DK160960B - Effektudtagsbegraensning for en abonnentscentral i et fjernvarmesystem - Google Patents

Description

DK 160960 B

Den foreliggende opfindelse angår en styreanordning for en til et fjernvarmesystem tilsluttet abonnentcentral, og af den i krav l's indledning angivne art.

Distribution af varme i et konventionelt fjernvarme-5 system sker ved, at opvarmet og afkølet vand føres til henholdsvis fra abonnenterne via adskilte frem- og returledningssystemer .

Effektbehovet i et fjernvarmesystem opstår ved, at de enkelte abonnenter fra fremledningen aftager en vis 10 mængde vand og lader dette passere en eller flere varmeveks lere, hvor det afkøles. Derefter tilbageføres vandet til fjernvarmesystemets returledning.

I varmeproduktionsanlæggene findes pumper dels til at distribuere varmen til abonnenterne (overvinde trykta-15 bene i rørledningerne) og dels til at opretholde et vist differens tryk ude i ledningsnettet med det formål at afstedkomme en for abonnencentralernes funktion tilstrækkeligt stor trykforskel mellem frem- og returledningen.

I en konventionel abonnentcentral hos en fjernvarme-2° abonnent overføres varme fra fjernvarmesystemet via en eller flere varmevekslere til lejlighedens interne varmesystem til opvarmning af lokaler og ventilationsluft samt til opbevaring af brugsvand.

Regulering af varmeeffektudtaget fra fjernvarmesyste-25 met til lejlighedens interne varmesystem reguleres på den måde, at der til hver varmeveksler i abonnentcentralen aftages en så stor strøm fra fjernvarmesystemets fremledning, at denønskede fremledningstemperatur i det interne varmesystem opnås. Dette gælder såvel for varmevekslere 3° til overførsel af varme til lejlighedens radiatorer ^ller ventilationssystem, som for opvarmningen af brugsvand. I det første tilfælde er den ønskede fremledningstemperatur hensigtsmæssigt udetemperaturafhængig. I det sidstnævnte tilfælde ønskes fremledningstemperaturen konstant uafhæng-35 igt af belastningen, ligesom en vis ureguleret forvarmning af det indkommende kolde vand finder sted.

2

DK 160960 B

Måling af til lejligheden overført varmeenergi sker ved integrering af momentane oplysninger om volumenstrøm multipliceret med temperaturdifferens mellem fjernvarmesystemets frem- og returledninger. Den udrustning, som 5 sædvanligvis anvendes, er en konventionel måler for gennemløbet volumen af fjernvarmevand, temperaturmålere for frem- og returtemperatur til henholdsvis fra den aktuelle abonnentcentral samt et elektronisk integreringsværk for beregning og integrering af forbrugt varmeenergi.

10 Den situation, som er dimensionerende for fjernvarme systemet i sin helhed hvad angår produktion, distribution og forbrug af varme, er vintertid ved ekstremt lave ude-temperaturer, når opvarmningsbehovet af lokaler og ventilationsluft er størst. Denne situation faldersammen med 15 den, hvor maksimal strøm fordres for distribution af fjernvarme. I et fjernvarmesystem med et stort antal abonnenter er det totale effektbehov til opvarmet brugsvand meget lille i forhold til det maksimale effektbehov til opvarmning af lokaler og ventilationsluft. Derfor vil ved belast-20 ningssituationer belastningen og dermed strømmen i et fjernvarmesystem så godt som udelukkende være bestemt af opvarmningsbehovet af lokaler og ventilationsluft.

De dimensionerende forhold for de interne varmesystemer i lejligheder er ifølge svenske bestemmelser dem, 25 som optræder ved en udetemperatur modsvarende LUT (laveste udetemperatur) for det aktuelle sted. For bygninger med stor varmetræghed (af f.eks. sten og beton) anvendes LUT 5, medens man med bygninger med lille varmetræghed (af f.eks. træ) anvender LUT 1). Definitionsmæssigt er LUT 5 og LUT 1 30 den middeltemperatur, som kun underskrides med 3 henholdsvis 4°C i løbet af en 5-døgns- henholdsvis en 1-døgnspe-riode en gang pr. 30 år. Ved at tillade, at lejlighedernes interne varmesystem dimensioneres for varmebehov mindre end de, som kan indtræffe på det pågældende sted, accepteres det, 35 at der under ekstreme udeforhold opstår en vis effektmangel.

DK 160960B

3 I de tilfælde effektmangel i et konventionelt konstrueret varmesystem opstår, vil manglen normalt blive fordelt relativt ligeligt mellem forskellige varmebehov og dele af lejligheden. Manglen ytrer sig sædvanligvis ved, 5 at samtlige lokaler får en noget lavere temperatur, får noget koldere ventilationsluft og koldere varmtvand. På denne måde bliver den gennemsnitlige effektmangel så lille, at den kan anses som acceptabel under kortere perioder under ekstreme udeforhold.

10 Hvis et fjernvarmesystems produktionsapparat og distributionsledninger dimensioneres for forhold modsvarende LUT, opstår på samme måde som for opvarmningssystemet i en lejlighed en kalkuleret mangelsituation ved udetemperaturer lavere end LUT. I et fjernvarmesystem vil 15 der, i modsætning til i lejlighedernes interne opvarmnings-system, ikke automatisk ske nogen jævn fordeling af effektmanglen mellem fjernvarmesystemets abonnenter. I stedet vil, afhængigt af den måde hvorpå abonnenterne regulerer deres udtag af varme fra fjernvarmesystemet, en effektmangel i 20 praksis hovedsageligt kun ramme de abonnenter, som ved normal drift har lavest differenstryk. Anledningen til dette er, at det i praksis er umuligt at fordele en given strøm på en ønsket måde mellem abonnenterne ved hjælp af fast drøvling, hvor der normalt kontinuerligt sker til-25 slutning af nye abonnenter, hvilket hele tiden forandrer forudsætningerne for en ønsket strømfordeling. Endvidere sker der ofte i fjernvarmesystemer samdrift af flere produktionsanlæg i et og samme ledningsnet, hvilket gør, at det for en given abonnentcentral tilgængelige differens-50 tryk kan variere meget væsentligt (op til forholdet J:10). Disse forhold umuliggør indstilling af en fast drøvling med henblik på at fordele en givet strøm. I stedet måtte der ske en dynamisk variabel drøvling, således at der altid sker tilpasning til den aktuelle tryk- og stømsituation.

35 Det, som sker ved en effektmangel i et fjernvarme system er således, at samtlige abonnentcentralers reguleringsventiler vil åbne helt , og en ukontrollerbar strømfordeling opstår.

4

DK 160960 B

Den normale foranstaltning for at undvige sådanne situationer i et fjernvarmesystem er at dimensionere dets produktionsapparat for en sådan kapacitet, at en effektmangel på grund af et alt for stort varmebehov hos abon-5 nenterne ikke opstår. Svensk varmeværksforening anbefaler derfor, at fjernvarmesystemer dimensioneres ikke til det effektbehov, som ventes at opstå ved LUT, men ved FDUT (dimensionerende udetemperatur for fjernvarme). Denne temperatur ligger ca. 3°C under LUT, hvilket svarer til 10 ca. 10% større effektbehov.

Hvis der ved varmeeffektbehov lavere end de dimensionerende pludselig opstår bortfald af produktionskapacitet, medfører dette, at fremledningstemperaturen fra det aktuelle anlæg synker. I en sådan situation findes følgende 15 to alternative handlingsmåder:

Distributionspumpernes kapacitet tvangsstyres ned på en sådan måde, at kun så meget vand distribueres, ;som modsvarer den tilbageværende effekt i anlægget. Dette indebærer, at den ønskede fremledningstemperatur bibeholdes.

20 ved tvangsnedstyring af distributionspumperne vil det for abonnentcentralerne tilgængelige differenstryk blive mindre. Derfor vil deres reguleringsventiler åbne helt. Afhængigt af det lavere differenstryk vil kun de abonnenter, som ligger i umiddelbar nærhed af produktionsanlægget 25 få varme, medens de fjernere beliggende i praksis bliver helt uden.

Distributionspumperne kan arbejde som før, og fremledningstemperaturen synker. Dette indebærer, at abonnenterne, efterhånden som den lavere fremlednings-30 temperatur når dem, vil forsøge at kompensere for dette ved at åbne deres reguleringsventiler helt. Dette vil forårsage en strømmæssigt modsvarende situation som ved varmeeffektbehov og dermed strømbehov ud over det, systemet er dimensioneret for. Således vil hovedsagelig 35 abonnenter med under normal drift lavest differenstryk blive ramt af effektmangel, medens de øvrige nærmere produktionsanlægget får en væsentlig større del og i 5

DK 160960 B

visse tilfælde hele deres varmeeffektbehov tilfredsstillet.

I det foranstående er følgende problemstillinger beskrevet:

Tilsigtet og nødvendig overdimensionering af fjern-5 varmesystemets produktionsapparat i forhold til varmeeffekt- behovet ved for abonnenterne dimensionerende forhold.

Dette med henblik på at undgå situationer med ukontrollerbar fordeling af strøm og effekt ved varmebehov, der er større end ved dimensionerende forhold for lejlighedernes interne varmesystem.

Ukontrollerbar fordeling af strøm og effekt ved effektmangel som følge af bortfald af varmeproduktionskapacitet.

Ovenstående problemstillinger kan løses ved udnyt-15 telse af en i hver abonnentcentral placeret anordning til aktiv begrænsning af i hver abonnentcentral fra fjernvarmesystemet udtagelig strøm og/eller effekt. Styreanordningen ifølge opfindelsen angiver derfor en strøm- og/eller effektbegrænsningsenhed, omfattende et aftastningsorgan, som er 20 forbundet til strømmåleren og/eller integreringsværket til aftastning af strømmen af fjernvarmevand gennem abonnentcentralen og/eller den fra fjernvarmesystemet udtagne effekt, et sammenligningsorgan, som jævnfører værdien af strømmen og/eller den udtagne effekt med en forudbestemt 25 højeste værdi herfor samt et styreorgan, som er tilsluttet reguleringsventilen og som, når strømmen og/eller den udtagne effekt overstiger nævnte forudbestemte højeste værdi, eksempelvis fordi fjernvarmesystemets varmeproduktionsanlæg ikke dækker effektbehovet for samtlige abonnenter, 20 reducerer strømmen og/eller effekten til nævnte højeste værdi ved at reducere strømmen gennem reguleringsventilen.

En aktiv strømbegrænsende funktion opnås ifølge en foretrukket udførelsesform således ved, at man,fra eksisterende strømmålere, aftaster signaler om aktuel strøm, og 35 hvis denne overstiger en forudbestemt højeste værdi, overtager anordningen styringen af eksisterende regulerventi-ler for varmevekslere for opvarmning af lokaler (og eventuelt også de for opvarmning af ventilationsluft og brugs-

DK 160960 B

6 vand og sænker den samlede strøm til det ønskede niveau.

Ved varmeeffektbehov, der overstiger, hvad fjernvarmesystemet er dimensioneret for samt ved bortfald af produktionskapacitet og ved udøvelse ifølge det sidstnævnte af 5 ovenfor beskrevne alternativer, bibeholdes herved en ønsket fordeling af strømmen og dermed af den tilbageværende effekt,og manglen fordeles mellem samtlige abonnenter på ønsket måde.

En passende udførelsesform for aktiv begrænsning 10 af den hos en abonnent udtagelige varmeeffekt kan opnås på tilsvarende måde. Dette sker ved, at man fra eksisterende varmemængdemåleudstyr aftaster signaler om udtaget effekt alternativt aftaster impulser for indikering af forbrugt energi og med hjælp af måling af tidsintervallet 15 mellem disse bestemmer det aktuelle effektudtag, oversti ger det aktuelle effektudtag den forudbestemte højeste værdi herfor, tvangsstyres eksisterende reguleringsventiler ned på en sådan måde, at den forudbestemte maksimale effekt ikke overskrides. På denne måde kan det totale 20 effektbehov i fjernvarmesystemet altid begrænses til sum men af samtlige abonnenters forudbestemte maksimaleffekt. Herigennem kan fjernvarmesystemets produktionsapparat også dimensioneres for dette. På denne måde kan den totale produktionskapacitet i fjernvarmesystemet mindskes med i 25 størrelsesordenen 10%.

En fastlagt definition af nævnte forudbestemte højeste strøm eller effekt findes ikke, så værdierne herfor må fastsættes empirisk på basis af f.eks. opvarmet areal, tidligere års energiforbrug eller af lejlighedsejerens 30 gennemførte beregning af effektbehovet. Det sidste gælder fremfor alt ved tilslutning af nybyggeri.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, som viser skematisk en til et fjernvarmesystem tilsluttet abonnentcentral med 35 et varmemængdemåleudstyr af konventionel art, en styre anordning ifølge opfindelsen og en styreautomatik af konventionel type.

7

DK 160960 B

Den i figuren viste abonnentcentral 1 omfatter mindst en varmeveksler for radiatorvand, eventuelt flere varmevekslere for radiatorvand, ventilationsluft, brugsvand, etc. Abonnentcentralen 1 er tilsluttet fjernvarme-5 systemet via en fremledning 2 og en returledning 3 og til lejlighedens varmesystem via en fremledning 4 og en returledning 5, og overfører varme fra fjernvarmevandet til radiatorvandet i lejlighedens varmesystem. Til at måle mængden af overført varmeenergi anvendes en strømmåler 6, 10 som er koblet til returledningen 3, samt temperaturmålere 7 og 8, som er koblet til fremledningen 2 respektive returledningen 3. De målte værdier ledes via ledninger 17, respektive 18 og 19 ind i et elektronisk integreringsværk 9, som beregner og integrerer forbrugt varmeenergi. En I·5 reguleringsventil 10 anvendes til at regulere strømmen af fjernvarmevand gennem abonnentcentralen 1. Reguleringsventilen 10, som er monteret på returledningen 3, er manuelt eller automatisk styret for i afhængighed af udetemperatu-ren at give radiatorvandet den temperatur, som kræves 20 for optimal opvarmningseffekt.

Med henblik på ved effektmangel, på grund af eksempelvis havari i fjernvarmeproduktionsanlægget eller alt for stort effektbehov, at begrænse strømmen gennem abonnentcentralen og/el-ler begrænse den udtagne effekt samt for at fordele varmemangel 25 ligeligt over alle de til fjernvarmesystemet tilsluttede abon nenter, er en styreanordning 11 ifølge opfindelsen tilsluttet hver abonnentcentral. Styreanordningen 11 omfatter en strøm-og/eller effektbegrænsningsenhed 12, som når strømmen af fjernvarmevand gennem abonnentcentralen 1 og/eller den 30 fra fjernvarmesystemet udtagne effekt overstiger en forudbestemt højeste værdi, reducerer strømmen og/eller effekten til denne værdi. Forskellige måder at opnå denne maksimal-værdi på er angivet i det foranstående. For at forenkle fremstilling og montering af styreanordningen 11 fremstil-35 les strøm og/eller effektbegrænsningsenheden 12 også med aftastnings- og sammenligningsorganer, som dels aftaster strømmen gennem abonnentcentralen 1 og/eller den af fjernvarmesystemet udtagne effekt, og dels sammenligner værdien 8

DK 160960 B

herfor med den forudbestemte højeste strøm- og eller effektværdi. Denne sammenligning bestemmer, om strøm-og/eller effektbegrænsningsenheden 12 skal aktiveres for at reducere den aktuelle strøm og/eller effekt eller 5 ej. Processen er kontinuerlig.

Styreanordningen 11 kan for sin funktion forsynes med alle nødvendige komponenter, men fremstilling og montering forenkles, og omkostningerne hertil reduceres ved, at man udnytter i abonnentcentralen allerede eksisterende 10 udstyr. Således er strøm- og/eller effektbegrænsningsenheden 12 forbundet til strømmåleren 6 i varmemængdemåleudstyret via en ledning 20 til aftastning af den aktuelle strøm samt via en ledning 21 til reguleringsventilen 10 for om nødvendigt at drøvle strømmen derigennem. Udover, eller i stedet for 15 tilslutningen til strømmåleren 6, er enheden 12 via en ledning 22 forbundet til integreringsværket 9 for at hente et signal om udtagen effekt eller impulser om forbrug eller overført energi, hvorved tidsintervallet mellem impulserne angiver det aktuelle effektudtag.

20 Som det fremgår af tegningen, styres regulerings ventilen 10 normalt via en ledning 23 af en automatik bestående af en temperaturregulator 13, som via ledninger 24 og 25 er koblet til målere 14 og 15 for aktuel udetem-peratur henholdsvis radiatorvandets fremledningstemperatur· 25 På basis af denne information reguleres^· strømmen gennem ventilen 10, således at radiatorvandet får korrekt temperatur. For at forhindre, at temperaturregulatoren 13 ved en opstået mangelsituation vedvarende holder reguleringsventilen 10 i hovedsagen helt åben, så at strømmen derigennem 30 og/eller den udtagne effekt bliver større end den forudbestemte værdi herfor, er strøm- og/eller effektbegrænsings-enheden 12 forsynet med et frakoblingsorgan 16 (i dette tilfælde placeret på ledningen 21), som udkobler temperaturregulatoren og tillades overtagelse af styringen af regule-35 ringsventilen til reducering af strømmen ned til nævnte maksimumværdi for strømmen og/eller udtagen effekt.

DK 160960B

9

Skulle en opstået mangelsituation og dermed en reduceret strøm og/eller reduceret effekt vedvare over en længere tidsperiode, har strøm- og/eller effektbegrænsningsenheden 12 i de tilfælde abonnentcentralen 1 også omfatter en 5 varmeveksler for brugsvand, et urværk, som efter et givet tidsinterval afbryder varmetilførslen til denne varmeveksler ved helt at lukke den tilhørende reguleringsventil.

Styreanordningen ifølge opfindelsen bliver ifølge det foranstående aktiveret, når det maksimale varmeeffekt-behov er større end det, som fjernvarmesystemet er dimensioneret for, dvs. ved udetemperaturer lavere end FDUT, eller ved eventuelle opståede mangelsituationer på grund af havari i fjernvarmesystemets varmeproduktionsanlæg.

Det bør derfor noteres, at styreanordningen naturligvis 15 også træder i funktion, når varmeeffektudtaget i en abon nentcentral under normal drift overstiger den forudbestemte højeste værdi for strøm og/eller udtagen effekt.

Claims (3)

1. Styreanordning for en til et fjernvarmesystem forbundet abonnentcentral, hvortil der til abonnentcentralen (1) er koblet dels måleudstyr bestående af en strømmåler (6), som måler strømmen af fjernvarme-vand gennem 5 abonnentcentralen, temperaturmålere (7,8) til måling af fjernvarme-vandets' frem- og returledningstemperaturer og et integreringsværk (9) til beregning og integrering af forbrugt varmeenergi på basis af målte strøm- og temperaturværdier, samt en variabel, strømregulerende ventil 10 (10) til regulering af strømmen af fjernvarmevandet gennem abonnentcentralen, kendetegnet ved at omfatte en strøm- og/eller effektbegrænsningsenhed (12) med et aftastningsorgan, som er tilsluttet strømmåleren (6) og/eller integreringsværket (9) til aftastning af strømmen 15 af fjernvarmevandet gennem abonnentcentralen (1) og/eller den fra fjernvarmesystemet udtagne effekt, et sammenligningsorgan, som sammenligner værdien af strømmen og/eller den udtagne effekt med en forudbestemt højeste værdi herfor samt et styreorgan, som er forbundet til regulerings-20 ventilen (10), og som, når strømmen og/eller den udtagne effekt overstiger nævnte forudbestemte højeste værdi på grund af eksempelvis at fjernvarmesystemets varmeproduktionsanlæg ikke dækker effektbehovet for samtlige abonnenter, reducerer strømmen og/eller effekten til nævnte 25 højeste værdi ved at reducere strømmen gennem regulerings ventilen. ·

2. Styreanordning ifølge krav 1, og hvor en temperaturregulator (13) med målere (14,15) for udetemperatur og radiatorvand er koblet til strømreguleringsventilen (10) 30 for at styre denne, kendetegnet ved, at strøm- og/eller effektbegrænsningsenheden (12) også omfatter et frakoblingsorgan (16), som, når strømmen og/eller den udtagne effekt overstiger nævnte forudbestemte højeste værdi, udkobler temperaturregulatoren (13) og tillader overtagelse 35 af styringen af strømreguleringsventilen (10) for reducering af strømmen derigennem. DK 160960 B

3. Styreanordning ifølge krav 1 eller 2, hvorved abonnentcentralen (1) indbefatter separate varmevekslere for radiatorvand henholdsvis brugsvand, kendetegnet ved, at strøm- og/eller effektbegrænsningsenheden 5 (12) opviser et urværk, som efter en forudbestemt tids periode med reduceret strøm og/eller reduceret effekt afbryder varmetilførslen til varmeveksleren for brugsvandet.