DE102008006507A1

DE102008006507A1 - Regeleinrichtung für ein System mit zwei einander parallel geschalteten Kollektoren

Info

Publication number: DE102008006507A1
Application number: DE102008006507A
Authority: DE
Inventors: Peter Dominke; Sven Saulich; Uli Dr. Jakob
Original assignee: PIZAUL AG
Current assignee: HIGHTEX GMBH, DE
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2009-07-30

Abstract

Regeleinrichtung für ein System mit zwei einander parallel geschalteten Kollektoren (FK, RK) für solare Wärme, durch welche ein Fluid hindurch geleitet, erwärmt und anschließend einem gemeinsamen Speicher (S) zugeführt wird. Um eine einfache, effektive Regeleinrichtung zu schaffen, wird vorgeschlagen: - Beiden Kollektoren ist eine gemeinsame, steuerbare Pumpe (P) für das Fluid zugeordnet, - den Kollektoren ist jeweils in ihrer Abflussleitung für das erwärmte Fluid ein Sensor (TS2, TS1) für die jeweilige Temperatur des erwärmten Fluids zugeordnet, - wenigstens einem Kollektor ist in seiner Zu- oder Abflussleitung ein steuerbares Ventil (MS) zugeordnet, - durch die Regeleinrichtung --ist das Ventil so gesteuert, dass die Temperaturen, welche die Sensoren (TS2, TS1) ermitteln, annähernd gleich bleiben, -- ist die Förderleistung der Pumpe so gesteuert, dass diese Temperaturen ausreichend hoch bleiben, um eine Aufheizung des Speichers zu ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Einrichtung nach der DE 198 36 011 wird einem Pufferspeicher parallel über getrennte Leitungskreise (jeweils mit Pumpe) einerseits Wärme von einem Solarkollektor und andererseits von einer Wärmepumpe zugeführt.
In der Einrichtung nach der DE 200 00 759 U1 sind West- und Ost-Kollektoren vorgesehen, die je nach Einstrahlung in Serie oder parallel geschaltet werden. Eine gemeinsame Pumpe kann man bei 4 voraussetzen, aber die temperaturabhängige Umsteuerung zwischen Serien- und Parallelbetrieb richtet sich nur nach der Temperatur am Ausgang des Kollektorpaares.
In der Einrichtung nach der AT 413 302 B sind zwar zwei Umweltwärmequellen lediglich in Serie geschaltet, aber in der Einleitung wird auf Seite 2, Zeile 11 behauptet, in der US 4 325 357 seien Umweltwärmequellen parallel geschaltet. Das ist aber nicht richtig.
In der Einrichtung nach der US 4 363 218 sind zwar Paneele 57 einander parallel geschaltet, aber ebenfalls mit einer nicht besonders nachahmenswerten Regelung.
Die FR 2 470 930 zeigt eine Parallelschaltung zweier Wärmequellen-Leitungskreise (Sonnenkollektor-Leitungskreis und kondensatorseitiger Ausgang-Leitungskreis einer Wärmepumpe, die Wärme aus einem Leitungsnetz im Erdboden bezieht). Dabei versorgen die beiden Leitungskreise einen gemeinsamen Wärmespeicher mit einem warmen Fluid, aber jeder Leitungskreis hat seine eigene Umwälzpumpe. Im Sonnenkollektor-Leitungskreis kann ein Ventil vorgesehen sein, das entsprechend der Temperatur des Fluids geregelt wird.
Für eine optimale energetische Auslastung von thermischen Solarkollektoren ist ein variabler Volumenstrom des Solarmediums (Fluids) erforderlich.
Für die in der Masse m speicherbare Energiemenge gilt: Q = m·c·dT (mit c = Wärmekapazität des speichernden Mediums und dT = Temperaturdifferenz). Demnach lässt sich die Temperatur eines solar erwärmten Fluids, das am Eingang eines Speichers ankommt, gemessen durch einen Sensor TS1, über die Förderleistung (entspricht m) einer Pumpe regeln.
So sorgt bei geringer solarer Einstrahlung ein niedriger Volumenstrom dafür, dass die Temperatur des Solarmediums so hoch bleibt, dass eine Ladung (Erwärmung) des (Puffer-)Speichers erfolgen kann.
Ein Problem tritt jedoch auf, wenn unterschiedliche Kollektorarten (z. B. Flach- oder Röhrenkollektoren) oder unterschiedliche Ausrichtungen der Kollektoren vorhanden sind.
Nach dem Stand der Technik werden in diesem Fall beide Kollektor-Kreise über zwei Solarpumpen getrennt geregelt. Dies erzeugt einen hohen hydraulischen Aufwand und erhöht den Verbrauch an Hilfsenergie.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache, effektive Regeleinrichtung zu schaffen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Regeleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt folgende Idee zugrunde, die anhand der Figur erläutert wird. Diese zeigt zwei Kollektoren FK, RK, die parallel zueinander einen (Puffer-)Speicher S speisen. Eine gemeinsame (Solar-)Pumpe PS treibt ein Fluid (Solarmedium) über einen Knotenpunkt KP durch beide Kollektorkreise. Deren Abflussleitungen vereinigen sich über einen Mischer MS zu einer gemeinsamen Speiseleitung für den Speicher S.
Der hydraulische Abgleich der beiden Kollektoren (oder gleiche Kollektorart bei unterschiedlicher Ausrichtung) erfolgt, indem über ein steuerbares Ventil, insbesondere über einen Mischer (Dreiwegeventil) MS die Differenz der beiden Temperaturen TS1 und TS2 der Kollektor-Abflussleitungen auf „Null" geregelt wird.
Schon bei Verwendung nur eines steuerbaren Ventils in einer Zuleitung oder Abflussleitung des Kollektors mit der augenblicklich geringeren Leistung wird durch diese Temperatur-Angleichungsregelung der beiden Temperaturen der Volumenstrom des Kollektors herabgesetzt und damit die Fluid-Temperatur in dessen Abflussleitung erhöht. Bei Verwendung von je einem steuerbaren Ventil pro Kollektorkreis und gegensinniger Steuerung oder bei Verwendung von einem Dreiwegeventil erhöht sich zusätzlich der Volumenstrom des anderen Kollektors und damit wird die Fluid-Temperatur in dessen Abflussleitung reduziert.
Die absolute Temperatur des Fluids in der Speiseleitung des Speichers wird von der (Solar-)Pumpe PS geregelt, die zu beiden Kollektorkreisen gehört.
Wenn der Mischer MS auf einer seiner Zuleitungseiten komplett geschlossen ist, kann durch den fehlenden Volumenstrom der zugehörende Sensor TS1 oder TS2 nicht mehr reagieren. Aus diesem Grund werden die vorhandenen Kollektortemperaturen TK1 und TK2 überwacht. Besteht ein sehr großer Temperaturunterschied zwischen der Kollektortemperatur TKx und der zugehörigen Temperatur TSx vor dem Mischer, wird der Mischer auf dieser Seite ein wenig geöffnet. Damit entsteht ein kleiner Volumenstrom auf dieser Seite, der eine Temperaturmessung an TSx ermöglicht.
Annahme: Ausrichtung zweier Kollektorfelder nach Ost und West. Am Abend schaltet die Anlage mit der Mischerstellung West-offen ab. An nächsten Morgen schaltet die Anlage mit derselben Mischerstellung wieder ein. Die Kollektortemperatur TKx auf der Ostseite wird stark ansteigen, während die zugehörige Temperatur an TSx infolge des fehlenden Volumenstroms kalt bleibt. Wird nun durch den großen Temperaturunterschied der Mischer etwas geöffnet, wird der Ost-Kollektor von einem geringen Volumenstrom durchflossen, der die Temperatur des Ost-Sensors ansteigen lässt. Durch die damit beginnende Temperatur-Angleichungsregelung wird der Mischer nun den Ost-Kollektor öffnen.
Abwandlungsmöglichkeiten:
Die Pumpe kann auch in der Speiseleitung des Speichers installiert sein.
Der Knotenpunkt KP und der Mischer können vertauscht sein.
Anstelle des Mischers kann im Kollektorkreis des dauerhaft leistungsschwächeren Kollektors ein steuerbares Ventil (steuerbare Drossel) installiert sein.
Vorteile der Idee:
Minimaler Aufwand an Hydraulik und Sensorik spart Investitionskosten,
Geringe Betriebskosten, da minimale Hilfsenergie,
Optimale Ausnutzung von Energie,
Einfache Regelung.
Zur Ergänzung der Offenbarung der Erfindung wird hiermit explizit auf deren zeichnerische Darstellung in den Figuren der Zeichnung Bezug genommen. Ferner umfasst die Erfindung neben deren Definition in den Patentansprüchen auch jedwede andere patentfähige Merkmalskombination, insbesondere Unterkombinationen des Hauptanspruches und seiner Unteransprüche.
Zusammenfassend ist Folgendes festzustellen:
Regeleinrichtung für ein System mit zwei einander parallel geschalteten Kollektoren (FK, RK) für solare Wärme, durch welche ein Fluid hindurch geleitet, erwärmt und anschließend einem gemeinsamen Speicher (S) zugeführt wird.
Um eine einfache, effektive Regeleinrichtung zu schaffen, wird vorgeschlagen:

– Beiden Kollektoren ist eine gemeinsame, steuerbare Pumpe (P) für das Fluid zugeordnet,
– den Kollektoren ist jeweils in ihrer Abflusssleitung für das erwärmte Fluid ein Sensor (TS2, TS1) für die jeweilige Temperatur des erwärmten Fluids zugeordnet,
– wenigstens einem Kollektor ist in seiner Zu- oder Abflussleitung ein steuerbares Ventil (MS) zugeordnet,
– durch die Regeleinrichtung
– ist das Ventil so gesteuert, dass die Temperaturen, welche die Sensoren TS2, TS1) ermitteln, annähernd gleich bleiben,
– ist die Förderleistung der Pumpe so gesteuert, dass diese Temperaturen ausreichend hoch bleiben, um eine Aufheizung des Speichers zu ermöglichen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19836011 [0002]
- DE 20000759 U1 [0003]
- AT 413302 B [0004]
- US 4325357 [0004]
- US 4363218 [0005]
- FR 2470930 [0006]

Claims

Regeleinrichtung für ein System mit zwei einander parallel geschalteten Kollektoren (FK, RK) für solare Wärme, durch welche ein Fluid hindurch geleitet, erwärmt und anschließend einem gemeinsamen Speicher (S) zugeführt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – beiden Kollektoren ist eine gemeinsame, steuerbare Pumpe (P) für das Fluid zugeordnet, – den Kollektoren ist jeweils in ihrer Abflusssleitung für das erwärmte Fluid ein Sensor (TS2, TS1) für die jeweilige Temperatur des erwärmten Fluids zugeordnet, – wenigstens einem Kollektor ist in seiner Zu- oder Abflussleitung ein steuerbares Ventil (MS) zugeordnet, – durch die Regeleinrichtung – ist das Ventil so gesteuert, dass die Temperaturen, welche die Sensoren TS2, TS1) ermitteln, annähernd gleich bleiben, – ist die Förderleistung der Pumpe so gesteuert, dass diese Temperaturen ausreichend hoch bleiben, um eine Aufheizung des Speichers zu ermöglichen.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der beiden Kollektoren ein steuerbares Ventil (MS) zugeordnet ist und diese Ventile gegenläufig so steuerbar sind, dass die Temperaturen, welche die Sensoren (TS2, TS1) ermitteln, annähernd gleich bleiben.
Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventile durch einen Mischer (MS) in einem der Knotenpunkte (MS, KP) der Zu- oder Abflussleitungen gebildet sind.
Regeleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Kollektor (FK, RK) ein Temperatursensor (TK2, TK1) für die jeweilige Kollektortemperatur zugeordnet ist und dass die Regeleinrichtung derart steuerbar ist, dass dann, wenn ein Ventil geschlossenen ist, dieses geöffnet wird, und zwar ab einer vorgegebenen positiven Differenz zwischen der zugehörigen Kollektortemperatur (TK1 bzw. TK2) und der Temperatur (TS1 bzw. TS2) des Fluids in der zugehörigen Abflussleitung.