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Verfahren zum Betrieb von Fernheizanlagen Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Betrieb von Fernheizanlagen mit Wasser als Wärmeträger und mit angeschlossenen
Heizungs.- und Warmwasserbereitungsanlagen mit gemeinsamem Rücklauf.
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Heizwassernetze für Fernheizanlagen werden zur Erzielung niedriger
Anlagekosten vorzugsweise mit gemeinsamem Rücklauf für die angeschlossenen Heizungs-
und Warmwasserbereitungsanlagen ausgeführt. Das von den Heizungen und Warmwasserbereitungen
abfließende Heizwasser hat verschieden hohe Temperaturen: Die Heizungen werden üblicherweise
mit einer maximalen Vorlauftemperatur von 90° C bei 70° C Rücklauftemperatur betrieben,
die entsprechend der Witterung abwärts gleitend eingestellt werden. Die niedrigste
Rücklauftemperatur liegt bei etwa 35 bis 40° C. Die Warmwasserbereitungsanlagen
werden meistens mit-konstanter Vorlauftemperatur von etwa 9o° C beaufschlagt, wobei
die Rücklauftemperatur etwa 70° C beträgt. Diese Rücklauftemperatur des abfließenden
Heizwassers aus dem Warmwasserbereiter ist nur (geringen, aus der Belastung erwachsenden
Schwankungen unterworfen. Das bedeutet, daß dem Rücklaufwasser der Heizungsanlagen,
das im Heizperiodenmittel eine Temperatur von etwa 40 bis, 45' C aufwei.si, ausi
den Warmwasserbereitungsanlragen ständig 'abfließendes
Heizwasser
mit etwa 70° C beigemischt wird. Das zum Heizwerk rückfließende Heizwasser wird
also durch das von den Warmwasserbereitungsanlagen abfließende Heizwasser während
des größten Teiles des Jahres erheblich über die Temperatur des Rücklaufwassers
der Heizungsanlagen erwärmt. Erfordert der wetterbedingte Wärmebedarf für die Heizung
eine unter diesem Mischwert des Rücklaufwassers liegende Vorlauftemperatur, so kann
die Heizungsanlage nur noch durch zeitlich unterbrochenen Betrieb geregelt werden.
Dieses führt zu Wärmeverlusten und Unannehmlichkeiten in der Betriebsführung.
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Bei Stadtheizanlagen, die Kraftwerken angegliedert sind, -ist die
Wirtschaftlichkeit in entscheidendem Maße davon abhängig, daß an die Stadtheizung
Wärme mit möglichst geringer Temperatur abgegeben wird. _ Die günstigsten Verhältnisse
sind dann. gegeben, wenn das umlaufende Heizwasser als . Kühlwasser verwandt werden
kann, wenn es also in einem Heizungskondensator erwärmt wird, der dann mit einem
der Temperatur entsprechenden schlechteren- Vakuum betrieben wird. Ist das Heiznetz
z. B. für eine Höchsttemperatur von i io° C ausgelegt, dann fallen bei Dreirohrnetzen
theoretisch mehr als go% des Jahreswärmebedarfes mit einer unter 9o° C liegenden
Vorlauftemperatur an, also unter der Vorlauftemperatur der Warmwasserbereitung.
Im Jahresmittel liegt dabei die Vorlauftemperatur der Heizung bei etwa 6o° C. Bis
zur Vorlauftemperatur der Heizung kann jeweils das Heizwasser im Heizungskondensator
erwärmt werden. Die weitere Erwärmung des zur Warmwasserbereitung notwendigen Heizwassers
auf etwa 9o° C muß in Wärmetauschern erfolgen., die mit Dampf höherer Spannung aus
einer Anzapfstufe beheizt werden. Da das aus den. Warmwasserbereitungen mit 70°
C abfließende Wasser im gemeinsamen Rücklauf das Rücklaufwasser der Heizungsanlagen
aufwärmt, wird diese Erwärmung bisher ebenfalls aus Wärmetauschern mit Anzapfdampf
gedeckt. Die Aufgliederung der Wärmeraten ergibt z. B. für Dreirohrnetze mit maximalen
Temperaturen für die Heizung von i io/7o° C und für die Warmwasserbereitung von
90/70° C folgendes Bild: Es werden gedeckt aus dem Heizungskondensator etwa 44%
des Wärmebedarfes, aus Anzapfstufen etwa 51°/o des Wärmebedarfes, mit Frischdampf
etwa 5 0/a des Wärmebedarfes.
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Die aus dem Heizungskondensator anfallende Wärme hat dabei wegen ihrer
geringen Temperatur weniger als die Hälfte des Wertes der aus Anzapfstufen entnommenen
Wärme. Der geringe Anteil der aus dem Heizungskondensator anfallenden Wärme am Gesamtwärmebedarf
schränkt die Wirtschaftlichkeit solcher Heizwassernetze erheblich ein.
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Die Erfindung schlägt nun ein Betriebsverfahren vor, das diesen Nachteil
ausschaltet, und zwar dadurch, daß zum Betrieb von Fernheizanlagen der eingangs
angeführten Gattung die Rücklauftemperatur hinter den Wärmetauschflächen der Warmwasserbereiter
auf die Temperatur in den Rücklaufleitungen der Heizungsanlagen abgestimmt wird.
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Bei dieser Betriebsweise kann nicht nur die volle Wärmemenge der Heizung,
sondern noch ein Teil der Wärme für Warmwasserbereitung aus dem Heizungskondensator
entnommen werden, denn auch das Heizwasser für die Warmwasserbereitungen wird bis
zur Vorlauftemperatur der Heizungen-im Heizungskondensator erwärmt. Nur die weitere
Erwärmung von der jeweiligen Heizungsvorlauftemperatur bis auf die im Warmwasserbereitungsvorlauf
notwendige Temperatur wird aus Anzapfstufen gedeckt. Dadurch wird erreicht, daß
der Wärmebedarf in weitem Maße mit der niedrigsten Dampfspannung befriedigt werden
kann. Die Wärmegestehungskosten werden dadurch erheblich gesenkt und den Stadtheizanlagen
als Gliedern der Kraftwärmekupplung eine wirtschaftlich bessere Grundlage gegeben.
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Die Durchführung des Betriebsverfahrens ist denkbar einfach. Durch
bekannte selbsttätige Regler, die vor oder hinter der Rohrschlange in die Heizwasserleitung
der Warmwasserbereiter eingeschaltet werden, wird die abfließende Wassermenge der
Heizschlangen in Abhängigkeit von der Abflußtemperatur geregelt. Diese Regler sind
einfach auf die wirtschaftlich günstigste Rücklauftemperatur einzustellen. Die Vorlauftemperatur
kann dann so weit erhöht werden, daß die zum Wärmeaustausch in der Heizfläche erforderliche
Mitteltemperatur unverändert bleibt. Das Temperaturgefälle des Heizwassers wird
dabei erheblich größer. W armwasserbereitungen, die üblicherweise mit einem Temperaturgefälle
von 9o auf 70° C betrieben werden, müßten bei Durchführung des Betriebsverfahrens
mit Temperaturen von etwa 1i5/45° C gefahren werden. Dieses hohe Temperaturgefälle
wirkt sich insofern noch günstig aus, als die umlaufende Heizwassermenge gering
wird und zu kleineren Rohrquerschnitten und Einsparung an Pumparbeit führt. Liegt
z. B. die Vorlauftemperatur des Heizungsnetzes entsprechend dem Wetter bei 70° C,
dann würde aus der Heizung und Warmwasserbereitung das Rücklaufwasser gemeinsam
mit 50° C abfließen. Das Heizwasser der Warmwasserbereitung wird von 5o bis 70°
C gemeinsam mit dem in der Heizung umlaufenden Wasser im Heizungskondensator erwärmt,
und nur die Nacherwärmung von 7o auf iio° C muß aus Anzapfstufen erfolgen, wobei
die zweistufige Erwärmung noch zusätzliche Einsparungen ermöglicht. Bei diesem Betriebsfall
werden also beispielsweise zwei Fünftel der Warmwasserbereitung und die volle Heizwassermenge
mit der niedrigsten verfügbaren Dampfspannung gedeckt. Es ist aber auch möglich,
die Vorlauftemperatur der Warmwasserbereitung gegenüber dem Zustand bei Normalausführung,
das sind 9o° C, annähernd bestehen zu lassen und den Ausgleich für die Absenkung
der Rücklauftemperatur durch Vergrößerung der Wärmetauschflächen zu schaffen.
Die
Schaltung einer solchen Anlage ist beispielsweise in der Abbildung gezeigt. Ein
einer Entnahmekondensationsmaschine an die Entnahmestufe angehängter Heizungskondensator
i wird mit dem aus dem Heizungskreislauf zufließenden Wasser gekühlt. Das Wasser
fließt durch eine Rücklauf leitung 2 dem Kondensator zu und durch eine Vorlaufleitung
3 zum Straßennetz. Über eine vom Vorlauf abgezweigte Leitung 5 kann das Heizwasser
ganz oder teilweise einem Wärmetauscher 4., der mit Anzapfdampf beheizt ist, zugeleitet
werden. Das erwärmte Wasser fließt durch eine Leitung 6 zum Heizungsvorlauf und
durch eine Leitung 8 zum Warmwasserbereitungsvorlauf. Die Vorlauftemperatur für
die Warmwasserbereitung wird dabei vorzugsweise auf die höchste Vorlauftemperatur
der Heizung abgestimmt.
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Durch eine Vorlaufleitung 13 fließt das Heizwasser den Heizungsanlagen
und durch die Vorlaufleitung 8 den Wärmetauschflächen 9 des Warmwasserbereiters
zu. Im Abflußteil der Heizschlange sitzt ein Regler, io, der bei i i aus der Abflußleitung
seinen Temperaturimpuls erhält. Er wird auf die gewünschte Abflußtemperatur eingestellt
und läßt das Wasser nur mit dieser gewünschten Temperatur über eine Leitung 12 in
den gemeinsamen Rücklauf 2 abfließen. Ein im Vorlauf sitzender Regler 1q. erhält
in der üblichen Weise seinen Impuls aus der Temperatur im Warm-4vasserbereiter und
begrenzt diese in der gewünschten Höhe.
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Die Schaltung der Anlage ist einfach und mit bekannten Vorrichtungen
durchzuführen. Der Regler io kann selbstverständlich auch im Zulauf zur Wärmetauschfläche
sitzen, während der Temperaturimpuls i i aus der Abflußleitung entnommen werden
kann.
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Außerhalb der Heizperiode wird vorteilhaft die Vorlauftemperatur der
Warmwasserbereitung niedrig gehalten, um die gesamte Wärme bei abgeschalteter Heizung
aus dem »Heizungskondensator« decken zu können. Zu diesem Zweck wird z. B. ein Regler
15 in einer Umführung des Reglers io angeordnet. Der Regler 15 nimmt seinen Impuls
aus der Temperatur des zur Wärmetauschfläche fließenden Wassers. Ist er so eingestellt,
dä.ß er z. B. bei der normalen Auslegungstemperatur von, 9o° C öffnet, dann bleibt
er bei der höheren Temperatur des Winterbetriebes (z.*B. 11o° C) geschlossen, und
nur der Regler io regelt den Abfluß mit z. B. 45' C, während bei Absenkung der Vorlauftemperatur
im Sommer der Regler io schließt und der Regler 15 öffnet und somit den Abfluß bei
der gewünschten Temperaturlage freigibt. Diese Betriebsweise hat außerdem den Vorteil,
daß über den Warmwasserbereitungsvorlauf während der Wintermonate Heizungen und
sonstige Wärmeverbraucher versorgt werden können, die eine höhere Temperatur benötigen
als die allgemeinen Heizungen, ohne daß der Rohrleitungsquerschnitt gegenüber der
üblichen Ausführung vergrößert werden muß. Die Heizwassermenge entspricht dabei
außerhalb der Heizperiode dem verringerten Temperaturgefälle des Heizwassers.
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Wird zwecks Absenkung der Abflußtemperatur die Heizfläche vergrößert,
dann können. außerhalb der Heizperiode die Temperaturen und damit das Vakuum im
Heizungskondensator gesenkt werden. Die Wärme wird dadurch billiger.