DE1404863A1 - Heisswasser-Kreislaufsystem,insbesondere Fernheizanlage - Google Patents

Description

• "Heißwasser Kreis"lauf_svs;emy ineb@esonders Beraheizanlapce" Die Erfindung betrifft Kreislaufsysteme mit Wasser als Wärme- träger, und zwar Systeme mit hintereinander geschalteten Wärmeverbrauchern. Eine solche Hintereinanderschaltung spielt eine besondere große Rolle bei Frernheizanlagen, kann aber auch in anderen Fällen auf- treten. So ist es beispielsweise auch in Fabrikanlagen denkbar, daß mehrere Gruppen von Wärmeverbrauchern mit Wärme versorgt werden müssen, die in einer Wärmequelle beliebiger Art (Dampfkessel, Gasturbine, Xtthlwasser von Dieselmotoren, Abhitzeessel od.dgl.) erzeugt und durch einen beliebigen Wärmeträger, der nicht unbedingt Wasser sein muß, an die Wärmeverbraucher herangeführt wird. Als Wärmeträger kommen be- liebige flüssige Stoffe und auch gasförmige Medien, insbesondere Dampf, in frage. Der Einfachheit wegen sei nachstehend aber doch nur von Wasser als Wärmeträger gesprochen, weil die maßgebende Bedeutung der Erfindung auf dem Gebiet der Fernheizanlagen liegt, so daß in.der überwiegenden Zahl aller Bälle Wasser als Wärmeträger verwendet werden wird.
• Es ist an sich eohon vorgeschlagen worden, in Kreislaufsystemen Wärmeverbraucher von unterschiedlichen Vor- und Rüeklauftemperaturen hintereinander au@sohalten. Der Vorteil, der durch eine derartige Hintereinandersohaltung erstrebt wird, ist die Erzielung einer möglichst niedrigen Büoklauftempeatur, und zwar im Idealfall die Rüoikuftemperatur des letzten in det Reihe geschalteten Wärmeverbrauchers. Diesen ist den ' halb erwünscht, weil es bekanntlich aus mehreren Gründen vorteilhaft ist, mit möglichst niedrigen Rücklauftemperaturen zu arbeiten.
• Zunächst einmal ist die je Gewiohtseinheit des Wärmeträgers transportierbare Wärmemenge umso größer, je niedriger die Rücklauf- temperatur ist. Daraus ergibt sich, daß man bei niedrigeren Rücklauftemperaturen mit kleineren Fernleitungen auskommen kann.
• Bei einer Kraftwärmekupplung mit Dampfkraftprosessen werden mit Erniedrigung der Rücklauftemperatur die Gefälleverluste kleiner und dementsprechend die Stromausbeute größer.
• Das gleiche gilt für eine Kraftwärmekupplung mit GasturbInenprosessen, und zwar können bei niedrigeren Rücklauftemperaturen auch die Abgase noch weiter ausgenutzt werden, wobei diese niedrigeren Tempe- raturen der Abgase entsprechend größere Wärmegewinne bedeuten.
• Schließlich sei auch noch erwähnt, daß beim Einbau von Ver- drängungsspeichern in die Anlage die Speicherkapazität (in Wärmeein- heiten) umso größer wird, je größer die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf bzw. je niedriger die Rücklauftemperatur ist.
• Die hintereinanderechaltung muß bei den bekannten Systemen in der Weise vorgenommen werden, daß diejenigen Wärmeverbraucher, die eine höhere Vorlauftemperatur benötigen und in der Regel auch höhere Rücklad# temperaturen liefern, den Wäraeverbrauohern mit niedrigerem Temperatur- niveau im Kreislauf vorgesohaltet werden. Hierbei durchströmt der Wärmeträger also zunachat den einen und dann den anderen Verbraucher b$w. zuerst das eine und dann das andere Netz oder erst den einen und dann den anderen Strang. Die Lösung der Aufgabe, Wärmeverbraucher ver- schiedenen Temperaturniveaus hintereinander zu schalten, ist somit bisher noch nicht in befriedigender Weise gelungen. Es kann nämlich

  in der Regel nicht voraue ;wetzt w- rd-in; atz @_`.@e ige Käzmever-

  braucher, der aus anlagebedingten werden muß,

  diejenige Rücklauftemperatur liefert, die eer rac"ge$chai.tete Wärme-

  verbraucher a18 Vorlauftemperatur benötigt. Lbeneo z-rden im allge-

  meinen die benötigten Mengen des Wärmeträgern rieht übereinstimmen.

  Die Erfindung zeigt nun für diesen fall, daß ein Reißwanser-

  Kreielaufsystem mehrere Wärmeyerbraucher von unterschiedlichen Vor-

  und Rüeklauftemperaturen versorgen soll, einen neuen Weg, der ea ge-

  stattet, alle Wärmeverbraucher beliebig, d.h. in der jeweilee durch

  die Gesamtanlage bestimmten Aufeinanderfolge, in Reihe zu schalten

  und doch jeden einzelnen von ihnen mit derjenigen Temperatur und

  Menge zu versorgen, die er benötigt, wobei zudem die niedriget

  mögliche Gesamt-Rücklauftemperatur erreicht wird.. Dan wesentliche

  Merkmal, durch das dieses isi ßr@a@=r-k.:reislue atem gemäß der fr-

  findung sich gegenüber anderen SysteZer mit hintereinanfier

  geschalteten Wärmeverbrauchern unterscheidet ii=G dadu-##@ch die vcage_

  nannten neuen, sehr wichtigen M#öglichkqiten schafft; besteht daric,

  daß der Rücklauf der vorgesohalteten Wärmeverbrauoher auf ei.-i.2

  1$ufeammeleohiene geführt ist, die gerdem Über ein oder mehre:-;:

  Regelventile mit dem Hauptvorlauf und mit dem. Vorlauf dar nade--

  uchalteten Wärmeverbrau ;heunmittelbar in. Verbindung steht.

  Gemäß weiterer Erfindung k,nn ma:i den Rücklauf der nachge-

  schalteten Wärmoverbrauoher auf@;e-°==.em auch an ihren 'Trr=auf an-

  wieder über ei

  "' ur vcz anirn auli chung des F:j" ndungegedan«ena sind in der

  Zeichnung vier Ausführungsbeispiele dargestellt.

  Yig. 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel, das zunächst nur von dem allgemeinen Grundgedanken der Erfindung Gebrauch macht.
• Fig. 2 zeigt ein Kreislaufsystem, bei dem die Vorlaufleitung nachgeschalteten Wärmeverbraucher auch an den Rücklauf angeschlossen ist.
• Fig. 3 veranschaulicht hierzu eine Abwandlung.
• Fig. 4 schließlich stellt als viertes Beispiel eine andere er- findungsgemäße Wärmeverbrauohersohaltung mit unterschiedlichen Wärmeverbrauchern dar.
• Der Heizkreislauf gemäß Yig. 1 enthält als wesentliche Elemente einen Wärmetauscher Y, Umwälspumpen F und LV sowie Wärmeverbraucher (bzw. Wärmeverbrauohergruppen) W 1 und W 2. Von diesen ist der vorge- schaltete Wärmeverbraucher W 1 an den Kreislauf indirekt angeschlossen und zwar wird er über einen Wärmetauscher VW mit Wärme versorgt.
• Der Wärmeverbraucher W 2 hingegen wird durch das als Wärmeträger dienende Medium des Hauptkreislaufs unmittelbar versorgt.
• Die Charakteristiken der beiden Verbratmher W 1 und W 2, d.h. der zeitliche Verlauf der Wärmelast in Abhängigkeit von der Tages- zeit, brauchen nicht miteinander übereinzustimmen. Die Schaltung ver- anschaulicht vielmehr, daß bei einer solchen Hintereinandersohaltuna den jeweils vorliegenden Erfordernissen durch Anwendung des Erfindungsgedankens Rechnung getragen werden kann.
• Der Verbraucher W 1 möge Wärme höheren Temperaturniveaus benötigen. Diese wird ihm in Kreislauf längs des Leitungsbuges Ly, liS, IER zuge- führt. Die Regelung der Vorlauftemperatur in seinen Bekundärkreislatf erfolgt in bekannter Weise mittels eins Temperaturfühlers S, der 'auf ein im Rüoklanf der Primgraeite des Tausohers angeordnetes Regelven-@ til VR wirkt.

  Der Rücklaut' diesem im Zuge des Umlaufs vorn, liegenden Wärme-

  verbrauchers W 1 ist an die zum Hauptrüoklauf.% führende Rüeklauf-

  nammelsehiene 89 angeschlossen. An diene ist Eber ein Regelventil VH

  andererseits auch der Vorlauf des nachgeschalteter Wärmeverbrauchern

  W 2 niedrigeren Temperaturniveaus angeschlossen. Außerdem aber steht

  dieser Vorlauf des Wärmoverbrauchere W 2 über das Regelventil VH und

  eine Zeitung % mit dem Hauptvorlauf IV in Verbindung. Somit ist es

  möglich, die, durch den Verbraucher W 2 benötigte Norlauftemperatur

  durch Zumischen von heißem Vorlaufwasser über die Leitung 1H und das

  Mischventil VH zu dem Rücklaufwasser den vorgeechslteton Verbrauchers

  W 1 auf den richtigen Betrag einzuregeln. Das gs=annte Ventil VH ist

  hierbei als Dreiwe$emiechxentil ausgebildet.

  Die dargestellte Schaltung lä.ßt also die Möglichkeit erkennen,

  Rücklaufwanner des Verbrauchern W 1 als Vorlaut fitr W 2 ganz oder

  gegebenenfalls auch nur teilweise zu verwenden. Der Ausgleich nicht

  übereinstimmender Mengen erfolgt Fiber die Rilaklauf®ammelachiene kS.

  Es ist ersichtlich, daß die Versorgung des Verbrau.jhere W 2 auch

  dann möglich ist, g wenn der vorgesotialtete Verbraucher fr 1 und Bein

  Wärmetauscher VW außer Betrieb genommen *atz sind.

  Die eingezeichnete Umwä,lzpumpe FV ist zur Herbeiführung eines

  Kreislaufs durch den Verbraucher W 2 erforderlich, da in den End-

  punkten der Rüoklaufsammelechiene ES» nämlich den Punkten A und B,

  der gleiche Druck herrscht.

  Bei den Kreislaufsyntem gemäß Fig. 2 sind an den iärmetauscher V,

  in dem die Wärme dem Kreislauf zugeführt wird, drei Wärmeverbraucher

  (bzR. Wärmeverbrauehergruppen) W 1, W 2 und W 3 angeschlossen. Den

  einander parallolgenehalteten Verbrauchern W 1 und w 2 wird der Wärte-

  trUtr über Vorlaufleitungen ZV1 und ZV2 zugeführt und strömt über die

  Rücklauisammelachiene RS und den Hauptrüaklauf % zum Wärmetauscher y

  Zurück. Die Umwälzung des Wärmeträgern innerhal t der einzelnen Verbre

  oherkreise erfolgt durch Vorlaufpumpen 2y3 und: i 2 sowie durch Rück-

  laufpumpen P R3, -a2 und P$3.

  In diesem Beispiel mögen die Wärmeverbraucher W 1 und W 2 Heiz-

  mittel mit höheren Temperaturen benötigen, beispielsweise bis hinauf

  zu e twa i80°0. Der Verbraucher ruf 3 hingegen möge als Vorlaut niedrig

  Temperaturen benötigen, b&aispielsweise 330°C. Hierbe4 sei von der An-

  nahme ausgegangen, daß es sich bei dem Verbraucher W 3 um Raumheis-

  anlagen handeln möge, deren Vorlauftemperatur je nach der her-"achende

  Außentemperatur geregelt werden muß. In diesem Pille muß also die.

  liL'@ :cif bestehen, d--Le Voryauftamperatur j n weiten Grzuzen, 7s.8. zwia

  700 und 1300, bexIabig binzuatelan" Dia `Lösung d#ieaer Aufgabe ist

  keineswegs ein.aeh, weil auch in di$iem Falle eia verschiedenen hin;,e

  einander geschaltatan Wärmeverbraucher durchaus ver ichiedene Charakte

  .istiken haben können und in der Regel auch haben werden.

  Die Rückläufe der Wärmtverbraucher W 1 und f7 2, die 1'emperatuw°z°a

  von b*ispielsweis:e ?Oo und 800 haben mögen, sind hier auch wieder su

  eine äammelachiena RS geführt. Diese steht mit dem Vorlaut 111,3 des

  *ä,rmeqerbrauehere W 3 in Verbindung, und zwar über Drs:.wegemi$ehventi

  7,11R und VRR. ferner ist wieder eine direkte Verbindungsleitung Z$ zum

  Hauptvorlauf Ir,- vorgesehen.

  liegt nun der Fall vor, daß die Vorlauftemperatur für den Ver-

  braucher W 3 gerade 80o betragen muß, also der Rücklauttemperatur von

  W 2 entaprioht, so fließt das Rüeklaufwasser des

  W2

  über den genannten Weg zum Verbraucher W3. In der Regel werden hierbe

  die Verhältnisse nicht gerade so liegen, daß die durch W 2 gelieferte

  iaeeermenge genau Reich der durch W 3 benötigten Menge ist. Ist diö'

  durch W 2 gelieferte '.iaseermenge größer, so erfolgt der erforderliche

  Auagleieh durch die Rüeklaufsammelaehiene RS;, über die der üasserüber-

  aehuß zum Wärmetauscher Y hinabfließt. Im umgekehrten Falle, daß W

  mehr bVaseer benötigt als W 2 liefert, erfolgt dar Ausgleich ebenfalls

  über die Rüeklaufsammelsehiene RS, und zwar in entgegengesetzter Strö-

  mungsrichtung.

  Die vorgenannten Mischventile Yiüi und VRK dienen hierbei dazu, die

  Vorlauftemperatur zum Verbraucher W 3, wenn diese von der Rücklauf-

  temperatur den Verbrauchers W 2 abweicht, auf den benötigten Wert ein-

  zustellen. Zu diesem Zweck ist ein Regler II mit einem Temperaturfühler

  T vorgesehen. Dieser Fühler tastet die Temperatur des Vorlaufs in

  der Zeitung IV3 ab und vergleicht sie mit der einzustellenden Soll-

  Vorlauftemperatur" Ist die tatsächlich gemessene Vorlauftemperatur zu

  niedrig, so Wird durch das Mischventil YRF1 heißen Wasser von 1800

  durch die Leitung hII der Rücklaufsammslachiene RS beigemisch tg bis die

  Soll-Temperatur erreicht ist. Die Differenzmenge wird dann von d*2

  Rücklaufaammelachiene RS über den Hauptrücklauf % ;n Uichtung zum

  Wö,rmeaustauscher V abgeführt.

  Ist umgekehrt die Ist-Vorlauftemperatur des Verbrauchers W Aher

  als die

  so wird über eine Leitung %K und den

  erwähnte Mischjrentil VRK eigenes Rücklaufwasser zugemischt und zwar s

  lange, bis die gewünschte Soll-Temperaaur e--reicht ist. Le werUen rii-i

  beiden Misehvent4.le VRH und Y RR durch den Regler R voneinander abhäng:

  in Folgeschaltung gesteuert.

  . Diesen K.3inlaufayetem gemäß Zig. 2 erf-;alt also auch die For-

  derung, daß... die i'raaenermenge in dem gemeinsamen Hauptvorlauf hl immer

  gleich derjenigen Wassermenge ist, die in dem gemeinsamen Haupt-

  rücklauf % strömt.

  Wichtig ist auch, daß die Rüeklauftemperatur in der Leitung LR so niedrig wie möglich gehalten wird, und zwar im Idealfall gleich der Rücklauftemperatur den Wärmeverbrauchers W 3. Würden die Rück- läufe aller Wä.rmeverbrauoher in einem einzigen Funkt, beispiels-

  weise in einem # räumlich kuren Sammler zusammengeführt werden, so

  ff R.t 9..

  würde sich im(Rühklauf eine Mischtemperatur einstellen, die in jedem

  Falle höher läge. Dieses wird gemäß weiterer Erfindung dadurch ver- mieden, daß die Einmündungen der einzelnen Rückläufe räumlich voneinan-

  der getrennt angeordnet werden und zwar in solcher Rei@dhenfolge, daß

  049!2* _

  der kälteste Rücklauf an dem dem oklauf % am nächsten liegenden

  Ende der Rücklaufsammelschiene RS und der wärmste Rücklauf von dieses Ende am weitesten entfernt und somit am nächsten dem Misehventil7RE angebracht wird.
• Fig. 3 veranschaulicht zu der in Fig. 2 dargestellten Anlage eine Abwandlungsmöglichkeit un,' zwar ist hier die Regelaufgabe ohne Ver- wendung von Dreiwegemiech-ventilen gelöst. En werden Durchgangsregelventile f.. Q11 und v verwendet, die in der gleichen Weise durch einen vom Temperati,3: @iihj.er T abhängigen Regler R gesteuert werden und die verschiedenev )dögli2hkeiten der Beimischung verwirklichen. Die einzel- nen Regelventi'o müssen in Zusammenhang miteinander arbeiten, derart, d; daß beispielaweise das Ventil YR schließt, wenn Y, geöffnet wird und umgekehrt. Grundsätzlich jedenfalls ist die Arbeiteweiee die gleiche wie bei den in Pig. 2 dargestellten Dreiwegemisohventilen.
• Die in fig. 4 dargestellte Wärmererhrauchersohaltung dient zur Veranschaulichung weiterer Möglichkeiten für das Hintereinanderschalten unterschiedlicher Wärmeyerbraucher. Hei den ersten Verbraucher handelt ei sich um einen Dampfer.-euger D mit durch diesen geapeisten Verbraucher W l. Dahinter ist eine Wärmeverbrauchergruppe W 2 ange- . schlossen, der die Wärme über einen eigenen Sekundärkreislauf durch

  die Wärmeiuacher V@ und 7zugeführt wird.

  Man kann grundsätzlich äsen Ih!,rriketauscl#-iern @a .n.Urekt versorgten

  Verbrauchers W 2 noch weitere Gruppen vonhrmeverb.w@chrn in der

  gleichen Weise nachschal ten. Aus Gründen der Anaoh.wA? ichkeit wurde

  aber davon abgeaehan, Fig. 4 durch solche weiteren Darstellungen un-

  überaiohtlioh zu machen.

  Diene in kig. 4 dargestellte ;rlrn$verbraucherr"kaltung soll oben-

  falle veranschaulichen" Saß es möglich ist, mehrere Verbraucher ver-

  sohiedeneu Temperaturniveaus hintereinander zu schalteng wobei jede

  Yerbrallob*rgruppe unabhäagig von der anderen würden kann und.

  die verschiedenen Vorlaaftempera.i;uren beliebig, ?Exda°f, einaf&-

  bar sl.@@d.

  Die dargestellten Beiapieleg lnnbea..)ndere :` @x i g oL:d davon aue-

  geganger. j Saß der vorgeschalteterärmev:rbraueh eine Wärmeabnahme

  durch Regelung der 1 Durohilußmenge und der nay ääeahal.t.=te durch

  Rege yung der Vorlauftemperatur beeinflußt. Ze l-ät die erf I ndungege-

  mäße Schaltung aber auch den umgekehrten fall zu.Y nL#alich eine Bei-

  miaahregelung beim vorgeschalteten und eineerx,Zegelag beim naoh-

  geaohal.teten Verbraucher. Ebenso ist die gewünschte Arbeitsweise auch

  dann gewährleistet, wenn alle in Reihe gesohaltetf;: Verbraucher nur

  die Mengenregelung oder nur die Beimieohregelung anwandei.,.

Claims (1)

1. Patentansprüche 1 .` Heißwasser-Kreislaufajstem mit hint,-_eelnander geschalteten Wärmeverbrauchern, dadurch gekennzeichnet, d.aß der Rücklauf der vor- geschalteten wvärmeverbraucher auf eine Rücklaufsammeleehiene geführt ist, die außerdem iber ein oder mehrere Regelventile mit dem Haupt- vorlauf und mit dem Vorlauf der nachgeschalteten iärmeverbraucher un- mittelbar in Verbindung steht. 2. Heißwaaser-Kreialaufeystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, Jak der Vorlauf der nachgeschalteten wärmeverbrauchƒr über ein oder mehrere Regs 3_ventf -.e tiußerdem auch .lt einem Räcklauf in Verbindung steht. 3. i@ißwaei@er-äreisltuleya @$@: nach j,neprucä ' ucn2, gekenn- zeichnet durch einen iemporatürregaer, der in hbhUngig'keit von ser Ist-Temperatur im Vorlauf der nachgeschalteten iiäi"aeverbraucher die Beimischung via 4figser aus dem hauptvcrlauf oder von 1-fasiaer aus einem Rücklauf zum Vorlauf des nachgeschalteten .,CIirmsverbraachers steuert. 4. Heißwasser-Kreiglaufsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückläufe der einzelnen Wärmeverbraucher räumlich getrennt in derjenigen Reihenfolge in die Rtieklaufeammelsohiene einmünden, da;3 der kälteste. Rücklauf dem Hauptrüoklauf (Lit) am nächsten In die Rücklaufsammelschiene ein- mündet und die wärmeren Rückläufe in der Folge ihrer Temperatur abstufung davor.