DE102021134317A1 - Fernwärmeübergabestation und verfahren zum betreiben derselben - Google Patents

Abstract

Es werden eine Fernwärmeübergabestation (1) und ein Verfahren zum Betreiben desselben beschrieben. Die Fernwärmeübergabestation umfasst einen Tank (3), zumindest einen Wärmetauscher (5), einen Fernwärme-Zufluss-Anschluss (7) und einen Fernwärme-Abfluss-Anschluss (9) sowie einen Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss (11) und einen Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss (13). Der Fernwärme-Zufluss-Anschluss und der Fernwärme-Abfluss-Anschluss münden jeweils in ein Innenvolumen (15) des Tanks, wobei über den Fernwärme-Zufluss-Anschluss (7) ein aus einer Fernwärmequelle (21) stammendes wärmespeicherndes Fernwärmefluid in das Innenvolumen (15) des Tanks (3) zuführbar und nach Durchströmen des Innenvolumens (15) des Tanks (3) über den Fernwärme-Abfluss-Anschluss (9) aus dem Innenvolumen (15) des Tanks (3) abführbar ist. Der Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss und der Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss sind jeweils mit einem Innenvolumen (23) des Wärmetauschers (5) verbunden. Der Wärmetauscher ist in dem Innenvolumen des Tanks aufgenommen. Das Innenvolumen des Wärmetauschers ist hierbei kleiner als das von dem Fernwärmefluid zu durchströmende Innenvolumen des Tanks.

Description

• GEBIET DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fernwärmeübergabestation sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben.
• TECHNISCHER HINTERGRUND
• Es existieren verschiedenste Ansätze, um beispielsweise in einem Gebäude einen Wärmebedarf zu decken. Ein häufig praktizierter Ansatz besteht darin, lokal in dem Gebäude in einer Heizung Brennstoffe zu verbrennen, um Wärme zu erzeugen.
• Bei einem alternativen Ansatz wird Wärme an einem externen Ort entfernt von dem Gebäude erzeugt und dann als Fernwärme mithilfe eines wärmespeichernden Fernwärmefluids in einem Wärmekreislauf zu dem Gebäude geliefert. Das Fernwärmefluid kann dabei an dem externen Ort erhitzt werden, indem dort beispielsweise Wärme durch Verbrennung von Brennstoffen erzeugt wird oder als Abwärme aus industriellen Prozessen oder von einer Kraft-Wärme-Kopplung bereitgestellt wird und auf das Fernwärmefluid übertragen wird. Das Fernwärmefluid kann hierbei beispielsweise eine Flüssigkeit sein und kann eine möglichst hohe Wärmekapazität aufweisen, um darin viel Wärme speichern zu können. Das Fernwärmefluid kann dann von dem externen Ort beispielsweise durch isolierte Rohrleitungen eines Fernwärmekreislaufs hin zu dem zu heizende Gebäude gepumpt werden.
• Innerhalb des Gebäudes ist im Allgemeinen eine von dem Fernwärmekreislauf getrennte lokale Gebäudewärmeversorgung vorgesehen. Die Gebäudewärmeversorgung kann einen Gebäudewärmekreislauf aufweisen, der beispielsweise Rohrleitungen und/oder Heizkörper in dem Gebäude umfassen kann. Durch diese kann ein Wärmefluid gefördert werden, mithilfe dessen sich Flächen innerhalb des Gebäudes wie beispielsweise Böden, Wände oder Heizkörperoberflächen erwärmen lassen. Ergänzend kann die Gebäudewärmeversorgung auch eine Warmwasserversorgung in dem Gebäude umfassen, wobei als Wärmefluid in diesem Fall Brauchwasser erwärmt wird. Der Fernwärmekreislauf und die Gebäudewärmeversorgung einschließlich ihres Gebäudewärmekreislaufs sind typischerweise bezüglich der darin jeweils strömenden Wärmefluide komplett voneinander getrennt.
• Um einen Wärmeaustausch zwischen dem Fernwärmekreislauf und der Gebäudewärmeversorgung etablieren zu können, wird eine Fernwärmeübergabestation vorgesehen. In dieser kann Wärme aus dem Fernwärmekreislauf über einen oder mehrere geeignete Wärmetauscher auf die Gebäudewärmeversorgung übertragen werden.
• Häufig kann hierbei für die Gebäudewärmeversorgung ein Wärmespeicher als Pufferspeicher vorgesehen sein, in dem Wärme, die von dem Fernwärmekreislauf eingespeist wird, temporär gespeichert werden kann, bis sie in dem Gebäude benötigt wird. In herkömmlichen Heizsystemen umfasst hierzu die Fernwärmeübergabestation meist einen Tank, in dem ein großes Volumen des Brauchwärmefluids der Gebäudewärmeversorgung aufgenommen ist, wobei Wärme aus dem Fernwärmekreislauf durch Fernwärmefluid, welches einen in dem Tank aufgenommenen Wärmetauscher durchströmt, auf das Brauchwärmefluid übertragen werden kann. Mithilfe eines solchen Wärmespeichers können von der Gebäudewärmeversorgung bei Bedarf hohe Wärmeleistungen in dem Gebäude bereitgestellt werden, ohne dass der Fernwärmekreislauf seinerseits stets in der Lage sein müsste, solche hohen Wärmeleistungen bereitzustellen. Stattdessen braucht der Fernwärmekreislauf im Allgemeinen lediglich die durchschnittlich in dem Gebäude benötigte Wärmeleistung bereitstellen.
• Allerdings wurde beobachtet, dass Fernwärmeübergabestationen, welche nach dem vorangehend beschriebenen konventionellen Konzept ausgestaltet sind, Nachteile hinsichtlich einer Effizienz der Wärmeversorgung bzw. hinsichtlich einer Effizienz der Wärmeübergabe aufweisen können.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Es kann somit ein Bedarf an einer Fernwärmeübergabestation bestehen, welche eine hohe Effizienz der Wärmeversorgung bzw. der Wärmeübergabe ermöglicht. Insbesondere kann ein Bedarf an einer Fernwärmeübergabestation bestehen, welche einerseits einfach und robust aufgebaut ist und somit kostengünstig bereitgestellt werden kann und welche andererseits eine effiziente Ausnutzung bereitgestellter Fernwärme zur Wärmeversorgung innerhalb eines Gebäudes ermöglicht. Ferner kann ein Bedarf an einem Verfahren zum Betreiben einer solchen Fernwärmeübergabestation bestehen, mithilfe dessen bereitgestellte Fernwärme effizient zur Wärmeversorgung in einem Gebäude genutzt werden kann.
• Die genannten Bedürfnisse können zumindest teilweise mit dem Gegenstand eines der unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung erfüllt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
• Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Fernwärmeübergabestation angegeben, welche einen Tank, zumindest einen Wärmetauscher, einen Fernwärme-Zufluss-Anschluss und einen Fernwärme-Abfluss-Anschluss sowie einen Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss und einen Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss aufweist. Der Fernwärme-Zufluss-Anschluss und der Fernwärme-Abfluss-Anschluss münden jeweils in ein Innenvolumen des Tanks und bilden eine Fluidverbindung mit einem außen an dem Tank zugänglichen Fernwärme-Zufluss-Stutzen bzw. Fernwärme-Abfluss-Stutzen derart, dass über den Fernwärme-Zufluss-Anschluss ein aus einer Fernwärmequelle stammendes wärmespeicherndes Fernwärmefluid in das Innenvolumen des Tanks zuführbar und nach Durchströmen des Innenvolumens des Tanks über den Fernwärme-Abfluss-Anschluss aus dem Innenvolumen des Tanks abführbar ist. Der Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss und der Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss sind jeweils mit einem Innenvolumen des Wärmetauschers verbunden und bilden eine Fluidverbindung mit einem außen an dem Tank zugänglichen Brauchwärme-Zufluss-Stutzen bzw. Brauchwärme-Abfluss-Stutzen, über die ein wärmespeicherndes Brauchwärmefluid in das Innenvolumen des Wärmetauschers zuführbar bzw. aus dem Innenvolumen des Wärmetauschers abführbar ist. Der Wärmetauscher ist hierbei in dem Innenvolumen des Tanks aufgenommen. Das Innenvolumen des Wärmetauschers ist dabei kleiner als das von dem Fernwärmefluid zu durchströmende Innenvolumen des Tanks.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Fernwärmeübergabestation gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung beschrieben. Das Verfahren umfasst hierbei ein Steuern einer sich zyklisch wiederholenden Beladung des Tanks mit wärmespeicherndem Fernwärmefluid derart, dass (i) während eines ersten Teilzyklus ein Austausch von Fernwärmefluid in dem Tank durch Zulassen eines Zuflusses von aus einer Fernwärmequelle stammendem wärmespeicherndem Fernwärmefluid durch den Fernwärme-Zufluss-Anschluss und Zulassen eines Abflusses von in dem Tank lagerndem Fernwärmefluid durch den Fernwärme-Abfluss-Anschluss ermöglicht wird, und (ii) während eines zweiten Teilzyklus ein Austausch von Fernwärmefluid in dem Tank blockiert wird.
• Ausführungsformen der Erfindung können, unter anderem und ohne die Erfindung zu beschränken, als auf nachfolgend beschriebenen Ideen bzw. Erkenntnissen beruhend angesehen werden:
• Einleitend soll eine Grundidee zu Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung sowie mögliche Vorteile kurz erläutert werden, wobei diese Erläuterung als lediglich grob zusammenfassend und die Erfindung nicht einschränkend auszulegen ist:
  • Bei herkömmlichen Fernwärmeübergabestationen mit Wärmespeicher wird ein verhältnismäßig kleiner Wärmetauscher von Fernwärmefluid durchströmt, um Wärme an ein Brauchwärmefluid zu übertragen, welches in einem im Vergleich zum Wärmetauscher großen Tank zwischengespeichert wird.
• Dieses seit vielen Jahren verfolgte Grundkonzept wird bei der hierin beschriebenen Fernwärmeübergabestation umgekehrt. Statt dem Brauchwärmefluid dient das Fernwärmefluid in der Fernwärmeübergabestation als Wärmespeicher und wird hierzu in einem großvolumigen Tank zwischengespeichert. In dem Tank befindet sich ein im Verhältnis zum Tankvolumen kleinvolumiger Wärmetauscher, durch den Brauchwärmefluid geleitet wird, um Wärme aus dem Wärmespeicher aufnehmen und einer Gebäudewärmeversorgung zur Verfügung stellen zu können.
• Durch das Umkehren des herkömmlichen Grundkonzepts können verschiedene Vorteile erzielt werden. Unter anderem kann der Tank zyklisch mit Fernwärmefluid beladen werden, wobei das Fernwärmefluid zwischen zwei Beladungsvorgängen während längerer Zeitdauern in dem Tank verbleiben kann, um Wärme sukzessive an das Brauchwärmefluid abzugeben. Während dieser Zeitdauern durchströmt das Fernwärmefluid den Tank nicht und wird das Fernwärmefluid in dem Tank vorzugsweise nicht aktiv durchmischt. Stattdessen verbleibt das Fernwärmefluid stationär in dem Tank, sodass sich darin eine Wärmeschichtung einstellen kann. Unter anderem aufgrund dieser Wärmeschichtung kann Wärme besonders effizient an das Brauchwärmefluid übertragen werden. Eine Wärmeübertragung kann durchgeführt werden, bis eine Rücklauftemperatur, mit der das Fernwärmefluid den Tank wieder verlassen kann, stark abgesunken ist. Dadurch, dass die Rücklauftemperatur in dem Fernwärmekreislauf gering sein kann, kann insbesondere eine insgesamt mit der Fernwärmeübergabestation zu erzielende Wärmeübertragung sehr effizient erfolgen. Auch eine Vorlauftemperatur in dem Fernwärmekreislauf kann geringer sein, als dies bei herkömmlichen Fernwärmeübergabestationen der Fall ist. Ergänzend kann im Allgemeinen eine Grädigkeit zwischen dem die Fernwärme transportierenden Fluid und dem als Wärmespeicher dienenden Fluid entfallen, da beide Funktionalitäten von dem Fernwärmefluid ausgeführt werden. Auch hierdurch kann ein Wirkungsgrad der Fernwärmeübergabestation verbessert werden. Für den Fall, dass mit dem Brauchwärmefluid mehrere Wärmeverbraucher, d.h. beispielsweise sowohl ein Gebäudewärmekreislauf zum Heizen des Gebäudes als auch eine Warmwasserversorgung in dem Gebäude versorgt werden sollen, können mit der hierin beschriebenen Fernwärmeübergabestation alle Wärmeverbraucher gleichzeitig mit voller Leistung betrieben werden. Außerdem kann bei Bedarf der als Wärmespeicher dienende Tank der Fernwärmeübergabestation sehr zügig mit frischem, heißem Fernwärmefluid beladen werden, sodass schnell eine hohe Heizleistung zur Verfügung gestellt werden kann.
• Nachfolgend werden mögliche Merkmale von Ausgestaltungen der Erfindung und damit zu erreichende Vorteile detailliert beschrieben.
• Ausführungsformen der hierin beschriebenen Fernwärmeübergabestation können zur Wärmeversorgung in verschiedenen Gebäudetypen wie zum Beispiel Einfamilienhäusern, Mehrfamilienhäusern, Industriegebäuden oder ähnlichem eingesetzt werden. Die Fernwärmeübergabestation kann hierbei einerseits an ein Fernwärmenetz angeschlossen sein und von diesem Wärme beziehen und andererseits an ein Wärmeversorgungsnetz innerhalb des Gebäudes angeschlossen sein, auf das ein Teil der bezogenen Wärme übertragen werden soll. Je nach Einsatzzweck kann die Fernwärmeübergabestation für geeignet angepasste Wärmeübertragungsleistungen konfiguriert sein. Wärmeübertragungsleistungen können hierbei in einem Bereich von 1 kW bis 500 kW liegen.
• Der Tank der Fernwärmeübergabestation kann ein Behältnis sein, in dem ein erhebliches Speichervolumen an wärmespeicherndem Fernwärmefluid aufgenommen werden kann. Ein Innenvolumen des Tanks kann beispielsweise in einem Bereich von 100 Liter bis 5000 Liter liegen. Dieses Innenvolumen entspricht nach Abzug eines Volumens, das von einem oder mehreren in diesem Innenvolumen aufgenommenen Wärmetauschern eingenommen wird, im Wesentlichen dem Volumen, durch das Fernwärmefluid innerhalb des Tanks strömen kann. Der Tank kann unter anderem von den in ihm eingesetzten Materialien und seiner Konstruktion her darauf ausgelegt sein, den verhältnismäßig hohen Drücken im Bereich bis 25 bar und/oder den verhältnismäßig hohen Temperaturen im Bereich bis 130 °C, wie sie typischerweise in Fernwärmefluid eines Fernwärmenetzes vorherrschen, standzuhalten. Beispielsweise kann der Tank mit einer Metallwandung, insbesondere einer Stahlwandung, ausgebildet sein. Die Wandung kann eine Dicke von mehr als 4 mm, vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 4 bis 20 mm aufweisen. Um den Tank einfach und kostengünstig herstellen zu können, kann der Tank beispielsweise eine im Wesentlichen zylindrische Geometrie aufweisen, bei der eine zylindrische Mantelwandung an einem oberen und einem unteren Ende durch ein im Wesentlichen kreisförmiges Bodenteil bzw. einen im Wesentlichen kreisförmigen Deckel abgeschlossen wird. Der Tank kann jedoch auch mit anderen Geometrien ausgebildet sein. Der Tank kann dazu ausgestaltet sein, stehend angeordnet zu werden, d.h. beispielsweise mit einer vertikal verlaufenden Mittelachse der zylindrischen Mantelwandung.
• Das Innenvolumen des Tanks kann derart hermetisch abgeschlossen sein, dass Fluide ausschließlich über spezielle Zufluss-Anschlüsse eingeleitet und über entsprechende Abfluss-Anschlüsse ausgeleitet werden können. Insbesondere ist ein Fernwärme-Zufluss-Anschluss vorgesehen, um heißes Fernwärmefluid, das von einer Fernwärmequelle zugeführt wird, in das Innenvolumen des Tanks beladen zu können. Der Fernwärme-Zufluss-Anschluss kann hierzu beispielsweise über eine Verrohrung verfügen, welche einerseits in einen außen an dem Tank vorgesehenen Fernwärme-Zufluss-Stutzen mündet und welche andererseits in dem Innenvolumen des Tanks mündet. Die Verrohrung kann zum Beispiel als Metallrohr ausgeführt sein, sodass der Fernwärme-Zufluss-Anschluss den Temperaturen und Drücken aus dem Fernwärmenetz standhalten kann. Der Fernwärme-Zufluss-Anschluss kann in einer Wandung des Tanks eingelassen sein und mit seiner Verrohrung diese Wandung traversieren. In ähnlicher Weise kann der Fernwärme-Abfluss-Anschluss einerseits in einem außen am Tank angeordneten Fernwärme-Abfluss-Stutzen münden und andererseits bis in das Innenvolumen des Tanks verlaufen. Der Fernwärme-Zufluss-Anschluss kann an dem Tank an einer höheren Position angeordnet sein als der Fernwärme-Abfluss-Anschluss. Vorzugsweise ist der Fernwärme-Zufluss-Anschluss möglichst weit oben an dem Tank, beispielsweise in den obersten 10 % oder obersten 20 % des Tanks angeordnet, wohingegen der Fernwärme-Abfluss-Anschluss möglichst weit unten an den Tank, beispielsweise in den untersten 10 % oder untersten 20 % des Tanks angeordnet ist. Dementsprechend kann sich ein großer Anteil, vorzugsweise ein überwiegender Anteil, des Innenvolumens des Tanks vertikal zwischen dem Fernwärme-Zufluss-Anschluss und dem Fernwärme-Abfluss-Anschluss befinden.
• Der Wärmetauscher kann unter anderem hinsichtlich der in ihm eingesetzten Materialien und seiner Konstruktion dazu ausgelegt sein, den Drücken im Bereich bis 25 bar und/oder den Temperaturen im Bereich bis 130 °C, wie sie typischerweise in einem Fernwärmesystems, mit dem eine Wärmeversorgung eines Gebäudes versorgt werden soll, vorherrschen, standzuhalten. Außerdem können die Materialien und die Konstruktion geeignet angepasst sein, um einen Wärmeübergang zwischen den Wärmetauscher umgebendem Fernwärmefluid einerseits und den Wärmetauscher durchströmendem Brauchwärmefluid andererseits mit einer gewünschten Wärmeübergangsleistung zu ermöglichen. Hierzu kann eine Wandung des Wärmetauschers, welche einerseits in Kontakt mit dem Fernwärmefluid kommt und welche andererseits in Kontakt mit dem Brauchwärmefluid kommt, mit einer ausreichend großen Fläche ausgestaltet sein. Die Wandung kann eine Dicke von mehr als 2 mm, vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 2 bis 6 mm aufweisen. Beispielsweise kann eine solche Wandung als Rohrwandung eines Wärmetauscherrohrs ausgebildet sein. Das Wärmetauscherrohr kann geradlinig oder gekrümmt verlaufen. Insbesondere kann das Wärmetauscherrohr vorzugsweise spiralförmig verlaufen. Die Wandung kann hierbei aus einem Material bestehen, welches einen hohen Wärmeübergang ermöglicht. Beispielsweise kann die Wandung aus Metall bestehen, möglicherweise aus Stahl, Edelstahl, Kupfer, Aluminium oder ähnlichem.
• Der Wärmetauscher ist vollständig innerhalb des Innenvolumens des Tanks aufgenommen. Um Brauchwärmefluid in den Wärmetauscher einspeisen und anschließend wieder ableiten zu können, sind an dem Tank zumindest ein Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss und zumindest ein Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss vorgesehen. Diese können ähnlich wie die vorangehend beschriebenen Fernwärme-Zufluss- und -Abfluss-Anschlüsse ausgebildet sein und jeweils mit einem außenliegenden Ende in außen an dem Tank angeordneten Brauchwärme-Zufluss-Stutzen bzw. Brauchwärme-Abfluss-Stutzen münden. Innenliegende Enden der einen oder mehreren Wärmetauscher-Zufluss-Anschlüsse und Wärmetauscher-Abfluss-Anschlüsse sollen jedoch nicht offen in das Innenvolumen des Tanks münden, sondern an das Innenvolumen des Wärmetauschers angeschlossen sein. Dementsprechend kann Brauchwärmefluid über den Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss in den Wärmetauscher eingeleitet und über den Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss wieder abgeleitet werden, um einen geschlossenen Brauchwärmefluid-Kreislauf bilden zu können, bei dem Brauchwärmefluid nicht in direkten Kontakt mit Fernwärmefluid kommt. Selbstverständlich kann das Brauchwärmefluid jedoch über einen thermischen Kontakt durch die Wandung des Wärmetauschers hindurch Wärme aus dem Fernwärmefluid aufnehmen.
• Das von dem Brauchwärmefluid zu durchströmende Innenvolumen des Wärmetauschers soll hierbei erheblich kleiner sein als das von dem Fernwärmefluid zu durchströmende Innenvolumen des Tanks. Hierdurch kann erreicht werden, dass das in dem Innenvolumen des Tanks aufgenommene Fernwärmefluid als großer Wärmespeicher oder großes Wärmereservoir dienen kann, in dem eine erheblich größere Wärmemenge gespeichert werden kann, als durch den Wärmetauscher in verhältnismäßig kurzer Zeit entnehmbar wäre.
• Wie weiter unten noch detaillierter erläutert, kann die Fernwärmeübergabestation hierdurch in einem zyklischen Betrieb genutzt werden, bei dem der Tank in zyklischen Wiederholungen in größeren Zeitabständen in einem ersten Teilzyklus mit wärmespeicherndem Fernwärmefluid beladen wird. Aufgrund des großen wärmespeichernden Innenvolumens des Tanks kann dann über den Wärmetauscher innerhalb eines zweiten Teilzyklus sukzessive Wärme aus dem Fernwärmefluid entnommen werden. Da es während dieses zweiten Teilzyklus innerhalb des Fernwärmefluids in dem Tank vorzugsweise zu keinen erheblichen Mischungen kommt, kann sich in dem Fernwärmefluid eine Temperaturschichtung aufbauen, bei der weiter oben in dem Tank eine höhere Temperatur herrscht als weiter unten in dem Tank. Ein sich ergebender, von oben nach unten graduell abnehmender Temperaturverlauf kann hierbei vorteilhaft genutzt werden, um Wärme möglichst effizient von dem Fernwärmefluid an das Brauchwärmefluid übertragen zu können.
• Gemäß einer Ausführungsform kann das Innenvolumen des Wärmetauschers kleiner als 50 % des von dem Fernwärmefluid zu durchströmenden Innenvolumens des Tanks sein. Vorzugsweise kann das Innenvolumen des Wärmetauschers sogar kleiner als 30 %, kleiner als 20 %, kleiner als 15 % oder kleiner als 10 % des Innenvolumens des Tanks, das von dem Fernwärmefluid durchströmt wird, sein. Beispielsweise kann bei einer Fernwärmeübergabestation, deren Tank wenigstens 1500 I fasst, ein Innenvolumen des Wärmetauschers bzw. eine Summe aller Innenvolumina mehrerer in dem Tank aufgenommener Wärmetauscher kleiner als 200 I, vorzugsweise kleiner als 150 I sein.
• Je größer das Innenvolumen des Tanks im Vergleich zum Innenvolumen des Wärmetauschers ist, desto mehr Wärme kann in dem im Tank gespeicherten Fernwärmefluid in Relation zu der durch den Wärmetauscher kurzfristig entnehmbaren Wärme gespeichert werden. Der Wärmetauscher und sein Innenvolumen werden dabei regelmäßig derart konzipiert, dass ein in einem Gebäude benötigter Wärmebedarf damit gedeckt werden kann. Dementsprechend sollte der Tank der Fernwärmeübergabestation geeignet groß dimensioniert werden, um darin beispielsweise die in dem Gebäude über mehrere Stunden benötigte Wärme speichern zu können. Je mehr Wärme in dem Tank gespeichert werden kann, desto länger können die zweiten Teilzyklen sein, bei denen zwischen zwei Beladungen des Tanks das Fernwärmefluid in dem Tank stationär verbleibt und sich somit vorteilhafterweise eine stabile Wärmeschichtung ausbilden kann.
• Gemäß einer Ausführungsform kann die Fernwärmeübergabestation ferner eine Strömungsverteileranordnung aufweisen, welche in dem Innenvolumen des Tanks zwischen einer Mündung des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses und einer Mündung des Fernwärme-Abfluss-Anschlusses angeordnet ist und welche dazu konfiguriert ist, eine aus der Mündung des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses austretende Strömung von Fernwärmefluid auf einen größeren Querschnitt zu verteilen und dabei zu verlangsamen.
• Mithilfe der Strömungsverteileranordnung kann somit eine aus dem Fernwärme-Zufluss-Anschluss austretende Strömung von Fernwärmefluid in dem Innenvolumen des Tanks verteilt werden. Dabei sollte die Strömungsverteileranordnung derart ausgestaltet sein, dass das Fernwärmefluid, das ursprünglich aus dem relativ kleinen Querschnitt des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses ausströmt, auf einen möglichst großen Querschnitt innerhalb des Innenvolumens des Tanks verteilt wird. Dabei wird gleichzeitig auch eine Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Fernwärmefluids gemindert. Dabei sollte die Strömungsverteileranordnung vorzugsweise möglichst in einer Nähe des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses, insbesondere näher zu diesem als zu dem Fernwärme-Abfluss-Anschluss, angeordnet sein, sodass dort einströmendes Fernwärmefluid zunächst von der Strömungsverteileranordnung verteilt wird, bevor es durch einen überwiegenden Anteil des Innenvolumens des Tanks strömen kann.
• Insgesamt kann hierdurch unter anderem erreicht werden, dass das in den Tank nachströmende Fernwärmefluid das bereits zuvor in dem Tank befindliche Fernwärmefluid möglichst wenig umwälzt und dabei eine sich eventuell bereits gebildete Wärmeschichtung stört. Stattdessen kann das nachströmende Fernwärmefluid, welches typischerweise heißer als das bereits im Tank befindliche Fernwärmefluid ist, sich über einen breiten Querschnitt innerhalb des Wärmetanks oberhalb des kühleren älteren Fernwärmefluids anlagern. Eine Wärmeschichtung bleibt dabei im Wesentlichen bestehen, wobei kühlere Schichten von dem nach strömenden heißeren Fernwärmefluid möglichst unverwirbelt nach unten in den Tank verdrängt werden beziehungsweise letztendlich über den Fernwärme-Abfluss-Anschluss aus dem Tank ausgeleitet werden.
• Gemäß einer konkretisierten Ausführungsform kann die Strömungsverteileranordnung als ein Lochblech ausgebildet sein, welches bezogen auf eine Strömung des Fernwärmefluids durch das Innenvolumen des Tanks derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass zumindest ein überwiegender Anteil von zugeführtem Fernwärmefluid nach einem Austreten aus dem Fernwärme-Zufluss-Anschluss und vor einem Eintreten in den Fernwärme-Abfluss-Anschluss durch Löcher in dem Lochblech strömt.
• Das Lochblech kann als flächiges Gebilde ausgestaltet sein, in dem eine Vielzahl von Löchern bzw. Öffnungen ausgebildet ist. Eine aufsummierte Fläche aller Löcher kann hierbei zwischen 1 % und 90 %, vorzugsweise zwischen 5 % und 50 %, einer Gesamtfläche des Lochblechs umfassen. Eine Querschnittsfläche eines einzelnen Lochs kann dabei deutlich kleiner sein als die Querschnittsfläche, aus der Fernwärmefluid aus dem Fernwärme-Zufluss-Anschluss strömt. Beispielsweise kann die Querschnittsfläche eines Lochs in einem Bereich von 80 mm² bis 200 mm² liegen, wohingegen die Querschnittsfläche des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses typischerweise in einem Bereich von 200 mm² bis 2000 mm² liegt. Dementsprechend muss das einströmende Fernwärmefluid, um durch das Lochblech strömen zu können, durch mehrere der Öffnungen verteilt strömen. Hierdurch wird die Strömung aufgefächert und verlangsamt. Die Löcher können in dem Lochblech gleichmäßig verteilt sein. Alle Löcher können eine gleiche Querschnittsfläche aufweisen. Alternativ können die Löcher über das Lochblech hin unregelmäßig verteilt sein und/oder unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen. Beispielsweise können nahe der Mündung des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses weniger und/oder kleinere Löcher vorgesehen sein als fern dieser Mündung. Das Lochblech kann aus einem wärmeresistenten und/oder mechanisch belastbaren Material bestehen, um der Strömung aus heißem Fernwärmefluid standhalten zu können. Beispielsweise kann das Lochblech aus Metall, insbesondere aus Stahl, bestehen.
• Gemäß einer weiter konkretisierten Ausführungsform kann zumindest ein überwiegender Teil des Wärmetauschers in einem Teil des Innenvolumens des Tanks angeordnet sein, welcher bezogen auf eine Strömung des Fernwärmefluids durch das Innenvolumen des Tanks stromabwärts der Strömungsverteileranordnung angeordnet ist.
• Anders ausgedrückt sollten die Strömungsverteileranordnung und der Wärmetauscher in dem Innenvolumen des Tanks vorzugsweise derart angeordnet sein, dass einströmendes, heißes Fernwärmefluid zunächst die Strömungsverteileranordnung durchströmen muss, bevor es den Wärmetauscher bzw. zumindest einen überwiegenden Teil desselben erreicht. Nochmals anders ausgedrückt sollte der Wärmetauscher vorzugsweise stromabwärts der Strömungsverteileranordnung angeordnet sein und sich somit in einem Teilvolumen des Innenvolumens des Tanks befinden, in dem sich möglichst eine stabile Wärmeschichtung aufbauen kann, da ein strömendes Fernwärmefluid vor Erreichen dieses Teilvolumens durch die Strömungsverteileranordnung verteilt und verlangsamt wird. Durch einen derart angeordneten Wärmetauscher kann Wärme besonders effizient von dem Fernwärmefluid auf das den Wärmetauscher durchfließende Brauchwärmefluid übertragen werden.
• Gemäß einer Ausführungsform kann die Fernwärmeübergabestation wenigstens zwei Wärmetauscher sowie zu jedem Wärmetauscher zugeordnet jeweils einen Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss und einen Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss aufweisen. Dabei können beide Wärmetauscher in dem Innenvolumen des Tanks aufgenommen sein. Beide Wärmetauscher können ein Innenvolumen aufweisen, welches kleiner ist als das von dem Fernwärmefluid zu durchströmende Innenvolumen des Tanks.
• Mit anderen Worten kann die Fernwärmeübergabestation im Innenvolumen ihres Tanks mehrere Wärmetauscher aufweisen. Jeder der Wärmetauscher kann separat von anderen Wärmetauschern mit Brauchwärmefluid durchströmt werden und dabei Wärme aus dem Fernwärmefluid aufnehmen. Die Wärmetauscher können Teil separater Wärmekreisläufe bzw. separater Wärmeversorgungen sein. Gegebenenfalls können Wärmetauscher auch miteinander verbunden bzw. verschaltet sein. Beispielsweise können zwei oder mehr Wärmetauscher strömungstechnisch in Serie oder parallel verschaltet sein. Jeder Wärmetauscher bzw. jede Gruppe von Wärmetauschern kann dabei für eine ihm zugeordnete Funktionalität eingesetzt werden.
• Beispielsweise kann gemäß einer konkretisierten Ausführungsform ein erster der Wärmetauscher dazu konfiguriert sein, in ihm erwärmtes Brauchwärmefluid an einen Heizkreislauf eines Gebäudes zu liefern, und ein zweiter der Wärmetauscher kann dazu konfiguriert sein, in ihm erwärmtes Brauchwärmefluid an eine Warmwasserversorgung eines Gebäudes zu liefern.
• Da in diesem Beispiel die beiden Wärmetauscher für unterschiedliche Funktionalitäten eingesetzt werden und daher im Regelfall unterschiedliche Wärmeleistungen bzw. Temperaturen liefern sollen, kann es vorteilhaft sein, die beiden Wärmetauscher unterschiedlich auszubilden und/oder unterschiedlich in dem Innenvolumen des Tanks anzuordnen.
• Beispielsweise braucht Brauchwärmefluid, welches einen Heizkreislauf versorgen soll, meist mit einer geringeren Vorlauftemperatur bereitgestellt zu werden als Brauchwärmefluid, das durch eine Warmwasserversorgung ausgegeben werden soll. Dementsprechend kann es vorteilhaft sein, den Wärmetauscher für den Heizkreislauf weiter unten in dem Innenvolumen des Tanks anzuordnen, d.h. dort, wo aufgrund der Wärmeschichtung innerhalb des Tanks eine verhältnismäßig geringe Temperatur herrscht. Der Wärmetauscher für die Warmwasserversorgung hingegen kann weiter oben in dem wärmeren Teilvolumen des Tanks angeordnet werden.
• Alternativ oder ergänzend können gemäß einer Ausführungsform zumindest zwei der Wärmetauscher dazu konfiguriert sein, in ihnen erwärmtes Brauchwärmefluid an einen Heizkreislauf eines Gebäudes zu liefern.
• In diesem Beispiel werden somit zwei oder mehr Wärmetauscher der Fernwärmeübergabestation für die gleiche Funktionalität, nämlich zum Heizen des Gebäudes, eingesetzt. Zwar könnte diese Funktionalität auch mittels eines einzelnen Wärmetauschers implementiert werden. Ein Verteilen auf zwei Wärmetauscher kann jedoch dahingehend vorteilhaft sein, dass die Fernwärmeübergabestation in gewisser Weise modular aufgebaut sein kann. Je nachdem, für welchen Einsatzzweck die Fernwärmeübergabestation konfiguriert sein soll, können dabei ein einzelner oder mehrere Wärmetauscher zur Implementierung der Heizfunktionalität eingesetzt werden. Beispielsweise kann bei einer Verwendung der Fernwärmeübergabestation in einem Einfamilienhaus lediglich ein einzelner Wärmetauscher zum Heizen benötigt werden, wohingegen bei einem Mehrfamilienhaus mehrere Wärmetauscher einzusetzen sind. Ein diesbezüglich modularer Aufbau der Fernwärmeübergabestation kann somit deren Spektrum an Einsatzmöglichkeiten vergrößern. Die mehreren Wärmetauscher können dabei miteinander verschaltet sein. Insbesondere können die mehreren Wärmetauscher parallel verschaltet sein. Dabei sollte vorteilhafterweise darauf geachtet werden, dass die mehreren Wärmetauscher im Wesentlichen für gleiche oder ähnliche Wärmeübertragungsleistungen ausgelegt sind. Eine Oberfläche, über die jeder Wärmetauscher in Wärmekontakt mit dem umgebenden Fernwärmefluid steht, sollte dabei vorteilhafterweise für parallel miteinander verschaltete Wärmetauscher gleich oder ähnlich groß sein. Um die mehreren Wärmetauscher günstig in dem Innenvolumen des Tanks aufnehmen zu können, können diese mit unterschiedlichen Geometrien ausgebildet sein.
• Beispielsweise können gemäß einer Ausführungsform die wenigstens zwei Wärmetauscher koaxial zueinander angeordnet sein.
• Hierzu kann zum Beispiel eine Verrohrung eines Wärmetauschers geometrisch derart ausgebildet sein, dass sie sich entlang einer virtuellen Zylindermantelfläche erstreckt. Die Verrohrung kann z.B. spiralförmig verlaufen. Ein Durchmesser der Zylindermantelfläche kann dabei für jeden der Wärmetauscher anders gewählt sein. Dementsprechend können die Wärmetauscher ineinander verschachtelt und koaxial zueinander angeordnet in dem Innenvolumen des Tanks aufgenommen werden. Während die beispielsweise spiralförmigen Wärmetauscher in radialer Richtung unterschiedliche Durchmesser aufweisen, können Sie in axialer Richtung überlappend angeordnet sein. Hierdurch wird eine raumsparende und gleichzeitig effiziente Anordnung der mehreren Wärmetauscher in dem Tank ermöglicht.
• Ergänzend oder alternativ können die wenigstens zwei Wärmetauscher in unterschiedlichen Höhen innerhalb des Innenvolumens des Tanks angeordnet sein.
• Da sich in dem Tank der Fernwärmeübergabestation gezielt eine Wärmeschichtung aufbauen lässt, kann dadurch, dass Wärmetauscher in unterschiedlichen Höhen innerhalb des Tanks angeordnet werden, Einfluss darauf genommen werden, mit welchen Temperaturen Brauchwärmefluid aus den jeweiligen Wärmetauschern entnommen werden kann.
• Beispielsweise kann ein Wärmetauscher, mit dem Brauchwärmefluid für eine Warmwasserversorgung erwärmt werden soll, in einem oberen Bereich des Tanks angeordnet werden. In diesem oberen Bereich herrschen aufgrund der Wärmeschichtung hohe Fernwärmefluid-Temperaturen, die es ermöglichen, über diesen Wärmetauscher das Wasser für die Warmwasserversorgung auf beispielsweise über 60 °C zu erhitzen. Ein Wärmetauscher, mit dem Brauchwärmefluid für einen Heizkreislauf erwärmt werden soll, kann in einem unteren Bereich des Tanks angeordnet werden. Dort herrschen aufgrund der Wärmeschichtung typischerweise geringere Temperaturen, welche jedoch ausreichen können, um das Brauchwärmefluid auf eine für den Heizkreislauf ausreichende Vorlauftemperatur zu erhitzen.
• Sofern verschiedene Heizkreisläufe für unterschiedliche Heizungsarten vorgesehen sind, können diese auch auf unterschiedliche Vorlauftemperaturen zu erhitzen sein und dementsprechend können verschiedene Wärmetauscher für diesen Zweck auf unterschiedlichen Höhen innerhalb des Tanks angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Wärmetauscher für einen Heizkreislauf mit Radiatoren, welche auf typischerweise 40-60 °C erhitzt werden sollen, höher im Tank positioniert werden als ein Wärmetauscher für einen Heizkreislauf einer Fußboden-, Wand- oder Deckenheizung, welche typischerweise lediglich bis auf 20-40 °C erwärmt werden brauchen.
• Dementsprechend können mit der hier vorgestellten Fernwärmeübergabestation eventuell verschiedene Heizkreisläufe mit unterschiedlichen Temperaturanforderungen versorgt werden, ohne dass hierzu notwendigerweise weitere technische Maßnahmen wie beispielsweise das Vorsehen eines Mischers zur Temperatureinstellung durch Beimischen von Fluid mit geringerer Temperatur erforderlich ist.
• Gemäß einer Ausführungsform kann die Fernwärmeübergabestation ferner eine Beladesteuerung aufweisen, welche dazu konfiguriert ist, ein Verfahren auszuführen, bei dem eine sich zyklisch wiederholende Beladung des Tanks mit wärmespeicherndem Fernwärmefluid erfolgt. Die Beladesteuerung ist hierbei dazu konfiguriert,
• - während eines ersten Teilzyklus einen Austausch von Fernwärmefluid in dem Tank durch Zulassen eines Zuflusses von aus einer Fernwärmequelle stammendem wärmespeicherndem Fernwärmefluid durch den Fernwärme-Zufluss-Anschluss und Zulassen eines Abflusses von in dem Tank lagerndem Fernwärmefluid durch den Fernwärme-Abfluss-Anschluss zu steuern, und
• - während eines zweiten Teilzyklus einen Austausch von Fernwärmefluid in dem Tank zu blockieren.
• Mit anderen Worten kann die Fernwärmeübergabestation mithilfe ihrer Beladesteuerung derart konfiguriert sein, dass Fernwärmefluid nicht kontinuierlich durch die Fernwärmeübergabestation strömt, d.h. heißeres Fernwärmefluid nicht kontinuierlich durch den Fernwärme-Zufluss-Anschluss in den Tank einströmt und gleichzeitig kühleres Fernwärmefluid durch den Fernwärme-Abfluss-Anschluss aus dem Tank ausströmt. Stattdessen soll ein Beladen des Tanks diskontinuierlich, d.h. in Zyklen, erfolgen.
• In einem ersten Teilzyklus wird dabei zumindest ein Anteil des zuvor in dem Tank befindlichen Fernwärmefluids durch frisches, heißeres Fernwärmefluid ersetzt, indem dieses durch den Fernwärme-Zufluss-Anschluss einströmen gelassen wird, wobei dass zu ersetzende Fernwärmefluid durch den Fernwärme-Abfluss-Anschluss aus dem Tank ausströmen gelassen wird.
• Bei einem solchen Beladen des Tanks in dem ersten Zyklus kann beispielsweise ein erheblicher Volumenanteil, d.h. z.B. mehr als 20 %, 30 % oder 40 %, des Innenvolumens des Tanks durch frisches Fernwärmefluid aufgefüllt werden. Vorzugsweise wird sogar ein überwiegender Volumenanteil, d.h. beispielsweise mehr als 50 %, 60 % oder sogar 70 % des Innenvolumens des Tanks mit frischem Fernwärmefluid aufgefüllt. Allerdings braucht bei einer Beladung nicht der gesamte Tankinhalt notwendigerweise durch frisches Fernwärmefluid ersetzt werden, sondern es können zum Beispiel mehr als 10 %, 20 % oder sogar mehr als 30 % des vorherigen Tankinhalts verbleiben.
• Nach dem frischen Beladen des Tanks kann in einem nachfolgenden zweiten Teilzyklus ein weiterer Austausch von Fernwärmefluid in dem Tank unterbunden werden. Dementsprechend verbleibt das zuvor eingeführte Fernwärmefluid zusammen mit Fernwärmefluid, welches während des Beladens nicht ausgetauscht wurde, in dem Tank. Da dabei während des zweiten Teilzyklus im Wesentlichen keine Strömungen oder Verwirbelungen innerhalb des Tankinhalts induziert werden, insbesondere, weil kein frisches Fernwärmefluid nachfließt, kann sich in dem Tankinhalt die gewünschte Wärmeschichtung einstellen.
• Um einerseits das Beladen des Tanks mit frischem Fernwärmefluid während des ersten Teilzyklus ermöglichen zu können und andererseits einen weiteren Austausch von Fernwärmefluid in dem Tank während des zweiten Teilzyklus verhindern zu können, kann die Beladesteuerung über ein oder mehrere steuerbare Ventile verfügen. Ein Ventil kann hierbei in einem geöffneten Zustand einen Durchfluss von Fernwärmefluid zulassen und diesen in einem geschlossenen Zustand blockieren.
• Der jeweilige Zustand des Ventils kann von einer Steuerungslogik der Beladesteuerung vorgegeben werden. Die Steuerungslogik kann hierzu beispielsweise mit einem Prozessor und/oder einer Auswerteelektronik versehen sein, mithilfe derer entschieden werden kann, ob aktuell ein erster Teilzyklus zum Beladen des Tanks angesteuert werden soll oder ob in einem zweiten Teilzyklus kein solches Beladen zugelassen wird.
• Die Steuerungslogik kann hierzu beispielsweise Signale von einer Sensorik der Beladesteuerung empfangen. Diese Sensorik kann beispielsweise über einen oder mehrere Wärmesensoren verfügen, mit deren Hilfe Temperaturen an einer oder mehreren Positionen innerhalb des Innenvolumens des Tanks gemessen werden können. Je nach gemessenen Temperaturen kann die Steuerungslogik dann entscheiden, ob von einem aktuellen zweiten Teilzyklus in einen ersten Teilzyklus übergegangen werden soll, um ein frisches Beladen des Tanks zu initiieren, bzw. ob von einem aktuellen ersten Teilzyklus in einen zweiten Teilzyklus übergegangen werden soll, um ein Beladen des Tanks temporär zu unterbrechen.
• Alternativ kann die Steuerungslogik einen Übergang von einem ersten in einen zweiten Teilzyklus oder umgekehrt gemäß festen oder variablen Mustern steuern. Beispielsweise kann ein erster Teilzyklus immer über eine fest vorgegebene Zeitdauer hin durchgeführt werden.
• Gemäß einer konkretisierten Ausführungsform kann eine Dauer des ersten Teilzyklus kürzer sein als eine Dauer des zweiten Teilzyklus.
• Anders ausgedrückt kann eine Dauer, die benötigt wird, um den Tank mit frischem Fernwärmefluid zu beladen, deutlich kürzer sein als eine Dauer, während derer kein Fernwärmefluid einströmt und somit der Tankinhalt im Wesentlichen stationär gehalten wird, um die gewünschte Wärmeschichtung auszubilden. Beispielsweise kann der zweite Teilzyklus mehr als doppelt so lange, vorzugsweise mehr als zehnmal so lange, sein wie der erste Teilzyklus. Eine Dauer des ersten Teilzyklus kann je nachdem, wie groß das auszutauschende Teilvolumen an Fernwärmefluid ist, typischerweise zwischen 5 min und 180 min betragen. Eine Dauer des zweiten Teilzyklus kann je nachdem, wie groß die in dem Tank gespeicherte Wärmemenge ist und wie groß die durch den Wärmetauscher entnommene Wärmeleistung ist, typischerweise zwischen 15 min und 3000 min betragen. Je länger hierbei der zweite Teilzyklus im Vergleich zum ersten Teilzyklus ist, desto länger kann die Fernwärmeübergabestation im Allgemeinen in einem Zustand betrieben werden, bei dem sich in ihrem Tank die gewünschte Wärmeschichtung einstellt und dementsprechend höher kann der zureichende Wirkungsgrad bei der Wärmeübertragung in der Fernwärmeübergabestation sein.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Beladesteuerung dazu konfiguriert sein, ausgehend von dem zweiten Teilzyklus den ersten Teilzyklus zu initiieren, sobald eine Temperatur von Brauchwärmefluid, welches den Wärmetauscher durchströmt, und/oder sobald eine Temperatur von Fernwärmefluid in dem Innenvolumen des Tanks unter eine vordefinierte Grenztemperatur sinkt.
• Mit anderen Worten kann beispielsweise die Beladesteuerung über einen Temperatursensor verfügen, mittels dessen die Temperatur von Brauchwärmefluid und/oder von Fernwärmefluid, welches die Fernwärmeübergabestation durchfließt bzw. sich darin befindet, gemessen werden kann. Diese Temperatur kann beispielsweise der Rücklauftemperatur entsprechen, die das Brauchwärmefluid aufweist, nachdem es seine Wärme beispielsweise an das Gebäude bzw. das Wasser einer Warmwasserversorgung abgegeben hat und erneut durch Durchströmen des Wärmetauschers erwärmt werden soll. Alternativ kann die Temperatur auch die Vorlauftemperatur des Brauchwärmefluids sein, das heißt diejenige Temperatur, die das Brauchwärmefluid nach Durchströmen des Wärmetauschers aufweist. Als weitere Alternative kann auch eine Temperatur des Fernwärmefluids in dem Tank gemessen werden. Beispielsweise kann die Temperatur des Fernwärmefluids an einer Position in dem Tank gemessen, welche nahe dem bzw. auf Höhe des Fernwärme-Abfluss-Anschlusses angeordnet ist. Alternativ kann die Temperatur des Fernwärmefluids an einer Position in dem Tank gemessen, welche nahe dem bzw. auf Höhe des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses angeordnet ist.
• Der bei einer solchen Messung ermittelte Temperaturwert kann in allen diesen Fällen als Indiz dafür verwendet werden, ob das Fernwärmefluid in der Fernwärmeübergabestation seit einer letzten Beladung des Tanks so weit abgekühlt ist, dass eine ausreichende Wärmeübergabeleistung nicht mehr gewährleistet werden kann und somit eine neue Beladung des Tanks durch ein Übergehen von dem zweiten Teilzyklus in den ersten Teilzyklus initiiert werden sollte. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass einerseits eine Effizienz der Wärmeübergabe optimiert wird, indem der zweite Teilzyklus möglichst lange gewählt wird, andererseits aber eine gewünschte Wärmeübergabeleistung stets gewährleistet ist, indem der Tank der Fernwärmeübergabestation rechtzeitig mit frischem Fernwärmefluid beladen wird.
• Auch das Beenden des ersten Teilzyklus, d.h. das Stoppen einer Beladung mit heißem Fernwärmefluid, kann temperaturabhängig gesteuert werden. Beispielsweise kann die Beladung gestoppt werden, sobald eine Temperatur des Fernwärmefluids in dem Tank einen vorbestimmten Mindesttemperaturwert überschreitet. Je nach Anwendungsfall kann diese Temperatur an einer geeigneten Stelle innerhalb des Tanks, beispielsweise nahe oder in Höhe des Fernwärme-Abfluss-Anschlusses oder des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses gemessen werden. Damit kann beispielsweise erreicht werden, dass zwar ein ausreichendes, aber nicht übermäßig großes Volumen an heißem Fernwärmefluid während eines Beladungsvorgangs in den Tank eingebracht wird.
• Prinzipiell ist auch eine zeitabhängige Steuerung der Beladevorgänge vorstellbar. Beispielsweise kann der erste Teilzyklus immer zu einer bestimmten Uhrzeit oder immer nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne seit dem Beenden eines vorangegangenen Beladungsvorgangs initiiert werden. Ferner kann beispielsweise der erste Teilzyklus nach einer vorgegebenen Zeitdauer beendet und der zweite Teilzyklus begonnen werden.
• Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Vorteile und Ausgestaltungen von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Fernwärmeübergabestation und teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer solchen Fernwärmeübergabestation beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die beschriebenen Merkmale in geeigneter Weise übertragen, angepasst, ausgetauscht oder modifiziert werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
• Figurenliste
• Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
• 1 zeigt eine Schnittansicht durch eine herkömmliche Fernwärmeübergabestation.
• 2 zeigt eine Schnittansicht durch eine Fernwärmeübergabestation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
• BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• 1 zeigt eine herkömmliche Fernwärmeübergabestation 101. Die Fernwärmeübergabestation 101 bezieht wärmespeicherndes Fernwärmefluid von einer Fernwärmequelle 121. Das Fernwärmefluid wird hierzu durch einen Fernwärme-Wärmetauscher 105 geleitet, der in einem Tank 103 aufgenommen ist. Im Vergleich zu einem Volumen des Tanks 103 ist hierbei der Fernwärme-Wärmetauscher 105 verhältnismäßig klein. In einem Innenvolumen 115 des Tanks 103 ist Brauchwärmefluid in Form von Heizungswasser aufgenommen. Mithilfe des Fernwärme-Wärmetauschers 105 wird ein Teil der in dem Fernwärmefluid gespeicherten Wärme an das Heizungswasser übertragen. Aufgrund des großen Innenvolumens 115 des Tanks 103 wirkt das Heizungswasser hierbei als Wärmespeicher. Aus dem Innenvolumen 115 kann ein Teil des Heizungswassers entnommen und einem Heizkreislauf 141 bzw. einem darin aufgenommenen Heizkörper 149 zugeführt werden. In dem Innenvolumen 115 ist ferner ein Warmwasser-Wärmetauscher 143 aufgenommen. Mithilfe dieses Warmwasser-Wärmetauschers 143 kann Wärme, die in dem Brauchwärmefluid in dem Innenvolumen 115 des Tanks 103 gespeichert ist, auf Frischwasser übertragen werden, welches von einem Wasserzufluss 151 kommend als Warmwasser an einem Wasserhahn 153 bereitgestellt werden soll.
• Bei der beschriebenen herkömmlichen Fernwärmeübergabestation 101 dient das Heizungswasser als Wärmespeicher. Hierdurch kann die von der Fernwärmequelle 121 maximal bereitzustellende Fernwärmeleistung geringer sein als in einer Konfiguration, bei der kein Wärmespeicher existiert.
• Die herkömmliche Fernwärmeübergabestation 101 verfügt über den Fernwärme-Wärmetauscher 105 sowie den Warmwasser-Wärmetauscher 143. Im Allgemeinen ist der Fernwärme-Wärmetauscher 105 ausreichend leistungsstark ausgelegt, dass über ihn diejenige Wärmeleistung bereitgestellt werden kann, die typischerweise maximal von dem Heizkreislauf 141 benötigt wird. Wenn jedoch gleichzeitig Warmwasser über eine längere Zeitdauer in benötigt wird, d.h. beispielsweise Warmwasser mit einer Wärmeleistung von 40 kW entnommen wird, und der Fernwärme-Wärmetauscher 105 lediglich für eine Wärmeleistung von beispielsweise 50 kW ausgelegt ist, dann sinkt mit der Zeit die Temperatur in dem als Wärmespeicher dienenden Heizungswasser, sofern die Heizleistung nicht für die Dauer der Warmwasserentnahme auf maximal 10 kW begrenzt wird.
• Bei der herkömmlichen Fernwärmeübergabestation 101 muss aufgrund der Grädigkeit zwischen der Temperatur des eingehenden Fernwärmefluids und der Temperatur des wärmespeichernden Heizungswassers eine Vorlauftemperatur typischerweise mindestens bei 70-75 °C liegen. Dies trifft insbesondere deswegen zu, da zwei Wärmetauscher, d.h. der Fernwärme-Wärmetauscher 105 und der Warmwasser-Wärmetauscher 143 thermisch in Reihe geschaltet sind, um die Warmwasserversorgung zu implementieren, wobei zur Abtötung von Legionellen stets mindestens eine Warmwassertemperatur von 60 °C anzustreben ist.
• Ferner liegt bei der herkömmlichen Fernwärmeübergabestation 101 eine Rücklauftemperatur des Fernwärmefluids aufgrund des Fernwärme-Wärmetauschers 105 und der damit einhergehenden Grädigkeit typischerweise 3-10 K höher als eine Temperatur des wärmespeichernden Heizungswassers in dem Tank 103.
• Bei der herkömmlichen Fernwärmeübergabestation 101 ist außerdem die Grädigkeit bei der Wärmespeicherbeladung bei geringer Wärmeübertragungsleistung des Fernwärme-Wärmetauschers 105 und schneller Beladung verhältnismäßig hoch.
• Gesteuert wird die herkömmliche Fernwärmeübergabestation 101 typischerweise mithilfe von einem Steuerungsventil 155, welches anhand der Rücklauftemperatur zum Wärmenetz teilweise geöffnet wird. Ein mehrfaches Zirkulieren des Heizungswassers, bis eine niedrige Temperatur im Wärmespeicher entsteht, und eine Steuerung über die Rücklauftemperatur des Heizkreises wird im Allgemeinen nicht angewandt.
• 2 veranschaulicht eine Fernwärmeübergabestation 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Fernwärmeübergabestation 1 umfasst einen Tank 3, in dessen Innenvolumen 15 ein oder mehrere Wärmetauscher 5 angeordnet sind.
• Der Tank 3 setzt sich im Wesentlichen aus einer zylindrischen Wandung 59, einem Boden 61 mit einem Deckel 63 zusammen. Gemeinsam umgeben diese Komponenten des Tanks 3 das Innenvolumen 15. Dabei sind die Komponenten und damit der ganze Tank 3 derart ausgestaltet, dass in dem Innenvolumen 15 eine als Fernwärmefluid dienende heiße Flüssigkeit, die beispielsweise eine Temperatur von über 40 °C und einem Druck von über 25 bar aufweisen kann, aufgenommen und gespeichert werden kann.
• In einem oberen Bereich des Tanks 3 sind ein von außen zugänglicher Fernwärme-Zufluss-Stutzen 17 und ein mit diesem verbundener Fernwärme-Zufluss-Anschluss 7 vorgesehen. Über den Fernwärme-Zufluss-Anschluss 7 kann das Fernwärmefluid, das von einer Fernwärmequelle 21 bereitgestellt wird, in dem Tank 3 geleitet werden. Hierdurch kann der Tank 3 mit Fernwärmefluid und somit mit in dem Fernwärmefluid gespeicherter Wärme beladen werden. Der Fernwärme-Zufluss-Stutzen 17 ist dabei im Bereich der zylindrischen Wandung 59 des Tanks 3 angeordnet. Ein sich innerhalb des Tanks 3 befindender Bereich des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses 7 ist innerhalb des Innenvolumens 15 weiter nach oben geführt, d.h. in Richtung des Deckels 63, um das Fernwärmefluid möglichst weit oben in den Tank 3 durch eine Mündung 31 des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses 7 einspeisen zu können.
• In einem unteren Bereich des Tanks 3 sind ein von außen zugänglicher Fernwärme-Abfluss-Stutzen 19 und ein mit diesem verbundener Fernwärme-Abfluss-Anschluss 9 vorgesehen. Über den Fernwärme-Abfluss-Anschluss 9 kann Fernwärmefluid aus dem Tank ausgelassen werden, um dann in einem Kreislauf zurück zu der Fernwärmequelle 21 fließen zu können. Der Fernwärme-Abfluss-Stutzen 19 ist im Bereich der zylindrischen Wandung 59 des Tanks 3 angeordnet. Ein sich innerhalb des Tanks 3 befindlicher Bereich des Fernwärme-Abfluss-Anschlusses 9 erstreckt sich innerhalb des Innenvolumens 15 weiter nach unten, d.h. in Richtung des Bodens 61, um das Fernwärmefluid möglichst nahe am Boden 61 aus dem Tank 3 durch eine Mündung 33 des Fernwärme-Abfluss-Anschlusses 9 ausleiten zu können.
• Nahe dem Deckel 63 befindet sich innerhalb des Innenvolumens 15 des Tanks 3 eine Strömungsverteileranordnung 29 in Form eines Lochblechs 35. Das Lochblech 35 umfasst eine Vielzahl kleiner Löcher 37. Das Lochblech 35 kann sich beispielsweise im Wesentlichen entlang des gesamten Querschnitts des Tanks 3 erstrecken. Dabei ist das Lochblech 35 unterhalb der Mündung 31 des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses 7 angeordnet. Dementsprechend muss Fernwärmefluid, welches aus dieser Mündung 31 ausströmt, durch Löcher 37 des Lochblechs 35 strömen, bevor es den darunterliegenden Teil des Innenvolumens 15 des Tanks 3 erreichen kann. Dabei wird die Strömung des Fernwärmefluids verbreitert und verlangsamt. Dementsprechend kann das eingeleitete Fernwärmefluid weiter unten liegende Schichten des bereits im Tank 3 befindlichen Fernwärmefluids langsam und über einen breiten Querschnitt hin nach unten, d.h. hin zu dem Fernwärme-Abfluss-Anschluss 9 verdrängen, ohne es dabei wesentlich umzuwälzen.
• Dadurch kann sich innerhalb des Innenvolumens 15 des Tanks 3 mit der Zeit eine stabile Wärmeschichtung aufbauen, die zumindest teilweise auch beim Nachströmen frischen Fernwärmefluids, d.h. bei einem erneuten Beladen der Fernwärmeübergabestation, erhalten bleiben kann. Bei einer solchen Wärmeschichtung befindet sich wärmeres Fernwärmefluid in weiter oben liegenden Bereichen des Innenvolumens 15, wohingegen die Temperatur des Fernwärmefluids innerhalb des Innenvolumens 15 nach unten hin sukzessive abnimmt.
• Im dargestellten Beispiel sind im Innenvolumen 15 des Tanks 3 insgesamt vier Wärmetauscher 5 angeordnet. Jeder dieser Wärmetauscher 5 ist mit einem spiralförmig verlaufenden Wärmetauscherrohr ausgebildet. Alle Wärmetauscher 5 bzw. die spiralförmigen Verläufe von deren Wärmetauscherrohren sind hierbei koaxial zueinander angeordnet. Eine allen Wärmetauschern 5 gemeinsame Mittelachse erstreckt sich hierbei vertikal durch den Tank 3 und fällt im Wesentlichen mit einer Mittelachse der zylindrischen Wandung 59 zusammen. Dabei sind drei erste Wärmetauscher 39 radial weiter außen angeordnet als ein sich weiter im Zentrum des Tanks 3 befindlicher zweiter Wärmetauscher 43. Jeder einzelne dieser Wärmetauscher 5 umschließt ein Innenvolumen 23, welches erheblich kleiner ist als das Innenvolumen 15 des Tanks 3. Auch eine Summe aller Innenvolumina 23 aller Wärmetauscher 5 ist noch deutlich kleiner als das nicht von den Wärmetauschern 5 belegte Innenvolumen 5 des Tanks 3.
• Die drei ersten Wärmetauscher 39 dienen dazu, einem Heizkreislauf 41, d.h. darin vorgesehenen Heizkörpern 49 oder ähnlichen Wärmeverbrauchern, Wärme aus der Fernwärmeübergabestation 1 zuzuführen. Brauchwärmefluid kann hierzu jeweils über einen Brauchwärme-Zufluss-Stutzen 25 und einen Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss 11 in einen der jeweiligen ersten Wärmetauscher 39 eingeleitet werden. Nachdem das Brauchwärmefluid den Wärmetauscher 39 durchströmt hat, kann es am entgegengesetzten Ende durch einen Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss 13 und einen außen am Tank 3 angeordneten Brauchwärme-Abfluss-Stutzen 27 ausgeleitet werden. Der Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss 11 befindet sich dabei weiter unten an dem Tank 3 als der Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss 13, sodass durch den Wärmetauscher 39 geleitetes Brauchwärmefluid zunächst durch den kühleren, unteren Teil des in dem Tank aufgenommenen Fernwärmefluids und dann durch den heißeren, oberen Teil des Fernwärmefluids geleitet wird. Auf diese Weise kann besonders effizient Wärme von dem Fernwärmefluid auf das Brauchwärmefluid übertragen werden.
• Die drei ersten Wärmetauscher 39 bzw. deren helixartig verlaufenden Verrohrungen sind koaxial zueinander angeordnet. Die Wärmetauscher 39 unterscheiden sich dabei hinsichtlich ihres Durchmessers. Einer der Wärmetauscher 39, der einen größeren Durchmesser aufweist, kann dabei eine geringere Höhe besitzen als ein anderer der Wärmetauscher, der einen kleineren Durchmesser aufweist, sodass insgesamt eine Länge des Wärmetauscherrohres für jeden der ersten Wärmetauscher 39 in etwa gleich sein kann. Dementsprechend können alle drei ersten Wärmetauscher 39 eine gleiche bzw. ähnliche Wärmetauscherleistung aufweisen. Daher können diese Wärmetauscher 39 parallel geschaltet betrieben werden, d.h. parallel an den Heizkreislauf 41 angeschlossen sein. Je nachdem, welcher Wärmebedarf mithilfe der Fernwärmeübergabestation 1 gedeckt werden soll, kann eine Anzahl erster Wärmetauscher modular größer oder kleiner gewählt werden.
• Als Wärmetauscherrohr kann hierbei für die ersten Wärmetauscher 39 beispielsweise ein einfaches Stahlrohr mit einer im Wesentlichen glatten Oberfläche verwendet werden. Ein solcher Wärmetauscher verhältnismäßig einfach und kostengünstig gefertigt werden.
• Der zweite Wärmetauscher 43 dient dazu, eine Warmwasserversorgung 45 zu versorgen. Kaltes Frischwasser kann dabei von einem Wasserzufluss 51 hin zu einem Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss 11 des zweiten Wärmetauschers 43 geliefert werden. Nachdem das Wasser den zweiten Wärmetauscher 43 durchströmen konnte, kann es an einem Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss 13 abgeleitet werden, um dann z.B. einen Wasserhahn 53 mit warmem Wasser versorgen zu können.
• Als Wärmetauscherrohr kann hierbei aus Hygienegründen zum Beispiel ein Edelstahlrohr eingesetzt werden. Das Wärmetauscherrohr kann hierbei eine raue oder strukturierte Oberfläche aufweisen. Auf diese Weise kann ein relativ hoher Wärmeübergang ermöglicht werden. Außerdem kann der zweite Wärmetauscher 43 meist effizienter betrieben werden, da ihm kaltes Frischwasser mit Vorlauftemperaturen von typischerweise unter 20 °C zugeführt wird, wohingegen Vorlauftemperaturen bei dem ersten Wärmetauscher 39 im Regelfall deutlich höher liegen. Dementsprechend kann der zweite Wärmetauscher 43 sowohl hinsichtlich seiner Abmessungen als auch hinsichtlich seiner Wärmeübertragungsleistung im Allgemeinen kleiner sein als die ersten Wärmetauscher 39. Da Warmwasser zumindest zeitweise auf hohe Temperaturen von über 60 °C erhitzt werden sollte, kann der zweite Wärmetauscher 43 weit oben im Tank 3 angeordnet sein bzw. sich bis in obere Bereiche des Tanks 3 erstrecken, da dort aufgrund der Wärmeschichtung besonders heißes Fernwärmefluid lagert.
• Ein Betrieb der Fernwärmeübergabestation 1 kann mithilfe einer Beladesteuerung 47 gesteuert werden. Die Beladesteuerung 47 kann dabei einen Zustand eines Steuerungsventils 55 steuern. In einem geöffneten Zustand kann das Steuerungsventil 55 ein Ablassen von Fernwärmefluid aus dem Fernwärme-Abfluss-Anschluss 9 des Tanks 3 zulassen. Dabei strömt gleichzeitig frisches, heißes Fernwärmefluid durch den Fernwärme-Zufluss-Anschluss 7 ein. In einem geschlossenen Zustand blockiert das Steuerungsventil 55 das Ablassen von Fernwärmefluid aus dem Tank 3. Gleichzeitig verhindert eine Rückschlagklappe 57, dass Fernwärmefluid durch den Fernwärme-Zufluss-Anschluss 7 aus dem Tank 3 entweichen kann.
• Zum Beladen des Tanks 3 steuert die Beladesteuerung 47 das Steuerungsventil 55 während eines ersten Teilzyklus in dessen geöffneten Zustand. Dementsprechend kann heißes Fernwärmefluid von oben her in das Innenvolumen 15 des Tanks einströmen und dabei kühleres Fernwärmefluid verdrängen, welches daraufhin durch den Fernwärme-Abfluss-Anschluss 9 unten am Tank 3 ausströmen kann.
• Nachdem zumindest ein oberer Teil des Innenvolumens 3 durch ein solches Beladen mit frischem, heißem Fernwärmefluid befüllt wurde, kann die Beladesteuerung 47 anschließend das Steuerungsventil 55 während eines zweiten Teilzyklus in dessen geschlossenen Zustand versetzen. Der zweite Teilzyklus kann deutlich länger dauern als der zum Beladen benötigte erste Teilzyklus. Während dieses zweiten Teilzyklus kann sukzessive Wärme von dem Fernwärmefluid über die Wärmetauscher 5 an das Brauchwärmefluid sowohl für den Heizkreislauf 41 als auch für die Warmwasserversorgung 45 übertragen werden. Hierdurch kühlt das Fernwärmefluid in dem Tank 3 sukzessive ab. Da dieser Vorgang verhältnismäßig langsam erfolgt, kann sich in dem Innenvolumen 15 des Tanks 3 eine stabile Wärmeschichtung einstellen. Dabei lagern sich in dem quasi-stationären Fernwärmefluid wärmere Bereiche weiter oben in dem Innenvolumen 15 an, wohingegen kühlere Anteile des Fernwärmefluids nach unten absacken und sich nahe dem Boden 61 sammeln.
• Insbesondere die Fähigkeit, in dem Tank 3 der Fernwärmeübergabestation 1 über längere Zeiten hinweg eine stabile Wärmeschichtung aufrechterhalten zu können, ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Fernwärmeübergabestationen eine Reihe von Vorteilen.
• Beispielsweise sind hierdurch für das Fernwärmenetz sowohl relativ niedrige Rücklauftemperaturen als auch relativ niedrige Vorlauftemperaturen möglich. Beispielsweise erscheinen Rücklauftemperaturen von etwa 35 °C und Vorlauftemperaturen von etwa 65 °C möglich. Hierdurch kann eine gesamte Effizienz des Fernwärmeheizsystems gesteigert werden und eine Leistungsübertragung maximiert werden.
• Dabei können dadurch, dass die ersten Wärmetauscher 39 für den Heizkreislauf 41 und der zweite Wärmetauscher 43 für die Warmwasserversorgung 45 innerhalb des Tanks 3 parallel zueinander betrieben werden können, gleichzeitig sowohl für den Heizkreislauf 41 als auch für die Warmwasserversorgung 45 maximale Heizleistungen bereitgestellt werden.
• Dadurch, dass Fernwärmefluid selbst als Wärmespeicher in der Fernwärmeübergabestation 1 eingesetzt wird, entfällt im Gegensatz zu herkömmlichen Fernwärmeübergabestationen 1 eine Grädigkeit zwischen dem Fernwärmesystem und dem Wärmespeicher in der Fernwärmeübergabestation. Eine frische Beladung mit heißem Fernwärmefluid kann schnell und in technisch einfacher Weise realisiert werden. Insbesondere kann als Steuerungsventil 55 eine einfache Auslassklappe eingesetzt werden, die vollständig geöffnet werden kann, sodass kein gedrosselter Durchfluss eingestellt werden braucht. Dies kann in technisch einfacher, wenig fehleranfälliger und haltbarer Weise realisiert werden.
• Die Beladesteuerung 47 kann programmierbar ausgestaltet sein. Insbesondere kann die Beladesteuerung 47 mit einem Datennetzwerk, beispielsweise einem LAN (Local Area Network), koppelbar sein, über welches die Beladesteuerung 47 Daten empfangen kann oder Daten an andere Geräte übermitteln kann. Aufgrund empfangener Daten kann ein Betrieb der Beladesteuerung 47 gesteuert werden. Beispielsweise kann eine Parametrisierung der Beladesteuerung 47 erfolgen und/oder Software-Updates übermittelt werden. An andere Geräte übermittelte Daten können beispielsweise zu Analysezwecken genutzt werden. Insbesondere können beispielsweise Energieverbräuche und/oder Diagnosedaten übertragen werden.
• Durch die Möglichkeit der Datenübermittlung können verschiedene Vorteile erreicht werden. Beispielsweise kann eine Abrechnung einer Wärmeentnahme automatisiert werden. Eine Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklauf-Temperaturen kann überwacht werden. Schaltschwellen und/oder Schaltzeiten für das Beladen der Fernwärmeübergabestation können verändert werden und dabei optional von anderen Parametern wie beispielsweise Messdaten, die z.B. eine Umgebungstemperatur angeben können, oder auf andere Weise zur Verfügung gestellten Daten, wie zu Beispiel Wetterdaten, beeinflusst werden. Insbesondere können Beladevorgänge gesteuert bzw. initiiert werden bzw. Parameter betreffend den ersten Teilzyklus und/oder den zweiten Teilzyklus geeignet vorgegeben werden. Hierdurch können Temperaturdifferenzen angepasst oder eine Effizienz für die Fernwärmeübergabestation optimiert werden. Eine Parametrisierung kann hierbei beispielsweise von einem Hersteller der Fernwärmeübergabestation oder von einem Betreiber des Fernwärmenetzes vorgenommen werden. Außerdem können dem Betreiber der Fernwärmeübergabestation Informationen über einen Energiebezug bereitgestellt werden.
• Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
• Bezugszeichenliste

1

Fernwärmeübergabestation

3

Tank

5

Wärmetauscher

7

Fernwärme-Zufluss-Anschluss

9

Fernwärme-Abfluss-Anschluss

11

Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss

13

Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss

15

Innenvolumen des Tanks

17

Fernwärme-Zufluss-Stutzen

19

Fernwärme-Abfluss-Stutzen

21

Fernwärmequelle

23

Innenvolumen des Wärmetauschers

25

Brauchwärme-Zufluss-Stutzen

27

Brauchwärme-Abfluss-Stutzen

29

Strömungsverteileranordnung

31

Mündung des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses

33

Mündung des Fernwärme-Abfluss-Anschlusses

35

Lochblech

37

Loch

39

erster Wärmetauscher

41

Heizkreislauf

43

zweiter Wärmetauscher

45

Warmwasserversorgung

47

Beladesteuerung

49

Heizkörper

51

Wasserzufluss

53

Wasserhahn

55

Steuerungsventil

57

Rückschlagklappe

59

zylindrische Wandung

61

Boden

63

Deckel

101

herkömmliche Fernwärmeübergabestation

103

Tank

105

Fernwärme-Wärmetauscher

115

Innenvolumen des Tanks

121

Fernwärmequelle

141

Heizkreislauf

143

Warmwasser-Wärmetauscher

149

Heizkörper

151

Wasserzufluss

153

Wasserhahn

155

Steuerungsventil

Claims (15)

1. Fernwärmeübergabestation (1) aufweisend: einen Tank (3), zumindest einen Wärmetauscher (5), einen Fernwärme-Zufluss-Anschluss (7) und einen Fernwärme-Abfluss-Anschluss (9), einen Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss (11) und einen Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss (13), wobei der Fernwärme-Zufluss-Anschluss (7) und der Fernwärme-Abfluss-Anschluss (9) jeweils in ein Innenvolumen (15) des Tanks münden und eine Fluidverbindung mit einem außen an dem Tank zugänglichen Fernwärme-Zufluss-Stutzen (17) bzw. Fernwärme-Abfluss-Stutzen (19) derart bilden, dass über den Fernwärme-Zufluss-Anschluss (7) ein aus einer Fernwärmequelle (21) stammendes wärmespeicherndes Fernwärmefluid in das Innenvolumen (15) des Tanks (3) zuführbar und nach Durchströmen des Innenvolumens (15) des Tanks (3) über den Fernwärme-Abfluss-Anschluss (9) aus dem Innenvolumen (15) des Tanks (3) abführbar ist, wobei der Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss (11) und der Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss (13)jeweils mit einem Innenvolumen (23) des Wärmetauschers (5) verbunden sind und eine Fluidverbindung mit einem außen an dem Tank (3) zugänglichen Brauchwärme-Zufluss-Stutzen (25) bzw. Brauchwärme-Abfluss-Stutzen (27) bilden, über die ein wärmespeicherndes Brauchwärmefluid in das Innenvolumen (23) des Wärmetauschers (5) zuführbar bzw. aus dem Innenvolumen (23) des Wärmetauschers (5) abführbar ist, wobei der Wärmetauscher (5) in dem Innenvolumen (15) des Tanks (3) aufgenommen ist, wobei das Innenvolumen (23) des Wärmetauschers (5) kleiner ist als das von dem Fernwärmefluid zu durchströmende Innenvolumen (15) des Tanks (3).
2. Fernwärmeübergabestation nach Anspruch 1, wobei das Innenvolumen (23) des Wärmetauschers (5) kleiner als 50% des von dem Fernwärmefluid zu durchströmenden Innenvolumens (15) des Tanks (3) ist.
3. Fernwärmeübergabestation nach einem der Ansprüche 1 und 2, ferner aufweisend eine Strömungsverteileranordnung (29), welche in dem Innenvolumen (15) des Tanks (3) zwischen einer Mündung (31) des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses (7) und einer Mündung (33) des Fernwärme-Abfluss-Anschlusses (9) angeordnet ist und welche dazu konfiguriert ist, eine aus der Mündung (31) des Fernwärme-Zufluss-Anschlusses (7) austretende Strömung von Fernwärmefluid auf einen größeren Querschnitt zu verteilen und dabei zu verlangsamen.
4. Fernwärmeübergabestation nach Anspruch 3, wobei die Strömungsverteileranordnung (29) als ein Lochblech (35) ausgebildet ist, welches bezogen auf eine Strömung des Fernwärmefluids durch das Innenvolumen (15) des Tanks (3) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass zumindest ein überwiegender Anteil von zugeführtem Fernwärmefluid nach einem Austreten aus dem Fernwärme-Zufluss-Anschluss (7) und vor einem Eintreten in den Fernwärme-Abfluss-Anschluss (9) durch Löcher (37) in dem Lochblech (35) strömt.
5. Fernwärmeübergabestation nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei zumindest ein überwiegender Teil des Wärmetauschers (5) in einem Teil des Innenvolumens (15) des Tanks (3) angeordnet ist, welcher bezogen auf eine Strömung des Fernwärmefluids durch das Innenvolumen (15) des Tanks (3) stromabwärts der Strömungsverteileranordnung (29) angeordnet ist.
6. Fernwärmeübergabestation nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fernwärmeübergabestation (1) wenigstens zwei Wärmetauscher (5) sowie zu jedem Wärmetauscher (5) zugeordnet jeweils einen Wärmetauscher-Zufluss-Anschluss (11) und einen Wärmetauscher-Abfluss-Anschluss (13) aufweist, wobei beide Wärmetauscher (5) in dem Innenvolumen (15) des Tanks (3) aufgenommen sind, wobei beide Wärmetauscher (5) ein Innenvolumen (23) aufweisen, welches kleiner ist als das von dem Fernwärmefluid zu durchströmende Innenvolumen (15) des Tanks (3).
7. Fernwärmeübergabestation nach Anspruch 6, wobei ein erster der Wärmetauscher (39) dazu konfiguriert ist, in ihm erwärmtes Brauchwärmefluid an einen Heizkreislauf (41) eines Gebäudes zu liefern und wobei ein zweiter der Wärmetauscher (43) dazu konfiguriert ist, in ihm erwärmtes Brauchwärmefluid an eine Warmwasserversorgung (45) eines Gebäudes zu liefern.
8. Fernwärmeübergabestation nach Anspruch 6, wobei zumindest zwei der Wärmetauscher (5) dazu konfiguriert sind, in ihnen erwärmtes Brauchwärmefluid an einen Heizkreislauf (41) eines Gebäudes zu liefern.
9. Fernwärmeübergabestation nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die wenigstens zwei Wärmetauscher (5) koaxial zueinander angeordnet sind und/oder wobei die wenigstens zwei Wärmetauscher (5) in unterschiedlichen Höhen innerhalb des Innenvolumens (15) des Tanks (3) angeordnet sind.
10. Fernwärmeübergabestation nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Beladesteuerung (47), welche dazu konfiguriert ist, eine sich zyklisch wiederholende Beladung des Tanks (3) mit wärmespeicherndem Fernwärmefluid zu steuern, wobei die Beladesteuerung (47) dazu konfiguriert ist, - während eines ersten Teilzyklus einen Austausch von Fernwärmefluid in dem Tank (3) durch Zulassen eines Zuflusses von aus einer Fernwärmequelle (21) stammendem wärmespeicherndem Fernwärmefluid durch den Fernwärme-Zufluss-Anschluss (7) und Zulassen eines Abflusses von in dem Tank (3) lagerndem Fernwärmefluid durch den Fernwärme-Abfluss-Anschluss (9) zu steuern, und - während eines zweiten Teilzyklus einen Austausch von Fernwärmefluid in dem Tank (3) zu blockieren.
11. Fernwärmeübergabestation nach Anspruch 10, wobei eine Dauer des ersten Teilzyklus kürzer ist als eine Dauer des zweiten Teilzyklus.
12. Fernwärmeübergabestation nach einem der Ansprüche 10 und 11, wobei die Beladesteuerung (47) dazu konfiguriert ist, ausgehend von dem zweiten Teilzyklus den ersten Teilzyklus zu initiieren, sobald eine Temperatur von Brauchwärmefluid, welches den Wärmetauscher (5) durchströmt, und/oder sobald eine Temperatur von Fernwärmefluid in dem Innenvolumen (15) des Tanks (3) unter eine vordefinierte Grenztemperatur sinkt
13. Verfahren zum Betreiben einer Fernwärmeübergabestation (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren aufweist: Steuern einer sich zyklisch wiederholenden Beladung des Tanks (3) mit wärmespeicherndem Fernwärmefluid derart, dass - während eines ersten Teilzyklus ein Austausch von Fernwärmefluid in dem Tank (3) durch Zulassen eines Zuflusses von aus einer Fernwärmequelle (21) stammendem wärmespeicherndem Fernwärmefluid durch den Fernwärme-Zufluss-Anschluss (7) und Zulassen eines Abflusses von in dem Tank (3) lagerndem Fernwärmefluid durch den Fernwärme-Abfluss-Anschluss (9) ermöglicht wird, und - während eines zweiten Teilzyklus ein Austausch von Fernwärmefluid in dem Tank (3) blockiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Dauer des ersten Teilzyklus kürzer ist als eine Dauer des zweiten Teilzyklus.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 und 14, wobei ausgehend von dem zweiten Teilzyklus der erste Teilzyklus initiiert wird, sobald eine Temperatur von Brauchwärmefluid, welches den Wärmetauscher (5) durchströmt, und/oder sobald eine Temperatur von Fernwärmefluid in dem Innenvolumen (15) des Tanks (3) unter eine vordefinierte Grenztemperatur sinkt.

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