DE19817414A1

DE19817414A1 - Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19817414A1
Application number: DE19817414A
Authority: DE
Inventors: Juergen Kosock
Original assignee: SOLAR DIAMANT SYSTEMTECHNIK GM
Current assignee: SOLAR DIAMANT SYSTEMTECHNIK GM
Priority date: 1998-04-18
Filing date: 1998-04-18
Publication date: 1999-10-28
Anticipated expiration: 2018-04-19
Also published as: DE19817414C2

Abstract

Bei einer Heizungsanlage mit einem durch alternative, insbesondere solare Energie beheizten Pufferspeicher (2), einem durch fossile Brennstoffe befeuerten Heizkessel (3) und einem Wärmeverbraucher (4) soll die Nutzung der solaren Energie optimiert werden. Dieses erfolgt einerseits durch eine Rücklaufüberwachung, indem ein Dreiwegeventil (11) nur dann in Richtung Pufferspeicher (2) geschaltet wird, wenn dort ein ausreichendes Wärmepotential, z. B. eine Übertemperatur von etwa 4 K gegenüber dem Rücklauf des Wärmeverbrauchers (4), vorhanden ist und andererseits durch eine solare Vorlaufüberwachung, indem ein Dreiwegeventil (14) vom Pufferspeicher (2) direkt zum Vorlauf des Wärmeverbrauchers (4) geschaltet wird, wenn im Pufferspeicher (2) ein für die Aufheizung bereits ausreichendes Wärmepotential vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei Heizungsanlagen mit einem durch alternative, insbesondere solare Energie betriebenen Pufferspeicher, einem durch fossile Brennstoffe befeuerten Heizkessel und mindestens einem Wärmeverbraucher ist es von entscheidender Bedeutung, daß vorrangig und nur zu den geeigneten Zeiten der Pufferspeicher in den Wärmeträgerkreislauf eingeschaltet wird. Der Heizkessel sollte nur dann hinzugeschaltet werden, wenn im Pufferspeicher kein ausreichendes Energiepotential vorhanden ist. Diese Forderung stellt sich insbesondere bei Großanlagen, bei denen die solare Wärme in großen Feldern aufgefangen und dann in Großspeichern gespeichert wird, aus denen Wohnanlagen und ganze Siedlungen zentral mit solarer Wärme versorgt werden können. Ein Wärmeverteilnetz versorgt in diesem Fall über im Erdreich verlegte Rohrleitungen die Wohngebäude, in denen eine Hausübergabestation die Energie der Raumheizung und der Wassererwärmung zur Verfügung stellt.

Bei einer Großanlage dieser Art, aber auch bei einer sonstigen Anlage mit einem solar beheizten Pufferspeicher und einem Heizkessel ist es wesentlich, daß vorrangig die im Pufferspeicher gespeicherte solare Energie zur Aufheizung genutzt wird und daß der Heizkessel nur die noch benötigte Zusatzenergie beisteuert. Es ist aber nicht ausge schlossen, daß die Temperaturen im Pufferspeicher so gering sein können, daß statt einer Erwärmung eine Abkühlung des zirkulierenden Wassers erfolgt. Auf der Gegenseite ist auch nicht ausgeschlossen, daß bei starker Sonneneinstrahlung die Temperaturen im Pufferspeicher bereits so hoch sein können, daß sie zur Aufheizung des Heizwassers bereits ausreichen, ohne daß der Heizkessel noch erforderlich wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dafür geeignete Vor richtung zu schaffen, mit der die solaren Erträge optimiert dem Wärmeverbraucher zu geführt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in der Anwendung der in den Ansprüchen 1 und/oder 4 genannten Maßnahmen und der in den Ansprüchen 7 und/oder 8 genannten Merkmale.

Gemäß Patentanspruch 1 wird der Rücklauf des Wärmeverbrauchers mittels eines temperaturabhängig steuerbaren Strömungselementes nur bei ausreichendem Wärmepotential im Pufferspeicher durch diesen und im anderen Fall direkt durch den Heizkessel geleitet (Rücklaufüberwachung). Es erfolgt somit wahlweise ein bivalenter Betrieb oder ein reiner Heizkesselbetrieb, je nachdem, ob genügend Wärme im Pufferspeicher vorhanden ist oder nicht. Jedenfalls wird ein Abkühlen des zirkulierenden Wassers im Pufferspeicher bei dort zu niedrigen Temperaturen vermieden.

Zur Durchführung des Verfahrens ist ein Strömungselement, nämlich ein Dreiwegeventil, vor dem Pufferspeicher erforderlich. Dessen Soll-Stellung, d. h. seine Ausrichtung zum Pufferspeicher oder direkt zum Heizkessel wird von der Differenz der aktuellen Temperaturen im Pufferspeicher und im Rücklauf des Wärmeverbrauchers entschieden. Es empfiehlt sich, die Strömung erst bei einer Temperaturdifferenz über etwa 4 K in Richtung Pufferspeicher und unter diesem Wert direkt in Richtung Heizkessel zu leiten.

Für die Steuerung des Dreiwegeventiles empfehlen sich zwei übereinander angeordnete Temperaturfühler im oberen Bereich des Pufferspeichers und ein Temperaturfühler im Rücklauf des Wärmeverbrauchers. Die Anordnung und die Funktion dieser Temperaturfühler ist in der Zeichnung dargestellt und in der Zeichnungsbeschreibung näher erläutert.

Gemäß Patentanspruch 4 wird der Vorlauf des Wärmeverbrauchers mittels eines temperaturabhängig steuerbaren Strömungselementes bei einem für die Versorgung des Wärmeverbrauchers alleine bereits ausreichenden Wärmepotential im Pufferspeicher nur durch diesen und im anderen Fall zusätzlich auch durch den Heizkessel geleitet (Vorlaufüberwachung). Jetzt erfolgt wahlweise ein reiner Solarbetrieb oder ein bivalenter Betrieb, je nachdem, ob ein ausreichendes Wärmepotential zur Wärmeversorgung des Wärmeverbrauchers im Pufferspeicher vorhanden ist oder nicht. Bei ausreichendem Wärmepotential kann ein Durchströmen des Heizkessels und ein Brennerstart entfallen.

In diesem Fall ist zur Durchführung des Verfahrens ein Strömungselement, nämlich ein Dreiwegeventil, hinter dem Pufferspeicher erforderlich. Dessen Soll-Stellung, d. h. seine Ausrichtung vom Pufferspeicher direkt zum Vorlauf des Wärmeverbrauchers oder zunächst zum Heizkessel wird von den aktuellen Temperaturen im Pufferspeicher entschieden. Sofern diese über einem festgelegten Sollwert liegen, wird der Wasserstrom unter Umgehung des Heizkessels direkt zum Wärmeverbraucher gelenkt. Nur im anderen Fall erfolgt eine zusätzliche Durchströmung des Heizkessels zur weiteren Erwärmung des Heizwassers.

Die Steuerung des Dreiwegeventiles erfolgt zweckmäßigerweise durch die im oberen Be reich des Pufferspeichers übereinander angeordneten Temperaturfühler, deren Funktion in diesem Zusammenhang weiter unten beschrieben wird.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt:

Fig. 1 und Fig. 2 Je eine Prinzipskizze einer Anlage zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren und

Fig. 3 Eine Anlage für einen konkreten Anwendungsfall.

Die Heizungsanlage besitzt einen mit solarer Energie aus einem Solarkollektor 1 beheizten Pufferspeicher 2, einen mit fossilen Brennstoffen befeuerten Heizkessel 3 und einen Wärmeverbraucher 4 mit Heizkreisen 5 und Warmwasserbereitern 8. Die Förderung des Wasserstromes erfolgt durch eine temperaturabhängig über einen Regler 6 gesteuerte Zirkulationspumpe 7. Nähere Einzelheiten dieser Steuerung sind nicht dargestellt, da sie nicht zum Gegenstand der Erfindung gehören. Von den für den Betrieb notwendigen Temperaturfühlern und Strömungselementen sind nur diejenigen dargestellt, die mit dem Erfindungsgegenstand in unmittelbarer Beziehung stehen. Zu diesem Zweck wesentlich sind gemäß Fig. 1 ein Temperaturfühler 9 im Rücklauf 10 des Wärmeverbrauchers 4, ein Dreiwegeventil 11 vor dem Pufferspeicher 2 sowie zwei übereinander liegende Temperaturfühler 12, 13 im oberen Bereich des Pufferspeichers 2. Durch diese Elemente ist wahlweise ein bivalenter Betrieb bei vorhandenem Wärmepotential im Pufferspeicher 2 oder ein reiner Heizkesselbetrieb zu bewirken. Der untere Temperaturfühler 12 im Pufferspeicher 2 ermittelt die Temperatur an dieser Stelle und zeigt damit an, ob nutzbare Wärme vorhanden ist. Liegt diese Temperatur mindestens etwa 4 K höher als die Temperatur am Temperaturfühler 9 im Rücklauf 10, dann wird das Dreiwegeventil 11 in Richtung Pufferspeicher 2 gestellt, der jetzt in Reihe mit dem Heizkessel 3 durchströmt wird. Die Wärme im Pufferspeicher 2 wird zum Vorwärmen des Wassers genutzt. Sobald die Temperaturdifferenz zwischen dem oberen Temperaturfühler 13 im Pufferspeicher 2 und dem Temperaturfühler 9 im Rücklauf 10 unter etwa 4 K abfällt, ist alle nutzbare Wärme dem Pufferspeicher entnommen. Das Dreiwegeventil 11 wird jetzt direkt in Richtung Heizkessel 3 geschaltet, so daß nur noch eine direkte Aufheizung durch diesen erfolgt. In dieser Stellung bleibt das Dreiwegeventil 11 so lange, bis der untere Temperaturfühler 12 im Pufferspeicher 2 und der Temperaturfühler 9 im Rücklauf 10 wieder eine Temperaturdifferenz über etwa 4 K und damit ein nutzbares Wärmepotential im Pufferspeicher 2 ermitteln.

Eine eigenständige, aber auch ergänzende Funktion ist in Fig. 2 dargestellt. Zu diesem Zweck sitzt ein Dreiwegeventil 14 hinter dem Pufferspeicher 2, dessen Steuerung über die beiden Temperaturfühler 12, 13 im oberen Bereich des Pufferspeichers 2 erfolgt. Wenn der untere Temperaturfühler 12 eine Temperatur über einem vorgegebenen Sollwert mißt, wird das Dreiwegeventil 14 direkt in Richtung Wärmeverbraucher 4 geschaltet. Die Wassererwärmung erfolgt jetzt nur im Solarbetrieb. Sobald am oberen Temperaturfühler 13 jedoch der festgelegte Sollwert unterschritten wird, ist dieses ein Indiz dafür, daß die Wärme im Pufferspeicher 2 alleine zur Aufheizung nicht mehr ausreicht. Das Dreiwegeventil 14 wird wieder in Richtung Heizkessel 3 geschaltet, so daß ein bivalenter Betrieb erfolgt.

In den Fig. 1 und 2 sind die wesentlichen Elemente der besseren Übersicht halber getrennt dargestellt. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Teile, insbesondere das Dreiwegeventil 11 vor und das Dreiwegeventil 14 hinter dem Pufferspeicher 2 in einer Anlage zu integrieren, da sie sich in ihrer Wirkung im Sinne der Optimierung der Nutzung von solaren Erträgen ergänzen. Eine solche Anlage für einen konkreten Anwendungsfall ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser sind analog Fig. 1 und Fig. 2 nur die Zirkulationspumpe 7 und die Dreiwegeventile 11, 14 in einer Zentralstation beziffert. In dieser sind auch weitere Strömungs- und Steuerungselemente angeordnet, die zum Teil schon allgemein bekannt sind, etwa ein weiteres Dreiwegeventil als Mischventil im Vorlauf des Wärmeverbrauchers, durch welches bei Bedarf eine Vorlaufbegrenzung erfolgen kann, sofern die Vorlauftemperatur den notwendigen Sollwert überschreitet. Selbst bei überhöhten Vorlauftemperaturen (bedingt durch entsprechende Temperaturen vom Heizkessel oder solaren Pufferspeicher) wäre die Vorlauftemperatur damit auf das notwendige Maß zu reduzieren und die Rücklauftemperaturen entsprechend niedrig, was den Eintrag von solarer Wärme optimiert.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage, mit einem durch alternative, insbesondere solare Energie beheizten Pufferspeicher (2), einem durch fossile Brennstoffe befeuerten Heizkessel (3) und mindestens einem Wärmeverbraucher (4), dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf des Wärmeverbrauchers (4) mittels eines temperaturabhängig steuerbaren Strömungselementes nur bei ausreichendem Wärmepotential im Pufferspeicher (2) durch diesen und im anderen Fall direkt durch den Heizkessel (3) geleitet wird (Rücklaufüberwachung).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vor dem Pufferspeicher (2) angeordnete Strömungsele ment in Form eines Dreiwegeventiles (11) ab einer etwa 4 K höheren Temperatur im Pufferspeicher (2) als im Rücklauf (10) des Wärmeverbrauchers (4) in Richtung Pufferspeicher (2) und unter diesem Wert direkt in Richtung Heizkessel (3) geschaltet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei übereinander angeordneten Temperaturfühlern (12, 13) im oberen Bereich des Pufferspeichers (2) der untere Temperaturfühler (12) gemeinsam mit einem Temperaturfühler (9) im Rücklauf (10) des Wärmeverbrauchers (4) ab einer Temperaturdifferenz von etwa 4 K das Dreiwegeventil (11) in Richtung Pufferspeicher (2) und der obere Temperaturfühler (13) gemeinsam mit dem Temperaturfühler (9) unter diesem Wert das Dreiwegeventil (11) direkt in Richtung Heizkessel (3) schaltet.

4. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf des Wärmeverbrauchers (4) mittels eines temperaturabhängig steuerbaren Strömungselementes bei einem für den Wärmeverbraucher bereits ausreichenden Wärmepotential im Pufferspeicher (2) von diesem direkt in den Vorlauf zum Wärmeverbraucher (4) und im anderen Fall zusätzlich auch durch den Heizkessel (3) geleitet wird (Vorlaufüberwachung).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hinter dem Pufferspeicher (2) angeordnete Strömungs element in Form eines Dreiwegeventiles (14) ab einer Temperatur im Pufferspeicher über einem festgelegten Sollwert direkt in Richtung Wärmeverbraucher (4) und unter diesem Wert zunächst in Richtung Heizkessel (3) geschaltet wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei übereinander angeordneten Temperaturfühlern (12, 13) im oberen Bereich des Pufferspeichers (2) der untere Temperaturfühler (12) über dem festgelegten Sollwert das Dreiwegeventil (14) direkt in Richtung Wärmeverbraucher (4) und der obere Temperaturfühler (13) unter diesem Wert das Dreiwegeventil (14) in Richtung Heizkessel (3) schaltet.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein temperaturabhängig steuerbares Strömungselement in Form eines Dreiwegeventiles (11) vor dem Pufferspeicher (2) und durch zwei übereinander angeordnete Temperaturfühler (12,13) im oberen Bereich des Pufferspeichers (2) und einen zusätzlichen Temperaturfühler (9) im Rücklauf (10) des Wärmeverbrauchers (4) zum Ermitteln einer Temperaturdifferenz als Steuergröße für das Dreiwegeventil (11).

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 4 bis 6, gekennzeichnet durch ein temperaturabhängig steuerbares Strömungselement in Form eines Dreiwegeventiles (14) hinter dem Pufferspeicher (2) und durch zwei übereinander angeordnete Temperaturfühler (12, 13) im oberen Bereich des Pufferspeichers (2) zum Ermitteln absoluter Temperaturwerte als Steuergröße für das Dreiwegeventil (14).