DE10349258B3

DE10349258B3 - Wärmeversorgungsanlage mit mindestens zwei Wärmeerzeugern für eine Heizungsanlage und einer Einrichtung zur Warmwassererzeugung und Verfahren zur verbrauchsabhängigen Steuerung der Wärmeerzeuger

Info

Publication number: DE10349258B3
Application number: DE10349258A
Authority: DE
Inventors: Bruno Dipl.-Ing. Schramm; Jürgen Dipl.-Ing Lang
Original assignee: VERTRIEB und GROSHANDEL VON HE; Vertrieb und Grosshandel Von Heizungs- Sanitar- und Elektroerzeugnissen
Current assignee: SCHRAMM, BRUNO, DE
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-10-21

Abstract

Die Erfindungsaufgabe, eine mit zwei Wärmeerzeugern ausgestattete Wärmeversorgungsanlage für die Wärmeenergiebereitstellung für eine Heizungsanlage und für einen Trinkwasserwarmwasserbereiter und ein Verfahren zum Betreiben der Wärmeversorgungsanlage sowohl im Winter- und Sommerbetrieb als auch im schwankenden Energiebedarfsfall zu entwickeln, wurde gelöst, indem von zwei in Reihe liegenden Wärmeerzeugern einer als Grundlastträger und einer diesem nachgeordneter als Ergänzungslastträger zur Aufladung einer der Warmwassererzeugung dienenden Wärmespeichereinrichtung ausgebildet ist und für diese Wärmeerzeuger ein gemeinsamer Heizungsrücklauf aus einem Heizkreis und aus einem Entladekreis und eine der Anhebung der Vorlauftemperatur dienende Vorlaufeinspeisung aus dem nachgeordneten Wärmeerzeuger in den Vorlauf des Heizkreises und eine Wärmespeichereinrichtung vorgesehen ist, wobei diese mit einer Vorlaufleitung des nachgeschalteten Wärmeerzeugers und rücklaufseitig mit dem gemeinsamen Rücklauf aus Heizung und Warmwassererzeuger zum Wärmeerzeuger verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine mit mindestens zwei Wärmeerzeugern ausgerüstete Wärmeversorgungsanlage zur Wärmeenergiebereitstellung für eine nachgeordnete Heizungsanlage und für eine Einrichtung zur Warmwassererzeugung aus Trinkwasser und ein Verfahren zur verbrauchsabhängigen und wirtschaftlichen Steuerung der Betriebszustände der Wärmeerzeuger.

Es sind Wärmeversorgungsanlagen zur Wärmeenergiebereitstellung für eine nachgeordnete Heizungsanlage und für eine Einrichtung zur Warmwassererzeugung aus Trinkwasser bekannt, bei denen mindestens zwei im Parallelbetrieb angeordnete Wärmeerzeuger eingesetzt sind. Die parallel liegenden Wärmeerzeuger sind im Vorlauf mit einem Heizkreisverteiler verbunden, von dem aus jeweils die Verbraucher gespeist werden und die Rücklaufleitungen der Verbraucher sind mit einem Rücklaufsammler verbunden, der mit den Rücklauf leitungen zu den parallel angeordneten Wärmeerzeugern in Verbindung steht. Zur Einstellung der erforderlichen Vorlauftemperatur ist jeder der Wärmeerzeuger mit einer von der Außentemperatur gesteuerten Reglereinheit ausgerüstet.

Weiterhin sind Wärmeversorgungsanlagen zur Wärmeenergiebereitstellung für eine nachgeordnete Heizungsanlage und für eine Einrichtung zur Warmwassererzeugung aus Trinkwasser bekannt, die mit zwei in Reihe geschalteten Wärmeerzeugern, bestehend aus einem Brennwertkessel und einem Niedertemperatur-Heizkessel, ausgerüstet sind. Diese Kesselfolgeschaltung ist last- und zeitabhängig geregelt. Wird der Sollwert der Vorlauftemperatur unterschritten, wird der als Führungskessel vorgesehene Brennwertkessel in Betrieb genommen. Solange der Folgekessel außer Betrieb ist, ist dieser durch ein motorbetätigtes Absperrorgan hydraulisch von der Anlage getrennt. Bei entsprechendem Wärmebedarf wird mit Zuschaltung des Folgekessels das motorbetätigtes Absperrorgan automatisch geöffnet. Bei abnehmender Belastung laufen die Schaltvorgänge sinngemäß umgekehrt ab. Die in Reihe liegenden Wärmeerzeuger sind im Vorlauf mit einem Heizkreisverteiler verbunden, von dem aus jeweils die Verbraucher gespeist werden; und die Rücklaufleitungen der Verbraucher sind mit einem Rücklaufsammler verbunden, der mit den Rücklaufleitungen zu den in Reihe angeordneten Wärmeerzeugern in Verbindung steht.

Der Bestimmung der erforderlichen Vorlauftemperatur liegen theoretisch ermittelte Heizungskurven zugrunde, die nicht dem wirklichen Wärmeenergiebedarf der Verbraucher entsprechen. Obgleich die Wärmeerzeuger für sich einen hohen technischen Standard hinsichtlich des Wirkungsgrades aufweisen, werden diese Vorteile bei parallel betriebenen Wärmeerzeugern in nachgeschalteten Anlagen für Heizung und Trinkwassererwärmung nicht genutzt. Ursache hierfür ist einerseits, daß die Wärmeerzeuger getrennt, d.h. unabhängig von dem wirklichen Energiebedarf der Verbraucher geregelt werden. Weiterhin lassen sich die im Parallelbetrieb arbeitenden oder in Reihe geschalteten Wärmeerzeuger nicht im optimalen Auslegungsbereich betreiben. Die Verbraucherkreise werden jeweils als getrennte hydraulische Kreise betrieben und damit wird die Rücklauftemperatur zum als Führungskessel ausgebildeten Brennwertkessel nicht kontrolliert soweit abgesenkt, daß die Vorteile des Brennwertkessels genutzt werden können.

Ziel der Erfindung ist die Senkung der Energiekosten beim Betreiben einer mit mindestens zwei Wärmeerzeugern ausgerüsteten Wärmeversorgungsanlage für die Wärmeenergiebereitstellung für eine nachgeordnete Heizungsanlage und für die Versorgung einer nachgeordneten Einrichtung zur Warmwassererzeugung aus Trinkwasser und damit gleichzeitig die Erhöhung des Jahresnutzungsgrades der eingesetzten Wärmeerzeuger.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit mindestens zwei Wärmeerzeugern ausgestattete Wärmeversorgungsanlage für die Wärmeenergiebereitstellung für eine nachgeordnete Heizungsanlage und für die Versorgung einer nachgeordneten Einrichtung zur Warmwassererzeugung aus Trinkwasser und ein Verfahren zum wirtschaftlichen Betreiben der Wärmeversorgungsanlage sowohl im Winter- und Sommerbetrieb als auch im stark schwankenden Energiebedarfsfall zu entwickeln.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 eine mit zwei Wärmeerzeugern ausgestattete Wärmeversorgungsanlage für Heizung und Warmwassererzeugung aus Trinkwasser, dargestellt an dem Versorgungsfall Winter,
2 eine mit zwei Wärmeerzeugern ausgestattete Wärmeversorgungsanlage für Heizung und Warmwassererzeugung aus Trinkwasser, dargestellt an dem Versorgungsfall Sommer.
Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Wärmeversorgungsanlage weist zwei in Reihe geschaltete Wärmeerzeuger 1; 2 auf, wobei der Wärmeerzeuger 1 aus einem Niedertemperaturkessel besteht, der einem aus einem Brennwertkessel bestehenden Wärmeerzeuger 2 nachgeordnet ist. Der Wärmeerzeuger 2 ist über ein Umschaltventil 3 einerseits mit dem Heizungsrücklauf 4 eines Heizkreises 5 einer nicht dargestellten Heizungsanlage und andererseits über eine Vorlaufleitung 6 sowohl mit einem Vorlauf 7 des Heizkreises 5 als auch über ein Rückschlagventil 8 mit einer Verbundleitung 9 zwischen Wärmeerzeuger 1 und Wärmeerzeuger 2 verbunden. Der Wärmeerzeuger 2 ist außerdem mit einer Überbrückungsleitung 10 versehen. Diese ist einerseits mit dem im Heizungsrücklauf liegenden Umschaltventil 3 und andererseits mit der Verbundleitung 9 verbunden, wobei die Einbindung der Überbrückungsleitung 10 hinter dem Rückschlagventil 8 in die Verbundleitung 9 erfolgt. Der Wärmeerzeuger 2 ist auf einen definierten Verbrauchswert, d.h. ohne Reservekapazität ausgelegt und wird so geregelt, daß ständig, d.h. bis auf seltene Betriebszustände, die Kesselabgase des als Brennwertkessel ausgebildeten Wärmeerzeuger 2 unterhalb der Kondensationstemperatur des Wassers abgekühlt werden können, wodurch die latente Wärme des Wasserdampfes ausgenutzt werden kann.
Der Rücklauf des Wärmeerzeugers 1 ist mit der Überbrückungsleitung 10 und der Vorlauf des Wärmeerzeugers 1 ist mit einer Vorlaufleitung 11.1 verbunden. Die Vorlaufleitung 11.1 ist einerseits über ein Dreiwegeventil 12 mit einer Wärmespeichereinrichtung, die mindestens aus einem Wärmespeicher 13 besteht und andererseits über dieses Dreiwegeventil 12 und einer Speiseleitung 14 mit dem Vorlauf 7 der Heizungskreises 5 verbunden. Sofern die Wärmespeichereinrichtung aus mehreren einzelnen Wärmespeichern 13 besteht, sind diese in Reihe geschaltet miteinander verbunden. Die vorgesehenen Wärmespeicher 13 werden außerhalb der Spitzenlast aufgeladen und dienen als Wärmepuffer in Spitzenlastetappen. Der zur Trinkwassererwärmung dienende Wärmeaustauscher 15 einer Einrichtung 16 zur Warmwasserbereitung aus Trinkwasser ist mit einer Vorlaufleitung 11.2 verbunden, wobei die Wärmespeicher 13 über die Vorlaufleitung 11.1 aufgeladen werden und über die Vorlaufleitung 11.2 des Wärmeaustauschers 15 entweder über die Wärmespeicher 13 oder direkt über den Wärmeerzeuger 1 mit Wärmeenergie versorgt werden.
Ein Rücklauf 17 des Wärmeaustauschers 15 ist sowohl mit dem Heizungsrücklauf 4 als auch mit der Wärmespeichereinrichtung verbunden, wobei dieser Rücklauf 17 mit den in Reihe liegenden Wärmespeichern 13 an der der Einspeisung durch die Vorlaufleitung 11.1 abgewandten Seite verbunden ist. Über den Rücklauf 17 wird eine Rücklaufabsenkung des in dem Heizkreis zum Wärmeerzeuger 2 rückströmenden Wärmeträgermediums bewirkt. Hierdurch wird bewirkt, daß im Brennwertkessel die erforderliche Abgasrückkühlung eintritt.
Im Winterbetrieb ist die Überbrückungsleitung 10 geschlossen und die Wärmeerzeuger 1 und Wärmeerzeuger 2a arbeiten in der Reihenschaltung. Im Sommerbetrieb ist der Wärmeerzeuger 2 durch die Überbrückungsleitung 10 umströmt und außer Betrieb. Die aus dem Wärmeerzeuger 1 und dem Wärmeerzeuger 2 bestehende Wärmeversorgungsanlage ist mit einer Förderpumpe 18 im Heizungsrücklauf 4 zum Betreiben des Heizkreises 5 und des Speicherladekreises 19 ausgerüstet. Im Entladekreis 20 des Wärmetauschers 15 ist eine im Vorlauf 11.2 angeordnete Förderpumpe 21 vorgesehen.
Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmeversorgungsanlage wird es ermöglicht, den als Brennwertkessel ausgebildeten Wärmeerzeuger 2 mit dem vollen Brennwerteffekt, d.h. bei einer Vorlauftemperatur von 60° C und einer Rücklauftemperatur von 55° C zu betreiben. Hierzu wird erfindungsgemäß eine Absenkung der Rücklauftemperatur im Rücklauf 4 zum Wärmeerzeuger 2 durch Zumischung einer definierten Rate eines von durch Wärmeentzug in einem Wärmeaustauscher 15 in einer Einrichtung 16 zur Warmwasserbereitung abgekühlten Wärmeträgermediums vorgenommen. Gleichzeitig wird im Bedarfsfall eine Anhebung der Vorlauftemperatur im Vorlauf 7 der Heizungsanlage nach dem Wärmeerzeuger 2 vorgenommen. Hierzu wird der dem Wärmeerzeuger 2 nachgeordnete Wärmeerzeuger 1 zur Abdeckung der Spitzenbelastung neben der Funktion der Aufladung der Wärmespeichereinrichtung eingesetzt. Die Aufladung der Wärmespeichereinrichtung erfolgt ausschließlich außerhalb der Spitzenbelastung. Hierdurch wird gleichzeitig erreicht, daß ein Betreiben der Wärmeversorgungsanlage mit wenigen Aussetzzeiten vorgenommen werden kann.
Der Vorteil der erfindungsgemäß gestalteten Wärmeversorgungsanlage besteht darin, daß nur eine Förderpumpe vorhanden ist und gesteuert werden muß; für den Heizkreis 5 ist kein getrennter Regelkreis erforderlich und durch die dosierte Rücklauf-Abkühlung durch ein Speichermanagement ist es möglich, den Wärmeerzeuger 2 vorlaufseitig immer auf Sollwerttemperatur zu betreiben. Durch diese Rücklauf-Abkühlung ist es möglich, einen verbesserten Jahreswirkungsgrad für die Wärmeerzeuger 1 und Wärmeerzeuger 2 zu erreichen. Außerdem wird durch Reihenschaltung der Wärmeerzeuger erreicht, daß der Wärmeerzeuger 1 über einen vorgewärmten Rücklauf verfügt.
Da die Vorlauftemperatur nach dem Wärmeerzeuger 2 im Niedertemperaturbereich liegt, ergibt sich ein weiterer Vorteil. Dieser liegt darin, daß problemlos ein Niedertemperaturheizkreis z.B. für eine Fußbodenheizung dem Heizkreis 5 zugeordnet werden kann.

1: Wärmeerzeuger
2: Wärmeerzeuger
3: Umschaltventil
4: Heizungsrücklauf
5: Heizkreis
6: Vorlaufleitung
7: Vorlauf Heizungsanlage
8: Rückschlagventil
9: Verbundleitung
10: Überbrückungsleitung
11.1: Vorlaufleitung
11.2: Vorlaufleitung
12: Dreiwegeventil
13: Wärmespeicher
14: Speiseleitung
15: Wärmetauscher
16: Einrichtung WWS
17: Rücklauf
18: Förderpumpe
19: Speicherladekreis
20: Entladekreis
21: Förderpumpe

Claims

Wärmeversorgungsanlage mit mindestens zwei Wärmeerzeugern für eine Heizungsanlage und für eine Einrichtung zur Warmwassererzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei in Reihe liegenden Wärmeerzeugern (1; 2) ein Wärmeerzeuger (2) als Grundlastträger und ein dem Wärmeerzeuger (2) nachgeordneter Wärmeerzeuger (1) als der Aufladung einer Wärmespeichereinrichtung in einer Einrichtung (16) zur Warmwassererzeugung dienender Ergänzungslastträger ausgebildet ist und für die zwei in Reihe liegende Wärmeerzeuger (1; 2) ein gemeinsamer Heizungsrücklauf (4) aus einem Heizkreis (5) und aus einem Entladekreis (20) eines in der Einrichtung (16) zur Warmwassererzeugung angeordneten Wärmeaustauschers (15) und eine der Anhebung der Vorlauftemperatur dienende Vorlaufeinspeisung (14) aus dem Wärmeerzeuger (1) in den Vorlauf (7) des Heizkreises (5) und die Wärmespeichereinrichtung bestehend aus mindestens einem Wärmespeicher (13) vorgesehen sind, wobei die Wärmespeichereinrichtung mit einer Vorlaufleitung (11.1) des Wärmeerzeugers (1) und rücklaufseitig mit dem gemeinsamen Rücklauf (4) aus Heizung und Warmwassererzeuger zum Wärmeerzeuger (2) verbunden ist.
Wärmeversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeerzeuger (2) aus einem Brennwertkessel und der Wärmeerzeuger (1) aus einem Niedertemperaturkessel besteht.
Wärmeversorgungsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeerzeuger (2) mit einer abperrbaren Umgehungsleitung (10) versehen ist.
Wärmeversorgungsanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich einstellende Temperaturebenen im Vorlauf (7) des Heizkreises (5) nach der Vorlaufeinspeisung über eine Speiseleitung (14) aus dem Wärmeerzeuger (1) vorgesehen sind.
Wärmeversorgungsanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Heizkreis (5) und für einen Ladekreislauf (19) für die Aufladung der Wärmeenergiespeicher (13) eine gemeinsame Förderpumpe (18) im Heizungsrücklauf (4) zum Wärmeerzeuger (2) vorgesehen ist.
Verfahren zum Betreiben einer Wärmeversorgungsanlage mit mindestens zwei in Reihe liegenden Wärmeerzeugern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abkühlung des Wärmeübertragungsmediums im Rücklauf (4) eines Heizkreises (5) zu einem mit einem weiteren Wärmeerzeuger (1) in Reihe liegenden Wärmeerzeuger (2), eine Rücklauf-Abkühlung durch eine Zumischung einer definierten Rate eines Wärmeübertragungsmediums aus einem Entladekreis (20) einer Einrichtung (16) zur Warmwassererzeugung erfolgt, wobei zuvor ein Wärmeenergieentzug des Wärmeübertragungsmediums in einem Wärmeaustauscher (15) in dem Entladekreis (20) der Einrichtung (16) zur Warmwassererzeugung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Vorlauftemperatur des die Grundlast abdeckenden Wärmeerzeugers (2) dem Vorlauf (7) einer Heizungsanlage eine Rate eines in dem die Grundlast abdeckenden Wärmeerzeuger (2) nachgeordneten Wärmeerzeuger (1) auf eine erhöhte Vorlauftemperatur erwärmten Wärmeträgermediums zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der der Grundlastversorgung dienende Wärmeerzeuger (2) als Brennwertkessel ständig unter den Bedingungen zur Aufrechterhaltung des Brennwerteffektes betrieben wird und über den dem Brennwertkessel als Wärmeerzeuger (2) nachgeordneten Wärmeerzeuger (1) die Spitzenbelastungen aus der Wärmeversorgungsanlage ausgeglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einem Wärmespeicher (13) bestehende Wärmespeichereinrichtung aufgeladen wird und mit dieser gespeicherten Wärmeenergie die Einrichtung (16) zur Warmwasserbereitung betrieben wird und der Wärmeerzeuger (1) ausschließlich der Abdeckung des Wärmebedarfs bei der Aufladung des Wärmespeichers (13) und zur Abdeckung des Wärmebedarfs im Spitzenlastfall eingesetzt wird.