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Fernwärmeübertragungssystem
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Die Erfindung betrifft ein Fernwärmeübertragungssystem mit Vor- und
Rücklaufleitungen, vorzugsweise für Vorlauf temperaturen unter 3730 K.
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Zur Wärmeversorgung in Ballungsgebieten werden in zunehmendem Maße
Heizkraftwerke eingesetzt, welche mit den Verbrauchern über Leitungssysteme, gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung von Zwischenstationen oder Speichern, verbunden sind.
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Bei den Fernwärmeübertragungssystemen entstehen notwendigerweise Verluste,
wobei besonders die Wärmeverluste im Rücklauf der Systeme zu erwähnen sind. Diese
Wärmeverluste im Rücklauf müssen bei üblicher Auslegung durch vollwertige Heizwärme
ersetzt werden. Entsprechend sind heute allgemein Bestrebungen im Gange, die Rücklauftemperaturen
zu senken, wodurch sowohl die mittlere Spreizung erhöht als auch die Wärmeverluste
absolut und relativ aesenkt werden können.
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Ein bekannter Vorschlag zur Lösung dieses Problems sieht vor, daß
niedertemperaturige Kühlwasser von Kondensationskraftwerken zum Verbraucher zu leiten
und dort mittels Wärmepumpen auf das erforderliche Temperaturniveau zu heben. Für
die Spitzenlastdeckung solcher Systeme sind
besondere Kessel bei
den Verbrauchern erforderlich.
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Nach dem Konzept der Stadtwerke Mannheim für eine Fernwärmeleitung
nach Heidelberg wird im Vorlauf Wärme auf einem für Raumheizung und Warmwasserbereitung
üblichem Temperaturniveau transportiert. Die nach Abgabe der Heizwärme an den Verbraucher
im Rücklauf enthaltene Restwärme dient als Wärmequelle für Wärmepumpen. Als Werkstoff
für die Leitungen ist Stahl vorgesehen. Der Rücklauf besitzt keine Wärmedämmung,
sondern nur einen kathodischen Schutz gegen Korrosion. Auch hier sind für die Dekkung
der Spitzenlast verbrauchernahe Spitzenlastkessel erforderlich.
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Die bisher geplanten und realisierten Fernwärmetrassen leiden zudem
unter dem Nachteil relativ hoher Kosten für ihren Bau. So konnten beispielsweise
preiswerte Schüttisolierungen wegen der Gefahr der Durchnässung der Trasse nicht
angewendet werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fernwärmeübertragungssystem der
eingangs genannten Art anzugeben, mit dem ein effektiver Wärmetransport möglich
ist und zu dessen Herstellung wesentlich geringere Kosten als bisher verursacht
werden.
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Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die warme Vorlaufleitung in
eine Schüttisolierung mit niedrigem Diffusionswiderstand eingebettet ist und durch
eine Abdeckung gegen das Eindringen von Oberflächenwasser geschützt ist, und daß
die kalte Rücklaufleitung im Abstand unterhalb der Vorlaufleitung angeordnet ist.
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Mit diesem Konzept wird mit Hilfe der kalten Rücklaufleitung der Dampfdruck
im Bereich der Trasse so weit gesenkt, daß eine wirksame Trocknung der Wärmedämmung
des warmen Vorlaufes durch Diffusion realisierbar ist. Die aus dem Bereich der Wärmedämmung
kommende Feuchtigkeit - das Oberflächenwasser wird durch die Abdeckfolien abgehalten
-wird an der kalten Rücklaufleitung oder schon vorher im kalten Teil des Bettes
der Schüttisolierung niedergeschlagen.
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Die Erfindung ist anhand der einzigen Figur näher erläutert.
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Diese zeigt die Anordnung von Vor- und Rücklaufleitung im Erdreich.
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Gemäß der Figur ist die Trasse im vorhandenen Bodenmaterial 1 untergebracht,
wobei die warme Vorlaufleitung 2 in einer Schüttisolierung 6 mit niedrigen Diffusionswiderstand
wie z. B. Sand oder Schlakensand eingebettet ist. Oberhalb der warmen Vorlaufleitung
2 befindet sich eine Abdeckung 4, vorzugsweise aus Kunststoffolien, welche das Eindringen
von Oberflächenwassern verhindern. Die kalte Rücklaufleitung 3 ist im Abstand unterhalb
der Vorlaufleitung 2 angeordnet. Erfindungsgemäß wird die kalte Rücklaufleitung
3 dazu benutzt, den Dampfdruck im Bereich der Isolierung der Vorlaufleitung 2 niedrig
zu halten. Die kalte Rücklaufleitung 3 kann unbedenklich auch zeitweise im Grundwasser
5 liegen. Der Dampfdruck in unmittelbarer Umgehung der Rücklaufleitung 3 entspricht
der Taupunkttemperatur. Eingedrungene Nässe diffundiert zur Oberfläche des kalten
Rohres wo bei normalen Bodenverhältnissen Kondensation eintritt.
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Als Werkstoff kommen für beide Leitungen in erster Linie Beton oder
Asbestzement in Frage. Asbestzementrohre können
beispielsweise bei
Temperaturen bis 3730 K kömpensationsfrei verlegt werden, wobei die Wärmedehnungen
von den Verbindungsmuffen aufgenommen werden.
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Bei dieser Verlegungsart ergeben sich spürbare Verringerungen der
Leistungen der Umwälzpumpen. Zur Vermeidung von Korrosion bzw. Abwaschungen ist
entkarbonisiertes Wasser zu verwenden. Positiv macht sich auch bemerkbar, daß ein
Unterschreiten des Taupunktes an der Außenseite der Rohre im Gegensatz zu Stahl
ohne Belang ist.
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Die Wasserqualität im Kreislauf ist von hoher Güte, d.h.
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von etwa Trinkwasserqualität, da das Wasser zur Verhinderung von hygienisch
bedenklichem Keimwachstum oder Verschleimung mit einem möglichst hohen Sauerstoffgehalt
versehen werden kann - ganz im Gegensatz zu den bekannten konventionellen Systemen
- bei denen aus Gründen der Kcrrosion der hohe Sauerstoffgehalt untragbar wäre.
Nachdem Fernwärmeleitungen auch in Trinkwassereinzugsgebieten zu errichten sind,
ist eine hygienisch unbedenkliche Wasserqualität im Hinblick auf die Möglichkeit
unkontrollierter Versikkerungen unabdingbar. Dies kann mit einem Fernwärmeübertragungssystem
nach der Erfindung ohne weiteres realisiert werden.
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Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, daß nur ein geringer
Raumbedarf für die Leitungstrassen erforderlich ist. Die Trasse selbst ist thermisch
nur äußerst gering belastet, da die Rücklaufkühlung vorhanden ist. Darüberhinaus
stellt sich eine Leistungserhöhung ein, da aufgrund des niedrigeren Strömungswiderstandes
durch geradlinige kompensationsfreie
Verlegung sich eine entsprechende
Verringerung der Umwälzleistung einstellt. Das neue Fernwärmeübertragungssystem
empfiehlt sich auch besonders dort, wo anstelle eines neuen Heizkraftwerkes eine
Unterstation zu bestehenden Heizkraftwerken errichtet wird und diese mit Spitzenlastkesseln
und Wärmepumpen versehen wird. Eine solche Unterstation würde ihrer Wärmegrundlast
über eine Fernwärmeleitung mit kaltem Rücklauf aus einem entfernter gelegenen Kraftwerk
beziehen.
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L e e r s e i t e