Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Wärmeenergie in einem Gebäude, welche als wärmetechnische Betriebsmittel mindestens zwei Wärmeenergiequellen unterschiedlicher Art, zwei Wärmeenergiespeicher und zwei Wärmeenergieverbraucher mit abgestuften Temperatumiveaus aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuerung zum Betrieb einer derartigen Anlage.The invention relates to a system for generating, storing and distributing heat energy in a building, which has as thermal engineering resources at least two heat energy sources of different types, two heat energy storage and two heat energy consumers with graded temperature levels. The invention further relates to a controller for operating such a system.
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.Individual plants and equipment for heating and / or cooling of indoor air, heating and drinking water in newly built or energetically to be renovated buildings are widely known. Thus, in buildings, individual plants, e.g. for low-temperature heating, such as floor, wall or ceiling heating circuits, solar systems, ventilation systems with heat recovery, heat pumps and wastewater tanks with heat recovery installed. Here, the energy efficiency of each individual system is carefully optimized for itself. Thus, to name just one example, it is known that by increasing the temperature of the heat source in a heat pump system, an increase in their coefficient of performance can be achieved. Although such an optimization measure benefits the respective system. Nevertheless, the systems integrated in a building for heating, cooling and ventilation often operate in parallel in terms of energy.
Aus der DE 197 29 747 A1 geht eine Vorrichtung zum Verteilen 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.From the DE 197 29 747 A1 is a device for distributing a liquid heat transfer medium of a building heating system, in which one or more heat sources and a plurality of declining with temperature levels subordinated heat consumers on a structurally identical distribution unit can be connected. The distribution unit has a series arrangement of three-way valves or faucets having an input port, a branch port, and a passage port. The input connection can be connected either to the branch connection or to the through connection, furthermore the branch connection can be connected to the through connection. Disadvantages of this heat distribution system are, on the one hand, the exclusive use of costly three-way valves and, on the other hand, their central summary in a structurally identical distribution unit. This distribution unit enforces a star topology of the wiring of the heat distribution system, which entails high installation costs and requires a high installation effort, and makes the cost-effective retrofitting of old systems virtually impossible. Furthermore, this heat distribution system has a high susceptibility to failure, since the heat distribution can not be ensured if one single three-way valve of the structurally identical distribution unit fails.
Aus der DE 102 18 776 B3 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 Strämungsaufteiler 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-ZeitVerlauf 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.From the DE 102 18 776 B3 A system for supplying consumers with heat energy of different energy levels emerges. For this purpose, a carrier medium heated by a heat source, which flows through a main line via an outlet line from the heat source, flows through the system. Along the main line each controllable Strämungsaufteiler are arranged to each parallel load with respective supply and return line in series. About the respective flow divider, such a partial flow of the carrier medium is branched into at least one preceding consumer in the flow line, that in the first consumer a desired temperature-ZeitVerlauf is achievable and that fed to one of the return line of this consumer and lying behind the flow divider in the mixing Main targeted an energy level for a subsequent consumer to achieve a consumer-specified temperature-time course is adjustable. The carrier medium occurs after the energy charge in the respective consumers via a return to the heat source again. A disadvantage of this heat distribution system is that the carrier medium can only be heated by a single heat source through which the carrier medium must flow in any case. Thus, the heat source such as a solar panel, even in case of failure or low heat generation can not be separated from the main, so that the failure of the heat source leads to the total failure of the system. Furthermore, the heat distribution system requires expensive adjustable flow diverters capable of diverting substreams of the main line to the consumers.
Aus DE 26 03 924 A1 ist eine Anlage bekannt, welche ausschließlich der Beheizung eines Gebäudes dient und mit einer selbsttätig (ohne elektrischen Antrieb) arbeitenden Vorlauftemperaturregelung ausgestattet ist.Out DE 26 03 924 A1 a system is known which is used exclusively for heating a building and is equipped with a self-acting (without electric drive) flow temperature control.
In EP 0 892 223 A2 ist eine Erfindung beschrieben, welche zur Verbesserung des Wirkungsgrades mit einer an den Kesselkreis adaptierten selbsttätig arbeitenden Pumpensteuerung ausgestattet ist.In EP 0 892 223 A2 an invention is described, which is equipped to improve the efficiency with an adapted to the boiler circuit automatic pump control.
In EP 0 099 295 A2 ist eine Heizanlage beschrieben, welche ebenfalls ausschließlich der Beheizung eines Gebäudes dient und speziell für Objekte mit niedrigen Vorlauftemperaturen zwischen +30°C und +40°C konzipiert worden ist.In EP 0 099 295 A2 is a heating system described, which also serves only the heating of a building and has been specially designed for objects with low flow temperatures between + 30 ° C and + 40 ° C.
In FR 2 384 212 A1 wird eine Anlage aufgezeigt deren primärer Wärmeerzeuger, eine Wärmepumpe von einer Solarthermieanlage unterstützt wird.In FR 2 384 212 A1 a plant is shown their primary heat source, a Heat pump is supported by a solar thermal system.
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.The object of the invention is to provide a system and a control suitable for its operation, with which the heat energy flows in a building, in connected building complexes or in a vehicle on land, in the air or at sea, e.g. Car, ship, aircraft, or the like, exploited much better by a holistic energy management, and thus the losses occurring in the conversion, distribution and storage of thermal energy for the entire building can be significantly reduced. Furthermore, it is an object of the invention to realize by a small number of cost-effective additional components and low installation costs a highly efficient and störungsunanfällige heat distribution system or retrofit an existing old system cost.
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.Hereinafter, the term heat generation is understood as conversion of any forms of energy into heat energy for use in a plant for generating, storing and distributing heat energy.
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.The object of the invention is achieved with the features of claim 1 and independent claim 2 system. This has a central loop with a circulation pump for the circulation of a heat energy-carrying medium. At this ring line all heat engineering equipment of the building are connected independently of each other, according to claim 1, at least one thermal energy source and claim 2 all heat engineering equipment via each at least one associated valve to or wegschaltbar so that the heat energy carrying medium even when switching off the heat energy source or circulate all the heating equipment through the loop and the remaining heat engineering equipment.
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.The system according to the invention enables an energetically optimal and dynamic, i. on-demand, networking of all thermal equipment in a building which is required for conversion, transportation, storage and use, i. the targeted delivery or consumption of heat energy. It is thus a central and in particular continuous heat transfer between resources with graded temperature levels, i. Different temperature, Nutz- and storage areas, possible. For this purpose, the resources via a ring line, in which a medium carrying heat energy by means of a circulating pump, cascade connected to each other. Due to their graded temperature levels optimal loading and unloading of resources with heat energy application-dependent and u. U. also be done simultaneously. For this purpose, in each individual case of application, the resources required in each case via a respective associated valve in the loop to be switched on or off. It can thus any, performance-enhancing combinations of individual resources that have the closest possible temperature ranges, activated sequentially and connected together so that each maximum energy efficiency is guaranteed.
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.The system according to the invention thus enables a cascading of all heat-related resources in a building to a total system with different, finely graduated as possible temperature zones. With this heat energy cascade of central ring line with circulation pump and chain-like valves switched on or off this means a complete pooling of all heat energy flows in a building to a central system for the conversion, storage and distribution of heat energy is achieved. It is thus an almost arbitrary combination of resources in connection with a demand-oriented use of low and low temperature areas possible, so that a particularly energy-efficient and thus cost-saving overall system for the supply of heat energy is produced.
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 Energie in Wärmespeichern mit höherem Temperatumiveau oder Wärmeenergiequellen zurückgreifen zu müssen.On the one hand, resources can be cascaded together so that a large temperature difference, e.g. occurs between a heat energy source and a heat energy consumer. The heat energy can be exploited in this case with the greatest efficiency. On the other hand, resources can also be cascaded together in such a way that the smallest possible temperature gradient, e.g. occurs between a heat energy storage and a heat energy consumer. It is thus possible to use even residual energy without resorting to the energy in heat accumulators with a higher temperature level or heat energy sources too early.
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 aufgenommene Wärmemenge nach Sonnenuntergang
über die Ringleitung in einen Erdspeicher geleitet und dort zwischengespeichert werden.The inventive system allows for a corresponding expansion of the loop and an inclusion of not or only partially used energy sources and energy storage, such as energy from waste water, rainwater, exhaust gases, exhaust air and also from the, in particular the respective building surrounding soil. These resources can be used in part both as heat energy storage as well as heat energy sources. Thus, for example, residual heat can be taken from a waste water collection tank and via the medium circulating in the loop, eg a heating coil for room air be supplied. On the other hand, but also temporarily, for example, the amount of heat absorbed by a solar panel after sunset
be conducted via the loop in a ground storage and cached there.
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 oder/und 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 Temperatumiveaus 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.The system according to the invention makes it possible in a simple manner to feed, store and distribute heat energy of one or more thermal energy sources simultaneously or successively to each memory or / and consumer connected to the loop. It can heat energy sources, thermal energy storage and heat energy consumers are cascade interconnected as desired. In principle, it is possible with the system to transfer each stored amount of thermal energy from different thermal energy storage at any time to any heat energy consumers. This significantly improves the efficiency of heat energy conversion, storage, distribution and utilization. Furthermore, only the electrical energy is needed for a single drive unit, namely for the circulation pump in the central loop. Furthermore, it is possible to achieve and / or maintain any desired advantageous temperature difference for increasing the yield and performance of any heat energy source. Furthermore, existing heat energy can be transferred completely and also with low useful temperature to the respective different heat energy storage and consumers. Furthermore, e.g. Heat recovery systems and regenerative or alternative heat energy sources are connected as further resources to the ring line of the system. Finally, due to the immediate and demand-oriented redistribution of heat energy quantities via the central loop and the predominantly low temperature level, the storage losses can be reduced. Finally, an on-demand and use-oriented control system can be used, which can be targeted converted predetermined heat energy levels, cached and redistributed.
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.The system according to the invention thus enables a significantly improved use of all circulating in a building heat energy flows. In the invention, the term thermal energy thermal energy is understood. Their flow causes depending on the direction in a known manner, a heating or cooling in the interior of cascaded together heat engineering equipment. The temperature inside, e.g. of a thermal energy store thus decreases e.g. when heat energy is extracted therefrom with the aid of the heat energy-carrying medium, as a result of which the temperature is lowered, e.g. inside a heat energy consumer or other equipment increases.
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 Wärmeenergieverbrauchem, 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.
- Flg. 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.
Further embodiments of the invention are specified in the subclaims. The invention also relates to a method for controlling such a system. These and other advantageous embodiments thereof will be explained in more detail with reference to the figures briefly mentioned below. Showing: - 1 a block diagram of the invention cascade of heat energy sources, heat energy storage and Wärmeenergieverbrauchem, which are interconnected via a central loop with central circulation pump;
- 2 the schematic diagram of 1 which is extended by a controller, measuring equipment and connecting sensor lines;
- 3 shows a schematic diagram of an embodiment of the invention using the example of a building energy system;
- 4 shows a schematic diagram of another embodiment, which is based on the in 3 illustrated embodiment, and this is a mixed heating circuit EQ5 . EV5 extended.
- Flg. 5 shows a basic circuit diagram of a further embodiment of a system according to the invention with two decentralized heat energy sources EQ , EQ4;
- 6 shows a block diagram of another embodiment with a second loop RL2 ;
- 7 shows a schematic diagram of another embodiment with a second disconnectable loop RL2 and two decentralized heat energy sources EQ . EQ3 ;
- 8th shows a schematic diagram of another embodiment with a second disconnectable loop RL2 connected to a third connection point AS3 of the central loop RL via a heat energy source EQ3 is connected switchable;
- 9 shows a flowchart of an embodiment of a control method for operating a system according to the invention.
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. 1 shows a schematic diagram of a system according to the invention. Here is a central loop RL present, in the medium carrying a thermal energy by means of a circulation pump UP is circulated. At the ring line RL are all heat engineering equipment of a building arranged in the manner of a chain and can be activated or deactivated depending on the needs and availability of at least one associated valve. These heat engineering resources are heat energy sources EQ . Thermal energy storage IT and heat energy consumers EV , which can be interconnected in cascade manner by means of the associated valves depending on the particular application.
So sind im Schema der Flg. 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.So in the scheme of Flg. 1 example, three heat energy storage ES1 . ES2 . ES3 present, via an associated valve V11 . V12 . V13 can be switched into the circle of the loop or switched away from it. Furthermore, there are three heat energy consumers EV1 . EV2 . EV3 present, which also each have an associated valve V14 . V15 . V16 connected to the circle of the loop or can be switched away from it. Finally, by way of example, three parallel heat energy sources EQ1 . EQ2 . EQ3 present, which also has an associated valve V2 depending on the application in the loop RL can be switched on or switched off again.
Die Topologie der erfindungsgemäßen Anlage hat den besonderen Vorteil, dass Betriebsmittel beliebigen Typs, die wärmetechnische Aufgaben in oder an einem Gebäude verrichten können, integrierbar sind. Die Kaskade der Betriebsmittel kann also anwendungsabhängig beliebig verlängert oder 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.The topology of the system according to the invention has the particular advantage that equipment of any type that can perform heat-related tasks in or on a building can be integrated. The cascade of resources can therefore be extended or shortened as required depending on the application. So it is in the presence of e.g. Investment funds make it easy to set up additional thermal resources and integrate them into the loop via associated valves. On the other hand, however, a resource, e.g. in case of a defect or e.g. remain switched off due to seasonal inefficiency, without questioning the functionality of the loop and the random cascade of currently available resources in question.
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, Regenwasserzistemen, 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.So it can be with the heat energy sources EQ1 ... EQ3 For example, to boilers of any kind, thermal solar collectors, different heat pump types to act the thermal outputs of refrigeration units, heat exchanger at the exhaust air flow of ventilation and / or air conditioning systems and much more. In the system according to the invention thus any number of heat energy sources of different types and different temperature levels can be integrated. With the thermal energy storage ES1 ... ES3 For example, it can be thermal storage tanks, such as utility and Heizwasserspeicher, wastewater collection, rainwater cisterns, geothermal storage, thermo-active devices and much more. In the system according to the invention thus also any number of thermal energy storage of different types and different temperature levels can be integrated. After all, it can be at the heat energy consumers EV1 ... EV3 to heat circuits of various temperature, such as radiators, wall, floor or ceiling heating, act to pre- or post-heating in the fresh air flow of ventilation systems and much more. In the plant according to the invention thus any number of heat energy consumers of different types and different temperature levels can be integrated.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage liegt darin, dass alle wärmetechnischen Betriebsmittel eines Gebäudes unabhängig von ihrer Art und ihren bauartbedingten Temperatumiveaus 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.The particular advantage of the system according to the invention is that all thermal equipment of a building regardless of their nature and their design-related temperature levels via the central loop RL and circulating it by means of the circulating medium can be interconnected to form a central distribution system of heat energy. It is thus possible, depending on the particular application, to cascade an almost arbitrary combination of thermal engineering resources by partial or complete activation or deactivation of the associated valves. The thermal energy flow which takes place here through switching via the loop takes place, in particular, taking into account the gradation of the design-related temperature levels of the individual operating means.
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 Temperatumiveau 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 Temperatumiveau aufweist, zugeführt wird.Thus, the heat energy flow in the loop can be used, for example, to heat energy from a heat energy source EQ one or more heat energy consumers EV feed directly. On the other hand, excess heat energy from a heat energy source EQ , For example, a thermal solar panel, and one or more heat energy storage IT be fed and cached there, such as a sewage tank or a rainwater cistern. Furthermore, for example, a currently lower demand for a heat energy consumer can also be achieved by adding a heat energy store, which is charged accordingly. If necessary, it is also not excluded, for example, to relocate residual heat energy from a heat energy store with a higher temperature level into a heat energy store with a lower temperature level. By such a measure, the thermal energy storage can be economically filled with the lower temperature level, while the heat energy storage is again available with the higher temperature level, to be able to be recharged economically with heat energy higher levels. Furthermore, heat engineering equipment can also be cascaded so that one of the heat engineering resources specifically withdrawn heat energy and another resource, which advantageously has a possible next lower temperature level, is supplied.
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.With the help of the system according to the invention can be a virtually unlimited feeds and redistributions of heat energy between the heating equipment in one Buildings (including any other object / project with a need for thermal energy in the form of heat or cold). This is done according to the invention via a targeted cascading shading of resources. For this purpose, those resources are advantageously selected which have a heat energy content which best suits the respective application in question. These can be cascaded selectively via the respective associated valves and the ring line, so that the respectively necessary or desired redistribution of thermal energy for a predetermined period of time can be made via the central loop.
Je nach Ausführung und rohrieitungstechnischer Verschaltung kann es sich bei den Ventilen V11... V16, V2 z.B. um einfache auch binäre Zweiwegeschaltventile handeln, womit ein wärmetechnisches Betriebsmittel vollständig zu- und 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.Depending on the design and the piping technology, the valves may be V11 ... V16 . V2 For example, to act simple and binary Zweiwegeschaltventile, so a heat engineering equipment can be completely switched on and off. On the other hand, it is also possible to use requirement-specific control devices, such as, for example, infinitely variable throttle valves or mixers. So in the example of the 1 the valves V11 to V16 as switchable shut-off valves and the valve V2 designed as a switchable three-way valve. To be able to produce a particularly energy-efficient temperature difference for any desired energy transport, is the circulation pump UP in the central loop RL advantageous variable speed.
Dementsprechend verfügen gemäß einer vorteilhaften, im Beispiel der 1 bereits dargestellten weiteren Ausführung der Erfindung die Wärmeenergiespeicher ES1 ... ES3 und Wärmeenergieverbraucher EV1 ... EV4 der Anlage über abgestufte Temperatumiveaus 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- und wegschaltbar ist. Es können auch weitere Wärmeenergiequellen mittels zusätzlicher Einspeiseleitungen an beliebiger Stelle an der Ringleitung RL angeschlossen sein und bei Bedarf zugeschaltet werden.Accordingly, according to an advantageous, in the example of 1 already shown another embodiment of the invention, the heat energy storage ES1 ... ES3 and heat energy consumers EV1 ... EV4 the system via graduated temperature levels and are each about at least one associated first valve V11 ... V17 to the central loop RL on or switched off while the at least one heat energy source EQ1 ... EQ3 to a feed-in line EL is connected, which in the ring line RL via a second valve V2 can be switched on and off. It can also be connected by means of additional feed lines at any point on the ring line RL and additional heat energy sources are connected as needed.
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.It is particularly advantageous in 2 the second valve V2 designed as a three-way valve, which in a first operating state, the feed line EL via a bypass line BL in the ring line RL short circuits, and in a second operating state, the feed line EL by a partial or complete shutdown of the bypass line BL in the ring line RL connecting them. Also this version is in 1 already shown, the flows of the medium in the loop RL in the first operating state by means of a dashed arrow 6 and in the second operating state by means of a dashed arrow 4 are symbolized. This allows the system to store between a first state of pure redistribution of heat energy between thermal energy stores IT and heat energy consumers EV , and a second state of the supply of heat energy from the heat energy sources and the transport to the thermal energy storage and heat energy consumers can be easily switched. This considerably increases the low-loss controllability of the system.
2 zeigt das Prinzipschaltbild der Anlage gemäß Flg. 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 TM1 x 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. 2 shows the schematic diagram of the system according to Flg. 1, which is an additional control S to sensor TM1x . TM2x and this with the controller S connecting sensor lines FL1 . FL2 Thus, according to a first, further embodiment of the invention, a first group of temperature sensors TM1x for detecting the temperatures of the heat energy-carrying medium inside the heat engineering resources IT . EV . EQ available. These are over sensor lines FL1 connected to the controller. The temperature sensors TM1 x are in the example of 2 symbolized in the form of a dot inside the resources. In practice, of course, a plurality of temperature sensors can be distributed inside a resource so that the controller can determine more precise values for the average temperature of the medium in the resource and its timing from a more accurate detection of temperature distributions in each resource.
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.According to a second, further embodiment of the invention is advantageously a second group of temperature sensors TM2x for detecting the inflow and outflow temperatures of the heat energy-carrying medium of resources IT . EV . EQ present, which in the ring line RL are switched on. In the example of 2 are these temperature sensors TM2x via sensor lines FL2 connected to the controller. It is especially beneficial if these temperature sensors TM2x the second group directly at the ring line RL in the region of the inlet and outlet of the medium in or out of the respective associated equipment IT . EV . EQ are arranged. Finally, it is advantageous if in addition a flow rate measuring device FLM in the ring line RL is present for detecting the current flow of the heat energy-carrying medium. With this, the respective amounts of energy within the circuit can be precisely determined and efficiently distributed.
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.The equipment of the system with such measuring devices allows the controller on the basis of the detection of the temperature values of the heat energy-carrying medium in the individual resources a determination of those heat engineering equipment, which to fulfill a required in the building supply or discharge of heat energy into or out of a resource with minimum losses through the central loop can be cascaded with each other. Thus, it is possible for the supply and redistribution of heat energy by the controller to be optimized according to need. In this selection, the controller takes into account both the availability and the temperature level of the equipment's heating equipment available for selection. In this case, a heat-technical equipment in the above sense is available if either the temperature value of the medium inside is so high that at a heat dissipation through redistribution over a process associated with this ring the demand in the requesting equipment can be covered, or the temperature value of the medium in his Inner is so low that a heat input by redistribution via a central loop of a donating equipment is possible.
Weiterhin werden dabei die systembedingten Temperatumiveaus der einzelnen Betriebsmittel berücksichtigt, wobei das jeweils bauartbedingte Temperatumiveau auch ein Indikator für die Leistungsfähigkeit eines Betriebsmittels zur Bereitstellung, Speicherung bzw. Abgabe von Wärmeenergie darstellt.Furthermore, the system-related temperature levels of the individual resources are taken into account, wherein the respective design-related temperature level is also an indicator of the performance of a resource for the provision, storage or release of heat energy.
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 Temperatumiveau der Wärmeenergiespeicher erfolgt. Es sei z.B. angenommen, dass im Beispiel der 2 der Speicher ES1 das höchste Temperaturniveau, der Speicher ES2 ein mittleres Temperatumiveau und der Speicher ES3 das niedrigste Temperatumiveau aufweist Die Steuerung wird in diesem Falle zunächst denjenigen Speicher durch Betätigung von dessen Ventil an die zentrale Ringleitung zuschalten, der ein relativ zum Temperatumiveau der einspeisenden Wärmeenergiequelle möglichst nächst liegendes Temperatumiveau aufweist.Thus, it is advantageous if the controller, for example in the case of a heat energy feed from a heat energy source into one or more heat energy storage, the available heat energy storage in such an order to the central loop line that this is possible with decreasing temperature level of the heat energy storage. For example, suppose that in the example of 2 the memory ES1 the highest temperature level, the memory ES2 a medium temperature level and the memory ES3 has the lowest temperature level In this case, the controller will first switch on that memory by actuation of its valve to the central loop, which has a temperature level which is as close as possible to the temperature level of the feeding heat energy source.
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 ES1 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.In the example of 2 be assumed as an example that, for example, the heat energy source EQ3 an oil fired boiler, the source EQ2 a solar thermal collector, the source EQ1 a heat pump, and the heat energy storage ES1 a drinking water heat storage, the memory ES2 a Heizwasswärmespeicher and the memory ES3 represent a geothermal storage or sewage tank. Furthermore, for example, the heat energy consumer EV1 a radiator heater, the consumer EV2 a floor heating and the consumer EV3 represent the heating register of a ventilation unit. With the system according to the invention, it is possible to exchange heat energy through mediation on the central loop as needed without restriction between the connected equipment, as long as the respective resources are available and the feed or redistribution of heat energy as possible in resources that have a lower temperature advantageous.
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 tieferen Temperaturen beladen werden.Is eg due to time of day and weather conditions of the solar collector EQ2 available, and are eg due to a low residual heat energy content both the drinking water buffer ES1 as well as the Heizwasswärmespeicher ES2 available, the control can be activated by activating the valves V2 . V11 . V12 Connect all three operating resources to the loop RL. In this case, both memory ES1 and ES2 cascade-filled with thermal energy. As a result, the availability of the solar collector, eg because of the advanced time of day and the availability of the memory, takes effect ES1 . ES2 due to already strong load of heat energy gradually, so the controller can eg the two memory ES1 . ES2 switch off again and instead the memory with the lowest temperature level, in this case the sewage tank or geothermal storage ES3 , via its valve V13 switch into the ring line RL. These can then be used by the solar collector EQ2 converted amount of energy can also be loaded at lower temperatures.
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.With the system according to the invention, it is also possible that heat energy is transferred by switching over the central loop from one memory to another memory. Located, for example, in the heating water tank ES1 only low residual energy, so this can eg at night in the sewage tank ES2 be reloaded. The resulting deep discharge of the Heizwassersammelbehälters ES1 can be used, for example, so that the next day on the solar collector EQ2 or during a subsequent special tariff period with reduced heat flow from the heat pump EQ3 again as fully charged with heat energy.
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 Temperatumiveau 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.Depending on the current measured values of the individual temperature sensors and the resulting availability of the individual resources, the controller can determine, for example when requesting heat energy by a heat energy consumer exactly those other resources of the system, by their connection the upcoming thermal energy demand can be covered as economically as possible. If the heat energy storage of the system, as described above, for example, sufficiently filled, it does not necessarily have a thermal energy source Q via the valve V2 be switched on. Rather, such a Heat energy requirement also by a redistribution of heat energy from one or more memories via the central loop RL done. Depending on the necessary temperature level and, if necessary, the amount of heat energy to be transferred in the requesting heat energy consumer, the controller advantageously selects those heat energy storage devices and switches them into the ring line, which have as high a temperature level as possible in comparison to the temperature level of the heat energy consumer. It is thus achieved that first the heat energy storage are emptied with the lowest possible temperature level before heat energy is removed from storage at a higher level.
Mit Aktivierung oder Deaktivierung des Ventils V2 kann somit die in den Figuren dargestellte beispielhafte Anlage umgeschaltet werden zwischen den Betriebsarten der Einspeisung oder Umverteilung von Wärmeenergie in die und zwischen den angeschlossenen wärmetechnischen Betriebsmitteln.With activation or deactivation of the valve V2 Thus, the exemplary system shown in the figures can be switched between the modes of supply or redistribution of heat energy in and between the connected heat engineering equipment.
Die Erfindung ermöglicht somit eine insbesondere gleitende Wärmeenergieübertragung zwischen wärmetechnischen Betriebsmitteln, die unterschiedliche Temperatumiveaus 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.The invention thus enables a particular sliding thermal energy transfer between heat engineering equipment, which have different temperature levels and can be connected to each other in cascade manner via the loop. Due to the preferably graduated temperature utilization levels, an optimized loading and / or unloading of the operating medium with heat energy may under certain circumstances also take place simultaneously. This combination of the individual temperature ranges one after the other has a performance-enhancing effect and ensures maximum energy utilization. It may be controlled by both with the aim of achieving the greatest possible temperature difference - i. to obtain a maximum heat output - as well as with the aim of achieving a low temperature difference - i. to achieve the highest possible service temperature - be operated.
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.In a preferred, further embodiment of the invention, the controller in addition to the measured values of the temperature sensor TM1x . TM2x the heat energy-carrying medium in the heating equipment IT . EV . EQ also the measured values of the flow rate measuring device FLM recorded and evaluated. This is advantageously placed directly in the central loop RL and detects the flow rates of heat energy in the medium.
Hiermit ist es möglich, dass von der Steuerung S die Anforderung einer Zu- oder 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 Temperatumiveaus 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.This makes it possible for that from the controller S the requirement for supply or removal of a predetermined amount of heat energy can be handled by one or more heat engineering resources in the building. A control or regulation of the heat energy supply or redistribution in the system is thus no longer only taking into account the different, graded temperature levels of the individual resources. Rather, a targeted energy quantity control can be carried out by detecting the temperature profiles of the medium in or at the inflows and outflows of the operating medium, the amount of heat energy absorbed or discharged per operating means is detected. From the controller S then the valves are controlled by those other heat engineering resources that are cascaded taking into account availability and heat energy content for carrying out the supply and removal of the predetermined amount of heat energy with minimum losses through the central loop RL.
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.Advantageously, it can be done by the controller at a switched off by the central loop RL heat engineering equipment IT . EV . EQ From the course of the temperature of the heat energy-carrying medium, the power loss of the heating equipment can be determined at standstill. This allows the controller to accurately determine the availability of each thermal resource with respect to current temperature level and energy content at each point in time. It is thus possible to have a controlled supply and / or redistribution of energy quantities between selected heat-technical operating resources, which are specifically switched on by the controller S into the central loop. The control can also be designed to be self-optimizing, so that the determination of the standstill losses is carried out automatically and possibly regularly recurring.
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 Temperatumiveau 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 Temperatumiveau 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. 3 shows an exemplary, practical application of the invention in a building energy system. This is with three heat energy sources EQ1 . EQ2 , EM, three heat energy storage ES1 . ES2 . ES3 and three heat energy consumers EV1 . EV2 . EV3 fitted. It has the memory ES1 about the highest temperature level and consists for example of two partial storage, a drinking water storage ES11 and a heating water storage ES12 , The memory ES1 can be via a three-way valve V11 eg infinitely the ring line RL are switched on. One subordinate three-way valve V111 the medium in the loop can continue to either only the Heizwasserspeicher ES12 or the series connection of heating and DHW cylinder ES11 . ES12 be supplied. It is still a memory ES2 present at a medium temperature level, for example, a sewage collection tank, which via a three-way valve V12 can be continuously switched on or off. Finally, there is a third memory ES3 with a possibly very low temperature level, eg one Rainwater tank or a geothermal storage, which via a switching valve V13 is activatable.
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.Depending on the heat-emitting capacity of the sources EQ1 ... EQ2 , Which depends on the type and the current operating condition, heat energy can be stored depending on their temperature level in the currently available and most suitable storage, if there is no current heat energy demand for other connected equipment.
Weiterhin sind an der in 3 gezeigten Anlage drei Verbraucher angeschlossen. Dabei verfügt der Verbraucher EV1 über das höchste Temperatumiveau 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 Temperatumiveau 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- und 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.Furthermore, at the in 3 shown connected three consumers. The consumer has it EV1 above the highest temperature level and represents, for example, a low-temperature heating. In this application example, this low-temperature heating circuit is filled directly with the heat-transporting medium. The second consumer EV2 has a medium temperature level and represents, for example, a floor or wall heating, which via a plate heat exchanger to the loop RL connected. Both consumers can each have an associated valve V15 . V16 be switched on and off. The third consumer EV4 is an example of a living room ventilation system with low temperature level. This is an example of the intake point of fresh outside air ZV41 with a preheater EV41 and at the delivery point of fresh room air ZV42 with a reheater EV42 fitted. For on-demand connection and disconnection of the heating coils in this ventilation unit EV4 in the cycle of the central Ring line RL are valves V14 . V141 available.
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.From the ventilation unit is still room exhaust AV42 taken from the building and as exhaust air AV41 delivered to the environment. In this flow, a heat recovery system can be installed. This acts as a heat energy source, which can feed the recovered heat energy into the central loop. The necessary aggregates, piping and valves were for the sake of clarity in Example of 3 not shown.
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.Building on the in 3 illustrated embodiment shows 4 a further embodiment of a system according to the invention, with a two-part heat storage ES1 at the ring line RL Is provided. At the heating water storage ES1 is a partial heating system designed as a mixed heating circuit, comprising a classic boiler EQ 5 , and a two-part heat energy consumer EV5 which can be designed as low-temperature heating (eg floor heating) connected. The 3-way diverter valve V22 in this subcircuit is the connection and disconnection of the heat energy consumer EV5 and thus a switch between a pure load of the heat storage ES12 and a supply of heat energy consumers EV5 , As a result, for example, the heat energy storage ES12 be loaded alone to reduce the switching frequency of the burner EQ5 by increasing the total water volume.
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.Both heating and cooling (also at the same time) is possible. Depending on the time of the day, or in particular in buildings with simultaneous requirement of heat and cold (eg in buildings with glass facades), excess heat can be stored in heat energy storage devices, or cooled heat medium through the loop RL or passed through connected sub-ring lines. Pictured is the passive cooling via geothermal storage. Also, at any point of the loop a cold source can be used to allow active cooling.
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.The in the 5 shown plant essentially corresponds to in 1 However, this system is extended by a fourth heat energy source EQ4 , structurally and technologically separate from the one cascade of three energy sources EQ1 to EQ3 comprehensive heat energy source EQ at the ring line RL is arranged. The fourth heat energy source EQ4 For example, a geothermal heat pump or the like may be a seasonally available or transportable heat source such as portable solar collectors or the like, or it may be an emergency power source such as a wood burning stove, etc. in case of failure of the main heat energy source EQ by switching the three-way valve V21 in the ring line RL in the flow direction 4 can be turned on. This shows the flexibility of the proposed system, as at any point of the loop RL further heat energy sources ( EQ ), Heat energy consumer ( EV ) and heat energy storage ( IT ) also subsequently either by two-way valves V11 - V17 or three-way valves V2 . V21 can be arranged switchable.
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.The system according to the invention makes it possible, depending on the current demand for heat energy in the consumers and depending on the availability of heat energy due to the respective filling of the memory or the dispensability of the sources, all required for an intake and / or discharge of heat energy resources connect the associated valves as needed in the loop or disconnect from it. For example, one in the wastewater collection tank ES2 contained residual heat quantity the Nachheizregister EV42 be supplied. Furthermore, even a small amount of residual heat from the geothermal storage ES3 eg still the preheater EV41 supplied become. Of course, a high heat energy demand in the consumer EV1 either from the store ES12 or after switching to feed mode also directly via the heat energy source EQ3 be covered. Depending on the capacity of these resources, the processes of loading the memory and the heat energy consumer can also be done in cascade.
6 stellt eine Prinzipskizze einer Weiterentwicklung des in Flg. 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. 6 presents a schematic diagram of a further development of the in Flg. 1 embodiment shown. In this Appendix includes the heat energy source EQ two individual energy sources, eg a solar collector EQ1 and a conventional oil burner EQ2 that have an infeed line EL by means of a three-way valve V2 separable to the ring line RL are connected. To the central ring line RL are further a heat energy storage ES1 via a binary valve V11 and two heat energy consumers EV2 and EV3 via binary valves V15 respectively. V14 independently switched on and off. At two connection points AS2 . AS1 , between which in the flow direction the circulation pump UP is arranged, is a second ring line RL2 directly to the central loop RL connected. That through the central loop RL flowing heat-carrying medium is thus distributed to a partial flow through the central loop RL flows, and a partial flow, the second loop RL2 flows through. It is conceivable that at the connection points AS1 . AS2 controllable flow divider or distribution valves are arranged, which controls the amount of diverted heat medium. At the second ring line RL2 are two more heat energy storage ES2 and ES3 , each with an associated binary valve V31 respectively. V32 are independently switched on and off, and a third heat energy consumer EV3 that has a binary valve V33 switched on and off, arranged.
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.Due to the direct connection of the second loop RL2 with the central loop RL may also be a part of the heat energy carrying medium through the second loop RL2 flow, in parallel and independent of the heat cascade of the loop RL a second heat cascade through the resources ES2 . ES3 and EV3 is formed, both heat cascades by the common heat energy source EQ be supplied with heat energy. The second ring line RL2 allows independent heat cascading in the connected equipment with respect to the heat cascade of the central loop RL connected equipment, and allows for a high interference immunity of the plant operation in terms of a redundant plant design, on the other hand, an independent heat supply of certain parts of the building through the loop RL2 at a completely different temperature level. Furthermore, the presence of a second or more branched ring lines allows RL2 a dynamic distribution of heat energy between the individual through the loop lines RL . RL2 defined heat capacity cascades. This can for example be done by a part of the heat storage ES1 the central loop RL stored heat energy in the second loop RL2 is branched off, and for charging the heat energy storage ES2 or ES3 or to supply the heat energy consumer EV3 is used, reducing heat energy of the central loop RL in the heat cascade of the second loop RL2 is taken over.
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.Building on the in 5 and 6 illustrated embodiments shows 7 a combination and further development of these embodiments, in which the second loop RL2 by means of a flow divider, in this embodiment as a three-way valve V41 trained, to the central loop RL connected or disconnected is connected. In the second ring line RL2 is the energy storage ES1 switched on in series, this means that the heat-carrying medium with the valve switched on V41 completely through the heat energy storage ES1 flows and charges this. Next to it is another heat energy storage ES3 via a binary valve V32 can be switched on and off at the loop RL2 connected. Finally, a heat energy consumer EV1 via a three-way valve V33 switchable to the second ring line RL2 connected. The plant also includes one of two separate heat energy sources EQ1 . EQ2 existing heat energy source EQ , which can be switched on and off by the three-way valve V2 to the ring line RL connected. Structurally separate from this is another source of heat energy EQ3 , For example, a heat pump, arranged via another three-way valve V21 separable to the central loop RL is connected, and regardless of the heat energy source EQ to the ring line RL can be switched on or off heat energy in the loop system. The present embodiment allows due to the three-way valve V41 a complete decoupling of the loop RL2 from the ring line RL so that's on the loop RL2 connected equipment can be switched on and off as needed. This has the advantage that, for example, to increase the noise immunity or increase or saving of heat energy, for example, with high energy yield of only time-limited available heat energy sources EQ such as solar panels or heat pumps, the resources of the loop RL2 can be switched on to store excess heat energy or switched off to save heat energy in times of low heat energy production.
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. Building on the in 7 the embodiment shown represents the schematic diagram of 8th a further embodiment with a second loop RL2 In contrast to the in 7 illustrated embodiment connects the heat energy source EQ3 at the present facility via a three-way valve V42 the central loop RL at the junction AS3 with the second loop RL2 , The ring line RL2 is thus on the one hand at the junction AS1 via a three-way valve V41 with the ring line RL connected, and if necessary, on and off switchable heat energy from the circuit of the loop RL remove and, for example, in the heat energy storage ES1 and over the valve V32 controllable in the thermal energy storage ES3 store. On the other hand, at the junction AS3 over the three-way valve V42 controllable part of the heat energy carrying medium from the loop RL taken by means of the heat energy source EQ3 lifted to a higher energetic level and into the loop RL2 be fed with what, for example, the heat energy consumer via the three-way valve V33 controllable directly supplied with heat energy. Thus, in the loop RL2 independent of the heat cascade of the central loop RL It is self-evident that the order of thermal energy sources is an individually adjustable heat cascade set up at a different energetic level EQ , Heat energy storage IT and heat energy consumers EV along the ring lines RL . RL2 as well as the location of the connection points AS1 . AS2 . AS3 as well as the position of the circulation pump on the loop RL is arbitrary and oriented to the purpose and requirement of the system. As a special embodiment, a reversal of the flow direction of the heat-carrying medium is basically provided, which is not shown here for reasons of clarity.
9 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein Ausführungsbeispiel eines möglichen Steuerungsverfahrens für eine erfindungsgemäße Anlage: Zunächst wird zu einem Zeitpunkt MJ die Ist-Außentemperatur TA und die Ist-Innentemperatur TI eines mit der Anlage zu beheizenden Gebäudes gemessen. 9 shows in a flowchart an embodiment of a possible control method for a system according to the invention: First, at a time MJ the actual outside temperature T A and the actual internal temperature T I measured by a building to be heated with the system.
Ausgehend von diesen Daten wird extrapolierend eine benötigte Wärmekapazität Qz zur Erreichung einer Ziel-Innentemperatur TZ zu einem zukünftigen Zeitpunkt MZ berechnet Hierzu können Daten über die prognostizierte Entwicklung der Außentemperatur TA und Innentemperatur TI , gestützt auf empirische Daten oder Daten aus einem Wettervorhersagesystems, sowie Wärmeverfustcharakteristiken des Gebäudes aufgrund bekannter bzw. prognostizierten Temperaturdifferenzen zwischen Innen- TI und Außentemperatur TA berücksichtigt werden.Based on these data, extrapolating a required heat capacity Qz to achieve a target internal temperature T Z at a future time M Z Calculates data about the predicted development of the outside temperature T A and internal temperature T I based on empirical data or data from a weather forecasting system, as well as heat dissipation characteristics of the building due to known or predicted temperature differences between indoor and outdoor T I and outside temperature T A be taken into account.
Nach Berechnung der zukünftig bereitzustellenden Wärmekapazität QZ 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 OJ =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 OJ 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.After calculation of the heat capacity to be provided in the future Q z is determined by the temperature sensor TM1x . TM2x and optionally other measuring devices, such as flow rate measuring device FLM , or indoor temperature sensor of the target level already in the system, ie in the heating equipment EQ . IT and EV stored heat capacity O J = f (TM1x, TM2x) determined. The heat capacity to be provided in the future can advantageously also be the previous and / or future standstill losses of the connected equipment EQ . IT and EV consider. This corresponds to the heat capacity O J the freely available heat capacity, since in the system, for example, heat energy storage can be present, such. B. drinking water heat energy storage IT At a very high temperature level, which must store a defined energy requirement, and whose heat capacity is not freely available However, in the system also drinking water heat energy storage IT be available whose heat capacity is freely available, and in times outside the set core times - for the purpose of energy saving - energetically advantageous deep emptied to their heat energy for other tasks, eg for the supply of heat energy consumers EV, such as radiators, underfloor heating, swimming pool heating, etc ., to provide.
Anschließend wird aus der Differenz der zum Zeitpunkt MJ gespeicherten Wärmekapazität QJ und der in Zukunft bereitzustellenden Wärmekapazität QZ , die bereits Stillstandsverluste im Zeitraum MJ bis MZ berücksichtigen kann, die Menge der noch von den Wärmeenergiequellen EQ im Zeitraum MJ bis MZ 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 Wärmenergiespeichem ES und dem oder den Wärmenergieverbrauchem 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.Subsequently, the difference is calculated at the time MJ stored heat capacity Q J and the heat capacity to be provided in the future Q z that already have shutdown losses in the period MJ to M Z can take into account the amount of still from the heat energy sources EQ in the period MJ to M Z heat capacity to be generated .DELTA.Q certainly, which store in the heat energy IT is to be stored. In this step, the amount of heat energy required by the or the heat energy sources EQ , the or the heat energy storage IT and the heat energy consumption (s) EV generated, stored and distributed, This allows the forward-looking energy conversion and storage of heat energy of only temporarily available heat energy sources EQ , like solar panels, into the heat energy storage IT and heat energy consumer EV and thus an optimal yield of regenerative heat energy sources.
Ebenfalls wird in dem Zeitraum MJ bis MZ 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 TZ in den Wärmeenergieverbrauchern EV zum Zeitpunkt MZ 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.Also in the period MJ to M Z the thermal cascading between the heating equipment EQ . IT and EV by controlling the valves V11 ... V42 and the speed of the circulation pump UP adjusted so that, on the one hand, the temperature requirement T Z in the heat energy consumers EV at the time M Z is fulfilled and on the other hand in the system optimal heat cascading within the heat engineering Equipment is achieved in terms of minimum heat loss and maximum heat efficiency.
Dieses Steuerungsverfahren kann beliebig oft mit beliebigen Steuerungszeiträumen MJ bis MZ durchgeführt werden, wobei sich der kürzeste Steuerungszeitraum an dem kürzesten Wärmeerzeugungszyklus der Wärmeenergiequellen EQ zu orientieren hat.This control method can be any number of times with any control periods MJ to M Z be performed, wherein the shortest control period at the shortest heat generation cycle of the heat energy sources EQ to orient.
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.A focus of the system according to the invention is that the one or more heat energy sources gradually or continuously to the ring line switched on and wegschaltbar, with basically only a single circulation pump for operating the system is necessary. However, under certain circumstances, it may be advantageous if, in addition to the circulation pump UP further auxiliary circulation pumps, in particular in ring lines are provided in order to ensure a sufficiently high flow of heat-carrying medium in the ring lines.
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.A system according to claim 1 or 2 allows a dynamic energy management even with completely switched off heat energy sources or other thermal equipment, where existing hydraulic pump and control technology continues to be used without switched heat energy sources or other thermal equipment, which in particular in the retrofitting of existing old plants Remodeling costs drastically reduced and leads to high energy savings. For example, when solar thermal energy sources are used, it is also possible to use the stored energy of the thermal energy store outside of the times of solar heat generation or to switch on alternative heat energy sources. Thus, outside the times of solar yields or outside the function of other heat energy sources, the heat cycle can be "shorted" by switching off the heat energy sources, and thus stored heat energy in the heat distribution system can be dynamically distributed between heat storage and consumer. Thus, the hydraulic in the form of the ring line even with wegeschaltetem heat energy sources for energy redistribution between all connected equipment available. In particular, temporary, i. Only temporarily available heat energy sources such as solar panels can be used so efficiently by their heat in times of high heat without exception stored in the heat storage, and in times of low or no sunshine these heat sources are switched off so that they do not give off heat to the environment. Furthermore, certain temperature levels between the individual operating means (heat sources, storage, consumers) can be produced by stepless or graduated mixing of the medium circulating in the loop and carrying heat energy with the media stored in the operating means and heat capacity, and thus a dynamic energy management concept realize. Using the example of the solar thermal system as a heat energy source, it is shown that thermal energy, bypassing the energy storage device, can also be supplied directly to one or more energy consumers (in the case of an energy requirement). As a result, otherwise usual energy losses, which arise in m transport and energy storage, can be almost completely excluded.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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EQEQ
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Kaskade von WärmeenergiequellenCascade of heat energy sources
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EQ1EQ1
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erste Wärmeenergiequelle mit höchsten Energieniveau, z.B. Heizkesselfirst heat energy source with highest energy level, e.g. boiler
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EQ2EQ2
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zweite Wärmeenergiequelle mit mittlerem Energieniveau, z.B. thermischer Solarkollektorsecond medium energy level heat energy source, e.g. thermal solar collector
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EQ3, EQ4,EQ3, EQ4,
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Dritte, vierte und fünfte Wärmeenergiequelle mit niedrigemThird, fourth and fifth low heat energy source
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EQ 5EQ 5
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Energieniveau, z.B. Wärmepumpe oder anderer EnergieumwandlerEnergy level, e.g. Heat pump or other energy converter
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ESIT
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Kaskade von WärmeenergiespeichernCascade of thermal energy storage
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ES1ES1
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erster Energiespeicher mit sehr hohem Energieniveau, z.B. Pufferspeicherfirst energy store with very high energy level, e.g. buffer memory
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ES11ES11
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erster Teilspeicher mit höchstem Energieniveau, z.B. Brauchwasserspeicherfirst partial storage of highest energy level, e.g. Hot water heater
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ES12ES12
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zweiter Teilspeicher mit hohem Energieniveau, z.B. Heizwasserspeichersecond partial storage of high energy level, e.g. Heizwasserspeicher
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ES2ES2
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zweiter Energiespeicher mit mittlerem Energieniveau, z.B. Abwassersammlersecond energy store of medium energy level, e.g. sewer
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ES3ES3
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dritter Energiespeicher mit (sehr) niedrigem Energieniveau, z.B. Regenwasserzisterne, Erdwärmespeicher, Soleleitungenthird energy store with (very) low energy level, e.g. Rainwater cistern, geothermal storage, brine pipes
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EVEV
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Kaskade von WärmeenergieverbrauchernCascade of heat energy consumers
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EV1EV1
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erster Energieverbraucher mit höchstem Energieniveau, z.B. Warmwasserheizkreisfirst energy consumer with highest energy level, e.g. Warmwasserheizkreis
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EV2EV2
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zweiter Energieverbraucher mit mittlerem Energieniveau, z.B. Niedertemperaturheizkreis (direkt oder indirekt über Plattenwärmetauscher)second energy consumer with medium energy level, e.g. Low temperature heating circuit (directly or indirectly via plate heat exchanger)
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EV3EV3
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dritter Energieverbraucher mit niedrigem Energieniveau, z.B. Fußbodenheizungthird energy consumer with low energy level, e.g. underfloor heating
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EV4EV4
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vierter Energieverbraucher mit sehr niedrigem Energieniveau, z.B. Lüftungsaggregatfourth energy consumer with very low energy level, e.g. ventilation unit
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EV41EV41
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erster Teilverbraucher mit niedrigstem Energieniveau, z.B. Vorheizregisterfirst part consumer with the lowest energy level, e.g. preheater
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EV42EV42
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zweiter Teilverbraucher mit sehr niedrigem Energieniveau, z.B. Nachheizregistersecond part consumer with very low energy level, e.g. heating coil
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EV5EV5
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Fünfter Energieverbraucher, z.B. FlächenfußbodenheizungFifth energy consumer, e.g. surface floor heating
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ZV41ZV41
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Saugleitung Außenluft, z.B. kalte AußenfrischluftSuction line outside air, e.g. cold outside fresh air
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AV41AV41
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Druckleitung Fortluft, z.B. abgekühlte GebäudefortluftPressure line exhaust air, e.g. cooled building air
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ZV42ZV42
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Druckleitung Zuluft, z.B. erwärmte AußenluftPressure line supply air, e.g. heated outside air
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AV42AV42
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Saugleitung Abluft, z.B. RaumabluftSuction line exhaust air, e.g. exhaust air
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LL
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Zentrale Ringleitung zur Energieeinspeisung bzw. UmschichtungCentral loop for energy supply or redeployment
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ELEL
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Einspeiseleitung für ein Wärmenergie tragendes MediumInfeed line for a medium carrying heat energy
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RLRL
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(zentrale) Ringleitung zur Zirkulation des Wärmenergie tragenden Mediums(central) ring line for circulation of the heat energy carrying medium
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RL2RL2
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Zweite Ringleitung zur Zirkulation des Wärmenergie tragenden Mediums zur Schaffung einer zweiten WärmekaskadeSecond loop for circulating the heat energy carrying medium to create a second heat cascade
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AS1, AS2,AS1, AS2,
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Anschlussstellen der zweiten Ringleitung RL2 an die zentraleConnection points of the second ring line RL2 to the central
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AS3AS3
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Ringleitung (RL)Ring line (RL)
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BLBL
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Bypassleitungbypass line
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V11-V18V11-V18
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erste Ventile in Ringleitung pro Energiespeicher bzw. Energieverbraucher (je nach Ausführung Zwei- oder Dreiwegeventile zu-, ab-, umschaltbar oder kontinuierlich regel- oder drosselbar)first valves in loop per energy storage unit or energy consumer (depending on the version, two- or three-way valves can be supplied, switched off, switched over or continuously regulated or throttled)
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V111, V17V111, V17
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zweite Ventile in Ringleitung zu Betriebsmitteln (untergelagerte Ventile zu EQ, ES, EV, z. B. für Reihen- oder Vorrangschaltung usw.)second valves in ring line to equipment (lower valves to EQ . IT . EV , z. For serial or priority switching, etc.)
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V2, V21,V2, V21,
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Regelventil/auch Umschaltventil zwischen Einspeise- undControl valve / switching valve between supply and
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V22V22
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Ringleitungloop
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V31-V33V31-V33
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Dritte Ventile in zweiter Ringleitung (RL2) für Zu- und Wegschaltbarkeit von BetriebsmittelnThird valves in second loop ( RL2 ) for connection and disconnection of equipment
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V41, V42V41, V42
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Schaltventil zur Zu- und Wegschaltbarkeit der zweiten Ringleitung (RL2) an die zentrale Ringleitung (RL)Switching valve for connecting and disconnecting the second ring line ( RL2 ) to the central loop ( RL )
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UPUP
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(zentrale) Umwälzpumpe, insbesondere drehzahlgeregelt(central) circulation pump, in particular speed-controlled
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22
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Leitungsknoten (beispielhaft in 1)Line node (exemplified in 1 )
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44
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Strömungsrichtung Wärmeenergie tragendes Medium bei EnergieeinspeisungFlow direction Thermal energy-carrying medium with energy supply
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66
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Strömungsrichtung Wärmeenergie tragendes Medium bei EnergieumschichtungFlow direction Thermal energy-carrying medium with energy redistribution
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SS
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Steuerung/RegelungControl / regulation
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SLSL
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zentrale Steuerleitungcentral control line
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FL1FL1
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erste zentrale Fühlerleitungfirst central sensor line
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TM1xTM1x
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Temperaturfühler in Energiespeicher bzw. EnergieverbraucherTemperature sensor in energy storage or energy consumers
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FL2FL2
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zweite zentrale Fühlerleitungsecond central sensor line
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TM2xTM2x
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Temperaturfühler in zentraler RingleitungTemperature sensor in central loop
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FLMFLM
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DurchflussmengenmesseinrichtungFlow rate measuring device
