DE19621247A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Wärmemengenbegrenzung, -zählung und -regelung in Fernwärme-Übergabestationen - Google Patents

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Wärmemengenbegrenzung, -zählung und -regelung in Fernwärme-Übergabestationen

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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1919—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the type of controller
    • G05D23/192—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the type of controller using a modification of the thermal impedance between a source and the load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanord­ nung zur Wärmemengenbegrenzung, -zählung und -regelung in Fern­ wärme-Übergabestationen, die vorzugsweise nach dem Durchfluß­ prinzip arbeiten und für den Anschluß von bis zu 300 Wohnungs­ einheiten ausgelegt sind.
Die gegenwärtig in Betrieb befindlichen Fernwärme-Übergabe­ stationen sind durch den Einsatz einer großen Zahl unterschied­ licher elektronischer und mechanischer Bauelemente für die Wahrnehmung der Meß- und Regelfunktionen gekennzeichnet, die sich vielfach in ihren Aufgabengebieten überschneiden und funktionell behindern können. Das führt zu unnötig hohen Prei­ sen bei gleichzeitiger Verringerung der Anlagenzuverlässigkeit. Neben Verfahren zur Durchflußmengensteuerung ist in der Patent­ literatur auch eine elektronische Schaltung zur Wärmestrom­ regelung als Funktion der Heizlast des zu versorgenden Ge­ bäudes beschrieben, wobei Wärmestromregelung und Mengenbe­ grenzung mit einem Stellglied realisiert werden. Diese Lösung ist jedoch in modernen Fernwärmesystemen mit mehreren nachgeschalteten Kreisläufen unterschiedlichen Temperatur- und Druckniveaus nicht realisierbar. So sind in den Haus­ anschlußstationen gemäß Stand der Technik weiterhin zu der, in jedem Fall erforderlichen zentralen Regeleinrichtung je ein
  • - Wärmemengenmesser
    (zur Ermittlung des aktuellen und kumulativen Wärmeverbrauchs)
  • - Mengenbegrenzer
    (zur Vermeidung unzulässig hoher Durchflußmengen)
  • - Differenzdruckregelventil
    (zum Schutz der Anlage vor Differenzdruckschwankungen aus dem vorgeschalteten Fernwärmenetz)
in den Fernwärmevor- oder -rücklauf eingebunden, was bei Ein­ satz hochwertiger Geräte einen erheblichen Kostenfaktor, be­ zogen auf die Gesamtanlage, darstellt.
Ziel der Erfindung ist es deshalb, Fernwärme-Übergabestationen unter Einhaltung aller sicherheitstechnischen Vorschriften anlagentechnisch auf ein Minimum zu reduzieren, um damit sowohl Investitions- als auch Betriebskosten zu senken.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, in Wärmeübergabesta­ tionen mit mehreren nachgeschalteten Kreisläufen die Funktionen Wärmemengenbegrenzung, -zählung und -regelung in die zentrale Regeleinrichtung der Station zu integrieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird zunächst die über den Fernwärme­ vorlauf zur Verfügung gestellte und vom Durchflußmesser wert­ mäßig erfaßte Heizwassermenge genutzt, um in der zentralen Regel­ einrichtung in Begrenzungssignale für die Stellventile der Trink­ wassererwärmung und Heizung umgewandelt zu werden. Dabei erfolgt die Mengenbegrenzung erfindungsgemäß derart, daß bei Überschrei­ tung der zulässigen Heizwassermenge zuerst das Ventil für die Raum­ heizung geschlossen wird und nur, wenn die Grenzwertüberschrei­ tung dadurch nicht vermieden wird, zeitversetzt auch der Trink­ warmwasserkreislauf schließt. Die Regelventile zwischen dem Fern­ wärmevorlauf und der Trinkwassererwärmung sowie dem eigentlichen Heizwasserkreislauf erhalten damit eine doppelte Funktion: Sie regeln wie bisher die Temperatur des Trinkwarmwassers und des Heizmediums und begrenzen darüber hinaus die maximale Heißwasser­ menge, die aus dem Fernwärmesystem insgesamt vertragsgemäß bezo­ gen werden kann.
Die bezogene Wärmemenge wird quantifiziert, indem im Zentralregler die Temperaturdifferenz zwischen Fernwärmevor- und -rücklauf mit dem für den Wärmekapazitätsstrom (Durchflußmenge×spezifische Wärmekapazität) gemessenen Wert multipliziert wird. Als zentrale Regeleinrichtung ist ein Gerät einzusetzen, das für die Wärme­ mengenzählung mit einer Zulassung für den "rechtsgeschäftlichen Verkehr" versehen ist, um die erfaßten Werte gleichzeitig für die Abrechnung der Wärmeverbraucher nutzen zu können.
Die Regelung der Heizwasser-Temperatur erfolgt in an sich bekann­ ter Weise außentemperaturabhängig durch Soll-lst-Temperaturver­ gleich im zentralen Regler.
Zur Regelung der Trinkwassertemperatur in Abhängigkeit von einer ebenfalls zu speichernden Solltemperatur ist erfindungs­ gemäß die Ist-Temperatur in extrem kurzen Zeitabschnitten zu registrieren und in Befehle für den Antrieb eines Stellven­ tils mit einer darauf abgestimmten sehr kurzen Stellzeit für eine vollständige Huböffnung umzusetzen.
Damit ist insgesamt erreicht, daß die Funktionen "Wärmemengen­ begrenzung", "Wärmemengenzählung" und "Wärmemengenregelung" vollständig von der zentralen Regeleinrichtung der Fernwärme-Übergabestation übernommen werden können, ohne daß die Instal­ lation der bisher üblichen gesonderten Meß- und Regeltechnik erforderlich ist.
Das Verfahren wird schaltungstechnisch realisiert, indem sowohl die Temperaturfühler für den Fernwärmevor- und -rücklauf als auch der im Rücklauf eingebundene Durchflußmesser direkt mit der zentralen Regeleinrichtung verbunden sind.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Fernwärme-Übergabestation als Hausanschlußstation dargestellt.
In dieser Anlage sind die Motorstellventile für den Heiz­ kreislauf 1 und für die Trinkwassererwärmung 4, die Tempe­ raturfühler 10-14 und der Durchflußmesser 9 direkt mit der zentralen Regeleinrichtung 8 verbunden, so daß die einzelnen Verfahrensschritte wie folgt ablaufen:
Wärmemengenbegrenzung
Die Mengenbegrenzung ist der Temperaturregelung für Heizung und Trinkwasser übergeordnet. Durch den Regler 8 erfolgt eine ständige Registrierung der Heizwassermenge aus dem Volumen­ strommeßgerät (Durchflußmesser) 9. Wird eine Überschreitung der im Regler gespeicherten max. zulässigen Heizwassermenge gemessen, wird das Motorventil des Heizkreislaufs 1 schrittweise geschlossen, bis der zulässige Wert wieder erreicht ist. Damit ist gleichzeitig eine Vorrangschaltung für die Trinkwasserer­ wärmung gegenüber der Heizung realisiert. Verringert sich der Heizwassermengenstrom, öffnet Ventil 1 wieder soweit, daß die Heizwasser-Solltemperatur erreicht wird, ohne dabei die zulässige Heizwassermenge zu überschreiten.
Wärmemengenzählung
Mit dem Erfassen der Temperaturen des Fernwärmevorlaufs 10 und Fernwärmerücklaufs 11 sowie der Heizwassermenge 9, kann durch den Regler 8 der Wärmemengenverbrauch errechnet und ge­ speichert werden. Neben der kumulativen Ermittlung des Wärmever­ brauchs wird auch der maximal gemessene Wert des Heizwasser­ mengenstroms registriert.
Temperaturregelung
Die Trinkwarmwasser-Solltemperatur ist mit beispielsweise 55°C in den Regler 8 eingegeben. Über den Fühler 13 wird in Zeitabständen von 1 sec ständig die Ist-Temperatur des Trinkwarmwassers erfaßt. Abweichungen von der Solltemperatur bewirken über Signale des Reglers 8 sofort eine Hubänderung an Ventil 4, bis die Solltemperatur wieder erreicht ist. Das erfolgt durch Änderung des Mengenstroms über dem Wärmeüber­ trager für die Trinkwassernachwärmung 6 entsprechend der registrierten Über- oder Unterschreitung der Solltemperatur. Der Antrieb für das Motorstellventil 4 muß dabei in einer Stellzeit von 20 sec eine vollständige Huböffnung von 0 . . . 100% realisieren.
Bezugszeichenliste
FWVL Fernwärme-Vorlauf
FWRL Fernwärme-Rücklauf
HzVL Heiznetz-Vorlauf
HzRL Heiznetz-Rücklauf
1 Motorstellventil Heizung
2 Plattenwärmeübertrager Heizung
3 Heizungspumpe
4 Motorstellventil Trinkwasser-Erwärmung
5 Plattenwärmeübertrager Trinkwasser-Vorwärmung
6 Plattenwärmeübertrager Trinkwasser-Nachwärmung
7 Zirkulationspumpe
8 zentrale Regeleinrichtung
9 Meßgerät zur Erfassung des Fernwärmevolumenstromes
(Durchflußmesser)
10 Temperaturfühler Fernwärmevorlauf
11 Temperaturfühler Fernwärmerücklauf
12 Temperaturfühler Heizungsvorlauf
13 Temperaturfühler Trinkwarmwasser
14 Fühler zur Temperaturmessung Außenluft
15 elektrische Leitungen

Claims (4)

1. Verfahren zur Wärmemengenbegrenzung, -zählung und -regelung in Fernwärme-Übergabestationen, die vorzugsweise nach dem Durchflußprinzip arbeiten und mit einer zentralen Regel­ einrichtung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die über den Fernwärmevorlauf zur Verfügung gestellte Heizwassermenge im Durchflußmesser (9) registriert und von der zentralen Regeleinrichtung (8) in Begrenzungs­ signale für die Stellventile der Trinkwassererwärmung (4) und Raumheizung (1) umgewandelt wird, bei Überschreitung der zulässigen Heizwassermenge schrittweise zuerst Ven­ til (1) und nur bei anhaltender Grenzwertüberschreitung das Ventil für die Trinkwassererwärmung (4) geschlossen und bei Verringerung des Heizwassermengenstromes wieder geöff­ net werden,
  • - die Temperaturdifferenz zwischen Fernwärmevor- und -rück­ laufin der zentralen Regeleinrichtung (8) mit dem Wert des Wärmekapazitätsstromes aus Durchflußmenge und spezifischer Kapazität multipliziert und als kumulativer Wärmeverbrauchs­ wert sowie Maximalwert des Heizwassermengenstromes regi­ striert und gespeichert wird
  • - und zur Regelung der Trinkwassertemperatur in Abhängigkeit von einer in der Regeleinrichtung (8) gespeicherten Trink­ wasser-Solltemperatur, die Ist-Temperatur über den Tempe­ raturfühler (13) in extrem kurzen Zeitabschnitten regis­ triert und in Befehle für den Antrieb des Stellventils (4) mit einer darauf abgestimmten, sehr kurzen Stellzeit für eine vollständige Huböffnung, umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über Temperaturfühler (13) die Trinkwasser-Ist-Temperatur in Zeitabständen von 1 sec erfaßt und über die Regeleinrichtung (8) in eine Hubänderung des Motorstellventils (4) mit einer Stellzeit von 20 sec für eine Huböffnung von 0 . . . 100% umgesetzt wird.
3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile für die Raumheizung (1) und die Trinkwassererwärmung (4), die Temperaturfühler (10; 11; 12; 13; 14) und der Durchfluß­ messer (9) durch elektrische Leitungen (15) mit der zentralen Regeleinrichtung (8) verbunden sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (1; 4) als Motorstellventile mit Stellzeiten von 20 sec für eine vollständige Hubänderung ausgebildet sind.
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