DE2730406A1

DE2730406A1 - Vorrichtungen und verfahren zur erhoehung der transportleistung von fernwaermenetzen

Info

Publication number: DE2730406A1
Application number: DE19772730406
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-09
Filing date: 1977-07-06
Publication date: 1978-01-12
Also published as: FR2357824B1; DE2730406C2; GB1584872A; FR2357824A1; US4187982A

Description

Nikolaus Laing, Ingeborg Laing, Oliver Laing, Aldingen b.Stuttgart

DR.W.G.PFEIFFER

PATENTANWALT WIDENMAYERSTR. 4/111

TELEFON 223311 DK 1861/3a

MÖNCHEN 22

Vorrichtungen und Verfahren zur Erhöhung der Transportleistung von Fernwärmenetzen

Die Erfindung betrifft einen von einem Fernheiznetz mit Wärme gespeisten Heizkreis mit Heizkörpern, insbesondere zur Raumlufterwärmung. Fernwärmenetze haben den Nachteil der hohen Investitionskosten. Durch den Durchmesser der Rohrleitungen wird die maximale Wärmeleistung bestimmt. Diese wird nur während der morgendlichen Aufheizperiode der Gebäude entnommen, während des Tages sinkt die erforderliche Leistung ab, um während der Nacht auf einen Bruchteil herunterzugehen. Die Förderung des Wärmestromes erfolgt dementsprechend zyklisch, der Mittelwert der Leistung über einen Tag entspricht nur etwa der Hälfte der Maximalleistung.

Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil, indem sie in die Heizkreise der Gebäude, die durch Fernwärme versorgt werden. Latentwärmespeicher einschaltet. Vorzugsweise werden dabei Latentwärmespeicher unterschiedlicher Kristallisationstemperaturen in Reihe geschaltet und nacheinander vom Wasserstrom des Fernwärmenetzes durchströmt. Hierdurch laden sie sich gleichzeitig auf, und das Fernwärmewasser verlässt mit relativ niedriger Temperatur das Gebäude des Wärmeverbrauchers. Durch diese Erfindung kann die Fernwärmeleitung kontinuierlich über 24 Stunden mit voller Leistung betrieben werden, so dass bei gleichem Durchmesser der Rohrleitungen des Fernwärmenetzes etwa das Doppelte der bisherigen Wärmemenge gefördert werden kann, was zur Vergrösserung der Leistung des Fernwärmenetzes führt.

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Der hausinterne Heizkreis wird im Gegenstrcm zum aufladenden Fernwärmewasserstrom geleitet. Die Erfindung schlägt vor, Heizkörper einzusetzen, die eine weitgehende Abkühlung des Heizwassers bewirken. Hierzu zählen insbesondere Gegenstrcm-Konvektoren sowie grossflächige Heizelemente, ausserdem ist eine Reihenschaltung von Verbrauchern unterschiedlicher Arbeitstemperaturen vorgesehen, wobei beispielsweise zuerst ein Heizkörper, dann eine Deckenheizung und schliesslich eine Fussbodenheizung durchströmt werden. Das relativ kalte Rücklaufwasser des verbraucherseitigen Heizkreises wird vom Latentwärmespeicher der geringsten Temperatur vorgeheizt und durchströmt schliesslich den Latentwärmespeicher mit der höchsten Kristallisationstemperatur. Danach wird es ausserdem noch über einen Wärmetauscher vom Fernwärmevorlauf auf eine der Fernwärmetemperatur entsprechende Temperatur aufgeheizt. Wird im Heizkreis die maximale Wärmeleistung nicht benötigt, so werden nur die Latentwärmespeicher mit entsprechend niedriger Kristallisationstemperatur durchströmt, die bei höherer Temperatur arbeitenden Latentwärmespeicher werden also nicht entladen.

Auch die Brauchwasseraufheizung erfolgt über mehrere in den Latentwärmespeichern liegende Wärmetauscher, die, beginnend bei der geringsten Temperatur, im Gegenstrom zum Fernwärmekreis durchströmt werden.

Erfindungsgemäss ist nicht nur die Unterteilung der Wärmespeicher in solche mit unterschiedlichen Temperaturen innerhalb eines Hauses möglich, sondern auch innerhalb eines Versorgungsbezirkes. Ein Teil der Wärmeverbraucher bezieht dann die Wärme bei hoher Temperatur, eine nächste Gruppe nutzt das Rücklaufwasser der ersten Verbrauchergruppe. Einer dritten Gruppe z.B. wird das Rücklaufwasser der zweiten Verbrauchergruppe zugeleitet. Für diese Gruppe sieht die Erfindung bevorzugt den Einsatz von Wärmepumpen vor, die eine weitgehende Absenkung der Wassertemperatur des Fernwärmenetzes ermöglicht, was zu einem hohen Wirkungsgrad des Kraftwerkes führt, dessen Kondensator die Wärme liefert.

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Die Erfindung sieht als weitere Massnahme zur Erhöhung der einem Fernwärmenetz innerhalb eines Jahres entnehmbaren Energie vor, eine Hilfsheizung, vorzugsweise mit Gas oder öl, zur zusätzlichen Aufheizung des Heizkreises bei extremem Wärmebedarf einzusetzen. Vorzugsweise wird diese Zusatzwärme teilweise zur Aufladung von Speichern eingesetzt. Eine weitere Massnahme der Erfindung besteht darin, Wärmepumpen umschaltbar zu gestalten und die sommerliche Schadwärme dem Fernheizkreislauf, vorzugsweise bei umgekehrter Durchströmungsrichtung aufzuprägen.

Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemässe Anordnung, bei der der Wärmeträger des Fernwärmevorlaufes 1 zuerst den Wärmetauscher 2 durchströmt. Danach wird er über die Leitung 3 durch einen Wärmetauscher geleitet, mit dem die Speichermasse 5 im Speicherbehälter 6 in gut wärmeleitendem Kontakt steht. Danach strömt der Wärmeträger durch die Leitung 7 in den Wärmetauscher 8, der mit der Speichermasse 9 des Speichers 10 in gut wärmeleitendem Kontakt steht. In gleicher Weise durchströmt er dann die Leitung 11 und den Wärmetauscher 12, der mit der Speichermasse 13 des Speichers 14 in wärmeleitendem Kontakt steht und gelangt dann in den Rücklauf 15. Der Wärmespeicher 14 mit der niedrigsten Kristallisationstemperatur versorgt das Grossflächen-Heizelement 16. Von den übrigen Heizkörpern 17 des Hauses wird der Rücklauf 18 des Heizkörpers durch den Wärmespeicher 10 hindurchgeführt. Dort erfährt das Wasser eine erste Temperaturzunahme und gelangt dann durch die Leitung 19 in das Dreiwegeventil Reicht die Temperatur des Wassers bereits zur Rauiriheizung aus, so gelangt der Wärmeträger wieder in den Vorlauf 21. Reicht die Wassertemperatur für den Heizbedarf nicht aus, so wird das Dreiwegeventil in die Stellung gemäss 20a verschwenkt. Das Wasser gelangt dann über die Leitung 22 in den Wärmespeicher 6, von dort kann es wiederum durch das Dreiwegeventil 23 wahlweise direkt in den Vorlauf 21 gelangen oder bei einer Ventilstellung des weiteren Dreiwegeventils gemäss 23a über die Leitung 24 durch den Wärmetauscher 2 geleitet werden und dann erst bei maximaler Temperatur in den Verlauf 21 eintreten.

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Es wird erfindungsgemäss jeweils nur Wärme bei einer möglichst niedrigen Temperatur verbraucht, und nur an extrem kalten Tagen wird durch Ventilschaltung gemäss 20a und 23a eine Vorlauftemperatur in der Leitung 21 erreicht, die annähernd der Temperatur in der Fernwärmeleitung 1 entspricht.

Auch die Aufheizung des Brauchwassers erfolgt im Gegenstrom durch die Leitung 25, die von der Wasserversorgungsleitung zum Wärmetauscher 26 führt, danach den Wärmetauscher 27 und danach den Wärmetauscher 28 durchströmt, um schliesslich durch die Leitung 29 dem Heisswasser-Versorgungsnetz des Verbrauchers zugeführt zu werden. Zur Abdeckung eines extremen Spitzenbedarfes dient der Brenner 47, der über den Wärmetauscher 4 8 seine Wärme an den Wärmespeicher 6 sowie an den Wärmetauscher 4 abgibt, so dass die von ihm zusätzlich zur Verfügung gestellte Wärme auch auf die anderen Wärmespeicher übertragen werden kann. Der Brenner 47 kann alternativ auch im Kreislauf (21 -18) angeordnet werden.

Figur 2 zeigt ein Fernwärmenetz mit dem Verlauf 1 und dem Rücklauf und zwei Ausgleichsleitungen 30 und 31. Zwischen dem Vorlauf 1 und der Ausgleichsleitung 30 ist eine erste Gruppe von Verbrauchern angeschlossen, deren Heizungssysteme eine hohe Viassertemperatur erfordern. Der Fernwärireträger-Strcm erfährt im Latentwärmespeicher 32 eine geringe Abkühlung und gelangt durch den Rücklauf 33 in die Ausgleichsleitung 30. Von dort werden die Latentwärmespeicher für die bei geringerer Temperatur betriebenen Verbraucher 36 versorgt. Von der Ausgleichsleitung 31 gelangt bereits weitgehend abgekühltes Wasser in solchen Gebäuden, in denen eine Wärmepumpe installiert ist, in den Verdampfer 37 und von dort über die Leitung 38 in den Rücklauf 15. Der Kompressor 39 saugt ein expandiertes Arbeitsmedium aus dem Wärmetauscher 40, der als Verflüssiger arbeitet. Dieser versorgt den Keizkreis 41. Über das Drosselventil 42 gelangt das Arbeitsmedien-Kondensat wieder in den Wärmetauscher 37. Durch Umschaltung des Vierwegeventils 43 in die Position 43a arbeitet die gleiche Wärmepumpe als Kältemaschine. Sie entzieht dem Rücklauf kaltes Wasser gemäss Pfeil 44, erwärmt dieses und leitet es gemäss Pfeil 45 in die Ausgleichsleitung 31. Der Ventilator 46 übernimmt den konvektiven Wärmetausch.

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Claims

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DK 1861/3a Patentansprüche

Von einem Fernheiznetz mit Wärme gespeister Keizkreis mit Heizkörpern, insbesondere zur Raumlufterwärmung, gekennzeichnet durch mindestens einen in Reihe zu den Heizkörpern in den Heizkreis einschaltbaren Wärmespeicher (6, 32).
2. Heizkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher eine Speichermasse (5) enthält, die beim Aufladen eine Phasenänderung bei einer Temperatur erfährt, die unterhalb der Vorlauftemperatur des Fernheiznetzes liegt, und dass der Wärmeträger des Fernheiznetzes über einen Wärmetauscher (4) die Speichermasse (5) auflädt.
3. Heizkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fernwärmeträger-Strom (3 - 7), nachdem er den Wärmespeicher (6) verlässt, mindestens einem weiteren Wärmespeicher (10) zugeführt wird, dessen Phasenänderungstemperatür unterhalb der Phasenänderungstemperatur des jeweils vorgeschalteten Wärmespeichers liegt.
4. Heizkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf (18) des Heizkreises (21 - 18) mit den Wärmespeichern im Wärmetausch steht, und zwar beginnend mit dem Wärmespeicher (10), dessen Speichermasse (9) die niedrigste Phasenänderungstemperatur aufweist.
5. Heizkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit den Wärmespeicherη in Wärmetausch stehende Heizkreis (21 - 18) über einen Wärmetauscher (2) mit dem Vorlauf (1) des Fernheizkreises im Wärmetausch steht.

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ORIGINAL INSPECTED

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6. Heizkreis, der mehrere Wärmespeicher (14, 10, 6) nacheinander durchströmt, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass hinter Wärmespeichern in Durchstrcmungsrichtung gesehen, ein Ventil (20, 23) angeordnet ist, welches mit der Vorlaufleitung (21) des Heizkreises verbunden ist.
7. Heizkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Fernheiznetz eine die Spitzenbelastung deckende Wärmequelle mit dem Heizkreis (21 - 18) im Wärmetausch steht.
8. Heizkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Wärmeträger-Kreislauf mit einem Wärmespeicher im Wärmetausch steht,über den der Wärmespeicher durch die Spitzenlast-Energiequelle (47) zusätzlich aufladbar ist.
9. Heizkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brauchwasser-Kreislauf (25 - 29) mit dem oder den Wärmespeichern (14, 10, 6) im Gegenstrom zu dem Fernheiz-Kreislauf (1, 3, 7, 11) im Wärmetausch steht.
10. Fernheiznetz für Heizkreise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausser dem Vorlauf (1) mindestens eine Ausgleichsleitung (30) vorgesehen ist, und dass ein erster Wärmespeicher (32) zwischen den Vorlauf (1) und der Ausgleichsleitung (30) geschaltet ist und dass ein zweiter Wärmespeicher (35) zwischen der Ausgleichsleitung (30) und der nächsten Ausgleichsleitung (31) oder dem Rücklauf (15) geschaltet ist.
11. FernheizneLz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf eines Heizkreises (35) durch den Verdampfer (37) einer Wärmepumpe (37, 39, 40, 42) geleitet wird.
12. Fernheiznetz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsmedien-Kreislauf der Wärmepumpe (37, 39, 40, 42) umschaltbar ist und dass die Abwärme der dann zur Raumkühlung dienenden Wärmepumpe einem Wasserstrom aufgeprägt wird, der dem Rücklauf (15) entnommen wird und einer Ausgleichsleitung (31) aufgeprägt wird.

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