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Die Erfindung betrifft eine Anlage
zur Vorsorgung von Verbrauchern mit Wärmeenergie unterschiedlicher
Energieniveaus.
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Regenerative Energiequellen gewinnen
zunehmend an Bedeutung. Als regenerative Energiequellen erlangt
die Sonnenenergienutzung immer stärkere Verbreitung. Beispielsweise
wird aus der Sonnenenergie Wärmeenergie über Sonnenkollektoren
gewonnen. Zusätzlich
können
derartige Anlagen gekoppelt sein mit Speichern, welche in Form von
relativ langen Rohrleitungen im Erdreich oder auch in den Wänden von
Gebäuden
angeordnet sind. Ein wesentliches Problem bei der Nutzung der Sonnenenergie
in Form von Wärmeenergie
besteht darin, dass mittels beispielsweise eines Sonnenkollektors bzw.
einer Sonnenkollektoranlage je nach Sonnenintensität und auch
Jahreszeit unterschiedliche Energieniveaus eines in der Anlage zirkulierenden
Trägermediums
erreicht werden. Die erreichbaren Energieniveaus stimmen häufig nicht
mit den in bestimmten Verbrauchern gewünschten Energieniveaus überein. Mit
herkömmlichen
Anlagen wird daher versucht, die Energieniveaus logistisch den Verbrauchern
zuzuordnen bzw. zuzuteilen, welche am ehesten diesen Energieniveaus
entsprechen.
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Höhere
Energieniveaus eines in einem Sonnenkollektor erwärmten Trägermediums
können
beispielsweise für
Heizzwecke oder für
die Warmwasserversorgung verwendet werden, wohingegen ein Trägermedium
mit einer niedrigen oder niedrigeren Temperatur mittels Wärmepumpen
wiederum auf ein höheres
Energieniveau angehoben werden kann.
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Es ist beispielsweise aus der
AT 405 680 B bekannt,
dass der Wirkungsgrad insbesondere von Sonnenkollektoren um so höher ist,
je tiefer die Temperatur des Trägermediums
ist, das dem Sonnenkollektor zugeführt wird. Bei einer möglichst
tiefen Temperatur des zugeführten
Trägermediums
kann also eine möglichst
große
Temperaturdifferenz ausgenutzt werden. Es ist also erforderlich,
möglichst
viel der mittels eines Sonnenkollektors an ein Trägermedium übertragenen
Energie an einen oder mehrere Verbraucher zielgerichtet abzugeben.
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Für
komplexe Anlagen muss berücksichtigt werden,
dass in Gebäuden
jeglicher Art nicht nur Energie eines hohen Niveaus für Heizzwecke,
Brauchwassererwärmung,
für Reinigungszwecke,
für Schwimmbäder, für die Klimatisierung
von Räumen und
dergleichen benötigt
wird, sondern auch Energie niedrigen Niveaus für Kühlung, für Klimatisierung oder für Kühlzwecke
beispielsweise für
die Lagerung von Lebensmitteln benötigt wird.
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In
DE 37 42 910 A1 ist eine Heizanlage zum Erwärmen oder
Vorwärmen
eines Strömungsmittels, bevorzugt
von Brauchwasser, beschrieben. Die bekannte Heizanlage weist einen
Sonnenkollektor auf, in welchem die Sonnenenergie gesammelt und
an ein Trägermedium übertragen
wird. Die bekannte Heizanlage weist mehrere Einzelspeicher auf,
welche hintereinander geschaltet sind, wobei jedem Verbraucher ein
Drei-Wege-Ventil zugeordnet ist, mittels welchem das gesamte Trägermedium
einem ersten Verbraucher zuführbar
ist und nach dessen Rückströmen in die
Hauptleitung einem oder mehreren nachfolgenden Verbrauchern komplett
zugeführt wird.
Bei diesem bekannten System handelt es sich somit um ein Kaskadensystem,
bei welchem nacheinander Einzelspeicher nach dem im Wärmeträgermedium
noch vorhandenen Energieniveau energetisch aufgeladen werden. Die
Einzelspeicher/Wärmetauscher
werden also entweder einzeln oder nacheinander durchströmt.
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Aus der
AT 405 680 B ist eine Anlage zur Versorgung
von Verbrauchern an Wärmeenergie
mit einem in mindestens einer Wärmequelle
erwärmten Trägermedium
bekannt, bei welcher einem steuerbaren Verteiler über eine
Eingangsleitung das Trägermedium
zugeführt
wird, welcher mit einer Mehrzahl von Ausgängen versehen ist. Dieser steuerbare
Verteiler steuert je nach Bedarf die Vorlaufleitung von Verbrauchern
an und versorgt somit die entsprechenden Verbraucher. Das Trägermedium
mit höchstem Energieniveau
wird dabei dem Verbraucher zugeleitet, welcher gerade die höchste Energieanforderung aufweist.
In Abhängigkeit
von der Abforderung an Energie von diesem Verbraucher steuert der
Verteiler nach dem Rückführen des
Trägermediums
von diesem Verbraucher in die Eingangsleitung zu dem Verteiler den
nächsten
Verbraucher an, dessen Bedarf dem dann noch vorhandenen Energieniveau
entspricht. Eine derartige Energieabladung erfolgt so lange, wie
das Trägermedium über eine
wirksame Temperaturdifferenz Energie einem Verbraucher zuführen kann. Über die
zusätzliche
Verbindung von Wärmepumpen
kann bei erfolgter Energieabladung des Energieniveau des Trägermediums
wieder auf eine einem bestimmten Verbraucherbedarf zugeschnittene
Höhe angehoben
werden.
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Bei diesem bekannten System besteht
zwar eine hohe Flexibilität
bezüglich
der Ansteuerung eines jeweiligen Verbrauchers entsprechend seinem Energiebedarf;
diese hohe Flexibilität
muss jedoch mit einem hohen Rohrleitungsaufwand und einer relativ
komplizierten Steuerung des Verteilers erkauft werden.
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Demgegenüber besteht die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung darin, eine Anlage zur Versorgung von Verbrauchern
an Wärmeenergie
mit einem in mindestens einer Wärmequelle
erwärmten
Trägermedium
bereitzustellen, bei welcher mit einem gegenüber bekannten Anlagen reduzierten
Rohrleitungsaufwand zielgerichtete Temperatur-Zeit-Verläufe in Verbrauchern
unterschiedlichen Energieniveaubedarfs erreicht werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anlage
mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 erreicht. Zweckmäßige Weiterbildungen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Erfindungsgemäß weist die Anlage zur Versorgung
von einer Anzahl von Verbrauchern mit Wärmeenergie unterschiedlicher
Energieniveaus eine Wärmequelle,
eine Hauptleitung und eine Rückleitung
auf, welche durch ein in der Wärmequelle
erwärmtes
Trägermedium
durchströmt
werden. Aus der Wärmequelle
tritt über
eine Austrittsleitung der Strom des Trägermediums in eine Hauptleitung
ein, in welcher mehrere Strömungsaufteiler
in Reihe, und zwar für
jeden Verbraucher ein steuerbarer Strömungsaufteiler, angeordnet
sind. Von einem jeweiligen steuerbaren Strömungsaufteiler sind die jeweiligen
Verbraucher parallel zu der Hauptleitung mit einer Vorlaufleitung
und einer Rücklaufleitung
versehen.
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Von dem Strömungsaufteiler wird zu dem
jeweiligen Verbraucher ein solcher Teilstrom des Trägermediums
in die Vorlaufleitung abgezweigt, dass dem Verbraucher eine gewünschte Wärmemenge pro
Zeiteinheit zuführbar
ist. Es ist aber auch möglich,
dass ein solcher Teilstrom in die Vorlaufleitung des Verbrauchers
geleitet wird, dass an einer hinter dem Strömungsaufteiler liegenden Mischungsstelle, in
welche die Rücklaufleitung
von dem Verbraucher mündet,
gezielt ein gewünschtes
Energieniveau für einen
nachfolgenden Verbraucher einstellbar ist.
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Gemäß der Erfindung sind die jeweiligen Strömungsaufteiler
so gestaltet, dass ein Teilstrom zu einem Verbraucher abgezweigt
werden kann, dass gegebenenfalls der komplette Strom an Trägermedium
in der Hauptleitung zu einem Verbraucher geleitet wird oder dass
ein Verbraucher, für
welchen ein bestimmtes Energieniveau des Trägermediums nicht vorhanden
ist oder welcher gerade für
das herrschende Energieniveau des Trägermediums keinen Bedarf hat, überhaupt
keinen Strom an Trägermedium
erhält,
so dass in einem solchen Fall dieser parallel geschaltete Verbraucher
dadurch keinen Strom an Trägermedium
erhält,
so dass im Strömungsaufteiler
der komplette Strom des Trägermediums
zu einem nachfolgenden Strömungsaufteiler
geleitet wird.
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Eine derartige Anlage kann in vorteilhafter Weise
durch gezieltes Mischen von Teilströmen des Tägermediums, welche noch nicht
energieabgeladen sind, mit energieabgeladenen Teilströmen des
Trägermediums
so gemischt werden, dass für
nachfolgende Verbraucher gezielte Energieniveaus eben durch Mischen
dieser Teilströme
erreicht werden können.
Damit ist eine hohe Flexibilität
und sehr verbrauchsgenaue Einstellung des Bedarfs der angeschlossenen
Verbraucher möglich,
ohne dass ein hochkomplexes Rohrleitungssystem vorzusehen wäre.
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Der steuerbare Strömungsaufteiler
ist gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung auf Basis von Temperatur- bzw. Temperaturdifferenzsignalen
steuerbar, wobei in der Hauptleitung jeweils vor einem Strömungsaufteiler
und in der Vorlaufleitung vor jedem Verbraucher sowie in der Rücklaufleitung
nach jedem Verbraucher Temperatursensoren angeordnet sind. Es ist
jedoch auch möglich,
im Bereich der Mischungsstelle, in welcher die Rücklaufleitung vom Verbraucher
in die Hauptleitung mündet,
ebenfalls einen Temperatursensor vorzusehen. Vorzugsweise sind des
weiteren an den Stellen in der Anlage, an welchen Teilströme von der
Hauptströmung
des Trägermediums
abgezweigt oder an Mischungsstellen wieder zusammengeführt werden,
zusätzlich
Durchflussmesser vorgesehen.
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Der steuerbare Strömungsaufteiler
wird gemäß einen
Ausführungsbeispiel
der Erfindung vorzugsweise durch ein Signal auf der Basis einer
Temperaturdifferenz zwischen dem Eintritt in den Verbraucher und
dem Austritt aus dem Verbraucher gesteuert. Mittels diesem Signal
wird der dem Verbraucher zugeführte
Teilstrom des Trägermediums
in Abhängigkeit
von der Temperaturdifferenz zwischen Eintritt in den und Austritt
aus dem Verbraucher oder in Abhängigkeit
von einer an der Mischungsstelle von Rücklaufleitung und Hauptleitung
gewünschter
Temperatur gesteuert.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist in der Vorlaufleitung zum jeweiligen Verbraucher vorzugsweise
eine Pumpe angeordnet. Diese Pumpe führt den von dem jeweiligen
Strömungsaufteiler
zum Verbraucher vom Hauptstrom des Trägermediums in der Hauptleitung
abgezweigten Teilstrom dem Verbraucher zu, pumpt diesen Strom durch
den Verbraucher in die Rücklaufleitung, welche über eine
Bypass-Leitung mit der Vorlaufleitung zu dem Verbraucher verbunden
ist. Die Pumpe zirkuliert also den vom Strömungsaufteiler über die Vorlaufleitung
zum Verbraucher geleiteten Teilstrom und diesen aus dem Verbraucher
in die Rücklaufleitung
und von dort über
die Bypass-Leitung wieder über
die Vorlaufleitung zu dem Verbraucher. Der Förderstrom der Pumpe wird dabei über ihre
Drehzahl mittels eines Signals auf Basis einer Temperaturdifferenz
zwischen Eintritt in den Verbraucher und Austritt aus dem Verbraucher
geregelt. Die Zirkulation des Stromes des Trägermediums durch den Verbraucher kann
damit so gesteuert werden, dass der von dem Strömungsaufteiler abgezweigte
Teilstrom mehrfach durch den Verbraucher zirkuliert wird, wobei
zumindest ein Teil des noch energieaufgeladenen Teilstromes vom Strömungsverteiler
bei jeder Zirkulation dem Kreislauf zugemischt wird, so dass je
nach gewünschter
Temperatur-Zeit-Kurve des Aufladens des Verbrauchers mehr oder weniger
des Teilstromes dem zirkulierenden Strom zugemischt wird.
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An der Mündung der Bypass-Leitung in
die Vorlaufleitung erfolgt eine Mischung zwischen dem Teilstrom
vom Strömungsaufteiler
und dem rückgeführten, im
Verbraucher energiemäßig abgeladenen Teilstrom.
Gleichzeitig wird der Volumenstrom der Pumpe so eingestellt bzw.
ist die Pumpe so gesteuert bzw. geregelt, dass ein Teil des energiemäßig abgeladenen
Teilstromes über
die Rücklaufleitung
wieder der Hauptleitung an der Mischungsstelle, in welche die Rücklaufleitung
in die Hauptleitung mündet,
zugeführt
wird.
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Vorzugsweise ist das Signal zur Steuerung des
Strömungsaufteilers
mit dem Signal zur Steuerung der Pumpe identisch. Der Strömungsaufteiler und
die Pumpe werden vorzugsweise so gesteuert, dass entweder ein vorgegebener
Temperatur-Zeit-Verlauf im Verbraucher, d. h. dessen zeitabhängige Energieaufladung
gemäß vorgegebener Kurve,
erreicht wird oder dass an der Mischungsstelle, an welcher die Rücklaufleitung
vom Verbraucher in die Hauptleitung mündet, eine vorgegebene Temperatur,
d. h. ein Energieniveau des Stromes des Trägermediums in der Hauptleitung
erreicht wird, welcher auf die Bedürfnisse des oder der nachfolgenden Verbraucher
abgestimmt ist.
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Vorzugsweise sind der Strömungsaufteiler und
die Pumpe so gesteuert, dass in dem Verbraucher eine vorgegebene
Maximaltemperatur nicht überschritten
wird. Das ist beispielsweise besonders vorteilhaft, wenn es sich
bei dem Verbraucher um einen Warmwasserspeicher mit Wärmetauscher
handelt, in welchem durch die Begrenzung des Aufladens bis zur Maximaltemperatur
Kesselsteinbildung verhindert oder stark reduziert wird.
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Dazu kann beispielsweise auch die
Steuerung des Strömungsaufteilers
und der Pumpe in der Weise dienen, dass an der Mischungsstelle eine
vorgegebene Solltemperatur erzielbar ist. Die vorgegebene Solltemperatur
kann beispielsweise eine solche Höhe haben, dass für einen
nachfolgenden Verbraucher insbesondere bei einem hohen Energieniveau des
Trägermediums
eben diese Kesselsteinbildung vermieden wir, und zwar beispielsweise
in einem Fall, in welchem ein nachfolgender Verbraucher ein Warmwasserspeicher
ist, wohingegen der diesem vorgeschaltete Verbraucher anderen Zwecken
dient.
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Erfindungsgemäß weist die Anlage in der Regel
mehrere Verbraucher auf, in welchem stufenweise durch Mischen bestimmter
Teilströme
des Trägermediums
eine Energieabladung des von der Wärmequelle kommenden energiemäßig aufgeladenen Stromes
des Trägermediums
realisiert wird. Je nach Energiebedarf in den einzelnen Verbrauchern,
d. h. je nach dem Grad der erfolgten Energieabladung in den jeweiligen
Verbrauchern ist es möglich,
dass nach dem letzten in der Anlage derartig angeordneten Verbraucher
das Trägermedium
noch ein Energieniveau aufweist, welches noch sinnvoll nutzbar ist.
Dazu ist gemäß einer
Weiterbildung vor dem Eintritt des Trägermediums in die Rückleitung
zur Wärmequelle
ein zusätzlicher
Strömungsaufteiler
vorgesehen, mittels welchem das Trägermedium über eine zusätzliche Pumpe
hoher Kapazität
durch einen eine Sole bildende Verbraucher geleitet wird. D. h.
das nach den entsprechenden Verbrauchern im Trägermedium noch vorhandene Energieniveau
wird zum Aufladen eines Speichers vorzugsweise Erdspeichers in fester
oder flüssiger
Form wie z. B. einer Sole verwendet. Die Rücklaufleitung von dem Speicher
mündet
dann in dem Teil der Rückleitung
unmittelbar hinter dem zusätzlichen
Strömungsaufteiler.
Durch die hohe Kapazität
der Pumpe kann erreicht werden, dass eine komplette Energieladung
des Trägermediums
in dem Speicher erfolgt und innerhalb des Speichers auch eine möglichst
gleichmäßige Verteilung
der über
das Trägermedium
in den Speicher eingeleiteten Energie erfolgt. Vorzugsweise wird
also das Trägermedium vollständig durch
den Speicher zirkuliert, wobei die Leistung der zusätzlichen
Pumpe größer ist
als die der Pumpen für
die Verbraucher. Diese zusätzliche Pumpe
ist wiederum über
Signale von entsprechenden Temperatursensoren im Bereich des zusätzlichen
Strömungsaufteilers
und vor Eintritt in die Sole und nach Austritt aus der Sole sowie
gegebenenfalls auch an der Stelle, an der die Rücklaufleitung von dem Speicher
in die Rückleitung
mündet,
gesteuert. Aufgrund der vorzugsweise deutlich größeren Leistung dieser zusätzlichen
Pumpe gegenüber
den Pumpen der Verbraucher und sogar gegenüber der der Hauptpumpe ist
eine Bypass-Leitung nicht erforderlich, weil der hydraulische Ausgleich
der Wassermengen und der Drücke
in dem zusätzlichen
Strömungsaufteiler
stattfindet.
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Für
das Zirkulieren des Trägermediums durch
die erfindungsgemäße Anlage
ist vorzugsweise in der Rückleitung
zur Wärmequelle
eine Hauptpumpe vorgesehen, mittels welcher das Trägermedium
von der Wärmequelle über die
Hauptleitung und die Rückleitung
wieder zurück
zur Wärmequelle
zirkuliert wird. Vorzugsweise ist diese Hauptpumpe ebenfalls steuerbar,
und zwar in Abhängigkeit
von den jeweiligen Volumenströmen
oder Temperaturdifferenzen, welche in den entsprechenden Verbrauchern
zur Erzielung eines vorgegebenen Temperatur-Zeit-Verlaufs erforderlich
sind.
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Insbesondere für Wartungs- und Reparaturzwecke
sind in den jeweiligen Vorlaufleitungen zu den Verbrauchern und
den jeweiligen Rücklaufleitungen von
den Verbrauchern Absperrventile vorgesehen, wobei diese Absperrventile
vorzugsweise manuell betätigbar
sind.
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Vorzugsweise ist die Wärmequelle
ein Sonnenkollektor bzw. eine Sonnenkollektoranlage. Vorzugsweise
sind die Sonnenkollektoren so ausgebildet, dass sie mit dem Sonnenstand
jahreszeitabhängig
mitgeführt
werden können,
um eine möglichst hohe
Energieausbeute, d. h. ein möglichst
hohes Energieaufladen des Trägermediums
zu erreichen. Zusätzlich
kann vorzugsweise ein Erdspeicher vorgesehen sein, wobei der Erdspeicher
insbesondere auch dann von Vorteil ist, wenn zusätzlich eine Wärmepumpe
mit Verdampfer, Kompressor, Enthitzer und Kondensator vorgesehen
ist. Der Verdampfer der Wärmepumpe
kann zusätzlich
mit einem Verbraucher für
Kälteenergie
verbunden sein, so dass eine weitere hohe Flexibilität der Anlage
für verschiedenste
Energieniveaus realisierbar ist.
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Gemäß noch einer Weiterbildung
der Erfindung ist in der Bypass-Leitung von der Rücklaufleitung
vom Verbraucher zu der Vorlaufleitung zu dem Verbraucher ein Bypass-Regelventia
angeordnet, welches im Zusammenwirken mit der Pumpe und dem Strömungsaufteiler
eine zusätzliche
Einflussnahme auf die Mischung des frischen, von der Hauptleitung
stammenden energieaufgeladenen Stromes an Trägermedium und dem im Verbraucher
energiemäßig abgeladenen
Strom an Trägermedium
ermöglicht.
An der Mündungsstelle
des Bypasses in der Vorlaufleitung ist vorzugsweise eine Mischkammer vorgesehen.
Diese Mischkammer dient dazu, dass der vom Verbraucher energiemäßig abgeladene Strom
an Trägermedium
vollständig
mit dem energiemäßig aufgeladenen
Teilstrom, welcher aus der Hauptleitung aus dem Strömungsaufteiler
in die Vorlaufleitung zu dem Verbraucher abgezweigt worden ist,
gemischt werden kann. Vorzugsweise ist die Mischkammer horizontal
oder vertikal ausgebildet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung werden nun detailliert anhand der beigefügten Zeichnungen
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
prinzipielles Schema einer Anlage gemäß der Erfindung mit drei jeweils
parallel zur Hauptleitung geschalteten Verbrauchern;
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2 eine
Anlage in der prinzipiellen Schaltung gemäß 1, jedoch mit der Möglichkeit des Anschlusses von
vier Verbrauchern, wobei die Strömungsaufteiler
jeweils unterschiedliche Positionen haben, und zusätzlich einem
Strömungsaufteiler
für einen
Kreislauf mit Pumpe zur Energieaufladung eines Erdspeichers insbesondere
in Form einer Sole; und
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3 ein
Detail X gemäß 1 mit Strömungsaufteiler
in der Hauptleitung für
einen ersten Verbraucher und Mischkammer in der Vorlaufleitung zu
diesem Verbraucher mit Anschluss der Bypass-Leitung von der Rücklaufleitung
von dem Verbraucher in die Vorlaufleitung.
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In 1 ist
die prinzipielle Anordnung einer erfindungsgemäßen Anlage dargestellt. Von
einer nicht dargestellten Wärmequelle
in Form beispielsweise eines Sonnenkollektors gelangt das darin
energiemäßig aufgeladene
Trägermedium
in eine Hauptleitung 5. In dieser Hauptleitung 5 sind
in Reihe hintereinander drei Strömungsaufteiler 8, 9, 10 angeordnet,
an welche jeweils über
eine Vorlaufleitung 6 ein jeweiliger Verbraucher 1, 2, 3 angeschlossen
ist. Bei den Strömungsaufteilern 8, 9,
10 handelt
es sich um sogenannte Umschalt-Misch-Ventile, welche in ihrem prinzipiellen
Aufbau dem eines Drehschiebers ähneln.
Das im Innern des Strömungsaufteilers
drehbar angeordnete Drehschieberelement ist in dem Strömungsaufteiler 8 so
angeordnet, dass der von der Hauptleitung 5 in den Strömungsaufteiler 8 eintretende
Strom an Trägermedium
aufgeteilt wird, und zwar in einen ersten Teilstrom, welcher in
die Vorlaufleitung 6 zu dem ersten Verbraucher 1 geführt wird, und
einen zweiten Teilstrom, welcher aus dem Strömungsaufteiler 8 in
einen weiteren Bereich der Hauptleitung 5 austritt.
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In der Vorlaufleitung 6,
welche von dem Strömungsaufteiler 8 zu
dem ersten Verbraucher 1 führt, ist des weiteren eine
Pumpe 15 angeordnet. In Strömungsrichtung vor der Pumpe
mündet
eine Bypass-Leitung 18, welche eine Rücklaufleitung 7 von dem
Verbraucher 1 zu dem Bereich der Hauptleitung 5 zwischen
dem Strömungsaufteiler 8 und 9 führt. Je nach
dem eingestellten oder angesteuerten oder eingeregelten Volumenstrom
der Pumpe 15 wird der von dem Strömungsaufteiler 8 in
die Vorlaufleitung 6 strömende Teilstrom an Trägermedium
durch den Verbraucher 1 und zurück über die Rücklaufleitung 7 und die
Bypass-Leitung 18 wieder
in den Teilstrom an Trägermedium
vor der Pumpe 15 eingespeist. Die Rücklaufleitung 7 von
dem Verbraucher 1 mündet
an einer Mischungsstelle 11 in dem Bereich der Hauptleitung 5 zwischen
dem ersten Strömungsaufteiler 8 und
dem zweiten Strömungsaufteiler 9.
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Vor dem Strömungsaufteiler 8,
vor dem Eintritt in den Verbraucher 1 und nach dem Austritt
aus dem Verbraucher 1 sowie an der Mischungsstelle 11 ist
jeweils zumindest ein Temperatursensor angebracht. Für Reperatur-
und/oder Instandhaltungszwecke ist sowohl in der Vorlaufleitung 6 als
auch in der Rücklaufleitung 7 ein
Absperrventil V angeordnet. Die vorzugsweise manuell betätigbaren
Absperrventile V sperren im geschlossenen Zustand eine Zufuhr von
Trägermedium
aus der Hauptleitung 5 in den Verbraucher 1 ab.
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Im Bereich zwischen dem Strömungsaufteiler 8 für den Verbraucher 1 und
den Strömungsaufteiler 9 für den Verbraucher 2 liegt
eine Mischungsstelle 11, an welcher die Rücklaufleitung 7 von
dem Verbraucher 1 in dem Stück der Hauptleitung 5 zwischen dem
Strömungsaufteiler 8 und
dem Strömungsaufteiler 9 mündet. An
diesem Bereich der Mischungsstelle 11 erfolgt eine Mischung
des vom Verbraucher 1 rückgeführten Stromes
an Trägermedium
in einem energieabgeladenen Zustand mit dem nicht energieabgeladenen
Strom an Trägermedium
in der Hauptleitung 5, welcher als Teilstrom den Strömungsaufteiler 8 verlässt. Der
Strömungsaufteiler 8 kann
nun so gesteuert werden, dass der in die Vorlaufleitung 6 zu dem
Verbraucher 1 geleitete Teilstrom an Trägermedium eine derartige Größe hat,
dass in dem Verbraucher 1 ein gewünschtes Temperatur-Zeit-Verhalten mit
hoher Genauigkeit erreicht wird. Der Teilstrom kann auch während des
Energieabladens in dem Verbraucher 1 über die Veränderung der Stellung des Strömungsaufteilers 8 variiert
werden, insbesondere wenn in dem Verbraucher 1 beispielsweise
zusätzlich eine
Entnahme an Warmwasser erfolgt. Des Weiteren kann der Teilstrom,
welcher vom Strömungsaufteiler 8 in
die Vorlaufleitung 6 zum Verbraucher 1 abgezweigt
wird, so gewählt
werden, dass neben einem bestimmten Temperatur-Zeit-Verhalten in
dem Verbraucher 1 eine gewünschte Temperatur des Trägermediums
an der Mischungsstelle 11 erreicht wird. Des Weiteren kann
der Teilstrom in die Vorlaufleitung 6 so eingestellt bzw.
geregelt werden, dass eine bestimmte maximale Temperatur in dem
Verbraucher 1 nicht überschritten
wird. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn als Obergrenze der
Temperatur ein Wert festgelegt ist, bei welchen beispielsweise Kesselsteinbildung
gerade noch im Wesentlichen vermieden wird. Mit dieser Möglichkeit
des Mischens und/oder Rezirkulierens eines Stromes/Teilstromes an
Trägermedium
kann mit hoher Genauigkeit dem Bedarf eines, mehrerer oder aller
Verbraucher sehr genau entsprochen werden, und zwar auch und vor allem
für Energieniveaus
für die
jeweiligen Verbraucher, welche nicht denen von zuströmenden,
energieaufgeladenen zur Verfügung
stehenden Teilströmen
an Trägermedium
entsprechen.
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Der Strömungsaufteiler 9 ist
in der Hauptleitung 5 vorgesehen, um einen Verbraucher 2 mit
einem entsprechenden Teilstrom je nach Bedarf bzw. je nach gewünschtem
Temperatur-Zeit-Verhalten zu versorgen. Der Verbraucher 2 ist
analog zu dem Verbraucher 1 parallel zu der Hauptleitung 5 mit
einer Vorlaufleitung 6 von dem Strömungsaufteiler 9 zu dem
Verbraucher 2 und einer Rücklaufleitung 7 von dem
Verbraucher 2 zu dem Teil der Hauptleitung 5 versehen,
welcher zwischen dem Strömungsaufteiler 9 und
dem nachfolgenden Strömungsaufteiler 10 liegt,
wobei die Rücklaufleitung 7 vom
Verbraucher 2 in eine Mischungsstelle 12 mündet. Analog
zu der Funktion für
den Verbraucher 1 ist in der Vorlaufleitung eine Pumpe 16 und
eine Bypass-Leitung 19 von der Rücklaufleitung 7 zur
Vorlaufleitung 6 in Strömungsrichtung
vor der Pumpe 16 vorgesehen. Temperatursensoren sind wiederum
am Eintritt in den Strömungsaufteiler 9 sowie
am Eintritt in den Verbraucher 2 und. am Austritt aus dem
Verbraucher 2 angeordnet. Für Wartungs- und Reparaturzwecke
ist wiederum jeweils ein Absperrventil V in der Vorlaufleitung 6 und
in der Rücklaufleitung 7 angeordnet.
An der Mischungsstelle 12 befindet sich ebenfalls ein Temperatursensor.
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Gemäß dem dargestellten Beispiel
ist der Strömungsaufteiler 9 so
geregelt bzw. eingestellt, dass kein Teilstrom in die Vorlaufleitung
zum Verbraucher 2 von dem Strömungsaufteiler 9 geleitet wird,
sondern diese Vorlaufleitung ist im Strömungsaufteiler. 9 komplett
abgesperrt. Dadurch passiert der gesamte in der Hauptleitung zwischen
der Mischungsstelle 11 und dem Eintritt in den Strömungsaufteiler 9 eintretende
Strom an Trägermedium
den Strömungsaufteiler 9.
Dieser Strom an Trägermedium
wird der Mischungsstelle 12 zugeführt, an welcher wegen der abgesperrten
Vorlaufleitung keine Mischung mit einem Teilstrom aus der Rücklaufleitung
erfolgt.
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In Strömungsrichtung nach der Mischungsstelle 12 ist
ein weiterer Strömungsaufteiler 10 vorgesehen,
welcher einen Teilstrom zu einem Verbraucher 3 leiten kann.
Der prinzipielle Aufbau bzw. die prinzipielle Anordnung entspricht
dabei dem bzw. der für
den Verbraucher 1 oder den Verbraucher 2. Eine Vorlaufleitung 6 mit
einer Pumpe 17 ist mit dem Eintritt in den Verbraucher 3 verbunden,
wohingegen eine Rücklaufleitung
vom Austritt aus dem Verbraucher in eine Mischungsstelle 13 in
einem Stück
der Hauptleitung 5 mündet,
welches nach dem Strömungsaufteiler 10 angeordnet
ist. Gleichermaßen
ist eine Bypass-Leitung 20 als Verbindung zwischen der Rücklaufleitung 7 und
der Vorlaufleitung 6 so angeordnet, dass die Bypass-Leitung in die Vorlaufleitung in
Strömungsrichtung
vor der Pumpe 17 in die Vorlaufleitung 6 eintritt.
Temperatursensoren sind am Eintritt in den Strömungsaufteiler 10,
am Eintritt in den Verbraucher 3 und am Austritt aus dem Verbraucher 3 sowie
an der Mischungsstelle 13 angeordnet. Ebenso sind Absperrventile
V in der Vorlaufleitung 6 und der Rücklaufleitung 7 angeordnet.
Gemäß der dargestellten
Stellung des Strömungsaufteilers 10 wird
beispielhaft der gesamte im Verbraucher 1 energieabgeladene
Strom an Trägermedium
der Hauptleitung in die Vorlaufleitung 6 und damit den
Verbraucher 3 geleitet. Dies wird dadurch erreicht, dass
der Durchtritt durch den Strömungsaufteiler 10 durch
den im Strömungsaufteiler 10 vorhandenen
Drehschieber gesperrt ist. Von der Mischungsstelle 13 gelangt
das im Verbraucher 3 weiter energieabgeladene Trägermedium über die
Rückleitung 14 mit
Hilfe der Pumpe 25 wieder in den Eintritt der nicht dargestellten
Wärmequelle.
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Die jeweiligen Stellungen des Drehschiebers in
den Strömungsaufteilern 8, 9, 10 sind
dabei nur beispielhaft angezeigt; es sind solche Stellungen des Drehschiebers
in den Strömungsaufteilern
möglich, dass
jegliche Flexibilität
hinsichtlich der Mischung von Teilströmen zurück von Verbrauchern und Strömen an Trägermedium
in der Hauptleitung sowie Mischung von rezirkuliertem energieabgeladenen
Teilströmen
aus einem Verbraucher mit neuen, im jeweiligen Verbraucher noch
nicht energieabgeladenen Teilströmen
zu einem Verbraucher realisierbar sind. Es ist jedoch prinzipiell
auch möglich, überhaupt
keine Teilströme
zu einem Verbraucher abzuzweigen, nämlich dann wenn dieser beispielsweise
keinen Bedarf hat, oder aber den kompletten Strom zu einem Verbraucher
zu schicken, wenn dieser diesem Bedarf bzw. dessen Temperatur-Zeit-Verhalten
gerade entsprechen sollte.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei welchem zunächst
in der Hauptleitung 5 vier Strömungsaufteiler 8, 9, 10,
... vorgesehen sind, welche jeweils fir einen angeschlossenen Verbraucher
angeordnet sind. Der Einfachheit halber sind die einzelnen Verbraucher
nicht dargestellt, in der Einzelheit X, welche in vergrößertem Maßstab in
der 3 dargestellt ist,
ist lediglich die Vorlaufleitung 6 mit der Pumpe 15 und
der Rücklaufleitung 7 mit
der Bypass-Leitung 18 von der Rücklaufleitung 7 zur
Vorlaufleitung 6 in Strömungsrichtung
vor der Pumpe 15 sowie die die Mischungsstelle 11 charakterisierende Mündung der
Rücklaufleitung 7 in
der Hauptleitung 5 dargestellt.
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Beispielhaft sind vier verschiedene
Stellungen des Drehschiebers in den jeweiligen Strömungsaufteilern 8, 9, 10,
... dargestellt. So ist im Strömungsaufteiler 8 der
Drehschieber so angeordnet bzw. so eingeregelt bzw. so gesteuert,
dass der Strom an Trägermedium
von der Hauptleitung 5 im Verhältnis an 50 Prozent zu 50 Prozent
in einen Teilstrom für
den Verbraucher 1 (nicht dargestellt) und einen Teilstrom aus
dem Strömungsaufteiler 8 in
Richtung auf die Mischungsstelle 11 aufgeteilt wird.
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Der Drehschieber im Strömungsaufteiler 9 ist so
gestaltet, dass null Prozent des in den Strömungsaufteilern 9 eintretenden
Stromes an Trägermedium für den zweiten
Verbraucher (nicht dargestellt) abgezweigt werden, so dass 100 Prozent
des von der Mischungsstelle 11 ankommenden Stromes an Trägermedium
von dem Strömungsaufteiler 9 zum
Strömungsaufteiler 10 strömen. Dabei
können
die 100 Prozent des Stromes an Trägermedium aufgrund beispielsweise
einer Entnahme von Warmwasser im Verbraucher 1 weniger
sein als der von der Wärmequelle über die
Hauptleitung 5 in den Strömungsaufteiler 8 eintretende
Strom an Trägermedium.
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Der Strömungsaufteiler 10 ist
beispielhaft mit seinem Drehschieber so dargestellt, dass 100 Prozent
des in den Strömungsaufteiler 10 eintretenden Stromes
an Trägermedium
dem dem Strömungsaufteiler 10 zugehörigen Verbraucher
zugeführt
werden. Von diesem Verbraucher wird der in dem Verbraucher energetisch
abgeladene Strom an Trägermedium über die
Mündungsstelle
der Rücklaufleitung
von diesem Verbraucher in den Abschnitt der Hauptleitung 5 zwischen
dem Strömungsaufteiler 10 und
dem diesen nachfolgenden vierten Strömungsaufteiler (nicht bezeichnet)
eingeleitet. Dieser Mündungspunkt
entspricht im Falle der Durchleitung eines Teilstromes durch den
Strömungsaufteiler 10 der
Mischungsstelle 13.
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Im vierten nicht bezeichneten Strömungsaufteiler
ist der Drehschieber so dargestellt, dass 10 Prozent des in diesen
eintretenden Stromes an Trägermedium
einem vierten Verbraucher zugeführt werden,
wohingegen 90 Prozent des in den Strömungsaufteiler eintretenden
Stromes durch diesen hindurchgeleitet werden, wobei diese 90 Prozent
mit den in dem dem vierten Strömungsaufteiler
zugeordneten Verbraucher energetisch abgeladenen Strom an Trägermedium
in der ebenfalls nicht gezeichneten Mischungsstelle gemischt werden.
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Von der Mischungsstelle gelangt das
energetisch in drei Verbrauchern (der dem Strömungsaufteiler 9 zugeordnete
Verbraucher trägt
aufgrund seiner Absperrung nicht zur Energieabladung bei) abgeladene
Trägermittel
zu einem weiteren zusätzlichen Strömungsaufteiler 21,
dessen Drehschieber so dargestellt ist, dass der Strom an Trägermedium über eine
Pumpe 22 hoher Kapazität
beispielsweise einer Sole (nicht dargestellt) zugeführt wird,
in welcher die endgültige
Energieabladung des Trägermediums bzw.
dieses Stroms des Trägermediums
durch Mischen erfolgt. Von der Sole erfolgt eine Rückströmung des
energetisch von beispielsweise 30 °C auf 15 °C abgeladenen Stromes an Trägermedium über die
Rücklaufleitung 24 zur
Mischung mit dem Strom, welcher dem Strömungsaufteiler 21 von
den vorhergehenden Verbrauchern 1, 2, 3,
... zuströmt.
Von der Mischungsstelle der Rücklaufleitung
in die Rückleitung 14 wird
mittes der Pumpe 25 der energetisch abgeladene Trägermittelstrom
wieder der Wärmequelle zugeführt.
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Aus 2 ist
ersichtlich, dass eine hohe Flexibilität für eine jeglichen Anwendungsbedürfnissen entsprechende
Vielfalt an Verbrauchern und Verbraucherfunktionen und Verbraucherbedürfnissen
ermöglicht
wird, wobei mittels des Prinzips der Teilstromzumischung an definierten
Stellen definierte Energieniveaus für nachfolgende Verbraucher
zielgerichtet und genau einstellbar sind.
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In 3 ist
die in 2 dargestellte
Einzelheit X vergrößert gezeichnet.
Von der Hauptleitung 5 gelangt ein Trägermittelstrom mit einer Temperatur von
beispielsweise 80°C
in den Strömungsaufteiler 8, welcher
beispielsweise auch als Misch-Umschalt-Ventil bezeichnet wird. Der
Drehschieber in dem Strömungsaufteiler 8 ist
dabei gemäß 2 so eingeregelt, dass der
von der Hauptleitung 5 eintretende Strom an Trägermedium
zu 50 Prozent in die Vorlaufleitung 6 und zu 50 Prozent
durch den Strömungsaufteiler 8 in
die Hauptleitung nach dem Strömungsaufteiler 8 aufgeteilt
wird. Die Vorlaufleitung 6 führt zu dem nicht dargestellten
Verbraucher, von welchem die Rücklaufleitung 7 an
der Mischungsstelle 11 in den Abschnitt der Hauptleitung 5 nach
dem Strömungsaufteiler 8 mündet. Die
Rücklaufleitung 7 ist über die
Bypass-Leitung 18 mit der Vorlaufleitung 6 verbunden,
wobei an der Mündungsstelle
der Bypass-Leitung 18 in die Vorlaufleitung 6 eine
Mischkammer 27 vorgesehen ist. Die Mischkammer ist vorzugsweise
horizontal oder vertikal angeordnet. Die Mischkammer 27 dient
dazu, dass der über
die Bypass-Leitung 18 von der Rücklaufleitung 17 in
die Vorlaufleitung 6 rezirkulierte, im nicht dargestellten Verbraucher
energetisch abgeladene Strom an Trägermedium mit dem 50 prozentigen
Teilstrom von dem Strömungsaufteiler 8,
welcher energetisch noch nicht abgeladen worden ist, komplett gemischt
werden kann. Einerseits über
die Volumstromregelung der in 3 ebenfalls
nicht dargestellten Pumpe 15 und andererseits in einem
in der Bypass-Leitung 18 zusätzlich vorgesehenen Bypass-Regler 28 wird
die Rezirkulation so eingestellt, dass beispielsweise hinter der
Mischkammer vor dem Eintritt in den Verbraucher eine definierte
Temperatur von 50 °C
erreicht werden kann.
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Somit ist es mit dem erfindungsgemäßen auf Basis
der Mischung von Teilströmen
vorgesehenen Anlagensystem möglich,
durch Mischen von energetisch aufgeladenen Teilströmen des
Trägermediums mit
energetisch abgeladenen Teilströmen
an Trägermedium
definierte Temperaturen zu erreichen. Jede Art von Verbraucheranforderung
kann damit in kostengünstiger
Weise mit einem relativ niedrigen Aufwand an Rohrleitungen und Armaturen
erreicht werden.
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Es versteht sich, dass zur Regelung
bestimmter Temperaturen für
Verbraucher oder an bestimmten Stellen der Anlage zusätzliche
Temperatursensoren oder auch Strömungssensoren
angebracht sind, und zwar zusätzlich
zu den bisher in Verbindung mit der Beschreibung von 1 und 2 erwähnten
Sensoren. Gemäß 3 sind lediglich Temperatursensoren
nach der Mischkammer 27 und nach der Mischungsstelle 11 angeordnet.
Vorzugsweise wird der Bypass-Regler über das selbe Signal geregelt, welches
für die
Regelung des Strömungsaufteilers 8 und
der Pumpe 15 verwendet wird.