DE2901820A1 - Heating circuit control system - uses only solar or waste heat up to max. temp. available from it - Google Patents
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Abstract
Description
Anme Ider:Note:
t.lugo Binkert, Estelbergweg 2, 7892 Albbruck-Birndorf "Regelverfahren und vorrichtung für ein mit Wärmeenergie zu belieferndes j1eiznetzr Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren sowie eine Regelvorrichtung für ein mit Wärmeenergie aus einer leistungsbegrenzten Wärmequelle zu belieferndes Heiznetz, insbesondere mit Lieferung der Wärmeenergie aus einer die Sonnenenergie oder die Abwärme aus Industrieprozessen od.dgl.t.lugo Binkert, Estelbergweg 2, 7892 Albbruck-Birndorf "Standard procedure and device for a heating network to be supplied with thermal energy. The invention relates to a control method and a control device for a with thermal energy Heating network to be supplied from a power-limited heat source, in particular with delivery of the thermal energy from one of the solar energy or the waste heat Industrial processes or the like.
ausnutzenden Anlage.exploiting plant.
Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, eine energiesparende und damit umweltfreundliche Wärmeregelung unter Verwendung von solchen Wärmequellen zu ermöglichen, die ohne oder ohne wesentlichen Verbrauch von Rohstoffen wie Öl oder Kohle bzw. als Abfallwärme aus industriellen oder ähnlichen Anlagen oder Prozessen zur Verfügung stehen und somit ein Heizsystem zu ermöglichen, das ohne teure und knappe "Edel't-Wärme oder mit möglichst geringen Mengen derselben auf wirtschaftliche Weise arbeitet.The main object of the invention is to provide an energy-saving and thus environmentally friendly heat control using such heat sources to enable that with no or without substantial consumption of raw materials such as oil or coal or as waste heat from industrial or similar plants or processes are available and thus to enable a heating system without expensive and scarce "noble heat or with the smallest possible amounts of the same on economic Way works.
Angestrebt wird insbesondere ein Heizverfahren bzw. ein Heizsystem, bei dem Wärme niedriger Temperatur, z.3. von 25 bis 50°C, auch darein zu einer Beheizung herangezogen werden kann, wenn diese Wärme allein nicht allsreicht, den anfallenden Bedarf zu decken. Als derartige Wärmeenergie kommt beispielsweise die Sonnenenergie, die Abwärme aus Kühlprozessen oder aus Lüftungs- und Industrieanlagen in Betracnt, indem sie etwa für eine zentrale Beheizung von Gebäuden herangezogen und wirtschaftlich optimal ausgenutzt werden soll, also beispielsweise jeweils dort> wo Niedertempe ratur-He izungsanlagen, z . B. eine Mult ibe ton-Fußbodenheizung, mit Wärmeenergie zu beliefern sind. Prinzipiell ist die Erfindung in allen Heizungsanlagen anwendbar, bei denen zwei und mehr Wärmequellen eingesetzt und regelbar sein sollen.In particular, a heating process or a heating system is aimed for, at low temperature heat, e.g. 3. from 25 to 50 ° C, also inside for heating If this heat alone is not enough, the accumulating heat can be used To meet demand. Such thermal energy comes, for example, from solar energy, the waste heat from cooling processes or from ventilation and industrial systems in Betracnt, by being used, for example, for central heating of buildings and economically should be used optimally, for example in each case> where low temperature ratur heating systems, e.g. B. Mult ibe ton underfloor heating, with thermal energy are to be supplied. In principle, the invention can be used in all heating systems, where two or more heat sources should be used and controllable.
Die Erfindung bestent demgemäß im wesentlichen in einem Regelverfahren, bei dem bis zu einer vorbestimmten, durch die leistungsbegrenzte Wärmequelle (11 Hauptwärmequelle11) erreichbaren Vorlauftemperatur ausschließlich (oder praktisch ausschließlich) die Hauptwärmequelle an das Heiznetz angeschlossen ist und daß bei Anforderung einer die vor- -erwähnte Vorlauftemperatur überschreitendenvorlauftempera tur bei zugeschaltet bleibender Hauptwärmequelle eine zusätzliche Wärmequelle mit zunehmender Wirkung an-das IIeizbei netz angeschlossen wird. Vorzugsweise bleibt/einem Überschreiten der Rücklauftemperatur über die durch die Hauptwärmequelle erreichbaren Vorlauftemperatur die Hauptwärmequelle vom :Ieiznetz abgeschaltet und ausschließlich die zusätzliche Wärmequelle an das Heiznetz angeschaltet.Accordingly, the invention essentially consists of a control method, in which up to a predetermined heat source limited by the power (11 Main heat source11) achievable flow temperature exclusively (or practically exclusively) the main heat source is connected to the heating network and that at Requirement of a flow temperature exceeding the above-mentioned flow temperature If the main heat source remains switched on, an additional heat source is included increasing effect to the heating system is connected. Preferably / one remains Exceed the return temperature via that of the main heat source achievable flow temperature the main heat source from: Ieiznetz switched off and only the additional heat source is connected to the heating network.
Durch die Erfindung kann die Hauptwärmequelle bis zu ihrer maximalen Leisbungsf-ähiglKeit ausgenutzt werden, so daß die von der zusätzlichen Wärmequelle zu liefernde Energie auf ein notwendiges Mindestmaß beschränkt werden kann.Through the invention, the main heat source can be up to its maximum Ability to perform can be exploited, so that the additional heat source energy to be supplied can be limited to a necessary minimum.
Vorzugsweise sind Hauptwärmequelle und zusätzliche Wärmequelle in Stromrichtung hintereinander einzeln für sich in den Stromkreis einschaltbar bzw. aus diesem ausschaltbar.Main heat source and additional heat source are preferably in Direction of current can be switched on or off individually in the circuit. can be switched off from this.
Zur möglichst weitgehenden Ausnutzung der aus der Haupt wärmequelle zur Verfügung stehenden Energie weist ferner die Hauptwärmequelle vorzugsweise einen Wärmespeicher mit Wärmetauscher auf, so daß die Entnahme der Wärmeenergie nicht an bestimmte Zeiten gebunden ist.For the greatest possible utilization of the main heat source Furthermore, the main heat source preferably has available energy Heat accumulator with heat exchanger on, so that the removal of the heat energy is not is bound to certain times.
Zum Anschluß der Hauptwärmequelle und der zusätzlichen Wärmequelle ist vorteilhaft je ein Umschalt-Mischventil im Heiznetz angeordnet. Hierdurch ist es möglich, entweder die eine oder die andere Wärmequelle zur alleinigen Lieferung der Wärmeenergie oder aber beide Wärmequellen gleichzeitig zur regelbaren gemeinsamen Lieferung und t:Iä.rmeenergie an das Heiznetz des Verbrauchers anzuschließen.For connecting the main heat source and the additional heat source a switching mixing valve is advantageously arranged in the heating network. This is it is possible to use either one or the other heat source for sole delivery the thermal energy or both heat sources at the same time to the controllable joint delivery and t: Iä.rmeenergie to connect to the consumer's heating network.
Die Erfindung sei anhand der Zeichnung nocli näher erlälltext. In dieser zeigen Fig. 1 ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung und Fig. 2 ein Diagramm für die Belieferung des Heiznetzes mit Wärmeenergie aus den beiden Wärmequellen.The invention is explained in more detail with reference to the drawing. In 1 shows a circuit diagram of the control device according to the invention and Fig. 2 is a diagram for the supply of the heating network with thermal energy from the both heat sources.
In Fig. 1 ist mit 10 ein Heiznetz für einen beliebigen Verbraucher beispielsweise für eine Gebäudeheizung, mit 11 eine erste Wärmequelle (hier "Hauptwärmequelle" genannt,) und mit 12 eine zweite Wärmequelle (hier "zusätzliche Wärmequelle" genannt) beieiehnet, wobei nicht ausgeschlossen ist, daß die Hauptwärmequelle unter Umständen eine geringere Wärmemenge als die zusätzliche Wärmequelle liefert. Das Schaltsystem umfaßt ferner ein der Hauptwärmequelle zugeordnetes Umschalt-Mischventil 13 mit den Anschlüssen A,B,C,D, ein der zusätzlichen Wärmequelle zugeordnetes Umschalt-Mischventil 14 mit den Anschlüssen F,G,H«J, eine Pumpe 15 und einen Regler 16.In Fig. 1, 10 is a heating network for any consumer for example for heating a building, with 11 a first heat source (here "main heat source" called,) and with 12 a second heat source (here called "additional heat source") beiehnet, whereby it is not excluded that the main heat source may be supplies less heat than the additional heat source. The switching system furthermore comprises a switching mixing valve 13 assigned to the main heat source the connections A, B, C, D, a switching mixing valve assigned to the additional heat source 14 with the connections F, G, H «J, a pump 15 and a controller 16.
Eine die Pumpe 15 enthaltende Vorlaufleitung 17 führt vom Umschalt-Mischventil 14 zum Heiznetz 10, eine Rücklaufleitung 18 zum Umlauf-Mischventil 13 und eine Leitung 19 vom Umlauf-Mischventil 15 zum Umschalt-Mischventil 14.A feed line 17 containing the pump 15 leads from the switching mixing valve 14 to the heating network 10, a return line 18 to the circulation mixing valve 13 and a line 19 from the circulation mixing valve 15 to the switching mixing valve 14.
Eine Zweigleitung 20 führt vom Umlauf-Mischventil 13 zur Hauptwärmequelle 11 und eine Leitung 21 von der Hauptwärmequelle zum Umschalt-Mischventil 13 zurück. In entsprechender Weise sind zwischen dem Umschalt-Mischventil 14 und der zuzusätzlichen Wärmequelle 12 Zweigleitungen 22 und 23 vorgesehen.A branch line 20 leads from the circulation mixing valve 13 to the main heat source 11 and a line 21 from the main heat source to the switching mixing valve 13 back. In a corresponding manner between the switching mixing valve 14 and the additional Heat source 12 branch lines 22 and 23 are provided.
Vorteilhaft ist - entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel - die zusätzliche Heizquelle 12 mit Umschalt-Mischventil 14 der Hauptwärmequelle 11 mit Umschalt-Mischventil 15 in Stromrichtung des Heizmittels nachgeschaltet, doch kann gegebenenfalls auch eine umgekehrte Anordnung vorgesehen sein.It is advantageous - according to the illustrated embodiment - The additional heating source 12 with switching mixing valve 14 of the main heat source 11 connected downstream with switching mixing valve 15 in the flow direction of the heating medium, however, a reverse arrangement can optionally also be provided.
Die Umschalt-Mischventile 15 und 14 werden vorzugsweise je durch einen Stellmotor 24 bzw. 25 angetrieben, die ihren Antrieb vom Regler 16 erhalten, wie durch gestrichelte Linien 26 und 27 angedeutet ist. Die Regelung des Reglers 16 ist insbesondere abhängig von der Temperatur in der Vorlaufleitung 17 (gestrichelte Linie 28), undjoder von der Temperatur in der Rücklaufleitung 18 (wie gestrichelt durch 29 angedeutet) bzw. von der Differenz dieser Temperatur und der maximal von der Hauptwärmequelle 11 erreichbaren Temperatur (wie durch die gestrichelte Linie 50 angedeutet) und/oder von der Außen temperatur (wie bei 51 angedeutet). Die den Regler steuernden Temperaturimpulse, die ihm von 28, 29, 50 und 51 zugeleitet werden, können hierbei in der nachfolgend beschriebenen Weise über die Leitungen 26 und 27 den Stellmotoren 24 und 25 für die Umschalt-Mischventile 15 und 14 weitergegeben werden.The switching mixing valves 15 and 14 are preferably each by one Servomotor 24 and 25 driven, which receive their drive from the controller 16, such as is indicated by dashed lines 26 and 27. The regulation of the regulator 16 is particularly dependent on the temperature in the flow line 17 (dashed Line 28), and or from the temperature in the return line 18 (as dashed indicated by 29) or the difference between this temperature and the maximum of the main heat source 11 reachable temperature (as indicated by the dashed line 50 indicated) and / or from the outside temperature (as indicated at 51). The den Controller controlling temperature impulses that are sent to it from 28, 29, 50 and 51, can here in the manner described below via the lines 26 and 27 passed on to the servomotors 24 and 25 for the switching mixing valves 15 and 14 will.
Die Hauptwärmequelle 11 bildet vorteilhaft einen Wärmespeicner mit Wärmetauscher, dem die Wärme aus der Leitung 20 zugeführt wird und aus dessen Speicher sie über die Leitung 21 entnommen wird. Auch kann sie als Wärmepumpe ausgebildet bzw. mit einer solchen verbunden sein.The main heat source 11 advantageously forms a heat store Heat exchanger to which the heat is supplied from line 20 and from its memory it is taken via line 21. It can also be designed as a heat pump or be associated with one.
Die zusätzliche Wärmequelle 12 kann beispielsweise einen Kessel oder eine Wärmepumpe aufweisen oder in sonstiger Weise zur Erzeugung der zusätzlich benötigten Wärme energie ausgebildet sein.The additional heat source 12 can, for example, a boiler or have a heat pump or in some other way to generate the additionally required Heat energy be trained.
Im Diagramm nach Fig. 2 ist über dem Energiebedarf E die zugehörige Temperatur t aufgetragen, wobei angenommen ist, daß die Vorlauftemperatur v proportional mit dem Energiebedarf E steigt.In the diagram according to FIG. 2, the energy demand E is associated with it Temperature t plotted, it being assumed that the flow temperature is proportional to v with the energy demand E increases.
Ausgehend von einem Energiebedarf 0 und von einer entsprechenden Ausgangstemperatur, die bei OOC, darüber oder darunter liegen kann, steigt die Vorlauftemperatur v bis zu einem bestimmten Energiebedarf E1 auf den Wert t1, die mit der Hauptwärmequelle 11 erreichbar ist, beispielsweioe 50°C.Assuming an energy demand of 0 and a corresponding starting temperature, which can be at OOC, above or below, the flow temperature v to increases to a certain energy demand E1 to the value t1, that with the main heat source 11 is achievable, for example 50 ° C.
Bis zu diesem Zeitpunkt kann allein die Hauptwä wmequelle 11 den Wärmebedarf decken. Steigt der Wärmebedarf über diesen Wert hinaus, muß die zusätzliche Wärmequelle 12 hinzugeschaltet werden, damit diese die für die weitere Temperaturstei gerung erforderliche Wärmemenge liefert. Im Diagramm nach Fig. 2 ist dieses dadurch angedeutet, daß die von der lIauptwärmequelle zu liefernde Energie durch Schrägscaraffur, die von der zusätzlichen Wärmequelle 12 zu liefernde Wärmeenergie durch Senkrechtschraffur gekennzeichnet ist.Up to this point in time, only the main heat source 11 can meet the heat demand cover. If the heat requirement rises above this value, the additional heat source must 12 can be switched on so that these are necessary for the further increase in temperature supplies the required amount of heat. In the diagram after Fig. 2 is this indicated by the fact that the energy to be supplied by the main heat source is through Oblique carafe, the heat energy to be supplied by the additional heat source 12 is indicated by vertical hatching.
Mit r ist ferner eine Kurve eingezeichnet, welche etwa der gemäß Temperatur in der Rücklaufleitung 18 (Regeltemperatur/29) entspricht und welche je nach der Energieentnahme im Heiznetz 10 unterhalb der Vorlauftemperatur v verläuft. In einem Punkte entsprechend einem Energiebedarf E2 kreuzt die Kurve r der Rücklauftemperatur die waagerechte Abszisse der Temperatur tl, d.h. derjenigen Temperatur, die von der Hauptwärme quelle erzeugt werden kann. Damit nicht ungünstige Rückwirkungen aus der Rücklaufleitung 18 auf die Hauptwärmequelle 11 hervorgerufen werden, wird in diesem Zeitpunkt die Hauptwärmequelle von dem Heizsystem abgeschaltet und ausschließlich die zusätzliche Wärmequelle 12 in das Heizsystem eingeschaltet.A curve is also drawn in with r, which approximately corresponds to the temperature in the return line 18 (control temperature / 29) corresponds and which depends on the Energy withdrawal in the heating network 10 runs below the flow temperature v. In one Points corresponding to an energy requirement E2 crosses the curve r of the return temperature the horizontal abscissa of the temperature tl, i.e. that temperature which is from the main heat source can be generated. So that there are no unfavorable repercussions are caused from the return line 18 to the main heat source 11, is at this point the main heat source is switched off from the heating system and exclusively the additional heat source 12 switched on in the heating system.
Es ist nicht unbedingt notwendig, daß die Umschaltung im Zeitpunkt E2 schlagartig erfolgt, vielmehr kann bereits vor dem dem Energiebedarf E entsprechenden Zeitpunkt allmählich 2 auf die zusätzliche Wärmequelle 12 umgeschaltet werden, wobei sich die Umschaltung in gewissen Grenzen auch noch über den Punkt E2 hinaus erstrecken kann. Doch sollte die Umscnaltung möglichst in der Nähe dieses Punktes erfolgen.It is not absolutely necessary to switch over at the point in time E2 takes place abruptly, rather it can already occur before the energy requirement E corresponding Time gradually 2 switched to the additional heat source 12, wherein the switchover also extends beyond point E2 within certain limits can. However, the switching should take place as close as possible to this point.
In Anwendung auf den Schaltplan nach Fig. 1 würde sich demgemäß insbesondere folgende Schaltweise ergeben: Im ersten Teil der Energiesteigerung von 0 bis E1 ist lediglich die Hauptwärmequelle 11 in lstirkung. Die Schaltwege xl,x2 des Umschalt-Mischventils 13 von B nach A und von D nach C wirksam sind geöffnet, am Umschalt-Mischventil 25 lediglich/der Schaltweg y1 von F nach J. Das Wärmemedium strömt infolgedessen von der Hauptwärmequelle 11 über die Leitungen 21, 19, 17 zum Heiznetz 10 und von dort über die Leitungen 18 und 20 zurück zur Hauptwärmequelle.When applied to the circuit diagram according to FIG. 1, it would accordingly in particular result in the following switching method: In the first part of the energy increase from 0 to E1 is only the main heat source 11 in action. The switching paths xl, x2 of the switching mixing valve 13 from B to A and from D to C are effectively open on the switching mixing valve 25 only / the switching path y1 from F to J. The heat medium flows as a result from the main heat source 11 via the lines 21, 19, 17 to the heating network 10 and from there via lines 18 and 20 back to the main heat source.
Wird der Energieaufwand E1 überschritten, öffnet sich - gegebenenfalls allmählich entsprechend der angeforderten Energie-bzw. Temperatursteigerung - der Schaltweg von F nach G einerseits und der Schaltweg y5 von H nach J andererseits, während der Schaltweg y1 von F nach J allmählich geschlossen wird, etwa in dem Maße, in dem die vorgenannten Schaltwege geöffnet werden. Gegebenenfalls kann jedoch auch sofort eine vollständige Schließung des Schaltweges y1 von F nach J vorgenommen werden, indem das Heizmedium nacheinander die Hauptwärmequelle 11 und hierauf die zusätzliche Wärmequelle 12 durchströmt.If the energy expenditure E1 is exceeded, it opens - if necessary gradually according to the requested energy or. Temperature increase - the Shift travel from F to G on the one hand and shift travel y5 from H to J on the other hand, while the switching path y1 from F to J is gradually closed, approximately to the extent that in which the aforementioned switching paths are opened. If necessary, however, can also A complete closure of the switching path y1 from F to J is immediately carried out are by the heating medium successively the main heat source 11 and then the additional heat source 12 flows through.
Das Umschalt-Mischventil 15 kann hierbei unverstellt bleiben, so daß die Schaltwege xl und x2 von B nach A und von D nach C zunächst ungedrosselt bestehen bleiben.The switching mixing valve 15 can remain unchanged, so that the shift paths xl and x2 from B to A and from D to C are initially unthrottled stay.
Mit weiter steigendem Energiebedarf bis zu einem Energiebedarf E2 werden hierauf, sobald der Energiebedarf sich dem Wert E2 nähert oder diesen erreicht, die Schaltwege xl und x2 ganz abgeschaltet, so daß lediglich der Schaltweg X3 beibehalten wird. Doch kann, wie bereits erwähnt, zuvor bereits ein allmähliches Schließen der Schaltweg xl und x2 bei Eröffnung des Schaltweges X3 vorgenommen werden.With a further increasing energy requirement up to an energy requirement E2 are responded to as soon as the energy requirement approaches or reaches the value E2, the switching paths xl and x2 completely switched off, so that only the switching path X3 is retained will. However, as already mentioned, the Shift travel xl and x2 can be made when opening the shift travel X3.
Nach Überschreiten des Energiebedarfes E2 verbleibenlediglich der Schaltweg x) am Umschalt-Mischventil 15 sowie die Schaltwege y2 und y5 am Umschalt-Mischventil 14, wobei nunmehr der gesamte Energiebedarf bei entsprechender Temperatursteigerung durch die zusätzliche Wärmequelle 12 zu liefern ist.After exceeding the energy requirement E2, only the Switching travel x) on the switchover mixing valve 15 as well as the switching travel y2 and y5 on the switchover mixing valve 14, with the total energy requirement now with a corresponding increase in temperature is to be supplied by the additional heat source 12.
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