DE10312521B4

DE10312521B4 - Method for operating a solar-coupled heat transfer circuit

Info

Publication number: DE10312521B4
Application number: DE10312521A
Authority: DE
Inventors: Bernd Hafner
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2023-03-21
Also published as: DE10312521A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines solargekoppelten Wärmeträgerkreislaufes mit Solarkollektor (3), Solarwärmeschichtenspeicher (1) und einer zwischengeschalteten Solarkreispumpe (5) mit bedarfsweise Nullvolumenstrom oder einem zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert variablen Volumenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Temperatur des Solarkollektors (3) im Betriebszustand mit einem tageszeitlich unterschiedliche Soll-Temperaturen aufweisenden Temperaturprofil (TP) verglichen wird, das ein oberes (10), am Anfang der Tageshelligkeitsphase und ein unteres (11), am Ende der Tageslichthelligkeitsphase plaziertes Temperautniveau aufweist, und daß der Volumenstrom der Solarkreispumpe (5) in Richtung Minimalwert erniedrigt wird, wenn die Ist-Temperatur kleiner als die Soll-Temperatur ist, und daß die Solarkreispumpe (5) ausgeschaltet wird, wenn die Ist-Temperatur des Solarkollektors (3) kleiner als die Temperatur im Solarwärmeschichtspeicher (1) ist.method for the operation of a solar coupled heat transfer circuit with solar collector (3), solar thermal layer storage (1) and an intermediate solar circuit pump (5) as needed Zero flow or one between a minimum and a maximum value variable flow rate, characterized in that the actual temperature of the solar collector (3) in the operating state with a daily time different target temperatures having temperature profile (TP), which is an upper (10), at the beginning of the daylight phase and a lower (11), placed at the end of the daylight brightness phase Temperautniveau, and that the flow rate of the solar circuit pump (5) is lowered toward the minimum value when the actual temperature is less than the target temperature, and that the solar circuit pump (5) is turned off if the actual temperature of the solar collector (3) is less than the temperature in the solar thermal layer memory (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines solargekoppelten Wärmeträgerkreislaufes mit Solarkollektor, Solarwärmeschichtenspeicher und einer zwischengeschalteten Solarkreispumpe mit bedarfsweise Nullvolumenstrom oder einem zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert variablen Volumenstrom.The The invention relates to a method for operating a solar coupled Heat transfer circuit with Solar collector, solar thermal layer storage and an intermediate solar circuit pump as needed Zero flow or one between a minimum and a maximum value variable volume flow.

Derartige aus Kollektor, Speicher und Pumpe bestehende Wärmeträgerkreisläufe sind hinlänglich bekannt und in Benutzung, so daß es diesbezüglich keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Soweit bekannt, werden solche Kreisläufe bzw. Solaranlagen per zugehöriger Regelung auf einfachste Weise mit einer allein an der Vorlauftemperatur des Kollektors orientierten Ein-/Ausschaltung der Umlaufpumpe betrieben oder orientiert an der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur des Kollektors. Dies wird auch mit drehzahlgeregelten Umlaufpumpen praktiziert, wie dies im einleitenden Oberbegriff der Erfindung berücksichtigt ist. Entscheidend ist dabei also, daß die Regelung auf erfaßten Momentanwerten basiert, d.h. insbesondere, es wird lediglich der momentane Solarertrag per Regelung berücksichtigt und eine im Laufe eines Tages noch mögliche, zukünftige Veränderung des Solarertrages bleibt außer Betracht, was mit anderen Worten bedeutet, daß eine Anpassung zur Optimierung einer solchen Anlage an den im Laufe eines Tages zu erwartenden Ertrag nicht gegeben ist, und dies zu erreichen liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde.such From collector, storage and pump existing heat transfer medium circuits are well known and in use, so that it in this regard No special proof required. As far as known, become such circuits or solar systems by associated Control in the simplest way with one alone at the flow temperature operated by the collector oriented on / off the circulation pump or oriented to the temperature difference between flow and return temperatures of the collector. This is also true with variable speed circulation pumps practiced as in the introductory preamble of the invention is taken into account. The decisive factor is that the Regulation on recorded Instantaneous values, i. In particular, it will only be the current solar yield is taken into account by regulation and one in the course one day still possible, future change the solar yield remains Consider, in other words, that is an adaptation to optimization such a facility to be expected in the course of a day Yield is not given, and to achieve this is the invention as a task.

Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ist- bzw. Vorlauftemperatur des Solarkollektors im Betriebszustand mit einem tageszeitlich unterschiedliche Soll-Temperaturen aufweisenden Soll-Temperaturprofil verglichen wird, das ein oberes, am Anfang der Tageshelligkeitsphase und ein unteres, am Ende der Tageslichthelligkeitsphase plaziertes Temperautniveau aufweist, und daß der Volumenstrom der Solarkreispumpe in Richtung Minimalwert erniedrigt wird, wenn die Ist-Temperatur des Kollektors kleiner als die Soll-Temperatur ist, und daß die Solarkreispumpe ausgeschaltet wird, wenn die Ist-Temperatur des Solarkollektors kleiner als die Temperatur im Solarwärmeschichtspeicher ist.These Task is with a method of the type mentioned after solved by the invention that the Actual or flow temperature of the solar collector in the operating state with a target time temperature profile having different target temperatures which is an upper one, at the beginning of the daylightness phase and a lower one placed at the end of the daylight brightness phase Temperautniveau, and that the flow rate of the solar circuit pump is lowered toward minimum value when the actual temperature of the collector is smaller than the target temperature, and that the solar circuit pump is turned off when the actual temperature of the solar collector less than the temperature in the solar thermal layer memory is.

Das in die Regelung einzugebende Soll-Temperaturprofil beginnt also bspw. auf einem maximalen 60°-Niveau, das dann bspw. gegen 11 Uhr über die Phase erwartbarer starker Sonneneinstrahlung bis etwa 15 Uhr auf ein Minimalniveau von 40° abfällt, das sich dann bis zum Ende der Tageshelligkeitsphase erstreckt. Wenn die gemessene Ist-Temperatur des Kollektors unter der Temperatur des Temperaturprofiles liegt führt die dadurch bewirkte Reduzierung des Volumenstromes zu einem entsprechend reduzierten Wärmetransport in den Speicher, während bei über dem Temperaturprofil liegender Temperatur der erhöhte Volumenstrom für einen entsprechenden Wärmeabtransport in den Speicher sorgt. Unterbunden wird dabei der Volumenstrom dann, wenn die gemessene Ist-Temperatur am Kollektor kleiner ist als die Temperatur im Speicher.The to be entered in the regulation target temperature profile thus begins for example, at a maximum 60 ° level, that then, for example, about 11 clock over the phase of expected strong sunlight until about 15 o'clock falls to a minimum level of 40 °, the then extends to the end of the daylight phase. If the measured actual temperature of the collector is below the temperature of the Temperature profiles is leading the resulting reduction in the volume flow to a corresponding reduced heat transfer in the store while at over the temperature profile lying temperature of the increased volume flow for a corresponding heat removal into the store. The volumetric flow is then suppressed, if the measured actual temperature at the collector is lower than that Temperature in the store.

Das Temperaturprofil ist also für die Volumen- bzw. Massestromregelung bei eingeschalteter Pumpe maßgebend und sorgt je nach Strahlungsintensität in der Tageshelligkeitsphase für einen entsprechend angepaßten Volumenstrom, während die bezogenen Temperaturen vom Speicher und vom Kollektor für das Ein- und Ausschalten der Pumpe maßgebend sind. Das im bspw. angegebenen Zeitabschnitt der Tageshelligkeitsphase abfallende und sich auf Minimalniveau fortsetzende Temperaturprofil stellt dabei gewissermaßen eine Art Erwartungshaltung der Regelung dar, um in dieser Phase noch erwartbare bzw. auftretende Einstrahlung nutzbar zu machen. Das Ganze unterscheidet sich also wesentlich von den bisherigen durchgehend auschließlich an Momentanwerten orientierten Betriebsweisen.The Temperature profile is therefore for the volume or mass flow control when the pump is on and ensures, depending on the intensity of radiation in the daylight phase for one adapted accordingly Flow rate while the related temperatures of the storage tank and the collector for the and switching off the pump prevail are. The specified in the example. Time period of the Tageshelligkeitsphase sloping and continuing to minimum level temperature profile provides in a sense a kind of expectation of the scheme to be in this phase to make use of expected or occurring radiation. The whole thing is so different from the previous ones completely exclusively Instantaneous values oriented operating modes.

Nur der Vollständigkeit halber und um das erfindungsgemäße Verfahren deutlicher zu machen, wird nachfolgend auf zeichnerische Darstellungen Bezug genommen, in denen inJust the completeness half and around the inventive method To make clearer, reference is made below to graphic representations taken in which

1 eine einfache Solaranlage verdeutlicht ist und in den 1 a simple solar system is clarified and in the

2,3 Diagramme dargestellt sind. 2 . 3 Diagrams are shown.

In 1 sind bei der dargestellten einfachen Solaranlage bezeichnet mit 1 der Wärme- bzw. Brauchwasserspeicher, mit 2 ein im Speicher 1 angeordneter, mit dem Kollektor 3 vor- und rücklaufseitig verbunder Wärmeübertrager und mit 4 der mit einer Pumpe 5 bestückte Wärmeträgerkreis. Der Wärmeübertrager 2 ist dabei vorzugsweise so im Speicher angeordnet, daß dieser für den Speicher 1 eine Schichtenladeeinrichtung darstellt.In 1 are referred to in the illustrated simple solar system with 1 the heat or hot water tank, with 2 one in the store 1 arranged, with the collector 3 upstream and downstream composite heat exchanger and with 4 the one with a pump 5 equipped heat transfer circuit. The heat exchanger 2 is preferably arranged in the memory, that this for the memory 1 represents a layer loading device.

Ferner sind bezeichnet mit 6 die zur Anlage gehörende Regelung u.a. zur Eingabe und Aufnahme des vorerwähnten Temperaturprofiles TP, und mit 7 ist ein unten im Speicher angeordneter Temperaturfühler bezeichnet und mit 8 ein die Vorlauftemperatur des Kollektors 3 ermittelnder Temperaturfühler.Furthermore, are designated with 6 the system belonging to the system, inter alia, for input and recording of the aforementioned temperature profile TP, and with 7 is a temperature sensor arranged below in the memory and with 8th a the flow temperature of the collector 3 determining temperature sensor.

Die 2, 3 zeigen das in die Regelung 6 einzugebende und sich über die ganze Tageshelligkeitsphase erstreckende Temperaturprofil TP, und zwar zum Einen bei hoher Sonneneinstrahlung (2) und zum Anderen bspw. bei geringerer Sonneneinstrahlung (3), wobei jeweils darunter die zugehörigen Masse- bzw. Volumenstromdiagramme mit dargestellt sind.The 2 . 3 show that in the scheme 6 temperature profile TP to be entered and extending over the entire daylight phase, on the one hand in high solar radiation ( 2 ) and on the other hand, for example, in lower solar radiation ( 3 ), in each case below the associated mass or volume flow diagrams are shown.

Daran orientiert ist nun für den Betrieb der in 1 dargestelleten Anlage maßgebend, und zwar von eingeschalteter Pumpe 5 ausgehend, daß die vom Fühler 8 gemessene Ist-Temperatur des Solarkollektors 3 im Betriebszustand mit dem tageszeitlich unterschiedliche Soll-Temperaturen aufweisenden Temperaturprofil TP verglichen wird und daß der Volumenstrom der Solarkreispumpe 5 in Richtung Minimalwert erniedrigt wird, wenn die Ist-Temperatur unterhalb des vorgegebenen Temperaturprofiles TP liegt, und daß die Solarkreispumpe 5 ausgeschaltet wird, wenn die Ist-Temperatur des Solarkollektors 3 kleiner als die Temperatur im Solarwärmeschichtspeicher 1 ist.It is now geared towards the operation of in 1 depended plant, namely of switched pump 5 starting from that of the probe 8th measured actual temperature of the solar collector 3 is compared in the operating state with the daytime different target temperatures having temperature profile TP and that the flow of the solar circuit pump 5 is lowered in the direction of minimum value when the actual temperature is below the predetermined temperature profile TP, and that the solar circuit pump 5 is turned off when the actual temperature of the solar collector 3 less than the temperature in the solar thermal layer memory 1 is.

Das obere sich am Anfang der Tageshelligkeitsphase erstreckende Temperaturniveau ist mit 10 bezeichnet und das untere, am Ende der Tageslichthelligkeitsphase plazierte Temperautniveau mit 11.The upper temperature level extending at the beginning of the daylight phase is with 10 denoted and the lower, placed at the end of the daylight brightness phase Temperautniveau with 11 ,

Die Diagramme der 2, 3 stellen insofern Extremfälle dar, als dabei zum Einen von hoher Sonneneinstrahlung (2) und zum Anderen von geringer Sonneneinstrahlung (3) über die ganze Tageshelligkeitsphase ausgegangen ist. Wenn während der Helligkeitsphasen Veränderungen in der Sonneneinstrahlung auftreten, was sich natürlich via Temperaturfühler 8 in der Regelung 6 bemerkbar macht und mit dem vorgegebenen Temperaturprofil TP verglichen wird, so hat dies natürlich entsprechende und sinngemäße Änderungen im Verlauf der Massestromverläufe zur Folge.The diagrams of 2 . 3 represent extreme cases insofar as on the one hand of high insolation ( 2 ) and on the other by low solar radiation ( 3 ) has gone out over the whole daylightness phase. If during the brightness phase changes in the solar radiation occur, which of course via temperature sensor 8th in the scheme 6 makes noticeable and is compared with the predetermined temperature profile TP, so of course this has corresponding and meaningful changes in the course of the mass flows.

Im übrigen sind in den 2, 3 strichpunktiert und zugeordnet zum Temperaturprofil TP die jeweiligen Speichertemperaturverläufe mit angegeben.Moreover, in the 2 . 3 dash-dotted and assigned to the temperature profile TP the respective storage temperature curves indicated.

Claims

Method for operating a solar-coupled heat transfer medium circuit with solar collector ( 3 ), Solar thermal layer memory ( 1 ) and an intermediate solar circuit pump ( 5 ) with, if required, zero volume flow or a volume flow variable between a minimum and a maximum value, characterized in that the actual temperature of the solar collector ( 3 ) is compared in the operating state with a temperature profile (TP) having different target temperatures, which is a different time 10 ), at the beginning of the daylighting phase and a lower ( 11 ), at the end of the daylight brightness phase placed Temperautniveau, and that the volume flow of the solar circuit pump ( 5 ) is lowered in the direction of minimum value, when the actual temperature is less than the setpoint temperature, and that the solar circuit pump ( 5 ) is switched off when the actual temperature of the solar collector ( 3 ) smaller than the temperature in the solar thermal layer memory ( 1 ).