DE3311127C3 - Verfahren zur Regelung von im Verbund geschalteten, mit einem Pufferspeicher verbundenen Wärmeerzeugern und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von im Verbund geschalteten mit einem Pufferspeicher verbundenen Wärmeerzeugern für Grundlast und Spitzenlast in Abhängigkeit von der von mindestens einem Temperaturfühler einer Regeleinrichtung gemessenen Wassertemperatur, bei dem bei Erreichen vorbestimmter Ladezustände des Pufferspeichers unter Berücksichtigung der Leistungsfähigkeit des Grundlastwärmeerzeugers mindestens eine weitere Energiequelle zu- oder abge­ schaltet wird und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, zur Energieversorgung von Wärmever­ brauchern die Abwärme von Heizkraftwerken insbesondere Blockheizkraftwerken zu benutzen. Die Abwärme der Heizkraftwerke dient dann regelmäßig zur Sicherstellung der Grundlast, während für die Spitzenlast ein oder mehrere Spitzenlastwärmeerzeuger dem hydraulischen System zuge­ schaltet werden. Als Energiepuffer können Speicher vorgesehen werden. Die Regelung der Heizkraftwerke als Grundlastwärmeerzeuger erfolgt in Abhängigkeit von stromseitigen Laständerungen. Dies hat zur Folge, daß der Anfall von Abwärme zur Energieversorgung von Wärmeverbrauchern nicht konstant ist und auch nicht durch eine wärmeverbraucherseitige Regelung beeinflußt werden kann. Die somit durch mehrfache Einflüsse variable Differenz zwischen dem grundlastseitigen Abwärmeangebot und der verbraucherseitigen Wärmeenergienachfrage muß daher durch Zuschaltung oder Abschaltung von Spitzenlastwärmeerzeugern sichergestellt werden. Bei den bekannten Anlageschaltungen besteht der Nachteil, daß im hydraulischen System durch Teilabschaltungen von Verbrauchern und Wärmeenergieerzeugern variable Wasserströme auftreten. Die Grundlastwärmeerzeuger wie z. B. Blockheizkraftwerke sind nur schwer regelbar, so daß bei bekannten Anlagen die Durchflußschwankungen die Regelcharakteristik der im hydraulischen Verbund angeordneten Grundlastwärmeerzeuger und Spitzenlastwärmeerzeuger erheblich beeinträchtigen. Bei bestimmten Betriebszuständen kann sogar ein Rückwärtsströmen des Wassers in dem Grundlastwärmeerzeuger und den Spitzenlastwärmeerzeugern bzw. Wärmeaustauschern und den Wärmeverbrauchern auftreten.

Für Heizungsanlagen eines Hauses ist bereits in der DE-OS 30 24 714 ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, das jedoch für den Einsatz in Heizkraftwerken nicht geeignet ist. In der Firmendruckschrift D/30-800 "Sonnenheizung" der Firma LGZ Landis und Gyr Zug GmbH wird ferner der Aufbau und die Wirkungsweise von verschiedenen Regelsystemen für Sonnenheizanlagen beschrieben. Als Grundlastwärmeerzeuger dienen Sonnenkollektoren. Sofern die Grundlastwärmeerzeugung nicht ausreichend ist, wird eine Wärmepumpe in Betrieb genommen, die auf einen Pufferspeicher einwirkt. In diesem Fall erfolgt die Energieversorgung des Niedertemperaturkreises mit den Wärmeverbrauchern ausschließlich über den Pufferspeicher. Die Wärmepumpe bleibt so lange in Betrieb, bis die für den Niedertemperaturkreis erforderliche Vorlauftempratur unter der Temperatur des Speicherwassers im Pufferspeicher liegt. Ein Zusammenwirken eines Grundlastwärmeerzeugers mit mindestens einer weiteren Energiequelle gemäß des oben genannten Verfahrens findet somit nicht statt. In der DE-OS 26 25 405 wird ferner eine Steuerschaltung für die Beheizung eines Brauchwasserspeichers einer Zentralheizungsanlage im Sommerbetrieb beschrieben, die den Wirkungsgrad der Heizungsanlage verbessern soll. Grundlastwärmeerzeuger und Spitzenlastwärmeerzeuger entsprechend des eingangs genannten Verfahrens sind nach dieser Vorveröffentlichung ebensowenig vorgesehen wie nach der EPS 00 38 318, die eine Regelvorrichtung zur Regelung der Erwärmung von Brauchwasser für einen

Speicherbehälter betrifft.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das bekannte Verfahren so zu verbessern, daß es möglich ist, schnell bei Verbrauchsschwankungen durch eine energiesparende dem jeweiligen Wärmebedarf angepaßte Zu- und Abschaltung von Spitzenlastrwärmeerzeugern bei exakt vorgegebener Abschaltungsfolge reagieren zu können, wobei Grundlastwärmeerzeuger und Spitzenlastwärmeerzeuger bei Abschaltung ihrer jeweiligen Heizeinrichtung nicht von Heizwasser durchströmt werden, die Spitzenlastwärmeerzeuger erst dann an das Wärmeversorgungsnetz hydraulisch angeschlossen werden, wenn ihre jeweilige Aufheizphase beendet ist, und durch Zu- oder Abschaltung von Spitzenlastwärmeerzeugern das hydraulische Verhalten im Wärmeversorgungsnetz nicht beeinträchtigt werden soll, so daß bei den Verbrauchern eine Beeinflussung der Wärmeabgabe und ein Strömungsrauschen vermieden wird. Des weiteren ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung als Schaltplan vereinfacht dargestellten hydraulischen Systems erläutert. Der Grundlastwärmeerzeuger wird hierbei als Führungskessel 2 und der Spitzenlastwärmeerzeuger als Folgekessel 12 bezeichnet.

In der schematisch dargestellten Anlage 1 sind ein Führungskessel 2, ein Speicher 12, ein Folgekessel 13 und Wärmeverbraucher 10 im Verbund angeordnet. Im Vorlauf 8 des Führungskessels 2 ist in an sich bekannter Weise eine Pumpe 7 installiert. Im Rücklauf 9 des Führungskessels 2 befindet sich ein Mischventil 4 für eine Beimischleitung 3, das mittels eines Stellglieds 5 betätigbar ist. Das Stellglied 5 ist über eine Steuerleitung 32 mit einem Temperaturfühler 6 verbunden, der im Vorlauf 8 des Führungskessels 2 eingesetzt ist. Die Regelung des Führungskessels 2 für den Grundlastbetrieb erfolgt in bekannter Weise.

Den Wärmeverbrauchern 10 ist ebenfalls eine Pumpe 11 zugeordnet um die im Bereich der Wärmeverbraucher 10 erforderlichen hydraulischen Leistungen bereitstellen zu können.

Zwischen dem Vorlauf 8 des Führungskessels 2 und der Vorlaufleitung 8a der Wärmeverbraucher 10 bzw. des Rücklaufs 9 und der Rücklaufleitung 9a der Wärmever­ braucher 10 ist jeweils ein Abzweig 18 bzw. 19 ange­ ordnet. An die Abzweige 18, 19 sind ein Vorlauf­ anschlußrohr 16 und ein Rücklaufanschlußrohr 17 angeschlossen, mittels derer ein Speicher 12 mit dem hydraulischen System verbunden ist. In dem Vorlauf­ anschlußrohr 16 befindet sich ein Abzweig 30 und in dem Rücklaufanschlußrohr 17 ein Abzweig 31. An die Abzweige 30, 31 ist der hydraulische Kreis 36 eines Folgekessels 13 angeschlossen. Es ist auch möglich, mehrere zuein­ ander parallel geschaltete hydraulische Kreise 36 von Folgekesseln 13 an das Vorlaufanschlußrohr 16 und Rücklaufanschlußrohr 17 anzuschließen.

In dem Vorlaufanschlußrohr 16 und Rücklaufanschlußrohr 17 ist jeweils ein Temperaturfühler 21, 22 angeordnet. Es ist auch möglich, den Temperaturfühler 21 am oberen Abschnitt 25 des Speichers 12 und den Temperaturfühler 22 am unteren Abschnitt 26 des Speichers 12 anzuordnen, wie es in der Zeichnung durch Strichlinien angedeutet ist. Die Temperaturfühler 21, 22 dienen als Meßwertauf­ nehmer für die Regeleinrichtung 20 mittels derer der Folgekessel 13 der Anlage 1 hydraulisch und energetisch zuschaltbar ist. Der vertikale Abstand der Temperatur­ fühler 21, 22 ermöglicht eine lange Laufzeit des Brenners 24 des Folgekessels 13 entsprechend der sich in dem Speicher 12 hin- und herbewegenden Temperatur­ schichtung, die die Schaltvorgänge bei Erreichen der Temperaturfühler 21, 22 auslöst. Hierdurch werden die Stillstandsverluste des Folgekessels 13 verringert.

Im Vorlauf 14 des Folgekessels 13 ist eine Pumpe 23 angeordnet, die von dem Regler der Regeleinrichtung 20 über die Steuerleitung 35 einschaltbar ist. Über die Steuerleitung 35 ist der Regler der Regeleinrichtung 20 ebenfalls mit dem Brenner 24 des Folgekessels 13 verbunden. Sofern im Speicher 12 die Wassertemperatur einen vorbestimmten Wert unterschreitet, wird dieses über den Temperaturfühler 21 vom Regler der Regelein­ richtung 20 wahrgenommen, worauf die Pumpe 23 und der Brenner 24 des Folgekessels 13 in Betrieb gesetzt werden. Es ist möglich, die Pumpe 23 und den Brenner 24 so auszubilden, daß diese stufenweise geschaltet werden können. Wenn im Bereich des Temperaturfühlers 22 eine Speicherwassertemperatur gemessen wird, die einen ebenfalls vorbestimmten Wert überschreitet, wird über die Steuerleitung 34 dieser Meßwert in den Regler der Regeleinrichtung 20 eingegeben, worauf der Folgekessel 13 durch herunter- bzw. abschalten der Pumpe 23 und des Brenners 24 in der Leistungsabgabe heruntergefahren oder aber abgeschaltet werden kann.

Um bei Inbetriebnahme des Folgekessels 13 ein Durch­ strömen des Kessels mit Wasser von zu niedriger Temperatur zu verhindern, ist eine Beimischleitung 27 vorgesehen, die mit einem im Rücklauf 15 angeordneten Mischventil 28 verbunden ist. Das Mischventil 28 ist mittels eines Stellglieds 29 betätigbar, das über eine Steuerleitung 38 mit einem Temperaturfühler 37 verbunden ist, der im Vorlauf 14 des Folgekessels 13 angeordnet ist.

Bei der beschriebenen Anlage 1 erfolgt somit das Zu- und Abschalten der Wärmeerzeuger von getrennten Meßorten, wobei als Puffer zusätzlich ein Speicher 12 vorgesehen ist. Unabhängig von der Leistungsabnahme ist es somit möglich, eine konstante Vorlauftemperatur in der Vorlaufleitung 8a für die Wärmeverbraucher 10 zu erhalten. Aufgrund der einfachen Schaltung können die Schaltintervalle der Folgekessel 13 relativ lang gestaltet werden, wobei durch mehrstufige aufeinander abgestimmte Pumpen 23 und Brenner 24 ein optimaler Wirkungsgrad erzielt werden kann. Da die Schaltimpulse der Temperaturfühler 21, 22 auf den hydraulischen Kreis 36 des Folgekessels 13, nicht aber auf den Brenner 24 wirken, wird bei Temperaturschwankungen im Speicher 12 eine schnelle Reaktion erzielt, wobei Hysterese­ vorgänge vermieden werden. Aufgrund der einfachen hydraulischen und elektrischen Schaltung ist eine Einbindung in Kesselanlagen leicht möglich. Die beschriebene Folgeschaltung für im Verbund stehende Wärmeerzeuger eignet sich daher für die verschiedensten Anwendungsfälle wie z. B. die Verbindung von Blockheiz­ kraftwerken und Kesseln, Vorrangwärmeerzeugern und Spitzenlastwärmeerzeugern, Wärmeerzeugern für schwan­ kende Grundlast und Spitzenlast, Abfallwärme oder Wärmerückgewinnungsanlagen und Spitzenlastwärmeer­ zeuger, und andere Systeme. Auch bei stark schwankenden Wärmelieferungen und Wärmeverbräuchen kann eine vorbestimmte Vorlauftemperatur exakt eingehalten werden. Ein Rückwärtsströmen des Wassers in den Kesseln und Wärmetauschern sowie ein Überpendeln der Temperatur bei starken Lastschwankungen wird verhindert. Ferner wird ein hydraulischer Abgleich zwischen den einzelnen Pumpenkreisläufen erzielt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Regelung von im Verbund geschalteten mit einem Pufferspeicher verbundenen Wärmeerzeugern für Grundlast und Spitzenlast in Abhängigkeit von der von mindestens einem Temperaturfühler einer Regeleinrich­ tung gemessenen Wassertemperatur, bei dem bei Errei­ chung vorbestimmter Ladezustände des Pufferspeichers unter Berücksichtigung der Leistungsfähigkeit des Grundlastwärmeerzeugers mindestens eine weitere Energiequelle zu- oder abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundlastwärmeerzeuger und der zu diesem zwischen der Vorlaufschiene und der Rücklaufschiene parallel geschaltete mindestens eine Spitzenlastwärmeerzeuger bei Inbetriebnahme erst auf eine der Vorlauftemperatur angepaßte Temperatur aufgeheizt werden, bevor das durch die Pumpe (7) des Grundlastwärmeerzeugers und die Pumpe (23) des Spitzenlastwärmeerzeugers geförderte Heizwasser in das Heizwassernetz eingespeist bzw. in den Speicher (12) eingespeichert wird, wobei zur Verhinderung eines Durchströmens des Spitzenlastwärmeerzeugers mit zu niedrig temperiertem Wasser ein im Rücklauf des Spitzenlastwärmeerzeugers angeordnetes über eine Beimischleitung (27) mit dessen Vorlauf (14) verbundenes Mischventil (28) durch eine Regeleinrichtung 20 eingestellt wird, daß bei Unterschreiten einer vorbestimmten Temperatur an einem im oberen Bereich des Speichers (12) angeordneten Temperaturfühler (21) durch die Regeleinrichtung (20) die Pumpe (23) und Heizeinrichtung des Spitzenlastwärmeerzeugers eingeschaltet und der Speicher (12) geladen wird und daß beim Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur an einem im unteren Bereich des Speichers (12) angeordneten Temperaturfühler (22) die Pumpe (23) und die Heizeinrichtung des Spitzenlastwärmeerzeugers durch die Regeleinrichtung (20) wieder ausgeschaltet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (23) und die Heizeinrichtungen mehrerer Spitzenlastwärmeerzeuger in Abhängigkeit von der Temperatur des Speicherwassers nacheinander eingeschaltet oder ausgeschaltet werden.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlauf (14) und Rücklauf (15) eines jeden Spitzenlastwärmeerzeugers für Spitzenlast mit dem Vorlaufanschlußrohr (16) bzw. Rücklaufanschlußrohr (17) des zwischen der den Wärmeverbrauchern (10) zugeordneten Vorlaufleitung (8a) bzw. Rücklaufleitung (9a) des Grundlastwärmeerzeugers angeordneten Speichers (12) verbunden ist, daß jeder Spitzenlastwärmeerzeuger einen hydraulischen Kreis mit mindestens einer Pumpe (23) und einer zwischen dem Vorlauf (14) und Rücklauf (15) angeordneten Beimischleitung (27) aufweist, die mit dem Vorlauf (14) oder Rücklauf (15) mittels eines Mischventils (28) verbunden ist, und da jedem Spitzenlastwärmeerzeugers eine Regeleinrichtung (20) zugeordnet ist, mittels derer in Abhängigkeit von den Meßwerten der am oberen Abschnitt (25) und am unteren Abschnitt (26) des Speichers (12) bzw. an dem Vorlaufanschlußrohr (16) und an dem Rücklaufanschlußrohr (17) angeordneten Temperaturfühler (21, 22) die dem jeweiligen Spitzenlastwärmeerzeuger zugeordnete Pumpe (23) und der Brenner (24) ein- oder ausschaltbar sowie das Mischventil (28) betätigbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (23) und/oder der Brenner (24) eines jeden Spitzenlastwärmeerzeugers stufenweise schaltbar sind.