DE102014007598A1 - Method and arrangement for reducing return temperature levels in heating systems with any number of heating circuits - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Rücklauftemperaturniveaus in einer Heizungsanlage mit beliebig vielen Heizkreisen (HK(1)...HK(n) mit n > 1), bei welchem eine Separierung der Heizwasserrücklaufvolumenströme bezüglich ihrer Rücklauftemperaturniveaus in mindestens zwei Rücklauftemperatursammler (2, 3, 4) erfolgt, diese temperaturabhängig separierten Heizwasserrücklaufvolumenströme in den mindestens zwei Rücklauftemperatursammlern (2, 3, 4) derart mindestens teilweise als Vorlaufbeimischung für mindestens einen der Heizkreise HK(x) eingesetzt werden, dass ein gewünschtes Vorlauftemperaturniveau unter Einsatz lediglich eines minimalen Vorlaufvolumenstroms aus dem Wärmeerzeuger erreicht wird, wobei alle Heizkreise (HK(1)...HK(n)) bei Bedarf miteinander interagieren können, so dass dynamische Prozesse in der Heizungsanlage, wie etwa veränderliche Volumenströme oder Temperaturniveaus infolge beispielsweise witterungs- bzw. nutzungsbedingter Bedarfsschwankungen energetisch günstiger als ohne die Vorlaufbeimischung aus den mindestens zwei Rücklauftemperatursammlern (2, 3, 4) ausgeglichen werden. Mit der Reduzierung des Rücklauftemperaturniveaus in Heizungsanlagen soll eine Erhöhung der energetischen Effizienz insbesondere für Brennwertheizkesselanlagen erreicht werden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf entsprechende Anordnungen.The invention relates to a method for reducing return temperature levels in a heating system with any number of heating circuits (HK (1)... HK (n) with n> 1), in which a separation of Heizwasserrücklaufvolumenströme with respect to their return temperature levels in at least two return temperature collector (2, 3, 4), these temperature-dependent separated Heizwasserrücklaufvolumenströme in the at least two return temperature collectors (2, 3, 4) are used at least partially as a feed admixture for at least one of the heating circuits HK (x) that a desired flow temperature level using only a minimum flow volume flow from the heat generator is reached, all heating circuits (HK (1) ... HK (n)) can interact with each other if necessary, so that dynamic processes in the heating system, such as variable volume flows or temperature levels due to, for example, weather or use-related needs Schwa be compensated energetically cheaper than without the feed admixture from the at least two return temperature collectors (2, 3, 4). With the reduction of the return temperature levels in heating systems, an increase in the energy efficiency is to be achieved in particular for condensing boilers. The invention further relates to corresponding arrangements.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Reduzierung von Rücklauftemperaturniveaus in Heizungsanlagen mit beliebig vielen Heizkreisen. Für Heizungsanalgen ist das Niveau der Rücklauftemperatur ein wesentlicher Faktor zur Beeinflussung der energetischen Effizienz. Grundsätzlich gilt, je geringer das Rücklauftemperaturniveau, umso höher ist die erreichbare Energieeffizienz. Insbesondere bei Brennwert-Heizkesselanlagen ist das Erreichen eines geringen Rücklauftemperaturniveaus von sehr großer Bedeutung zum Erlangen eines hohen energetischen Nutzungsgrades.The invention relates to the reduction of return temperature levels in heating systems with any number of heating circuits. For heating algae, the level of the return temperature is an essential factor for influencing the energy efficiency. Basically, the lower the return temperature level, the higher the energy efficiency that can be achieved. In particular, in condensing boiler systems, the achievement of a low return temperature levels is of great importance for obtaining a high level of energy efficiency.
Einige Systeme mit dem Ziel der Reduzierung des Rücklauftemperaturniveaus in Heizungsanlagen sind bereits bekannt, z. B.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Lösung zu schaffen, welche durch eine geeignete Schaltungsanordnung von Regel- und Steuerventilen sowie deren Regelung und Steuerung eine Reduzierung von Rücklauftemperaturniveaus in Heizungsanlagen mit beliebig vielen Heizkreisen erreicht.The object of the invention is therefore to provide a solution which achieves a reduction of return temperature levels in heating systems with any number of heating circuits by a suitable circuit arrangement of control and control valves and their regulation and control.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Verfahren zur Reduzierung von Rücklauftemperaturniveaus in einer Heizungsanlage mit beliebig vielen Heizkreisen HK(1)...HK(n) mit n > 1, bei welchem
- – eine Separierung der Heizwasserrücklaufvolumenströme bezüglich ihrer Rücklauftemperaturniveaus in mindestens zwei Rücklauftemperatursammler erfolgt,
- – diese temperaturabhängig separierten Heizwasserrücklaufvolumenströme in den mindestens zwei Rücklauftemperatursammlern derart mindestens teilweise als Vorlaufbeimischung für mindestens einen der Heizkreise HK(x) eingesetzt werden, dass ein gewünschtes Vorlauftemperaturniveau unter Einsatz lediglich eines minimalen Vorlaufvolumenstroms aus dem Wärmeerzeuger erreicht wird, wobei
- – alle Heizkreise HK(1)...HK(n) bei Bedarf miteinander interagieren können, so dass dynamische Prozesse in der Heizungsanlage, wie etwa veränderliche Volumenströme oder Temperaturniveaus infolge zum Beispiel witterungs- bzw. nutzungsbedingter Bedarfsschwankungen, energetisch günstiger als ohne die Vorlaufbeimischung aus den mindestens zwei Rücklauftemperatursammlern ausgeglichen werden.
- A separation of the Heizwasserrücklaufvolumenströme with respect to their return temperature levels in at least two return temperature collector takes place,
- - This temperature-dependent separated Heizwasserrücklaufvolumenströme in the at least two return temperature collectors are at least partially used as a feed admixture for at least one of the heating circuits HK (x) that a desired flow temperature level is achieved using only a minimum flow volume flow from the heat generator, wherein
- - All heating circuits HK (1) ... HK (n) can interact with each other if necessary, so that dynamic processes in the heating system, such as variable volume flows or temperature levels due to, for example, weather or use-related fluctuations in demand, energetically cheaper than without the feed admixture be compensated from the at least two return temperature collectors.
Gegenüber dem Stand der Technik hebt sich diese Erfindung insbesondere dahingehend ab, dass beliebig viele Heizkreise HK(x) eines Heizungssystems untereinander hydraulisch so verschaltet werden können, dass alle Heizkreise miteinander in hydraulischer und regelungstechnischer Interaktion stehen, ohne sich dabei negativ im Sinne der Funktionalität und Versorgungssicherheit hydraulisch zu beeinflussen. Das Grundprinzip der Erfindung liegt in der temperaturabhängigen Separierung der Rücklaufströme der einzelnen Heizkreise HK(x) der Heizungsanlage. Diese Rücklaufströme werden wie oben beschrieben in mindestens zwei Temperaturbereiche separiert. Zur Erhöhung des Effektes der Rücklauftemperaturreduzierung wird jedoch die Separierung der Rücklaufströme in mindestens drei Temperaturniveaus empfohlen. Somit werden die Rücklaufströme der einzelnen Heizkreise in Abhängigkeit Ihrer Temperatur durch Einsatz von Drei-Wege-Umschaltventilen, Temperatursensoren und einer softwaregestützten Regelung und Steuerung auf ein Hochtemperaturniveau (z. B. > 55°C), ein Mitteltemperaturniveau (z. B. < 55°C, > 40°C) und ein Niedertemperaturniveau (z. B. < 40°C) auf drei entsprechende Rücklaufsammler aufgeteilt. Für die einzelnen Heizkreise sind anwendungs- und funktionsbedingt Sollwerte für die Vorlauftemperaturen festgelegt (z. B. über eine Heizungskennlinie in Abhängigkeit der Außentemperatur). Mit der Kenntnis über die einzelnen Vorlauftemperatursollwerte erfolgt eine temperaturabhängige Zuführung von Heizwasservolumenströmen aus den drei Rücklaufsammlern als Beimischung zu den jeweiligen Vorlaufströmen der einzelnen Heizkreise. Vorzugsweise erfolgt dabei die Beimischung von Heizwasservolumenströmen aus dem Hochtemperatur-Rücklaufsammler zu den Vorlaufvolumenströmen der einzelnen Heizkreise. Damit wird heißes Rücklaufwasser eines Heizkreises zumindest teilweise als Vorlaufwasser für einen anderen Heizkreis verwendet und somit eine schrittweise Auskühlung von hochtemperierten Rücklaufströmen durch eine teilweise hydraulische Reihenschaltung erreicht. Die Festlegung, aus welchem der Rücklaufsammler Heizwasser entnommen wird, erfolgt über die softwaregestützte Regelung und Steuerung. Diese wiederum steuert Drei-Wege-Regelventile, welche den Strömungsweg des Heizwassers bestimmen. Über diese Drei-Wege-Regelventile erfolgt bereits eine Vorregelung zur Vorlauftemperatur, indem Heizwasservolumenströme aus den Rücklaufsammlern gemischt werden.Compared to the prior art, this invention stands out in particular to the effect that any number of heating circuits HK (x) of a heating system can be interconnected hydraulically so that all heating circuits are in hydraulic and regulatory interaction with each other, without being negative in terms of functionality and Hydraulic supply security influence. The basic principle of the invention lies in the temperature-dependent separation of the return flows of the individual heating circuits HK (x) of the heating system. These reflux streams are separated into at least two temperature ranges as described above. To increase the effect of the return temperature reduction, however, the separation of the return flows in at least three temperature levels is recommended. Thus, the return currents of the individual heating circuits are adjusted to a high temperature level (eg> 55 ° C), a medium temperature level (eg <55 ° C), depending on their temperature by using three-way changeover valves, temperature sensors and software-based control ° C,> 40 ° C) and a low temperature level (eg <40 ° C) are divided into three corresponding return headers. For the individual heating circuits, setpoint values for the flow temperatures are defined for each application and function (eg via a heating curve as a function of the outside temperature). With the knowledge of the individual flow temperature setpoints, a temperature-dependent supply of Heizwasservolumenströmen from the three return headers takes place as admixture to the respective flow rates of the individual heating circuits. Preferably, the admixing of Heizwasservolumenströmen from the high-temperature return header to the flow rate of the individual heating circuits. Thus, hot return water of a heating circuit is at least partially used as flow water for another heating circuit and thus achieved a gradual cooling of high-temperature return streams through a partial hydraulic series connection. The determination from which the return header heating water is taken, via the software-based control and control. This in turn controls three-way control valves, which determine the flow path of the heating water. These three-way control valves are already pre-regulated to flow temperature by mixing Heizwasservolumen streams from the return headers.
Bevorzugt erfolgt also die Separierung der Rücklaufvolumenströme aus den einzelnen Heizkreisen HK(x) in verschiedene Temperaturniveaus auf mindestens zwei, bevorzugt drei, Rücklaufsammler mittels Drei-Wege-Regelventile, Temperatursensor(en) sowie Regelungs- und Steuerungstechnik(en).Preferably, therefore, the separation of the return flow rates from the individual heating circuits HK (x) in different temperature levels to at least two, preferably three, return collectors by means of three-way control valves, temperature sensor (s) and control technology (s).
Weiterhin wird die Mischung von Rücklaufvolumenströmen aus verschiedenen Rücklaufsammlern mit verschiedenem Temperaturniveaus zur Vorregelung der Vorlauftemperatur mindestens eines Heizkreises HK(x) mittels Drei-Wege-Regelventile, Temperatursensor(en) sowie Regelungs- und Steuerungstechnik(en) durchgeführt. Furthermore, the mixture of return flow rates from different return headers with different temperature levels for pre-regulation of the flow temperature of at least one heating circuit HK (x) by means of three-way control valves, temperature sensor (s) and control technology (s) is performed.
Unabhängig von dem vorstehend Gesagten können zur temperaturabhängigen Separierung der Rücklaufvolumenströme und zur Vorregelung der Vorlauftemperatur an Stelle von Drei-Wege-Ventilen auch Zwei-Wege-Ventile eingesetzt werden. Beim Einsatz von Zwei-Wege-Ventilen resultiert eine Reduzierung der Versorgungssicherheit, da bei einem Ausfall der Regelungsanlage eine Unterbrechung der Strömungswege der Heizkreise eintreten kann. Bei Einsatz von Drei-Wege-Ventilen ist immer ein Strömungsweg für die einzelnen Heizkreise offen und die Funktion der Heizungsanlage bleibt gewährleistet. Weiterhin ist beim Einsatz von Zwei-Wege-Ventilen auf der Vorlaufseite keine Vorregelung der Vorlauftemperatur möglich. Die Anzahl der Zwei-Wege-Ventile pro Heizkreis entspricht sowohl für die Rücklaufvolumenstromseparierung als auch für die Entnahme zur Vorlaufbeimischung aus den Rücklaufsammlern der Anzahl der Rücklaufsammler. Bei einer Anzahl von drei Rücklaufsammlern sind somit drei Zwei-Wege-Ventile für die Rücklauftemperaturseparierung und drei Zwei-Wege-Ventile für die Entnahme zur Vorlaufbeimischung pro Heizkreis erforderlich.Independently of the above, two-way valves can be used instead of three-way valves for the temperature-dependent separation of the return flow rates and for the precontrol of the flow temperature. When using two-way valves results in a reduction in security of supply, as in a failure of the control system can interrupt the flow paths of the heating circuits. When using three-way valves, a flow path is always open for the individual heating circuits and the function of the heating system remains guaranteed. Furthermore, when using two-way valves on the flow side, no pre-regulation of the flow temperature is possible. The number of two-way valves per heating circuit corresponds to the number of return collectors both for the return volume flow separation and for the withdrawal to the feed admixture from the return collectors. For a number of three return collectors, therefore, three two-way valves for the return temperature separation and three two-way valves for the removal of feed admixture per heating circuit are required.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst von einer Anordnung zur Reduzierung von Rücklauftemperaturniveaus in einer Heizungsanlage mit beliebig vielen Heizkreisen (HK(1)...HK(n) mit n > 1), umfassend
- – mindestens zwei Rücklauftemperatursammler, in denen eine Separierung der Heizwasserrücklaufvolumenströme bezüglich ihrer Rücklauftemperaturniveaus erfolgt, wobei
- – ein gewünschtes Vorlauftemperaturniveau unter Einsatz lediglich eines minimalen Vorlaufvolumenstroms aus dem Wärmeerzeuger erreicht wird, indem die temperaturabhängig separierten Heizwasserrücklaufvolumenströme in den mindestens zwei Rücklauftemperatursammlern mindestens teilweise als Vorlaufbeimischung für mindestens einen der Heizkreise HK(x) eingesetzt werden, und wobei
- – alle Heizkreise HK(1)...HK(n) bei Bedarf miteinander interagieren können, so dass dynamische Prozesse in der Heizungsanlage, wie etwa veränderliche Volumenströme oder Temperaturniveaus infolge von z. B. witterungs- bzw. nutzungsbedingter Bedarfsschwankungen energetisch günstiger als ohne die Vorlaufbeimischung aus den mindestens zwei Rücklauftemperatursammlern ausgeglichen werden.
- - At least two return temperature collector, in which a separation of Heizwasserrücklaufvolumenströme takes place with respect to their return temperature levels, wherein
- - A desired flow temperature level is achieved using only a minimum flow volume flow from the heat generator by the temperature-dependent separated Heizwasserrücklaufvolumenströme in the at least two return temperature collectors at least partially used as a feed admixture for at least one of the heating circuits HK (x), and wherein
- - All heating circuits HK (1) ... HK (n) can interact with each other if necessary, so that dynamic processes in the heating system, such as variable volume flows or temperature levels due to z. B. weather or use-related fluctuations in demand energetically cheaper than without the flow mixture from the at least two return temperature collectors are compensated.
Grundsätzlich gelten die weiter oben gegebenen Ausführungen zu dem erfinderischen Verfahren in analoger Weise auch für die Anordnung, so dass selbige hier aus Redundanzgründen nicht wiederholt werden.In principle, the explanations given above on the inventive method also analogously apply to the arrangement, so that the same are not repeated here for redundancy reasons.
In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt die Separierung der Rücklaufvolumenströme aus den einzelnen Heizkreisen HK(x) in verschiedene Temperaturniveaus auf mindestens zwei, bevorzugt drei, Rücklaufsammler mittels Drei-Wege-Regelventile, Temperatursensor(en) sowie Regelungs- und Steuerungstechnik(en).In a first embodiment of the arrangement according to the invention the separation of the return flow rates from the individual heating circuits HK (x) takes place in different temperature levels on at least two, preferably three, return collectors by means of three-way control valves, temperature sensor (s) and control engineering (s) ,
Weiterhin wird die Mischung von Rücklaufvolumenströmen aus verschiedenen Rücklaufsammlern mit verschiedenem Temperaturniveaus zur Vorregelung der Vorlauftemperatur mindestens eines Heizkreises HK(x) mittels Drei-Wege-Regelventile, Temperatursensor(en) sowie Regelungs- und Steuerungstechnik(en) durchgeführt.Furthermore, the mixture of return flow rates from different return headers with different temperature levels for pre-regulation of the flow temperature of at least one heating circuit HK (x) by means of three-way control valves, temperature sensor (s) and control technology (s) is performed.
Schließlich können auch in der Anordnung zur temperaturabhängigen Separierung der Rücklaufvolumenströme und zur Vorregelung der Vorlauftemperatur an Stelle von Drei-Wege-Ventilen Zwei-Wege-Ventile eingesetzt werden. Beim Einsatz von Zwei-Wege-Ventilen resultiert eine Reduzierung der Versorgungssicherheit, da bei einem Ausfall der Regelungsanlage eine Unterbrechung der Strömungswege der Heizkreise eintreten kann. Bei Einsatz von Drei-Wege-Ventilen ist immer ein Strömungsweg für die einzelnen Heizkreise offen und die Funktion der Heizungsanlage bleibt gewährleistet. Weiterhin ist beim Einsatz von Zwei-Wege-Ventilen auf der Vorlaufseite keine Vorregelung der Vorlauftemperatur möglich. Die Anzahl der Zwei-Wege-Ventile pro Heizkreis entspricht sowohl für die Rücklaufvolumenstromseparierung als auch für die Entnahme zur Vorlaufbeimischung aus den Rücklaufsammlern der Anzahl der Rücklaufsammler. Bei einer Anzahl von drei Rücklaufsammlern werden somit drei Zwei-Wege-Ventile für die Rücklauftemperaturseparierung und drei Zwei-Wege-Ventile für die Entnahme zur Vorlaufbeimischung pro Heizkreis erforderlich.Finally, in the arrangement for the temperature-dependent separation of the return flow rates and for the precontrol of the flow temperature instead of three-way valves two-way valves can be used. When using two-way valves results in a reduction in security of supply, as in a failure of the control system can interrupt the flow paths of the heating circuits. When using three-way valves, a flow path is always open for the individual heating circuits and the function of the heating system remains guaranteed. Furthermore, when using two-way valves on the flow side, no pre-regulation of the flow temperature is possible. The number of two-way valves per heating circuit corresponds to the number of return collectors both for the return volume flow separation and for the withdrawal to the feed admixture from the return collectors. For a number of three return collectors, therefore, three two-way valves for the return temperature separation and three two-way valves for the withdrawal to the feed admixture per heating circuit are required.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung noch näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Wie in
Für die einzelnen Heizkreise sind anwendungs- und funktionsbedingt Sollwerte für die Vorlauftemperaturen festgelegt (z. B. über eine Heizungskennlinie in Abhängigkeit der Außentemperatur). Mit der Kenntnis über die einzelnen Vorlauftemperatursollwerte erfolgt eine temperaturabhängige Zuführung von Heizwasservolumenströmen aus den drei Rücklaufsammlern
Bevorzugt erfolgt also die Separierung der Rücklaufvolumenströme aus den einzelnen Heizkreisen HK(x) in verschiedene Temperaturniveaus auf mindestens zwei, bevorzugt drei, Rücklaufsammler
Weiterhin wird die Mischung von Rücklaufvolumenströmen aus verschiedenen Rücklaufsammlern
In einem ersten Anwendungsbeispiel besteht für einen Heizkreis HK(x), z. B. HK(1), ein Sollwert für die Vorlauftemperatur von 50°C und im (Hochtemperatur)-Rücklaufsammler
In einem zweiten Anwendungsbeispiel wird für einen Heizkreis HK(x), z. B. HK(2), eine Vorlauftemperatur von 65°C benötigt und vom Wärmeerzeuger
Zur Vermeidung einer gegenseitigen hydraulischen Beeinflussung der einzelnen Heizkreise untereinander sind die Rücklaufsammler
Die vorstehenden Erläuterungen und Ausgestaltungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren gelten sinngemäß auch die erfindungsgemäße Anordnung und sollen daher hier nicht nochmal wiederholt werden.The above explanations and exemplary embodiments of the method according to the invention also apply mutatis mutandis to the inventive arrangement and should therefore not be repeated here again.
Mit den vorangehend beschriebenen Verfahren und Anordnungen wird erreicht, was gewünscht war: Es wurde eine innovative Lösung geschaffen, bei welcher durch eine geeignete Schaltungsanordnung von Regel- und Steuerventilen sowie deren Regelung und Steuerung eine Reduzierung von Rücklauftemperaturniveaus in Heizungsanlagen mit beliebig vielen Heizkreisen erreicht wird. Damit können insbesondere dynamische Prozesse in derartigen Heizungsanlagen, wie etwa veränderliche Volumenströme oder Temperaturniveaus infolge zum Beispiel witterungs- bzw. nutzungsbedingter Bedarfsschwankungen, energetisch günstiger als im Stand der Technik bekannt ausgeglichen werden.With the above-described methods and arrangements is achieved what was desired: An innovative solution was created in which by a suitable circuit arrangement of control and control valves and their regulation and control, a reduction of return temperature levels in heating systems is achieved with any number of heating circuits. Thus, in particular dynamic processes in such heating systems, such as variable volume flows or temperature levels as a result of, for example, weather or usage-related fluctuations in demand, can be compensated for in terms of energy and in terms of energy known from the prior art.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- VorlaufverteilerFlow manifold
- 22
- Rücklaufsammler HochtemperaturReturn collector high temperature
- 33
- Rücklaufsammler MitteltemperaturReturn collector middle temperature
- 44
- Rücklaufsammler NiedertemperaturReturn collector low temperature
- 55
- Motor-Drei-Wege-UmschaltventilMotor Three-way diverter valve
- 66
- Temperatursensor RücklaufTemperature sensor return
- 77
- softwaregestützte Regelung und SteuerungSoftware-based regulation and control
- 88th
- Motor-Drei-Wege-RegelventilMotor Three-way control valve
- 99
- Motor-Drei-Wege-RegelventilMotor Three-way control valve
- 1010
- hydraulische Ausgleichsleitunghydraulic compensation line
- 1111
- Temperatursensor RücklaufbeimischungTemperature sensor return admixture
- 1212
- Wärmeerzeugerheat generator
- 1313
- Umwälzpumpecirculating pump
- 1414
- HeizkreisverbraucherHeizkreisverbraucher
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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