargestellten weiteren Ausführung der Erfindung die Wärmeenergiespeicher ES1 ... ES4 und Wärmeenergieverbraucher EV1 ... EV4 der Anlage über abgestufte Temperaturniveaus und sind über jeweils zumindest ein zugeordnetes erstes Ventil V11 ... V17 an die zentrale Ringleitung RL zu- bzw. wegschaltbar, während die mindestens eine Wärmeenergiequelle EQ1 ... EQ3 an eine Einspeiseleitung EL angeschlossen ist, welche in die Ringleitung RL über ein zweites Ventil V2 zu- bzw. wegschaltbar ist. Es können auch weitere Wärmeenergiequellen mittels zusätzlicher Einspeiseleitungen an beliebiger Stelle an der Ringleitung RL angeschlossen sein und bei Bedarf zugeschaltet werden.
Besonders vorteilhaft ist in 2 das zweite Ventil V2 als ein Dreiwegeventil ausgebildet, welches in einem ersten Betriebszustand die Einspeiseleitung EL über eine Bypassleitung BL in der Ringleitung RL kurzschließt, und in einem zweiten Betriebszustand die Einspeiseleitung EL durch eine teilweise oder vollständige Abschaltung der Bypassleitung BL in die Ringleitung RL zuschaltet. Auch diese Ausführung ist in 1 bereits dargestellt, wobei die Strömungen des Mediums in der Ringleitung RL im ersten Betriebszustand mittels eines strichlierten Pfeils 6 und im zweiten Betriebszustand mittels eines strichlierten Pfeils 4 symbolisiert sind. Hiermit kann die Anlage zwischen einem ersten Zustand der reinen Umverteilung von Wärmeenergie zwischen Wärmeenergiespeichern ES und Wärmeenergieverbrauchern EV, und einem zweiten Zustand der Einspeisung von Wärmeenergie aus den Wärmeenergiequellen und dem Transport zu den Wärmeenergiespeichern und Wärmeenergieverbrauchern auf einfache Weise umgeschaltet werden. Hiermit nimmt die verlustarme Steuerbarkeit der Anlage erheblich zu.
2 zeigt das Prinzipschaltbild der Anlage gemäß 1, welche um eine zusätzliche Steuerung S, um Messfühler TM1x, TM2x und diese mit der Steuerung S verbindenden Fühlerleitungen FL1, FL2 erweitert ist. So ist gemäß einer ersten, weiteren Ausführung der Erfindung eine erste Gruppe von Temperaturfühlern TM1x zur Erfassung der Temperaturen des Wärmeenergie tragenden Mediums im Inneren der wärmetechnischen Betriebsmittel ES, EV, EQ vorhanden. Diese sind über Fühlerleitungen FL1 an die Steuerung angeschlossen. Die Temperaturfühler TM1x sind im Beispiel der 2 in Form eines Punktes im Inneren der Betriebsmittel symbolisiert. In der Praxis können natürlich auch mehrere Temperaturfühler im Inneren eines Betriebsmittels verteilt angeordnet sein, damit die Steuerung aus einer genaueren Erfassung von Temperaturverteilungen im jeweiligen Betriebsmittel präzisere Werte für die mittlere Temperatur des Mediums in dem Betriebsmittel und von dessen zeitlichem Verlauf bestimmen kann.
Gemäß einer zweiten, weiteren Ausführung der Erfindung ist vorteilhaft eine zweite Gruppe von Temperaturfühlern TM2x zur Erfassung der Zu- und Ablauftemperaturen des Wärmeenergie tragenden Mediums von Betriebsmitteln ES, EV, EQ vorhanden, welche in die Ringleitung RL zugeschaltet sind. Im Beispiel der 2 sind diese Temperaturfühler TM2x über Fühlerleitungen FL2 an die Steuerung angeschlossen. Es ist besonders vorteilhaft, wenn diese Temperaturfühler TM2x der zweiten Gruppe direkt an der Ringleitung RL im Bereich des Ein- bzw. Auslaufes des Mediums in bzw. aus dem jeweils zugeordneten Betriebsmittel ES, EV, EQ angeordnet sind. Schließlich ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich eine Durchflussmengenmesseinrichtung FLM in der Ringleitung RL zur Erfassung des aktuellen Durchflusses des Wärmeenergie tragenden Mediums vorhanden ist. Hiermit können die jeweiligen Energiemengen innerhalb des Kreislaufs präzise ermittelt und effizient verteilt werden.
Die Ausstattung der Anlage mit derartigen Messeinrichtungen ermöglicht der Steuerung auf Grund der Erfassung der Temperaturwerte des Wärmeenergie tragenden Mediums in den einzelnen Betriebsmitteln eine Bestimmung derjenigen wärmetechnischen Betriebsmittel, welche zur Erfüllung einer im Gebäude angeforderten Zu- bzw. Abführung von Wärmeenergie in ein bzw. aus einem Betriebsmittel bei möglichst minimalen Verlusten über die zentrale Ringleitung miteinander kaskadierbar sind. Es ist somit eine bedarfsoptimale Einspeisung und Umverteilung von Wärmeenergie durch die Steuerung möglich. Bei dieser Auswahl wird von der Steuerung sowohl die Verfügbarkeit als auch das Temperaturniveau der zur Auswahl stehenden wärmetechnischen Betriebsmittel der Anlage berücksichtigt. Dabei ist ein wärmetechnisches Betriebsmittel im obigen Sinne verfügbar, wenn entweder der Temperaturwert des Mediums im Inneren so hoch ist, dass bei einer Wärmeabgabe durch Umverteilung über eine diesem Prozess zugeordnete Ringleitung der Bedarf im anfordernden Betriebsmittel abdeckt werden kann, oder der Temperaturwert des Mediums in seinem Inneren so niedrig ist, dass eine Wärmeeinleitung durch Umverteilung über eine zentrale Ringleitung von einem abgebenden Betriebsmittel möglich ist.
Weiterhin werden dabei die systembedingten Temperaturniveaus der einzelnen Betriebsmittel berücksichtigt, wobei das jeweils bauartbedingte Temperaturniveau auch ein Indikator für die Leistungsfähigkeit eines Betriebsmittels zur Bereitstellung, Speicherung bzw. Abgabe von Wärmeenergie darstellt.
So ist es vorteilhaft, wenn die Steuerung z. B. bei einer Wärmeenergieeinspeisung von einer Wärmeenergiequelle in einen oder mehrere Wärmeenergiespeicher, die verfügbaren Wärmeenergiespeicher in einer solchen Reihenfolge an die zentrale Ringleitung zuschaltet, dass dies möglichst mit abnehmendem Temperaturniveau der Wärmeenergiespeicher erfolgt. Es sei z. B. angenommen, dass im Beispiel der 2 der Speicher ES1 das höchste Temperaturniveau, der Speicher ES2 ein mittleres Temperaturniveau und der Speicher ES3 das niedrigste Temperaturniveau aufweist. Die Steuerung wird in diesem Falle zunächst denjenigen Speicher durch Betätigung von dessen Ventil an die zentrale Ringleitung zuschalten, der ein relativ zum Temperaturniveau der einspeisenden Wärmeenergiequelle möglichst nächst liegendes Temperaturniveau aufweist.
Im Beispiel der 2 sei exemplarisch angenommen, dass z. B. die Wärmeenergiequelle EQ3 einen mit Öl betriebenen Heizkessel, die Quelle EQ2 einen thermischen Solarkollektor, die Quelle EQ1 eine Wärmepumpe, und der Wärmeenergiespeicher ES einen Trinkwasserwärmespeicher, der Speicher ES2 einen Heizwasserwärmespeicher und der Speicher ES3 einen Erdwärmespeicher oder Abwassersammelbehälter darstellen. Weiterhin kann z. B. der Wärmenergieverbraucher EV1 eine Radiatorenheizung, der Verbraucher EV2 eine Fußbodenheizung und der Verbraucher EV3 das Heizregister eines Lüftungsaggregats darstellen. Mit der erfindungsgemäßen Anlage ist es möglich, Wärmeenergie durch Vermittlung über die zentrale Ringleitung bei Bedarf uneingeschränkt zwischen den angeschlossenen Betriebsmitteln auszutauschen, solange die jeweiligen Betriebsmittel verfügbar sind und die Einspeisung bzw. Umverteilung von Wärmenergie möglichst in Betriebsmittel erfolgt, die ein vorteilhaft niedrigeres Temperaturniveau aufweisen.
Ist z. B. auf Grund von Tageszeit und Wetterbedingungen der Solarkollektor EQ2 verfügbar, und sind z. B. auf Grund eines geringen Restwärmeenergiegehaltes sowohl der Trinkwasserpufferspeicher ES1 als auch der Heizwasserwärmespeicher ES2 verfügbar, so kann die Steuerung durch Aktivierung der Ventile V2, V11, V12 alle drei Betriebsmittel in die Ringleitung RL zuschalten. In diesem Falle werden beide Speicher ES1 und ES2 kaskadenartig mit Wärmeenergie befüllt. Nimmt daraufhin z. B. die Verfügbarkeit des Solarkollektors z. B. wegen der fortgeschrittenen Tageszeit und die Verfügbarkeit der Speicher ES1, ES2 auf Grund von bereits starker Beladung mit Wärmeenergie allmählich ab, so kann die Steuerung z. B. die beiden Speicher ES1, ES2 wieder wegschalten und statt dessen den Speicher mit dem niedrigsten Temperaturniveau, in diesem Falle den Abwassersammelbehälter oder Erdwärmespeicher ES3, über dessen Ventil V13 in die Ringleitung RL zuschalten. Diese können dann mit der vom Solarkollektor EQ2 umgewandelten Energiemenge auch mit tiefem Temperaturniveau beladen werden.
Mit der erfindungsgemäßen Anlage ist es auch möglich, dass Wärmeenergie durch Vermittlung über die zentrale Ringleitung von einem Speicher in einen anderen Speicher umgeladen wird. Befindet sich z.B. im Heizwasserspeicher ES1 nur noch geringe Restenergie, so kann diese z. B. in der Nacht in den Abwassersammelbehälter ES2 umgeladen werden. Die hierdurch bewirkte Tiefentladung des Heizwassersammelbehälters ES1 kann z. B. genutzt werden, damit dieser am darauf folgenden Tag über den Solarkollektor EQ2 oder während einer folgenden Sondertarifzeit mit verbilligtem Wärmestrombezug von der Wärmepumpe EQ3 wieder möglichst vollständig mit Wärmeenergie beladen werden kann.
Abhängig von den aktuellen Messwerten der einzelnen Temperaturfühler und den sich daraus ergebenden Verfügbarkeiten der einzelnen Betriebsmittel kann die Steuerung z. B. bei der Anforderung von Wärmeenergie durch einen Wärmeenergieverbraucher genau diejenigen anderen Betriebsmittel der Anlage ermitteln, durch deren Zuschaltung die anstehende Wärmeenergieanforderung möglichst wirtschaftlich gedeckt werden kann. Sind die Wärmeenergiespeicher der Anlage, wie oben beispielsweise beschrieben, ausreichend gefüllt, so muss hierzu nicht in jedem Falle eine Wärmeenergiequelle Q über das Ventil V2 zugeschaltet werden. Vielmehr kann ein solcher Wärmeenergiebedarf auch durch eine Umverteilung von Wärmeenergie aus einem oder mehreren Speichern über die zentrale Ringleitung RL erfolgen. Abhängig von dem notwendigen Temperaturniveau und ggfs. der zu übertragenden Wärmeenergiemenge in dem anfordernden Wärmeenergieverbraucher werden von der Steuerung vorteilhaft diejenigen Wärmeenergiespeicher ausgewählt und in die Ringleitung zugeschaltet, welche im Vergleich zum Temperaturniveau des Wärmeenergieverbrauchers ein möglichst nächst höheres Temperaturniveau aufweisen. Es wird damit erreicht, dass zunächst die Wärmeenergiespeicher mit dem möglichst niedrigen Temperaturniveau entleert werden, bevor Wärmeenergie aus Speichern mit einem höheren Niveau entnommen wird.
Mit Aktivierung bzw. Deaktivierung des Ventils V2 kann somit die in den Figuren dargestellte beispielhafte Anlage umgeschaltet werden zwischen den Betriebsarten der Einspeisung bzw. Umverteilung von Wärmeenergie in die bzw. zwischen den angeschlossenen wärmetechnischen Betriebsmitteln.
Die Erfindung ermöglicht somit eine insbesondere gleitende Wärmeenergieübertragung zwischen wärmetechnischen Betriebsmitteln, die unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisen und kaskadenartig über die Ringleitung miteinander verbunden werden können. Durch die bevorzugt abgestuften Temperatur-Nutzungsebenen kann eine optimierte Be- und/oder Entladung der Betriebsmittel mit Wärmeenergie unter Umständen auch gleichzeitig erfolgen. Diese Kombination der einzelnen Temperaturbereiche nacheinander wirkt leistungssteigernd und gewährleistet eine größtmögliche Energienutzung. Sie kann von der Steuerung sowohl mit dem Ziel der Erreichung einer größtmöglichen Temperaturdifferenz – d. h. zur Erzielung eines maximalen Wärmeertrags – als auch mit dem Ziel der Erreichung einer niedrigen Temperaturdifferenz – d. h. zur Erzielung einer möglichst hohen Nutztemperatur – betrieben werden.
Bei einer bevorzugten, weiteren Ausführung der Erfindung werden von der Steuerung zusätzlich zu den Messwerten der Temperaturfühler TM1x, TM2x des Wärmeenergie tragenden Mediums in den wärmetechnischen Betriebsmitteln ES, EV, EQ auch die Messwerte der Durchflussmengenmesseinrichtung FLM erfasst und auswertet. Diese ist vorteilhaft unmittelbar in der zentralen Ringleitung RL platziert und erfasst die Strömungsmengen der Wärmeenergie im Medium.
Hiermit ist es möglich, dass von der Steuerung S die Anforderung einer Zu- bzw. Abführung einer vorgegebenen Wärmeenergiemenge durch ein oder mehrere wärmetechnische Betriebsmittel im Gebäude abgewickelt werden kann. Eine Steuerung bzw. Regelung der Wärmeenergieeinspeisung bzw. Umverteilung in der Anlage erfolgt somit nicht mehr nur unter alleiniger Berücksichtigung der unterschiedlichen, abgestuften Temperaturniveaus der einzelnen Betriebsmittel. Vielmehr kann eine gezielte Energiemengensteuerung vorgenommen werden, indem unter Auswertung der Temperaturverläufe des Mediums in bzw. an den Zu- und Abläufen der Betriebsmittel die pro Betriebsmittel aufgenommene bzw. abgegebene Wärmeenergiemenge erfasst wird. Von der Steuerung S werden dann die Ventile von denjenigen weiteren wärmetechnischen Betriebsmitteln angesteuert, die unter Berücksichtung von Verfügbarkeit und Wärmeenergieinhalt für die Durchführung der Zu- bzw. Abführung der vorgegebenen Wärmeenergiemenge bei möglichst minimalen Verlusten über die zentrale Ringleitung RL kaskadierbar sind.
Vorteilhaft kann dabei von der Steuerung bei einem von der zentralen Ringleitung RL abgeschalteten wärmetechnischen Betriebsmittel ES, EV, EQ aus dem Verlauf der Temperatur des Wärmeenergie tragenden Mediums die Verlustleistung des wärmetechnischen Betriebsmittels im Stillstand ermittelt werden. Dies ermöglicht der Steuerung, die Verfügbarkeit eines jeden wärmetechnischen Betriebsmittels bezüglich aktuellem Temperaturniveau und Energieinhalt zu jedem Zeitpunkt genau zu bestimmen. Es ist somit eine kontrollierte Einspeisung und/oder Umverteilung von Energiemengen zwischen ausgewählten wärmetechnischen Betriebsmitteln möglich, welche von der Steuerung S hierzu gezielt in die zentrale Ringleitung zugeschaltet werden. Die Steuerung kann zudem selbstoptimierend ausgeführt sein, so dass die Bestimmung der Stillstandsverluste selbsttätig und u. U. regelmäßig wiederkehrend vorgenommen wird.
3 zeigt eine beispielhafte, praktische Anwendung der Erfindung bei einer Gebäudeenergieanlage. Diese ist mit drei Wärmeenergiequellen EQ1, EQ2, EM, drei Wärmeenergiespeichern ES1, ES2, ES3 und drei Wärmeenergieverbrauchern EV1, EV2, EV3 ausgestattet. Dabei verfügt der Speicher ES1 über das höchste Temperaturniveau und besteht beispielhaft aus zwei Teilspeichern, einem Trinkwasserspeicher ES11 und einem Heizwasserspeicher ES12. Der Speicher ES1 kann über eine Dreiwegeventil V11 z. B. stufenlos der Ringleitung RL zugeschaltet werden. Überein unterlagertes Dreiwegeventil V111 kann das Medium in der Ringleitung weiterhin entweder nur dem Heizwasserspeicher ES12 oder der Reihenschaltung aus Heiz- und Brauchwasserspeicher ES11, ES12 zugeführt werden. Es ist weiterhin ein Speicher ES2 mit einem mittleren Temperaturniveau vorhanden, z. B. ein Abwassersammelbehälter, welcher über ein Dreiwegeventil V12 kontinuierlich zu- oder abgeschaltet werden kann. Schließlich ist ein dritter Speicher ES3 mit einem u. U. sehr niedrigen Temperaturniveau vorhanden, z. B. eine Regenwasserzisterne oder ein Erdwärmespeicher, welcher über ein Schaltventil V13 aktivierbar ist.
Abhängig von der Wärmeabgabefähigkeit der Quellen EQ1 ... EQ2, welche von der Bauart und dem momentanen Betriebszustand abhängig ist, kann Wärmeenergie abhängig von deren Temperaturniveau in den jeweils verfügbaren und am besten geeigneten Speicher eingelagert werden, sofern kein aktueller Wärmeenergiebedarf bei anderen angeschlossenen Betriebsmitteln besteht.
Weiterhin sind an der in 3 gezeigten Anlage drei Verbraucher angeschlossen. Dabei verfügt der Verbraucher EV1 über das höchste Temperaturniveau und stellt z. B. eine Niedertemperaturheizung dar. In diesem Anwendungsbeispiel ist dieser Niedertemperaturheizkreis direkt mit dem Wärme transportierenden Medium gefüllt. Der zweite Verbraucher EV2 verfügt über ein mittleres Temperaturniveau und stellt z. B. eine Fußboden- oder Wandheizung dar, welche über einen Plattenwärmetauscher an die Ringleitung RL angeschlossen ist. Beide Verbraucher können über jeweils ein zugeordnetes Ventil V15, V16 zu- bzw. abgeschaltet werden. Der dritte Verbraucher EV4 ist beispielhaft eine Wohnraumlüftungsanlage mit niedrigem Temperaturniveau. Diese ist beispielhaft bei der Ansaugstelle von Außenfrischluft ZV41 mit einem Vorheizregister EV41 und bei der Abgabestelle von Raumfrischluft ZV42 mit einem Nachheizregister EV42 ausgestattet. Zur bedarfsabhängigen Zu- und Abschaltung der Heizregister in diesem Lüftungsaggregat EV4 in den Kreislauf der zentralen Ringleitung RL sind Ventile V14, V141 vorhanden.
Von dem Lüftungsaggregat wird weiterhin Raumabluft AV42 aus dem Gebäude entnommen und als Abluft AV41 in die Umgebung abgegeben. In diese Strömung kann eine Wärmerückgewinnungsanlage eingebaut sein. Diese wirkt als eine Wärmeenergiequelle, welche die gewonnene Wärmeenergie in die zentrale Ringleitung zurückspeisen kann. Die hierfür notwendigen Aggregate, Verrohrungen und Ventile wurden aus Gründen der besseren Übersicht in Beispiel der 3 nicht eingezeichnet.
Aufbauend auf dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel zeigt 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, das mit einem zweiteiligen Wärmespeicher ES1 an der Ringleitung RL ausgestattet ist. An dem Heizwasserspeicher ES1 ist eine als gemischter Heizkreis ausgeführte Teilheizungsanlage, umfassend einen klassischen Heizkessel EQ 5, und einen zweiteiligen Wärmeenergieverbraucher EV5 die als Niedertemperaturheizung (z. B. Fußbodenheizung) ausgebildet sein kann, angeschlossen. Das 3-Wege Umschaltventil V22 in diesem Teilkreis dient der Zu- und Abschaltung der Wärmeenergieverbraucher EV5 und damit einer Umschaltung zwischen einer reinen Beladung des Wärmespeichers ES12 und einer Versorgung der Wärmeenergieverbraucher EV5. Hierdurch kann beispielsweise der Wärmeenergiespeicher ES12 alleine beladen werden, um eine Reduzierung der Schalthäufigkeit des Brenners EQ5 durch Vergrößerung des Gesamtwasservolumens zu erreichen.
Dabei ist sowohl Heizen als auch Kühlen (auch zeitgleich) möglich. Je nach Tages-, bzw. Jahreszeit, und insbesondere bei Gebäuden mit gleichzeitiger Anforderung von Wärme und Kälte (z. B. in Gebäuden mit Glasfassaden) kann überschüssige Wärme in Wärmeenergiespeichern eingespeichert werden, bzw. abgekühltes Wärmemedium durch die Ringleitung RL oder durch angeschlossene Teilringleitungen geleitet werden. Abgebildet ist die passive Kühlung über Erdwärmespeicher. Auch kann an beliebiger Stelle der Ringleitung eine Kältequelle eingesetzt werden, um eine aktive Kühlung zu ermöglichen.
Die in der 5 dargestellte Anlage entspricht im wesentlichen der in 1 dargestellten Anlage, erweitert diese jedoch durch eine vierte Wärmeenergiequelle EQ4, die baulich und technologisch getrennt von der eine Kaskade aus drei Energiequellen EQ1 bis EQ3 umfassenden Wärmeenergiequelle EQ an der Ringleitung RL angeordnet ist. Die vierte Wärmeenergiequelle EQ4 kann beispielsweise eine Erdwärmepumpe oder dergleichen, eine nur saisonal verfügbare oder transportable Wärmequelle wie transportable Sonnenkollektoren oder dergleichen sein, oder sie kann eine Notenergiequelle, wie ein Holzofen etc darstellen, die bei Ausfall der Hauptwärmeenergiequelle EQ durch Umschalten des Dreiwegeventils V21 in die Ringleitung RL in Strömungsrichtung 4 eingeschaltet werden kann. Hierdurch zeigt sich die Flexibilität der vorgeschlagenen Anlage, da an jeder beliebigen Stelle der Ringleitung RL weitere Wärmeenergiequellen (EQ), Wärmeenergieverbraucher (EV) und Wärmeenergiespeicher (ES) auch nachträglich entweder durch Zweiwegeventile V11–V17 oder Dreiwegeventile V2, V21 zuschaltbar angeordnet werden können.
Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht es, abhängig vom aktuellen Bedarf an Wärmeenergie in den Verbrauchern und abhängig von der Verfügbarkeit von Wärmeenergie auf Grund der jeweiligen Befüllung der Speicher bzw. der Abgabefähigkeit der Quellen, alle für eine Zu- und/oder Abführung von Wärmeenergie benötigten Betriebsmittel über die zugeordneten Ventile bedarfsgerecht in die Ringleitung zuzuschalten bzw. davon abzukoppeln. So kann z. B. eine im Abwassersammelbehälter ES2 enthaltene Restwärmemenge dem Nachheizregister EV42 zugeführt werden. Weiterhin kann selbst eine geringe Restwärmemenge aus dem Erdwärmespeicher ES3 z. B. noch dem Vorheizregister EV41 zugeführt werden. Selbstverständlich kann ein hoher Wärmeenergiebedarf im Verbraucher EV1 entweder aus dem Speicher ES12 oder nach Umschaltung auf Einspeisebetrieb auch direkt über die Wärmeenergiequelle EQ3 gedeckt werden. In Abhängigkeit der Kapazität dieser Betriebsmittel können die Prozesse der Beladung des Speichers und des Wärmeenergieverbrauchers auch kaskadiert erfolgen.
6 stellt eine Prinzipskizze einer Weiterentwicklung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels dar. In dieser Anlage umfasst die Wärmeenergiequelle EQ zwei einzelne Energiequellen, z. B. einen Sonnenkollektor EQ1 und einen konventionellen Ölbrenner EQ2, die über eine Einspeiseleitung EL mittels eines Dreiwegeventils V2 trennbar an die Ringleitung RL angeschlossen sind. An die zentrale Ringleitung RL sind des weiteren ein Wärmeenergiespeicher ES1 über ein Binärventil V11 und zwei Wärmeenergieverbraucher EV2 und EV3 über Binärventile V15 bzw. V14 unabhängig voneinander zu- und abschaltbar. An zwei Anschlussstellen AS2, AS1, zwischen denen in Fließrichtung die Umwälzpumpe UP angeordnet ist, ist eine zweite Ringleitung RL2 direkt an die zentrale Ringleitung RL angeschlossen. Das durch die zentrale Ringleitung RL strömende wärmetragende Medium verteilt sich somit auf einen Teilstrom, der durch die zentrale Ringleitung RL fließt, und einen Teilstrom, der die zweite Ringleitung RL2 durchströmt. Es ist dabei denkbar, dass an den Anschlussstellen AS1, AS2 steuerbare Strömungsaufteiler bzw. Verteilerventile angeordnet sind, die die Menge des abgezweigten Wärmemediums steuert. An der zweiten Ringleitung RL2 sind zwei weitere Wärmeenergiespeicher ES2 und ES3, die jeweils über ein zugeordnetes Binärventil V31 bzw. V32 unabhängig voneinander zu- und abschaltbar sind, und ein dritter Wärmeenergieverbraucher EV3, der über ein Binärventil V33 zu- und abschaltbar ist, angeordnet.
Aufgrund der direkten Verbindung der zweiten Ringleitung RL2 mit der zentralen Ringleitung RL kann auch ein Teil des die Wärmeenergie tragenden Mediums durch die zweite Ringleitung RL2 fließen, in der parallel und unabhängig von der Wärmekaskade der Ringleitung RL eine zweite Wärmekaskade durch die Betriebsmittel ES2, ES3 und EV3 gebildet wird, wobei beide Wärmekaskaden durch die gemeinsame Wärmeenergiequelle EQ mit Wärmeenergie versorgt werden. Die zweite Ringleitung RL2 ermöglicht eine unabhängige Wärmekaskadierung in den daran angeschlossenen Betriebsmitteln gegenüber der Wärmekaskade der an der zentralen Ringleitung RL angeschlossenen Betriebsmittel, und ermöglicht zum einen eine hohe Störsicherheit des Anlagenbetriebs im Hinblick auf eine redundanten Anlagenkonzeption, andererseits eine unabhängige Wärmeversorgung bestimmter Gebäudeteile durch die Ringleitung RL2 auf einem gänzlich anderen Temperaturniveau. Des weiteren ermöglicht das Vorhandensein einer zweiten bzw. mehrerer abgezweigter Ringleitungen RL2 eine dynamische Verteilung von Wärmeenergien zwischen den einzelnen durch die Ringleitungen RL, RL2 definierten Wärmekapazitätskaskaden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass ein Teil der in dem Wärmespeicher ES1 der zentralen Ringleitung RL gespeicherten Wärmeenergie in die zweite Ringleitung RL2 abgezweigt wird, und zur Aufladung der Wärmeenergiespeicher ES2 oder ES3 oder zur Versorgung des Wärmeenergieverbrauchers EV3 verwendet wird, wodurch Wärmeenergie der zentralen Ringleitung RL in die Wärmekaskade der zweiten Ringleitung RL2 übernommen wird.
Aufbauend auf den in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen zeigt 7 eine Kombination und Weiterentwicklung dieser Ausführungsbeispiele, bei der die zweite Ringleitung RL2 mittels eines Strömungsaufteilers, in diesem Ausführungsbeispiel als Dreiwegeventil V41 ausgebildet, an die zentrale Ringleitung RL zu- bzw. abschaltbar angeschlossen ist. In der zweiten Ringleitung RL2 ist der Energiespeicher ES1 in Reihe eingeschaltet, dies bedeutet, dass das wärmetragende Medium bei zugeschaltetem Ventil V41 komplett durch den Wärmeenergiespeicher ES1 fließt und diesen auflädt. Daneben ist ein weiterer Wärmeenergiespeicher ES3 über ein Binärventil V32 zu- und abschaltbar an die Ringleitung RL2 angeschlossen. Schließlich ist ein Wärmeenergieverbraucher EV1 über ein Dreiwegeventil V33 schaltbar an die zweite Ringleitung RL2 angeschlossen. Die Anlage umfasst ebenfalls eine aus zwei einzelnen Wärmeenergiequellen EQ1, EQ2 bestehende Wärmeenergiequelle EQ, die zu- und wegschaltbar durch das Dreiwegeventil V2 an die Ringleitung RL angeschlossen ist. Baulich getrennt hiervon ist eine weitere Wärmeenergiequelle EQ3, beispielsweise eine Wärmepumpe, angeordnet, die über ein weiteres Dreiwegeventil V21 trennbar an die zentrale Ringleitung RL angeschlossen ist, und unabhängig von der Wärmeenergiequelle EQ an die Ringleitung RL zu- oder abschaltbar Wärmeenergie in das Ringleitungssystem abgibt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ermöglicht aufgrund des Dreiwegeventils V41 eine vollständige Abkopplung der Ringleitung RL2 von der Ringleitung RL, so dass die an der Ringleitung RL2 angeschlossenen Betriebsmittel bei Bedarf zu- und wegschaltbar sind. Dies hat den Vorteil, das beispielsweise zur Erhöhung der Störsicherheit oder Erhöhung bzw. Einsparung von Wärmeenergie, beispielsweise bei hohem Energieertrag von nur zeitbegrenzt zur Verfügung stehenden Wärmeenergiequellen EQ, wie Sonnenkollektoren oder Wärmepumpen, die Betriebsmittel der Ringleitung RL2 zur Speicherung überschüssiger Wärmeenergie zugeschaltet oder zur Einsparung von Wärmeenergie in Zeiten niedriger Wärmeenergieerzeugung abgeschaltet werden können.
Aufbauend auf dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel stellt die Prinzipskizze der 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer zweiten Ringleitung RL2 dar. Im Unterschied zu dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel verbindet die Wärmeenergiequelle EQ3 bei der vorliegenden Anlage über ein Dreiwegeventil V42 die zentrale Ringleitung RL an der Anschlussstelle AS3 mit der zweiten Ringleitung RL2. Die Ringleitung RL2 ist somit zum einen an der Anschlussstelle AS1 über ein Dreiwegeventil V41 mit der Ringleitung RL verbunden, und kann bedarfsweise zu- und wegschaltbar Wärmeenergie aus dem Kreislauf der Ringleitung RL entnehmen und beispielsweise in dem Wärmeenergiespeicher ES1 und über das Ventil V32 steuerbar in den Wärmeenergiespeicher ES3 einlagern. Zum anderen kann an der Anschlussstelle AS3 über das Dreiwegeventil V42 steuerbar ein Teil des Wärmeenergie tragenden Mediums aus der Ringleitung RL entnommen, mittels der Wärmeenergiequelle EQ3 auf ein höheres energetisches Niveau gehoben und in die Ringleitung RL2 eingespeist werden, womit beispielsweise der Wärmeenergieverbraucher über das Dreiwegeventil V33 steuerbar direkt mit Wärmeenergie versorgt wird. Somit wird in der Ringleitung RL2 unabhängig von der Wärmekaskade der zentralen Ringleitung RL eine individuell einstellbare Wärmekaskade auf einem anderen energetischen Niveau eingerichtet, Es versteht sich dabei von selbst, dass die Reihenfolge von Wärmeenergiequellen EQ, Wärmeenergiespeichern ES und Wärmeenergieverbrauchern EV entlang der Ringleitungen RL, RL2 sowie die Lage der Anschlussstellen AS1, AS2, AS3 sowie die Lage der Umwälzpumpe an der Ringleitung RL beliebig ist und sich an den Einsatzzweck und -anforderung der Anlage orientiert. Als besondere Ausführung ist grundsätzlich eine Umkehr der Fließrichtung des wärmetragenden Mediums vorgesehen, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt ist.
9 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein Ausführungsbeispiel eines möglichen Steuerungsverfahrens für eine erfindungsgemäße Anlage: Zunächst wird zu einem Zeitpunkt M_J die Ist-Außentemperatur T_A und die Ist-Innentemperatur T_I eines mit der Anlage zu beheizenden Gebäudes gemessen.
Ausgehend von diesen Daten wird extrapolierend eine benötigte Wärmekapazität Q_Z zur Erreichung einer Ziel-Innentemperatur T_Z zu einem zukünftigen Zeitpunkt M_Z berechnet. Hierzu können Daten über die prognostizierte Entwicklung der Außentemperatur T_A und Innentemperatur T_I, gestützt auf empirische Daten oder Daten aus einem Wettervorhersagesystems, sowie Wärmeverlustcharakteristiken des Gebäudes aufgrund bekannter bzw. prognostizierten Temperaturdifferenzen zwischen Innen- T_I und Außentemperatur T_A berücksichtigt werden.
Nach Berechnung der zukünftig bereitzustellenden Wärmekapazität Q_Z wird mittels der Temperaturfühler TM1x, TM2x und gegebenenfalls weiterer Messvorrichtungen, wie z. B. Durchflussmengenmesseinrichtung FLM, oder Innentemperaturfühler der Zielebene die bereits in der Anlage, d. h. in den wärmetechnischen Betriebsmitteln EQ, ES und EV gespeicherte Wärmekapazität Q_J = f(TM1x, TM2x) ermittelt. Die zukünftig bereitzustellende Wärmekapazität kann vorteilhafterweise auch die bisherigen und/oder künftigen Stillstandsverluste der angeschlossenen Betriebsmittel EQ, ES und EV berücksichtigen. Hierzu entspricht die Wärmekapazität Q_J der frei verfügbaren Wärmekapazität, da in der Anlage beispielsweise auch Wärmeenergiespeicher vorhanden sein können, wie z. B. Trinkwasserwärmeenergiespeicher ES auf sehr hohem Temperaturniveau, welche einen definierten Energiebedarf bevorraten müssen, und deren Wärmekapazität nicht frei verfügbar ist. Jedoch können in der Anlage auch Trinkwasserwärmeenergiespeicher ES vorhanden sein, deren Wärmekapazität frei verfügbar ist, und die in Zeiten außerhalb der eingestellten Kernzeiten – zum Zwecke der Energieeinsparung – energetisch vorteilhaft tiefenentleert werden können, um deren Wärmeenergie für andere Aufgaben, z. B. zur Versorgung von Wärmeenergieverbrauchern EV, wie Radiatoren, Fussbodenheizungen, Schwimmbadheizungen etc., zur Verfügung zu stellen.
Anschließend wird aus der Differenz der zum Zeitpunkt M gespeicherten Wärmekapazität Q_J und der in Zukunft bereitzustellenden Wärmekapazität Q_Z, die bereits Stillstandsverluste im Zeitraum M_J bis M_Z berücksichtigen kann, die Menge der noch von den Wärmeenergiequellen EQ im Zeitraum M_J bis M_Z zu erzeugenden Wärmekapazität ΔQ bestimmt, die in den Wärmeenergiespeichern ES einzulagern ist.
In diesem Schritt wird die benötigte Wärmeenergiemenge mittels der oder den Wärmeenergiequellen EQ, der oder den Wärmenergiespeichern ES und dem oder den Wärmenergieverbrauchern EV erzeugt, gespeichert und verteilt, Dies ermöglicht die vorausschauende Energieumwandlung und Einlagerung von Wärmeenergie von nur zeitweise zur Verfügung stehenden Wärmeenergiequellen EQ, wie Sonnenkollektoren, in die Wärmeenergiespeicher ES und Wärmeenergieverbraucher EV und somit eine optimale Ausbeute von regenerativen Wärmenergiequellen.
Ebenfalls wird in dem Zeitraum M_J bis M_Z die Wärmekaskadierung zwischen den wärmetechnischen Betriebsmitteln EQ, ES und EV durch Steuerung der Ventile V11 ... V42 und der Drehzahl der Umwälzpumpe UP so eingestellt, dass zum einen die Temperaturanforderung T_Z in den Wärmeenergieverbrauchern EV zum Zeitpunkt M_Z erfüllt wird und zum anderen in der Anlage eine optimale Wärmekaskadierung innerhalb der wärmetechnischen Betriebsmittel im Hinblick auf minimale Wärmeverluste und höchste Wärmeeffizienz erreicht wird.
Dieses Steuerungsverfahren kann beliebig oft mit beliebigen Steuerungszeiträumen M_J bis M_Z durchgeführt werden, wobei sich der kürzeste Steuerungszeitraum an dem kürzesten Wärmeerzeugungszyklus der Wärmeenergiequellen EQ zu orientieren hat.
Ein Schwerpunkt der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, dass der oder die Wärmeenergiequellen stufenweise oder stufenlos an die Ringleitung zu- und wegschaltbar sind, wobei grundsätzlich nur eine einzige Umwälzpumpe zum Betrieb der Anlage notwendig ist. Jedoch kann es unter Umständen vorteilhaft sein, wenn neben der Umwälzpumpe UP weitere Hilfsumwälzpumpen, insbesondere in Ringleitungen vorgesehen sind, um einen genügend hohen Durchfluss des wärmetragenden Mediums in den Ringleitungen zu gewährleisten.
Eine Anlage nach Anspruch 1 oder 2 ermöglicht ein dynamisches Energiemanagement auch bei vollständig abgeschalteten Wärmeenergiequellen oder sonstigen wärmetechnischen Betriebsmittel, wobei vorhandene Hydraulik mit Pumpen- und Regeltechnik weiterhin auch ohne zugeschaltete Wärmeenergiequellen oder sonstige wärmetechnischen Betriebsmittel einsetzbar ist, was insbesondere bei der Nachrüstung von bestehenden Altanlagen die Umbaukosten drastisch reduziert und zu hohen Energieeinsparungen führt. Zum Beispiel lässt sich beim Einsatz solarer Wärmeenergiequellen auch außerhalb der Zeiten solaren Ertrages die gespeicherte Energie der Wärmeenergiespeicher nutzen bzw. alternative Wärmeenergiequellen zuschalten. Somit kann außerhalb der Zeiten von Sonnenerträgen oder außerhalb der Funktion anderer Wärmeenergiequellen der Wärmekreislauf durch Wegschalten der Wärmeenergiequellen „kurzgeschlossen" werden, und somit gespeicherte Wärmeenergie in der Wärmeverteilungsanlage dynamsich zwischen Wärmespeicher- und -verbraucher verteilt werden. Somit ist die Hydraulik in Form der Ringleitung auch bei weggeschaltetem Wärmeenergiequellen zur Energieumverteilung zwischen allen angeschlossenen Betriebsmitteln nutzbar. Insbesondere temporäre, d. h. nur zeitweise zur Verfügung stehende Wärmeenergiequellen wie Sonnenkollektoren lassen sich so effizient nutzen, indem ihre Wärme in Zeiten hoher Wärmeeinstrahlung ausnahmslos in den Wärmespeichern gespeichert wird, und in Zeiten niedrigen oder keines Sonnenertrags diese Wärmequellen weggeschaltet werden, so dass sie keine Wärme an die Umwelt abgeben. Des weiteren lassen sich bestimmte Temperaturniveaus zwischen den einzelnen Betriebsmitteln (Wärmequellen. -speicher, -verbraucher) durch stufenloses oder abgestuftes Mischen des in der Ringleitung zirkulierenden und Wärmeenergie tragenden Mediums mit den in den Betriebsmitteln befindlichen und Wärmekapazität gespeicherten Medien herstellen, und so ein dynamisches Energiemanagementkonzept realisieren. Am Beispiel der thermischen Solaranlage als Wärmeenergiequelle wird aufgezeigt, dass Wärmeenergie unter Umgehung des Energiespeichers auch direkt einem oder mehreren Energieverbrauchern (im Falle einer Energieanforderung) zugeführt werden kann. Dadurch können sonst übliche Energieverluste, welche bei m Transport und der Energiespeicherung entstehen, nahezu vollständig ausgeschlossen werden.

EQ: Kaskade von Wärmeenergiequellen
EQ1: erste Wärmeenergiequelle mit höchsten Energieniveau, z. B. Heizkessel
EQ2: zweite Wärmeenergiequelle mit mittlerem Energieniveau, z. B. thermischer Solarkollektor
EQ3, EQ4,: Dritte, vierte und fünfte Wärmeenergiequelle mit niedrigem
EQ5: Energieniveau, z. B. Wärmepumpe oder anderer Energieumwandler
ES: Kaskade von Wärmeenergiespeichern
ES1: erster Energiespeicher mit sehr hohem Energieniveau, z. B. Pufferspeicher
ES11: erster Teilspeicher mit höchstem Energieniveau, z. B. Brauchwasserspeicher
ES12: zweiter Teilspeicher mit hohem Energieniveau, z. B. Heizwasserspeicher
ES2: zweiter Energiespeicher mit mittlerem Energieniveau, z. B. Abwassersammler
ES3: dritter Energiespeicher mit (sehr) niedrigem Energieniveau, z. B. Regenwasserzisterne, Erdwärmespeicher, Soleleitungen
EV: Kaskade von Wärmeenergieverbrauchern
EV1: erster Energieverbraucher mit höchstem Energieniveau, z. B. Warmwasserheizkreis
EV2: zweiter Energieverbraucher mit mittlerem Energieniveau, z. B. Niedertemperaturheizkreis (direkt oder indirekt über Plattenwärmetauscher)
EV3: dritter Energieverbraucher mit niedrigem Energieniveau, z. B. Fußbodenheizung
EV4: vierter Energieverbraucher mit sehr niedrigem Energieniveau, z. B. Lüftungsaggregat
EV41: erster Teilverbraucher mit niedrigstem Energieniveau, z. B. Vorheizregister
EV42: zweiter Teilverbraucher mit sehr niedrigem Energieniveau, z. B. Nachheizregister
EV5: Fünfter Energieverbraucher, z. B. Flächenfußbodenheizung
ZV41: Saugleitung Außenluft, z. B. kalte Außenfrischluft
AV41: Druckleitung Fortluft, z. B. abgekühlte Gebäudefortluft
ZV42: Druckleitung Zuluft, z. B. erwärmte Außenluft
AV42: Saugleitung Abluft, z. B. Raumabluft
L: Zentrale Ringleitung zur Energieeinspeisung bzw. Umschichtung
EL: Einspeiseleitung für ein Wärmenergie tragendes Medium
RL: (zentrale) Ringleitung zur Zirkulation des Wärmenergie tragenden Mediums
RL2: Zweite Ringleitung zur Zirkulation des Wärmenergie tragenden Mediums zur Schaffung einer zweiten Wärmekaskade
AS1, AS2, AS3: Anschlussstellen der zweiten Ringleitung RL2 an die zentrale Ringleitung (RL)
BL: Bypassleitung
V11–V18: erste Ventile in Ringleitung pro Energiespeicher bzw. Energieverbraucher (je nach Ausführung Zwei- oder Dreiwegeventile zu-, ab-, umschaltbar oder kontinuierlich regel- oder drosselbar)
V111, V17: zweite Ventile in Ringleitung zu Betriebsmitteln (untergelagerte Ventile zu EQ, ES, EV, z. B. für Reihen- oder Vorrangschaltung usw.)
V2, V21, V22: Regelventil/auch Umschaltventil zwischen Einspeise- und Ringleitung
V31–V33: Dritte Ventile in zweiter Ringleitung (RL2) für Zu- und Wegschaltbarkeit von Betriebsmitteln
V41, V42: Schaltventil zur Zu- und Wegschaltbarkeit der zweiten Ringleitung (RL2) an die zentrale Ringleitung (RL)
UP: (zentrale) Umwälzpumpe, insbesondere drehzahlgeregelt
2: Leitungsknoten (beispielhaft in 1)
4: Strömungsrichtung Wärmeenergie tragendes Medium bei Energieeinspeisung
6: Strömungsrichtung Wärmeenergie tragendes Medium bei Energieumschichtung
S: Steuerung/Regelung
SL: zentrale Steuerleitung
FL1: erste zentrale Fühlerleitung
TM1x: Temperaturfühler in Energiespeicher bzw. Energieverbraucher
FL2: zweite zentrale Fühlerleitung
TM2x: Temperaturfühler in zentraler Ringleitung
FLM: Durchflussmengenmesseinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19729747 A1 [0003]
- DE 1021877663 [0004]

Claims

Anlage zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Wärmeenergie in einem Gebäude, welche als wärmetechnische Betriebsmittel mindestens eine Wärmeenergiequelle (EQ), mindestens einen Wärmeenergiespeicher (ES) und mindestens einen Wärmeenergieverbraucher (EV) mit abgestuften Temperaturniveaus umfasst, gekennzeichnet durch eine zentrale Ringleitung (RL) mit einer Umwälzpumpe (UP) zur Zirkulation eines Wärmeenergie tragenden Mediums, woran zumindest die Wärmeenergiequelle (EQ) über zumindest ein zugeordnetes Ventil (V2, V21) zu- bzw. wegschaltbar ist, so dass das Wärmeenergie tragende Medium auch bei Wegschaltung der Wärmeenergiequelle durch die Ringleitung (RL) und die verbleibenden wärmetechnischen Betriebsmittel zirkulieren kann.
Anlage zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Wärmeenergie in einem Gebäude, welche als wärmetechnische Betriebsmittel mindestens eine Wärmeenergiequelle (EQ), mindestens einen Wärmeenergiespeicher (ES) und mindestens einen Wärmeenergieverbraucher (EV) mit abgestuften Temperaturniveaus umfasst, gekennzeichnet durch eine zentrale Ringleitung (RL) mit einer Umwälzpumpe (UP) zur Zirkulation eines Wärmeenergie tragenden Mediums, woran alle wärmtechnischen Betriebsmittel (EQ, ES, EV) des Gebäudes unabhängig voneinander über jeweils zumindest ein zugeordnetes Ventil (V11 ... V17; V2, V21) zu- bzw. wegschaltbar sind, so dass das Wärmeenergie tragende Medium auch bei Wegschaltung aller wärmetechnischen Betriebsmittel (EQ, ES, EV) durch die Ringleitung (RL) zirkulieren kann.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens zwei Anschlussstellen (AS1, AS2) der zentralen Ringleitung (RL) mindestens eine zweite Ringleitung (RL2) angeschlossen ist, wobei zumindest ein Teil des die Wärmeenergie tragenden und durch die Ringleitung (RL) fließenden Mediums in die zweite Ringleitung (RL2) abzweigbar ist.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer der beiden Anschlussstellen (AS1, AS2) ein Ventil (V41, V42) angeordnet ist, welches die zweite Ringleitung (RL2) an die zentrale Ringleitung (RL) zu- und abschaltbar macht.
Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle wärmetechnischen Betriebsmittel (EQ, ES, EV) der zweiten Ringleitung (RL2) unabhängig voneinander über jeweils zumindest ein zugeordnetes Ventil (V31 ... V33) von der zweiten Ringleitung (RL2) zu- bzw. wegschaltbar sind.
Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne wärmetechnische Betriebsmittel (EQ, ES, EV) der zweiten Ringleitung (RL2) sowohl in Reihe in der zweiten Ringleitung (RL2) angeordnet sind, als auch unabhängig voneinander über jeweils zumindest ein zugeordnetes Ventil (V31 ... V33) von der zweiten Ringleitung (RL2) zu- bzw. wegschaltbar sind.
Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle wärmetechnischen Betriebsmittel (EQ, ES, EV) der zweiten Ringleitung (RL2) in Reihe in der zweite Ringleitung (RL2) angeordnet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Ringleitung (RL) an zumindest einer Anschlussstelle (AS3) über eine Wärmeenergiequelle (EQ3) mit der zweiten Ringleitung (RL2) verbunden ist.
Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den wärmetechnischen Betriebsmitteln (EQ, ES, EV) zugeordneten Ventile (V11 ... V17, V2, V21) dezentral zueinander und jeweils baulich nah an den wärmetechnischen Betriebsmitteln (EQ, ES, EV) angeordnet sind.
Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (V11 ... V17, V2, V21) als Binärschaltventile ausgebildet sind, die lediglich die Ventilstellungen „auf" und „zu" (Zweiwegeventil) bzw. „Strömungsrichtung 1" (4) und „Strömungsrichtung 2" (6) (Dreiwegeventil) einnehmen können.
Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Wärmeenergiespeicher (ES1 ... ES4) und Wärmeenergieverbraucher (EV1 ... EV4) über abgestufte Temperaturniveaus verfügen und über jeweils zumindest ein zugeordnetes erstes Ventil (V11 ... V17) an die zentrale Ringleitung (RL) zu- bzw. wegschaltbar sind, und b) mindestens eine Wärmeenergiequelle (EQ1 ... EM) an einer Einspeiseleitung (EL) angeschlossen ist, welche in die Ringleitung (RL) über ein zweites Ventil (V2 ... V21 ...) zu- bzw. wegschaltbar ist.
Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das jeder Wärmeenergiequelle (EQ1 ... EM) zugeordnete zweite Ventil (V2, V21) als ein Dreiwegeventil ausgebildet ist, welches a) in einem ersten Betriebszustand die Einspeiseleitung (EL) über eine Bypassleitung (BL) in der Ringleitung (RL) kurzschließt, und b) in einem zweiten Betriebszustand die Einspeiseleitung (EL) durch eine teilweise oder vollständige Abschaltung der Bypassleitung (BL) in die Ringleitung (RL) zuschaltet.
Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage des weiteren eine erste Gruppe von Temperaturfühlern (FL1; TM1x) zur Erfassung der Temperaturen des Wärmeenergie tragenden Mediums im Inneren von Betriebsmitteln (ES, EV, EQ) umfasst.
Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage des weiteren eine zweite Gruppe von Temperaturfühlern (FL2; TM2x) zur Erfassung der Zu- und Ablauftemperaturen des Wärmeenergie tragenden Mediums von in die Ringleitung (RL) zugeschalteten Betriebsmitteln (ES, EV, EQ) umfasst.
Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturfühler (FL2; TM2x) der zweiten Gruppe an der Ringleitung (RL) im Bereich von Ein- und Auslauf eines zugeordneten Betriebsmittels (ES, EV, EQ) angeordnet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage des weiteren eine Durchflussmengenmesseinrichtung (FLM) in der Ringleitung (RL) zur Erfassung des aktuellen Durchflusses des Wärmeenergie tragenden Mediums umfasst.
Verfahren zur Steuerung (S) einer Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anforderung einer Zu- bzw. Abführung von Wärmeenergie durch ein oder mehrere wärmetechnische Betriebsmittel in einem Gebäude a) die Messwerte der Temperaturfühler (TM1x, TM2x) des Wärmeenergie tragenden Mediums in den Betriebsmitteln (ES, EV, EQ) erfasst und auswertet, und abhängig hiervon b) die Ventile (V11 ... V17; V2, V21) von denjenigen weiteren wärmetechnischen Betriebsmitteln (ES, EV, EQ) ansteuert, die unter Berücksichtung von deren Verfügbarkeit und Temperaturniveau für die Zu- bzw. Abführung von Wärmeenergie bei möglichst minimalen Verlusten über die zentrale Ringleitung (RL) kaskadierbar sind.
Verfahren zur Steuerung (S) einer Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anforderung einer Zu- bzw. Abführung einer vorgegebenen Wärmeenergiemenge durch ein oder mehrere wärmetechnische Betriebsmittel in einem Gebäude a) die Messwerte der Temperaturfühler (TM1x, TM2x) des Wärmeenergie tragenden Mediums in den Betriebsmitteln (ES, EV, EQ) und der Durchflussmengenmesseinrichtung (FLM) erfasst und auswertet, und abhängig hiervon b) die Ventile (V11 ... V17; V2, V21) von denjenigen weiteren wärmetechnischen Betriebsmitteln (ES, EV, EQ) ansteuert, die unter Berücksichtung von Verfügbarkeit und Wärmeenergieinhalt für die Zu- bzw. Abführung der vorgegebenen Wärmeenergiemenge bei möglichst minimalen Verlusten über die zentrale Ringleitung (RL) kaskadierbar sind.
Verfahren zur Steuerung (S) einer Anlage nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem weiteren Schritt c) die Drehzahl der Umwälzpumpe (UP) in Abhängigkeit der Messwerte der Temperaturfühler (TM1x, TM2x) und/oder der Durchflussmengenmesseinrichtung (FLM) steuert.
Verfahren zur Steuerung einer Anlage nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem von der zentralen Ringleitung (RL) abgeschalteten wärmetechnischen Betriebsmittel (ES, EV, EQ) aus dem Verlauf der Temperatur des Wärmeenergie tragenden Mediums die Verlustleistung des Betriebsmittels im Stillstand ermittelt.
Verfahren zur Steuerung einer Anlage nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass extrapolierend aufgrund einer gemessenen Ist-Außentemperatur T_A und einer gemessenen Ist-Innentemperatur T_I zu einem Zeitpunkt M_J die benötigte Wärmekapazität Q_Z zur Erreichung einer Ziel-Innentemperatur T_Z zu einem zukünftigen Zeitpunkt M_Z berechnet wird, und aufgrund der durch die Temperaturfühler (TM1x, TM2x) bekannten Wärmekapazitätskaskadierung Q_J zwischen Wärmeenergiequelle EQ, Wärmeenergiespeicher ES und Wärmeenergieverbraucher EV zum Zeitpunkt M eine Erzeugung, und Verteilung von Wärmeenergie zwischen Wärmeenergiequelle EQ, Wärmeenergiespeicher ES und Wärmeenergieverbraucher EV vornimmt, so dass zum Zeitpunkt M_Z die gewünschte Ziel-Innentemperatur T_Z durch eine Erzeugung mittels der Wärmeenergiequellen (EQ) und kaskadierten Verteilung des Wärmebedarfs Q_Z in den Wärmeenergiespeichern (ES) und Verteilung in den Wärmeenergieverbrauchern (EV) erreicht wird.