EP4614101A1 - Zweizonenwärmespeicher für fernwärmeheizsysteme mit reduziertem differenzdruck am zwischendach - Google Patents

Zweizonenwärmespeicher für fernwärmeheizsysteme mit reduziertem differenzdruck am zwischendach

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Publication number
EP4614101A1
EP4614101A1 EP25161468.1A EP25161468A EP4614101A1 EP 4614101 A1 EP4614101 A1 EP 4614101A1 EP 25161468 A EP25161468 A EP 25161468A EP 4614101 A1 EP4614101 A1 EP 4614101A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
zone
line
transfer medium
heat
heat transfer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP25161468.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Fuchs
Peter Dobringer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bilfinger SE
Original Assignee
Bilfinger Industrial Services GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bilfinger Industrial Services GmbH filed Critical Bilfinger Industrial Services GmbH
Publication of EP4614101A1 publication Critical patent/EP4614101A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F28D20/0039—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material with stratification of the heat storage material
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    • F28D2020/0086—Partitions

Definitions

  • the present invention relates to a two-zone heat storage unit for district heating systems, comprising a container which can be connected to at least one heat-emitting system and at least one heat-absorbing system and which has a container wall and a base, wherein the container has an upper zone and a lower zone, wherein an intermediate roof is arranged between the upper zone and the lower zone, wherein the lower zone has at least one lower loading and unloading device and at least one upper loading and unloading device, wherein the upper zone and the lower zone are connected to one another via a first equalizing line and wherein the upper zone and the lower zone can be filled with a heat transfer medium.
  • the present invention further relates to a method for operating a two-zone heat storage unit.
  • District heating systems provide heat for heating and hot water supply, particularly for residential and office buildings. Heat suppliers such as combined heat and power plants generate heat at a relatively constant level and feed it into a district heating system. However, consumers' heat demand is significantly higher during the day than at night, and even during the day, the demand for district heating fluctuates considerably. For example, some consumers experience morning consumption peaks that are regularly around three times higher than the nighttime heat demand. Heat storage systems are used to absorb these power peaks while maintaining a nearly constant heat feed into the district heating systems. Heat can be added to these heat storage systems when consumer demand for heat is lower than the heat provided by the heat suppliers. Conversely, heat can be withdrawn from the heat storage systems during power peaks.
  • heat storage systems for these applications are already known.
  • a fluid such as water
  • the fluid is relatively cold in the lower part of the storage system and relatively warm in the upper part.
  • Heat is supplied by adding warm fluid to the upper part, while simultaneously removing cold fluid from the lower part of the heat storage system. If heat is to be removed from the storage system, warm fluid is removed from the upper part, while cold fluid is supplied to the lower part.
  • Dual-zone heat storage tanks consist of a container divided into an upper and a lower zone. An intermediate roof is arranged between the upper and lower zones, creating a first chamber in the upper zone and a second chamber in the lower zone.
  • the upper zone contains a heat transfer medium, such as water, which has a temperature of approximately 60 to 100 degrees Celsius.
  • the lower zone is also filled with the heat transfer medium during operation, but this temperature can exceed 100 degrees Celsius. Due to the dead weight of the heat transfer medium in the upper zone, pressure is exerted from the upper zone to the lower zone.
  • Dual-zone heat storage tanks therefore have the advantage of being able to store a heat transfer medium with a temperature of over 100 degrees Celsius without the need to pressurize the container.
  • the lower zone has at least one lower loading and unloading device and at least one upper loading and unloading device. If heat is to be supplied to the two-zone heat storage, a hot heat transfer medium such as hot water is supplied to the lower zone via the upper loading and unloading device. The heat is fed into the discharge device, while a relatively cold heat transfer medium, such as cold water, is removed via the lower loading and unloading device. When heat is extracted from the two-zone heat storage system, this process is reversed.
  • the density and thus the volume of heat transfer media such as water are temperature-dependent. In the temperature ranges relevant to this application, the density of fluids such as water decreases with increasing temperature. If heat is supplied to the two-zone heat storage unit according to the principle described above, the density of the heat transfer medium located in the lower zone decreases. In order to compensate for the volume change resulting from the changing density, two-zone heat storage units have at least one so-called first equalization line which connects the upper zone with the lower zone. When heat is supplied, a portion of the heat transfer medium can escape into the upper zone through the at least one first equalization line.
  • An essential component of the two-zone storage tank is the intermediate roof, which separates the upper and lower zones.
  • the intermediate roof is firmly connected to the tank and is pressurized with heat transfer medium on its top and bottom. Pressure acts on the intermediate roof from above due to the weight of the heat transfer medium in the upper zone. Internal pressure acts from below, which is created by the heat transfer medium in the lower zone. Due to the pressure from The pressure from above and the pressure from below create a differential pressure at the intermediate roof.
  • the intermediate roof is designed for a specific differential pressure range, so during operation, it must always be ensured that the differential pressure on the intermediate roof remains within the permissible range.
  • the differential pressure at the intermediate roof is determined, among other things, by the different weights of the water columns in the lower zone.
  • the change in the density of the heat transfer medium when heat is extracted from or supplied to the two-zone heat storage tank is compensated for by a fluid exchange between the upper zone and the lower zone via the at least one first equalization line.
  • the weight of the water column (when using water as the heat transfer medium) in the lower zone changes when heat is extracted from and supplied to the two-zone heat storage tank, which also affects the differential pressure at the intermediate roof.
  • the present invention is based on the object of designing and developing the aforementioned and previously described dual-zone heat storage system in such a way that, during normal operation of the dual-zone heat storage system, the differential pressure at the intermediate roof can be adjusted within narrower tolerance limits, so that the design limits of the intermediate roof can be better utilized for fault situations. Furthermore, the invention is based on the object of specifying a method for operating a dual-zone heat storage system that ensures that the differential pressure at the intermediate roof remains within the narrowest possible limits during normal operation.
  • a circulation pump causes a heat transfer medium to flow through at least one first equalizing line
  • a first equalizing pump conveys heat transfer medium from the lower zone to the upper zone
  • a second equalizing pump conveys heat transfer medium from the upper zone to the lower zone
  • the invention has recognized that the fluctuations in the pressure difference at the intermediate roof during loading and unloading processes can be reduced by additional pumps.
  • the first compensating pump conveys heat transfer medium from the The first equalization pump transfers heat from the lower zone to the upper zone, and the second equalization pump transfers heat from the upper zone to the lower zone when heat is removed from the two-zone heat storage tank.
  • the equalization pumps should be controlled in such a way that the necessary volume equalization between the zones during charging and discharging of the two-zone storage tank is always fully performed by the equalization pumps. Accordingly, the temperature of the heat transfer medium in the at least one first equalization line is not affected by volume equalization between the zones. This has a positive effect on the differential pressure at the intermediate roof.
  • the circulation pump should be designed so that the circulation pump can flow through all of the first equalization lines.
  • a separate circulation pump can be provided for each first equalization line.
  • a control device for controlling the temperature of the heat transfer medium in the at least one first equalization line is provided.
  • the temperature can be approximated to the average temperature in the lower zone. The smaller the temperature difference of the heat transfer medium in the at least one first equalization line and in the lower zone, the lower the differential pressure at the intermediate roof. If the two-zone heat storage unit is fully loaded, so that the lower zone is continuously hot, the temperature in the at least one first equalization line can be set relatively high, i.e. up to a maximum of boiling temperature.
  • the temperature in the at least one first equalization line can also be set low, i.e. to return temperature.
  • the return temperature corresponds to the temperature of the heat transfer medium which flows out of the two-zone heat storage tank via the lower loading and unloading device.
  • the aim is always for the temperature in the at least one first equalization line to approach the average temperature in the lower zone in order to reduce the differential pressure at the intermediate roof. In this way, the pressure difference at the intermediate roof can be set within even narrower tolerance limits, so that the intended design window of the intermediate roof can be better used as a fault reserve.
  • a first pipeline originating from a pressure side of the circulation pump opens into an end region of the at least one first equalizing line assigned to the upper zone
  • a second pipeline connects a suction side of the circulation pump to the at least one first equalizing line in the lower zone, wherein the second pipeline preferably opens into the at least one first equalizing line at an end region of the at least one first equalizing line assigned to the lower zone
  • a third pipeline connects the suction side of the circulation pump to the lower zone, wherein the third pipeline opens into the lower zone in a lower region of the lower zone
  • a fourth pipeline connects the suction side of the circulation pump to a storage line provided on the upper loading and unloading device, and the second, third and fourth pipelines each have at least one control valve.
  • the circulation pump can selectively supply heat transfer medium from the lower region of the at least one first equalization line, from the lower region of the lower zone or from the storage line provided on the upper loading and unloading device so that the temperature in at least one compensation line can be actively adjusted.
  • the heat transfer medium in the upper loading and unloading device and the associated storage line is relatively hot, the heat transfer medium located in the lower region of the lower zone is relatively cold. If the heat transfer medium in the at least one first equalizing line is to be set hotter, the valves in the second and third pipelines are closed, while the valve in the fourth pipeline is opened. If a reduction in the temperature of the heat transfer medium in the at least one first equalizing line is desired, the valves in the second and fourth pipelines are closed and the valve in the third pipeline is opened. If the temperature is to be kept constant, only the valve in the second pipeline is opened. In this preferred embodiment of the invention, the temperature in the at least one first equalizing line can be actively adjusted to the average temperature in the lower zone without the need for additional heating or cooling devices to influence the temperature of the heat transfer medium in the at least one first equalizing line.
  • the third and fourth pipes can also be connected to other locations in the dual-zone heat storage system where relatively cold or relatively hot heat transfer medium can be removed.
  • the second pipe can also be connected to a storage line of the lower loading and unloading device (also called a return line) and the third pipe to an upper area of the lower zone. It is only important that relatively hot and relatively cold heat transfer medium can be provided on the suction side of the circulation pump as needed, in order to actively adjust the temperature in the at least one first equalization line.
  • the two-zone heat storage system has more than one first equalization line, it should preferably be ensured that the heat transfer medium in all first equalization lines can be actively adjusted according to the principle described above.
  • the circulation pump When the second pipeline opens into the at least one first equalizing line at an end region of the at least one first equalizing line assigned to the lower zone, the circulation pump essentially completely circulates the heat transfer medium through the at least one first equalizing line, so that a substantially constant temperature is established throughout the at least one first equalizing line. This has a particularly positive effect on the pressure difference at the intermediate roof.
  • a sensor for measuring the temperature of the heat transfer medium is arranged on the pressure side of the circulation pump. This sensor helps determine which valves in the second, third, and fourth pipelines should be opened or closed. Alternatively, a corresponding sensor can also be arranged at another suitable location. The control device can open and close the second, third, and fourth pipelines based on the values measured by the sensor.
  • the at least one first equalizing line opens into the upper zone in the lower region of the upper zone, wherein, in particular, the end of the at least one first equalizing line associated with the upper zone is arranged in a lower half, preferably in a lower third, even more preferably in a lower quarter, particularly preferably in a lower fifth, further preferably in a lower tenth, and even more preferably in a lower twentieth of the upper zone.
  • the differential pressure at the intermediate roof can be particularly effectively reduced.
  • the circulation pump is designed to transport heat transfer medium from the upper zone through the at least one first equalizing line toward the lower zone.
  • the temperature in the at least one first equalizing line could also be determined solely by the temperature in the upper zone. In this way, it would be possible to reduce the fluctuations in the differential pressure at the intermediate roof even without actively controlling the temperature in the at least one first equalizing line.
  • the temperature in the upper zone is relatively constant.
  • a relatively constant temperature means a temperature that may fluctuate throughout the year, for example depending on the outside temperature and the associated temperature changes in the upper zone, but which is not subject to sudden changes due to charging and discharging processes in the two-zone storage tank.
  • a smaller temperature difference occurs between the heat transfer medium located in the at least one first equalizing line and the heat transfer medium located in the lower zone of the dual-zone heat storage system compared to the prior art dual-zone heat storage systems.
  • This smaller temperature difference has a positive effect on the load on the intermediate roof.
  • a suction side of the first compensating pump is connected to the storage line provided on the lower loading and unloading device, wherein Particularly preferably, a pressure side of the first compensating pump is connected to the upper zone via a nozzle.
  • the first compensating pump draws heat transfer medium directly from the storage line provided on the lower loading and unloading device when charging the two-zone heat storage unit and transports it to the upper zone. Accordingly, relatively cold heat transfer medium is transported from the lower zone to the upper zone. This has a positive effect on the thermal stratification in the lower zone.
  • a pressure side of the second compensating pump is connected to the storage line provided on the lower loading and unloading device, with a pipe extending from the suction side of the second compensating pump preferably being connected to the nozzle of the upper zone.
  • a corresponding embodiment of the invention also has a positive effect on the thermal stratification of the lower zone.
  • a second, in particular external, equalization line is provided for connecting the upper zone with the lower zone, wherein the second equalization line has a shut-off valve, in particular arranged in a lower region of the second equalization line.
  • This valve is shut off during normal operation of the two-zone heat storage tank.
  • the valve of the second equalization line can be opened in the event of a malfunction, so that additional connection cross-section between the upper and lower zones is released and the flow of the equalization quantity is facilitated. This reduces the impact on the intermediate roof.
  • Malfunctions include, for example, pressure surges in the connected district heating system, which continue into the tank via connecting lines.
  • the nominal width of the second compensating line corresponds at least to the nominal width of the at least one first compensating line, wherein the nominal width of the second compensating line is preferably at least 20 percent, more preferably at least 40 percent and even more preferably at least 60 percent larger than the nominal width of the at least one first compensating line.
  • the second equalization line is integrated, at least in sections, into the circulation of the heat transfer medium caused by the circulation pump in the at least one first equalization line.
  • the temperature in the at least one first and second equalization lines should be as similar as possible to avoid additional pressure surges when the valve of the second equalization line is opened. This can be achieved by allowing the heat transfer medium, which is conveyed by the circulation pump through the at least one first equalization line, to flow through the second equalization line, at least in sections.
  • the second equalization line may have its own circulation device for the flow of heat transfer medium through the second equalization line. This circulation device should ensure that a temperature comparable to that of at least one first compensating line is set in the second compensating line.
  • a control device increases the temperature of the heat transfer medium in the at least one first equalization line when heat is supplied to the two-zone heat storage device and reduces the temperature of the heat transfer medium in the at least one first equalization line when heat is removed from the two-zone heat storage device, wherein the temperature of the heat transfer medium in the at least one first equalization line is preferably adjusted to the average temperature of the heat transfer medium in the lower zone.
  • the temperature in the at least one first equalizing line can be brought closer to the average temperature of the lower zone.
  • a control valve of a second pipeline connecting a suction side of the circulation pump and the first equalization line is opened when the temperature of the heat transfer medium in the at least one first equalization line is to be kept at a constant level
  • a control valve of a third pipeline connecting the suction side of the circulation pump and a lower region of the lower zone is opened when the temperature of the heat transfer medium in the at least one first equalization line is to be reduced
  • the circulation pump selectively sucks in heat transfer medium from the lower region of the at least one first equalizing line, from the lower region of the lower zone or from the storage line provided on the upper loading and unloading device, so that the temperature in the at least one equalizing line can be actively adjusted.
  • the heat transfer medium in the storage line provided for the upper loading and unloading device is relatively hot
  • the heat transfer medium located in the lower region of the lower zone is relatively cold.
  • the valves in the second and third pipelines are closed, while the valve in the fourth pipeline is opened.
  • the valves in the second and fourth pipelines are closed and the valve in the third pipeline is opened.
  • the temperature in the at least one first equalizing line can be actively adjusted to the average temperature in the lower zone without the need for additional heating or cooling devices to influence the temperature of the heat transfer medium in the at least one first equalizing line.
  • the third and fourth pipes can also be connected to other locations in the dual-zone heat storage system where relatively cold or relatively hot heat transfer medium can be removed.
  • the second pipe can also be connected to a storage line in the lower zone. and discharge device (also called return line) and the third pipe to an upper area of the lower zone. It is only important that relatively hot and relatively cold heat transfer medium can be provided on the suction side of the circulation pump as needed in order to actively adjust the temperature in at least one first equalization line.
  • the method according to the invention provides for a valve of a second equalization line to be opened in the event of a fault event, in particular if a pressure surge, different flow rates in the lower loading and unloading device and the upper loading and unloading device, or a power failure are detected.
  • the valve of the second equalization line is shut off during normal operation of the dual-zone heat storage system. It should only be opened in the event of a fault event, so that additional connection cross-section between the upper and lower zones is released and the flow of the equalization flow is facilitated. This reduces the impact on the intermediate roof during a fault event.
  • the second equalizing line is flowed through by a heat transfer medium at a temperature that substantially corresponds to the temperature of the heat transfer medium in the at least one first equalizing line. This can be done either by the circulation pump or a dedicated circulation device.
  • Fig. 1 shows a two-zone heat storage unit for district heating systems according to the prior art.
  • the two-zone storage unit comprises a tank 1 having a tank wall 2 and a base 3.
  • the tank 1 can be connected to a heat-emitting system (not shown here) and a heat-absorbing system (also not shown here).
  • the tank 1 is divided into an upper zone 4 and a lower zone 5.
  • An intermediate roof 6 is arranged between the upper zone 4 and the lower zone 5.
  • the upper zone 4 and the lower zone 5 are filled with water W during operation.
  • the water W serves as a heat transfer medium.
  • the dead weight of the water W in the upper zone 4 exerts pressure on the lower zone 5. This enables hot water W to be stored in the lower zone 5 at temperatures of over 100 degrees Celsius without the need to pressurize the tank 1.
  • thermal layers form in the water W, since warm water has a lower density than cold water in the relevant temperature range. Accordingly, relatively cold water W is located at the bottom of the upper zone 4 and the lower zone 5, while layers of relatively hot water W form in the upper area of the upper zone 4 and the lower zone 5.
  • the temperature in the lower area of the lower zone 5 is largely determined by the return temperature.
  • the return temperature is the temperature of the cold water that is introduced into the lower zone when the two-zone heat storage tank is discharged.
  • the lower zone 5 at ground level has a lower temperature than the upper zone 4 near the intermediate roof 6.
  • the intermediate roof 6 is made of a thermally insulating and waterproof material so that the water W cannot pass through the intermediate roof 6 from the upper zone 4 to the lower zone 5 and vice versa. Due to the thermally insulating properties of the intermediate roof 6, heat conduction between the water W located in the upper zone 4 and the water W located in the lower zone 5 is largely prevented.
  • the intermediate roof 6 is firmly connected to the tank 1, for example by welding. Pressure acts on the intermediate roof 6 from above due to the dead weight of the water W located in the upper zone 4. An internal pressure acts from below, which is created by the water W located in the lower zone 5. The pressure from above and the pressure from below create a differential pressure at the intermediate roof 6.
  • the intermediate roof 6 is designed for a specific differential pressure range, so that during operation it must always be ensured that the differential pressure on the intermediate roof 6 remains within the permissible range.
  • the lower zone 5 has an upper loading and unloading device 7 and a lower loading and unloading device 8.
  • the upper loading and unloading device 7 has an upper storage line 9, and the lower loading and unloading device 8 has a lower storage line 10.
  • the heat transfer medium which in the example shown is water W, can be introduced into the lower zone 5 and discharged therefrom through the loading and unloading devices 7 and 8.
  • the upper storage line 9 is also referred to as the flow line, and the lower storage line 10 as the return line.
  • Fig. 1 The flow directions during heat dissipation are indicated by arrows.
  • warm water W flows from the upper loading and unloading device 7 via the upper Storage line 9.
  • essentially the same amount of cold water W is introduced into the lower zone 5 via the lower loading and unloading device 8.
  • the upper zone 4 and the lower zone 5 are connected to each other via a first equalization line 11.
  • Warm water has a lower density than cold water. Accordingly, when heat is removed from the two-zone heat storage tank, the density of the water W in the lower zone 5 decreases. To compensate for this density and associated volume difference, water W flows from the upper zone 4 through the first equalization line 11 into the lower zone 5.
  • the differential pressure at the intermediate roof 6 is determined, among other things, by the different weights of the water columns in the lower zone 5.
  • fluctuations in the temperature of the water W in the first equalization line 11 occur. This leads to fluctuating ground pressure.
  • the weight of the water column in the lower zone 5 changes when heat is extracted from and supplied to the dual-zone heat storage tank, which also affects the differential pressure at the intermediate roof 6.
  • a plate 12 is arranged, which prevents the water W flowing from the lower zone 5 into the upper zone 4 from reaching the water surface in the upper zone 4.
  • the first equalizing line 11 has two further openings 13 in the upper zone 4 next to its upper end. serve to direct water W flowing from the lower zone 5 into the upper zone 4, where possible, where similar temperature conditions prevail. In this way, vortex formation and the associated disturbance of the thermal layers in the upper zone 4 can be reduced.
  • the first equalization line 11 is designed and arranged such that it ends just below the water level that occurs in the upper zone 4 when the two-zone heat storage tank is filled. This ensures that when the two-zone heat storage tank is filled, water W can always flow from the upper zone 4 to the lower zone 5 when heat is removed, and a pressure drop in the lower zone 5 is reliably prevented.
  • the first equalization line 11 ends on the other side in the lower zone 5 just above the bottom 3 of the tank 1. This ensures that when heat is supplied to the two-zone heat storage tank, the coldest possible water W flows from the lower zone 5 to the upper zone 4.
  • the dual-zone heat storage unit has a discharge pipe 14, one end of which is located at an upper section of the lower zone 5 and the other end of which is located at an upper section of the upper zone 4.
  • the discharge pipe 14 serves to vent the lower zone 5.
  • the two-zone heat storage device according to the invention comprises Fig. 2A also a container 1 with a container wall 2 and a base 3.
  • the container 1 has an upper zone 4 and a lower zone 5, which are separated from each other by an intermediate roof 6.
  • the lower zone 5 has an upper loading and unloading device 7 with an upper storage line 9 and a lower loading and unloading device 8 with a lower storage line 10, via which hot or cold water W is introduced into or removed from the lower zone 5 in the manner described above when heat is added or removed.
  • the upper zone 4 and the lower zone 5 are connected to each other via a first compensating line 11'.
  • the Fig. 2A shown two-zone heat storage has a discharge pipe 14.
  • the discharge pipe 14 is used to vent the lower zone 5.
  • the two-zone heat storage tank shown is shown in a state filled with water W, although other heat transfer media may also be suitable.
  • the two-zone heat storage device according to the invention has a circulation pump 15 for flowing water W through the first equalization line 11'. Furthermore, the two-zone heat storage device according to the invention comprises a first equalization pump 16 for conveying water W from the lower zone 5 into the upper zone 4 and a second equalization pump 17 for conveying water W from the upper zone 4 into the lower zone 5.
  • the first compensating pump 16 is connected on its suction side 18a via a pipeline 19 to a storage line 10 provided on the lower loading and unloading device 8. On its pressure side 18b, the first compensating pump 16 is connected to the upper zone 4 via a pipeline 20 and a nozzle 21.
  • the second compensating pump 17 is connected on its suction side 22a via a pipe 23 to the nozzle 21 of the upper zone 4 and on its pressure side 22b via a pipe 24 to the storage line 10 provided on the lower loading and unloading device 8.
  • the balancing quantities to be shifted between the upper and lower zones 4, 5 during loading and unloading of the two-zone heat storage tank are pumped into the respective zone via the first balancing pump 16 and the second balancing pump 17.
  • the first balancing pump 16 pumps water W from the lower storage line 10 into the upper zone 4, so that no temperature fluctuations occur in the balancing line 11'.
  • the second Compensation pump 17 pumps water from the upper zone 4 via the lower storage line 10 into the lower zone 5.
  • the compensation pumps 16, 17 are controlled so that no compensation quantities are shifted via the first compensation line 11'.
  • a first pipeline 26 originating from a pressure side 25b of the circulation pump 15 opens into an end region 27 of the first equalizing line 11' assigned to the upper zone 4.
  • the circulation pump 15 of the Fig. 2A The two-zone heat storage unit shown can be supplied with water W on its suction side 25a via three pipes.
  • a second pipe 28 connects the suction side 25a of the circulation pump 15 to a lower region 29 of the first equalization line 11'.
  • a third pipe 30 connects the suction side 25a of the circulation pump 15 to the lower region of the lower zone 5.
  • a fourth pipe 31 establishes a connection between the suction side 25a of the circulation pump 15 and the storage line 9 of the upper loading and unloading device 7.
  • the second, third and fourth pipes 28, 30, 31 are brought together at the suction side 25a of the circulation pump 15.
  • the pipes 28, 30, 31 each have a control valve 32, 33, 34.
  • the circulation pump 15 can suck water W from the lower region 29 of the first equalization line 11', from the lower region of the lower zone 5 or from the storage line 9 of the upper loading and unloading device 7 and pump it into the end region 27 of the first equalization line 11' assigned to the upper zone 4.
  • the valves 32, 33 in the second and third pipes 28, 30 are closed, while the valve 34 of the fourth pipe 31 is opened. If a reduction in the temperature of the If a constant temperature of water W in the first equalization line 11' is desired, the valves 32, 34 of the second and fourth pipelines 28, 31 are closed and those of the third pipeline 30 are opened. If the temperature in the first equalization line 11' is to be kept constant, only the valve 32 of the second pipeline 28 is opened. In this way, the pressure difference at the intermediate roof 6 can be set within even narrower tolerance limits, so that the intended design window of the intermediate roof 6 can be used even better as a fault reserve.
  • the third and fourth pipes can also be connected to other locations in the dual-zone heat storage system where relatively cold or relatively hot water W can be discharged.
  • the third pipe can also be connected to the storage line 10 of the lower loading and unloading device 8 and the fourth pipe to an upper area of the lower zone 5. It is only important that relatively hot and relatively cold heat transfer medium can be provided on the suction side 25a of the circulation pump 15 as needed in order to actively adjust the temperature in the first equalization line 11'.
  • the two-zone heat storage tank has a Fig. 2A
  • a sensor (not shown) for measuring the water temperature is provided.
  • the temperature sensor can also be arranged at another suitable location.
  • a control device is provided for controlling the temperature of the water W in the first equalization line 11'.
  • the control device opens and closes the control valves 32, 33, 34 based on the values measured by the temperature sensor.
  • the aim is for the temperature in the first equalization line 11' to approach the average temperature in the lower zone 5 in order to reduce the differential pressure at the intermediate roof 6.
  • a second embodiment of a two-zone heat storage device according to the invention is shown, the structure of which largely corresponds to the structure of the two-zone heat storage devices from Fig. 2A
  • the Fig. 2B The embodiment shown differs from the one in Fig. 2A shown two-zone heat storage tank by a second external equalization line 35, which connects the upper zone 4 with the lower zone 5.
  • the second compensating line 35 is shown as a thick line.
  • the second equalization line 35 has a nominal diameter of the same order of magnitude as that of the first equalization line 11' and, during normal operation, is sealed off by a valve 36 located in the lower area of the second equalization line 35. If a fault occurs, the valve 36 opens as quickly as possible and releases an additional connecting cross-section between the upper zone 4 and the lower zone 5 in order to facilitate equalizing flows between the upper zone 4 and the lower zone 5. This reduces the impact on the intermediate roof 6. Fault events include, for example, pressure surges in the connected district heating system, which continue into the tank 1 via connecting lines.
  • the temperature in the second equalizing line 35 and the first equalizing line 11' should be as low as possible when opening the valve 36 of the second equalizing line 35. be identical to avoid additional pressure surges caused by different temperatures when opening.
  • the second equalizing line 35 is Fig. 2B shown embodiment integrated into the circulation of the first compensating line 11'.
  • the second equalization line 35 is integrated into the circulation of the first equalization line 11' by forking the first pipeline 26, which extends from the pressure side 25b of the circulation pump 15, into two pipelines, one pipeline leading into the second equalization line 35 and the other pipeline leading into the first equalization line 11'.
  • Orifices 37 are provided at the fork so that, for example, half of the water W coming from the pressure side 25b of the circulation pump 15 is directed into the first equalization line 11' and the other half into the second equalization line 35.
  • a bifurcation occurs in the second pipeline 28, with one pipeline opening into the end region of the first equalizing line 11' assigned to the lower zone 5, and the other pipeline opening into the second equalizing line 35 above the valve 36 of the second equalizing line 35.
  • orifices 37 are provided to ensure that the first pipeline 28 is supplied, for example, half with water W from the first equalizing line 11' and half with water W from the second equalizing line 35.

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Abstract

Dargestellt und beschrieben sind ein Zweizonenwärmespeicher für Fernwärmeheizsysteme, umfassend einen mit zumindest einem wärmeabgebenden System und zumindest einem wärmeabsorbierenden System verbindbaren, eine Behälterwand (2) und einen Boden (3) aufweisenden Behälter (1), wobei der Behälter (1) eine obere Zone (4) und eine untere Zone (5) aufweist, wobei zwischen der oberen Zone (4) und der unteren Zone (5) ein Zwischendach (6) angeordnet ist, wobei die untere Zone (5) wenigstens eine untere Be- und Entladeeinrichtung (8) und wenigstens eine obere Be- und Entladeeinrichtung (7) aufweist, wobei die obere Zone (4) und die untere Zone (5) über wenigstens eine erste Ausgleichsleitung (11') miteinander in Verbindung stehen und wobei die obere Zone (4) und die untere Zone (5) mit einem Wärmeübertragungsmedium befüllbar sind, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Zweizonenwärmespeichers. Um im normalen Betrieb des Zweizonenwärmespeichers den Differenzdruck am Zwischendach in engeren Toleranzgrenzen einstellen zu können, weist der Zweizonenwärmespeicher eine Zirkulationspumpe (15) zur Durchströmung der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') mit Wärmeübertragungsmedium, eine erste Ausgleichspumpe (16) zur Förderung von Wärmeübertragungsmedium von der unteren Zone (5) in die obere Zone (4) und eine zweite Ausgleichspumpe (17) zur Förderung von Wärmeübertragungsmedium von der oberen Zone (4) in die untere Zone (5) auf.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweizonenwärmespeicher für Fernwärmeheizsysteme, umfassend einen mit zumindest einem wärmeabgebenden System und zumindest einem wärmeabsorbierenden System verbindbaren, eine Behälterwand und einen Boden aufweisenden Behälter, wobei der Behälter eine obere Zone und eine untere Zone aufweist, wobei zwischen der oberen Zone und der unteren Zone ein Zwischendach angeordnet ist, wobei die untere Zone wenigstens eine untere Be- und Entladeeinrichtung und wenigstens eine obere Be- und Entladeeinrichtung aufweist, wobei die obere Zone und die untere Zone über eine erste Ausgleichsleitung miteinander in Verbindung stehen und wobei die obere Zone und die untere Zone mit einem Wärmeübertragungsmedium befüllbar sind. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betrieb eines Zweizonenwärmespeichers.
  • Fernwärmeheizsysteme stellen im Besonderen für Wohn- und Bürogebäude Wärme für Heizungen und die Warmwasseraufbereitung bereit. Wärmelieferanten wie beispielsweise Heizkraftwerke erzeugen Wärme auf relativ konstantem Niveau und speisen diese entsprechend in ein Fernwärmesystem ein. Der Wärmebedarf der Verbraucher ist jedoch tagsüber wesentlich höher als in der Nacht und selbst tagsüber schwankt die Nachfrage nach Fernwärme stark. Beispielsweise sind bei einigen Verbrauchern morgens Verbrauchsspitzen zu beobachten, die regelmäßig etwa dreimal so hoch sind wie der Wärmebedarf in der Nacht. Um diese Leistungsspitzen bei gleichzeitig annährend konstanter Wärmeeinspeisung in die Fernwärmesysteme abzufangen, kommen Wärmespeicher zum Einsatz. Diesen Wärmespeichern kann Wärme zugefügt werden, wenn die Nachfrage der Verbraucher nach Wärme geringer ist als die durch die Wärmelieferanten zur Verfügung gestellte Wärme. Umgekehrt kann den Wärmespeichern bei Leistungsspitzen Wärme entnommen werden.
  • Wärmespeicher für diese Anwendungszwecke sind bereits in einer Vielzahl bekannt. Derartige Wärmespeicher sind im Betrieb mit einem als Wärmeübertragungsmedium dienenden Fluid, wie beispielsweise Wasser, gefüllt, welches im unteren Teil des Speichers relativ kalt und im oberen Teil des Speichers relativ warm ist. Die Wärmezufuhr erfolgt durch Zufuhr von warmem Fluid in den oberen Teil, während gleichzeitig kaltes Fluid aus dem unteren Teil des Wärmespeichers entnommen wird. Soll Wärme aus dem Speicher entnommen werden, wird warmes Fluid aus dem oberen Teil entnommen, während kaltes Fluid unten zugeführt wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweizonenwärmespeicher, wie er beispielsweise in der EP 2 698 584 B1 beschrieben ist. Zweizonenwärmespeicher werden aus einem Behälter gebildet, der in eine obere und eine untere Zone unterteilt ist. Zwischen der oberen und der unteren Zone ist ein Zwischendach angeordnet, so dass in der oberen Zone eine erste Kammer und in der unteren Zone eine zweite Kammer entsteht. Im Betrieb befindet sich in der oberen Zone ein Wärmeübertragungsmedium wie beispielsweise Wasser, welches eine Temperatur von etwa 60 bis 100 Grad Celsius aufweist. Die untere Zone ist im Betrieb ebenfalls mit dem Wärmeübertragungsmedium gefüllt, welches jedoch eine Temperatur von über 100 Grad Celsius aufweisen kann. Durch das Eigengewicht des sich in der oberen Zone befindenden Wärmeübertragungsmediums wird Druck von der oberen Zone auf die untere Zone ausgeübt. Dies sorgt dafür, dass das in der unteren Zone befindliche Wärmeübertragungsmedium trotz einer Temperatur von über 100 Grad Celsius nicht zu sieden beginnt. Die Zweizonenwärmespeicher haben somit den Vorteil, ein Wärmeübertragungsmedium mit einer Temperatur von über 100 Grad Celsius speichern zu können, ohne dass eine Bedruckung des Behälters erfolgen muss.
  • Die untere Zone verfügt über wenigstens eine untere Be- und Entladeeinrichtung und wenigstens eine obere Be- und Entladeeinrichtung. Soll dem Zweizonenwärmespeicher Wärme zugeführt werden, wird der unteren Zone heißes Wärmeübertragungsmedium wie heißes Wasser über die obere Be- und Entladeeinrichtung zugeführt, während relativ kaltes Wärmeübertragungsmedium wie kaltes Wasser über die untere Be- und Entladeeinrichtung abgeführt wird. Bei Entnahme von Wärme aus dem Zweizonenwärmespeicher erfolgt dieser Prozess umgekehrt.
  • Die Dichte und damit das Volumen von Wärmeübertragungsmedien wie Wasser sind temperaturabhängig. In den in dem vorliegenden Anwendungsfall relevanten Temperaturbereichen nimmt die Dichte von Fluiden wie Wasser mit steigender Temperatur ab. Wird dem Zweizonenwärmespeicher nach dem oben beschriebenen Prinzip Wärme zugeführt, reduziert sich die Dichte des sich in der unteren Zone befindenden Wärmeübertragungsmediums. Um die aus der sich verändernden Dichte resultierende Volumenänderung auszugleichen, weisen Zweizonenwärmespeicher wenigstens eine sogenannte erste Ausgleichsleitung auf, welche die obere Zone mit der unteren Zone verbindet. Bei Zufuhr von Wärme kann ein Teil des Wärmeübertragungsmediums durch die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung in die obere Zone entweichen. Wird dem Zweizonenwärmespeicher Wärme entnommen, so dass sich die Dichte des sich in der unteren Zone befindenden Wärmeübertragungsmediums erhöht, strömt ein Teil des sich in der oberen Zone befindenden Wärmeübertragungsmediums über die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung in die untere Zone. Nach diesem Prinzip kann sichergestellt werden, dass der Mindestdruck und der Maximaldruck der unteren Zone nicht unterschritten bzw. nicht überschritten werden, so dass ein Ausdampfen und ein Versagen des Behälters verhindert werden können.
  • Eine wesentliche Komponente des Zweizonenspeichers ist das Zwischendach, das die obere Zone und die untere Zone voneinander trennt. Das Zwischendach ist fest mit dem Behälter verbunden und wird an seiner Oberseite und seiner Unterseite mit Wärmeübertragungsmedium beaufschlagt. Auf das Zwischendach wirkt von oben ein Druck durch das Eigengewicht des sich in der oberen Zone befindenden Wärmeübertragungsmediums. Von unten wirkt ein Innendruck, der durch das in der unteren Zone befindende Wärmeübertragungsmedium entsteht. Durch den Druck von oben und den Druck von unten bildet sich ein Differenzdruck am Zwischendach. Das Zwischendach ist für einen bestimmten Differenzdruckbereich ausgelegt, so dass im Betrieb stets sichergestellt werden muss, dass der Differenzdruck auf das Zwischendach in dem zulässigen Bereich bleibt.
  • Der Differenzdruck am Zwischendach wird unter anderem von der unterschiedlichen Gewichtskraft der Wassersäulen in der unteren Zone bestimmt. Wie oben beschrieben, wird die Änderung der Dichte des Wärmeübertragungsmediums bei Entnahme und Zufuhr von Wärme aus bzw. in den Zweizonenwärmespeicher durch einen Flüssigkeitsaustausch zwischen der oberen Zone und der unteren Zone über die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung kompensiert. Hierdurch ergeben sich eine schwankende Temperatur des sich in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung befindenden Wärmeübertragungsmediums. Dies führt zu Veränderungen der Dichte des sich in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung befindenden Wärmeübertragungsmediums, was wiederum zu einem schwankenden Bodendruck führt. Darüber hinaus verändert sich die Gewichtskraft der Wassersäule (bei Nutzung von Wasser als Wärmeübertragungsmedium) in der unteren Zone bei Entnahme und Zufuhr von Wärme aus bzw. in den Zweizonenwärmespeicher, was sich ebenfalls auf den Differenzdruck am Zwischendach auswirkt.
  • Zu den normalen im Betrieb auftretenden Schwankungen des Differenzdrucks am Zwischendach kommen unvorhersehbare Störfallereignisse, die einen Einfluss auf den Differenzdruck am Zwischendach haben. Beispielsweise führen Druckstoßereignisse im angebundenen Fernwärmesystem, die sich über die Anschlussleitungen in den Zweizonenwärmespeicher fortsetzen, oder sich voneinander unterscheidende Durchflussmengen in den Be- und Entladeeinrichtungen zu Schwankungen des Differenzdrucks am Zwischendach. Das Zwischendach muss dementsprechend so dimensioniert sein, dass es auch die durch Störfälle verursachten Belastungen am Zwischendach sicher standhalten kann. Eine entsprechende Dimensionierung des Zwischendachs ist aufwändig und teuer.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, den eingangs genannten und zuvor näher beschriebenen Zweizonenwärmespeicher so auszugestalten und weiterzubilden, dass im normalen Betrieb des Zweizonenwärmespeichers der Differenzdruck am Zwischendach in engeren Toleranzgrenzen eingestellt werden kann, so dass die Auslegungsgrenzen des Zwischendachs besser für Störfälle ausgenutzt werden können. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Zweizonenwärmespeichers anzugeben, das sicherstellt, dass sich der Differenzdruck am Zwischendach im normalen Betrieb in möglichst engen Grenzen bewegt.
  • Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Zweizonenwärmespeicher für Fernwärmeheizsysteme nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, der eine Zirkulationspumpe zur Durchströmung der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung mit Wärmeübertragungsmedium, eine erste Ausgleichspumpe zur Förderung von Wärmeübertragungsmedium von der unteren Zone in die obere Zone und eine zweite Ausgleichspumpe zur Förderung von Wärmeübertragungsmedium von der oberen Zone in die untere Zone aufweist.
  • Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines entsprechenden Zweizonenwärmespeichers, bei dem eine Zirkulationspumpe eine Durchströmung wenigstens einer ersten Ausgleichsleitung mit einem Wärmeübertragungsmedium bewirkt, bei Zufuhr von Wärme in den Zweizonenwärmespeicher eine erste Ausgleichspumpe Wärmeübertragungsmediums von der unteren Zone in die obere Zone fördert und bei Abfuhr von Wärme aus dem Zweizonenwärmespeicher eine zweite Ausgleichspumpe Wärmeübertragungsmediums von der oberen Zone in die untere Zone fördert.
  • Die Erfindung hat erkannt, dass die Schwankungen der Druckdifferenz am Zwischendach bei Be- und Entladevorgängen durch zusätzliche Pumpen reduziert werden können. Erfindungsgemäß fördert die erste Ausgleichspumpe bei Zufuhr von Wärme in den Zweizonenwärmespeicher Wärmeübertragungsmedium von der unteren Zone in die obere Zone und die zweite Ausgleichspumpe bei Abfuhr von Wärme aus dem Zweizonenwärmespeicher Wärmeübertragungsmedium von der oberen Zone in die untere Zone. Die Ausgleichspumpen sollten dabei so geregelt werden, dass stets sichergestellt ist, dass der beim Be- und Entladen des Zweizonenspeichers notwendige Volumenausgleich zwischen den Zonen vollständig durch die Ausgleichspumpen erfolgt. Dementsprechend wird die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung nicht durch Volumenausgleiche zwischen den Zonen beeinflusst. Dies wirkt sich positiv auf den Differenzdruck am Zwischendach aus.
  • Sofern der Zweizonenwärmespeicher mehr als eine erste Ausgleichsleitung aufweist, sollte die Zirkulationspumpe so ausgebildet sein, dass alle ersten Ausgleichsleitungen mittels der Zirkulationspumpe entsprechend durchströmt werden können. Alternativ kann auch für jede erste Ausgleichsleitung eine eigene Zirkulationspumpe vorgesehen werden.
  • Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen des Zweizonenwärmespeichers und des Verfahrens beschrieben, wobei die einzelnen Ausführungsformen jeweils unabhängig voneinander für den Zweizonenwärmespeicher und das Verfahren gelten. Darüber hinaus können die einzelnen Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden.
  • Besonders bevorzugt ist eine Regelungseinrichtung zur Regelung der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung vorgesehen. Bei einer aktiven Einstellung der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung kann die Temperatur an die gemittelte Temperatur in der unteren Zone angenähert werden. Je geringer die Temperaturdifferenz des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung und in der unteren Zone ist, desto geringer ist der Differenzdruck am Zwischendach. Ist der Zweizonenwärmespeicher voll beladen, so dass die untere Zone durchgehend heiß ist, sollte auch die Temperatur in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung relativ hoch, das heißt bis maximal auf Siedetemperatur, eingestellt werden. Ist der Zweizonenspeicher komplett entladen, so dass die untere Zone verhältnismäßig kalt ist, kann auch die Temperatur in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung niedrig, d.h. auf Rücklauftemperatur eingestellt werden. Die Rücklauftemperatur entspricht der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums, welches über die untere Be- und Entladeeinrichtung aus dem Zweizonenwärmespeicher heraus fließt. Ziel ist es immer, dass sich die Temperatur in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung an die gemittelte Temperatur in der unteren Zone annähert, um den Differenzdruck am Zwischendach zu reduzieren. Auf diese Weise kann die Druckdifferenz am Zwischendach in noch engeren Toleranzgrenzen eingestellt werden, so dass das vorgesehene Auslegungsfenster des Zwischendachs besser als Störfallreserve genutzt werden kann.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine von einer Druckseite der Zirkulationspumpe ausgehende erste Rohrleitung in einen der oberen Zone zugeordneten Endbereich der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung mündet, eine zweite Rohrleitung eine Saugseite der Zirkulationspumpe mit der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung in der unteren Zone verbindet, wobei die zweite Rohrleitung bevorzugt an einem der unteren Zone zugeordneten Endbereich der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung in die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung mündet, eine dritte Rohrleitung die Saugseite der Zirkulationspumpe mit der unteren Zone verbindet, wobei die dritte Rohrleitung in einem unteren Bereich der unteren Zone in die untere Zone mündet, eine vierte Rohrleitung die Saugseite der Zirkulationspumpe mit einer an der oberen Be- und Entladeeinrichtung vorgesehenen Speicherleitung verbindet und die zweite, die dritte und die vierte Rohrleitung wenigstens jeweils eine Regelarmatur aufweisen.
  • Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Zirkulationspumpe wahlweise Wärmeübertragungsmedium aus dem unteren Bereich der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung, aus dem unteren Bereich der unteren Zone oder aus der an der oberen Be- und Entladeeinrichtung vorgesehenen Speicherleitung ansaugen, so dass die Temperatur in der wenigstens einen Ausgleichsleitung aktiv eingestellt werden kann.
  • Während das Wärmeübertragungsmedium in der oberen Be- und Entladeeinrichtung und der damit verbundenen Speicherleitung relativ heiß ist, ist das sich in dem unteren Bereich der unteren Zone befindende Wärmeübertragungsmedium relativ kalt. Soll das Wärmeübertragungsmedium in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung heißer eingestellt werden, werden die Armaturen in der zweiten und der dritten Rohrleitung geschlossen, während die Armatur der vierten Rohrleitung geöffnet wird. Ist eine Reduzierung der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung gewünscht, werden die Armaturen der zweiten und der vierten Rohrleitung geschlossen und die der dritten Rohrleitung geöffnet. Soll die Temperatur konstant gehalten werden, wird lediglich die Armatur der zweiten Rohrleitung geöffnet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, kann die Temperatur in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung aktiv an die gemittelte Temperatur in der unteren Zone angeglichen werden, ohne dass weitere Erwärmungs- oder Kühleinrichtungen zur Beeinflussung der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichleitung notwendig sind.
  • Alternativ können die dritte und die vierte Rohrleitung auch an anderen Stellen des Zweizonenwärmespeichers angeschlossen werden, an denen relativ kaltes bzw. relativ heißes Wärmeübertragungsmedium abgeführt werden kann. Beispielsweise wäre es auch möglich, die zweite Rohrleitung an eine Speicherleitung der unteren Be- und Entladeeinrichtung (auch Rücklaufleitung genannt) und die dritte Rohrleitung an einen oberen Bereich der unteren Zone anzuschließen. Wichtig ist lediglich, dass an der Saugseite der Zirkulationspumpe je nach Bedarf relativ heißes und relativ kaltes Wärmeübertragungsmedium bereitgestellt werden kann, um die Temperatur in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung aktiv einstellen zu können.
  • Sofern der Zweizonenwärmespeicher mehr als eine erste Ausgleichsleitung aufweist, sollte bevorzugt sichergestellt werden, dass das Wärmeübertragungsmedium in allen ersten Ausgleichsleitungen nach dem oben beschriebenen Prinzip aktiv eingestellt werden kann.
  • Wenn die zweite Rohrleitung an einem der unteren Zone zugeordneten Endbereich der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung in die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung mündet, wird die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung durch die Zirkulationspumpe im Wesentlichen komplett mit Wärmeübertragungsmedium durchströmt, so dass sich eine im Wesentlichen konstante Temperatur in der gesamten wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung einstellt. Dies wirkt sich besonders positiv auf die Druckdifferenz am Zwischendach aus.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist es von besonderem Vorteil, wenn auf der Druckseite der Zirkulationspumpe ein Sensor zur Messung der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums angeordnet ist. Dieser hilft zu bestimmen, welche Armaturen der zweiten, der dritten und der vierten Rohrleitung geöffnet bzw. geschlossen werden sollen. Alternativ kann ein entsprechender Sensor auch an einer anderen geeigneten Stelle angeordnet werden. Die Regelungseinrichtung kann basierend auf den von dem Sensor gemessenen Werten die Öffnung und Schließung der der zweiten, der dritten und der vierten Rohrleitung vornehmen.
  • Besonders bevorzugt mündet die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung im unteren Bereich der oberen Zone in die obere Zone, wobei insbesondere das der oberen Zone zugeordnete Ende der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung in einer unteren Hälfte, bevorzugt in einem unteren Drittel, noch bevorzugter in einem unteren Viertel, besonders bevorzugt in einem unteren Fünftel, weiter bevorzugt in einem unteren Zehntel und noch weiter bevorzugt in einem unteren Zwanzigstel der oberen Zone angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Differenzdruck am Zwischendach besonders gut reduziert werden.
  • Bevorzugt ist die Zirkulationspumpe dazu ausgebildet, Wärmeübertragungsmedium von der oberen Zone durch die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung in Richtung der unteren Zone zu befördern. In diesem Fall könnte die Temperatur in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung auch lediglich durch die Temperatur in der oberen Zone bestimmt werden. Auf diese Weise wäre es auch ohne aktive Regelung der Temperatur in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung möglich, die Schwankungen des Differenzdrucks am Zwischendach zu reduzieren.
  • Die Temperatur in der oberen Zone ist relativ konstant. Mit einer relativ konstanten Temperatur ist im vorliegenden Anwendungsfall eine Temperatur gemeint, die zwar im Jahreslauf zum Beispiel in Abhängigkeit der Außentemperatur und der damit einhergehenden Temperaturänderungen in der oberen Zone schwanken kann, aber die keinen sprunghaften Änderungen durch Be- und Entladevorgänge des Zweizonenspeichers ausgesetzt ist. Durch Vermeidung der üblicherweise beim Be- und Entladen auftretenden sprunghaften Temperaturänderungen in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung können die ebenso üblicherweise beim Be- und Entladen auftretenden sprunghaften Änderungen des Differenzdrucks am Zwischendach vermieden werden, wenn die Temperatur in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung durch die Temperatur in der oberen Zone bestimmt wird.
  • Darüber hinaus stellt sich in diesem Fall eine im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Zweizonenwärmespeichern geringere Temperaturdifferenz zwischen dem sich in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung befindenden Wärmeübertragungsmedium und dem sich in der unteren Zone des Zweizonenwärmespeichers befindenden Wärmeübertragungsmedium ein. Die geringere Temperaturdifferenz wirkt sich positiv auf die Belastung am Zwischendach aus.
  • Vorteilhafterweise ist eine Saugseite der ersten Ausgleichspumpe mit der an der unteren Be- und Entladeeinrichtung vorgesehenen Speicherleitung verbunden, wobei besonders bevorzugt eine Druckseite der ersten Ausgleichspumpe über einen Stutzen mit der oberen Zone verbunden ist. Bei dieser Ausgestaltung saugt die erste Ausgleichspumpe Wärmeübertragungsmedium beim Beladen des Zweizonenwärmespeichers direkt aus der an der unteren Be- und Entladeeinrichtung vorgesehenen Speicherleitung an und transportiert dieses in die obere Zone. Dementsprechend wird relativ kaltes Wärmeübertragungsmedium von der unteren Zone in die obere Zone befördert. Dies wirkt sich positiv auf die thermische Schichtung in der unteren Zone aus.
  • Bevorzugt ist eine Druckseite der zweiten Ausgleichspumpe mit der an der unteren Be- und Entladeeinrichtung vorgesehenen Speicherleitung verbunden, wobei bevorzugt eine von der Saugseite der zweiten Ausgleichspumpe ausgehende Rohrleitung mit dem Stutzen der oberen Zone verbunden ist. Eine entsprechende Ausgestaltung der Erfindung wirkt sich ebenfalls positiv auf die thermische Schichtung der unteren Zone aus.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine zweite, insbesondere außenliegende, Ausgleichsleitung zur Verbindung der oberen Zone mit der unteren Zone vorgesehen, wobei die zweite Ausgleichsleitung eine, insbesondere in einem unteren Bereich der zweiten Ausgleichsleitung angeordnete, Armatur zur Absperrung aufweist. Diese Armatur ist im normalen Betrieb des Zweizonenwärmespeichers abgesperrt. Die Armatur der zweiten Ausgleichsleitung kann bei einem Störfallereignis geöffnet werden, so dass zusätzlicher Verbindungsquerschnitt zwischen der oberen Zone und der unteren Zone freigegeben und die Strömung der Ausgleichsmenge erleichtert werden. Dies reduziert die Einwirkung auf das Zwischendach. Störfallereignisse betreffen beispielsweise Druckstoßereignisse im angebundenen Fernwärmesystem, die sich über Anschlussleitungen in den Behälter fortsetzen.
  • Druckstoßereignisse breiten sich regelmäßig so schnell aus, dass eine rechtzeitige Detektion über Druckmessungen nur schwer möglich ist. Aus diesem Grund ist es besonders vorteilhaft, wenn auch andere Szenarien, die zu einem Druckstoß führen können, bei der Regelung der Armatur der zweiten Ausgleichsleitung in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann ein Ausfall einer Pumpengruppe zu einer unterschiedlichen Durchflussmenge in der oberen und der unteren Be- und Entladeeinrichtung führen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Armatur der zweiten Ausgleichsleitung vorbeugend zu öffnen. Gleiches gilt auch für die Detektion eines Stromausfalls.
  • Vorteilhafterweise entspricht die Nennweite der zweiten Ausgleichsleitung mindestens der Nennweite der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung, wobei die Nennweite der zweiten Ausgleichleitung bevorzugt wenigstens 20 Prozent, weiter bevorzugt wenigstens 40 Prozent und noch bevorzugter wenigstens 60 Prozent größer als die Nennweite der wenigsten einen ersten Ausgleichleitung ist.
  • So wird sichergestellt, dass die zweite Ausgleichsleitung einen ausreichend großen Querschnitt zum Abfedern von Druckstößen aufweist.
  • Besonders bevorzugt ist die zweite Ausgleichsleitung zumindest abschnittsweise in die durch die von der Zirkulationspumpe in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung hervorgerufenen Zirkulation des Wärmeübertragungsmediums eingebunden. Beim Öffnen der Armatur der zweiten Ausgleichsleitung sollten in der wenigstens einen ersten und der zweiten Ausgleichsleitung eine möglichst ähnliche Temperatur herrschen, um zusätzliche Druckstöße beim Öffnen der Armatur der zweiten Ausgleichsleitung zu vermeiden. Dies kann realisiert werden, indem die zweite Ausgleichsleitung zumindest abschnittsweise mit dem Wärmeübertragungsmedium, das durch die Zirkulationspumpe durch die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung befördert wird, durchströmt wird.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Ausgleichsleitung eine eigene Zirkulationseinrichtung zur Durchströmung der zweiten Ausgleichsleitung mit Wärmeübertragungsmedium aufweisen. Diese Zirkulationseinrichtung sollte sicherstellen, dass eine zur wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung vergleichbare Temperatur in der zweiten Ausgleichsleitung eingestellt wird.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erhöht eine Regelungseinrichtung bei Zufuhr von Wärme in den Zweizonenwärmespeicher die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung und reduziert bei Abfuhr von Wärme aus dem Zweizonenwärmespeicher die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung, wobei bevorzugt die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung an die gemittelte Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der unteren Zone angeglichen wird.
  • Auf diese Weise kann die Temperatur in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung der gemittelten Temperatur der unteren Zone angenähert werden. Je geringer die Temperaturdifferenz des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung und in der unteren Zone ist, desto geringer ist der Differenzdruck am Zwischendach. Dementsprechend kann das vorgesehene Auslegungsfenster des Zwischendachs besser als Störfallreserve genutzt werden.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Regelarmatur einer eine Saugseite der Zirkulationspumpe und die erste Ausgleichsleitung verbindende zweite Rohrleitung geöffnet, wenn die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung auf einem konstanten Niveau gehalten werden soll, eine Regelarmatur einer die Saugseite der Zirkulationspumpe und einen unteren Bereich der unteren Zone verbindende dritte Rohrleitung geöffnet, wenn die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung reduziert werden soll und eine Regelarmatur einer die Saugseite der Zirkulationspumpe und eine an einer oberen Be- und Entladeeinrichtung vorgesehenen Speicherleitung verbindende vierte Rohrleitung geöffnet, wenn die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung erhöht werden soll.
  • Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens saugt die Zirkulationspumpe wahlweise Wärmeübertragungsmedium aus dem unteren Bereich der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung, aus dem unteren Bereich der unteren Zone oder aus der an der oberen Be- und Entladeeinrichtung vorgesehenen Speicherleitung an, so dass die Temperatur in der wenigstens einen Ausgleichsleitung aktiv eingestellt werden kann.
  • Während das Wärmeübertragungsmedium in der oberen Be- und Entladeeinrichtung vorgesehenen Speicherleitung relativ heiß ist, ist das sich in dem unteren Bereich der unteren Zone befindende Wärmeübertragungsmedium relativ kalt. Soll das Wärmeübertragungsmedium in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung heißer eingestellt werden, werden die Armaturen in der zweiten und der dritten Rohrleitung geschlossen, während die Armatur der vierten Rohrleitung geöffnet wird. Ist eine Reduzierung der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung gewünscht, werden die Armaturen der zweiten und der vierten Rohrleitung geschlossen und die der dritten Rohrleitung geöffnet. Soll die Temperatur konstant gehalten werden, wird lediglich die Armatur der zweiten Rohrleitung geöffnet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, kann die Temperatur in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung aktiv an die gemittelte Temperatur in der unteren Zone angeglichen werden, ohne dass weitere Erwärmungs- oder Kühleinrichtungen zur Beeinflussung der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichleitung notwendig sind.
  • Alternativ können die dritte und die vierte Rohrleitung auch an anderen Stellen des Zweizonenwärmespeichers angeschlossen werden, an denen relativ kaltes bzw. relativ heißes Wärmeübertragungsmedium abgeführt werden kann. Beispielsweise wäre es auch möglich die zweite Rohrleitung an eine Speicherleitung der unteren Be- und Entladeeinrichtung (auch Rücklaufleitung genannt) und die dritte Rohrleitung an einen oberen Bereich der unteren Zone anzuschließen. Wichtig ist lediglich, dass an der Saugseite der Zirkulationspumpe je nach Bedarf relativ heißes und relativ kaltes Wärmeübertragungsmedium bereitgestellt werden kann, um die Temperatur in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung aktiv einstellen zu können.
  • Besonders bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass eine Armatur einer zweiten Ausgleichsleitung im Falle eines Störfallereignisses geöffnet wird, insbesondere wenn ein Druckstoß, unterschiedliche Durchflussmengen in der unteren Be- und Entladeeinrichtung und der oberen Be- und Entladeeinrichtung oder ein Stromausfall detektiert werden. Die Armatur der zweiten Ausgleichsleitung ist im normalen Betrieb des Zweizonenwärmespeichers abgesperrt. Sie sollte leidglich bei einem Störfallereignis geöffnet werden, so dass zusätzlicher Verbindungsquerschnitt zwischen der oberen Zone und der unteren Zone freigegeben und die Strömung der Ausgleichsmenge erleichtert werden. Dies reduziert die Einwirkung auf das Zwischendach bei Störfallereignissen.
  • Besonders bevorzugt wird die zweite Ausgleichsleitung mit Wärmeübertragungsmedium mit einer Temperatur, die im Wesentlichen der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung entspricht, durchströmt. Dies kann entweder durch die Zirkulationspumpe oder eine eigene Zirkulationseinrichtung erfolgen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Zweizonenwärmespeicher und der Verfahren ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.
  • In der Zeichnung zeigen, jeweils schematisch,
    • Fig. 1
    einen Zweizonenwärmespeicher gemäß dem Stand der Technik in einem Vertikalschnitt,
    Fig. 2A
    ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in einem Vertikalschnitt und
    Fig. 2B
    ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in einem Vertikalschnitt.
  • Fig. 1 zeigt einen Zweizonenwärmespeicher für Fernwärmeheizsysteme gemäß dem Stand der Technik. Der Zweizonenspeicher umfasst einen Behälter 1, der eine Behälterwand 2 und einen Boden 3 aufweist. Der Behälter 1 ist mit einem hier nicht dargestellten wärmeabgebenden System und einem hier ebenfalls nicht dargestellten wärmeabsorbierenden System verbindbar.
  • Der Behälter 1 ist in eine obere Zone 4 und eine untere Zone 5 aufgeteilt. Zwischen der oberen Zone 4 und der unteren Zone 5 ist ein Zwischendach 6 angeordnet. Die obere Zone 4 und die untere Zone 5 sind im Betrieb mit Wasser W gefüllt. Das Wasser W dient als Wärmeübertragungsmedium. Darüber hinaus wird durch das Eigengewicht des sich in der oberen Zone 4 befindenden Wassers W ein Druck auf die untere Zone 5 ausgeübt. Dies ermöglicht eine Speicherung von heißem Wasser W in der unteren Zone 5 auf Temperaturen von über 100 Grad Celsius, ohne dass eine Bedruckung des Behälters 1 erfolgen muss.
  • In der oberen Zone 4 und der unteren Zone 5 bilden sich im Wasser W thermische Schichten, da warmes Wasser in dem hier relevanten Temperaturbereich eine geringere Dichte aufweist als kaltes Wasser. Dementsprechend befindet sich am Boden der oberen Zone 4 und der unteren Zone 5 relativ kaltes Wasser W, während sich in dem oberen Bereich der oberen Zone 4 und der unteren Zone 5 Schichten aus relativ heißem Wasser W bilden. Die Temperatur am unteren Bereich der unteren Zone 5 wird maßgeblich durch die Rücklauftemperatur bestimmt. Als Rücklauftemperatur bezeichnet man die Temperatur des kalten Wassers, welches beim Entladen des Zweizonenwärmespeichers in die untere Zone eingebracht wird.
  • Typischerweise weist die untere Zone 5 am Boden eine niedrigere Temperatur auf als die obere Zone 4 in der Nähe des Zwischendachs 6.
  • Das Zwischendach 6 ist aus einem wärmeisolierenden und wasserdichten Material gebildet, so dass das Wasser W nicht über das Zwischendach 6 von der oberen Zone 4 in die untere Zone 5 und umgekehrt gelangen kann. Durch die wärmeisolierenden Eigenschaften des Zwischendachs 6 wird die Wärmeleitung zwischen dem sich in der oberen Zone 4 befindenden Wassers W und dem sich in der unteren Zone 5 befindenden Wassers W weitestgehend unterbunden.
  • Das Zwischendach 6 ist beispielsweise durch Schweißen fest mit dem Behälter 1 verbunden. Auf das Zwischendach 6 wirkt von oben ein Druck durch das Eigengewicht des sich in der oberen Zone 4 befindenden Wassers W. Von unten wirkt ein Innendruck, der durch das in der unteren Zone 5 befindende Wassers W entsteht. Durch den Druck von oben und den Druck von unten bildet sich ein Differenzdruck am Zwischendach 6. Das Zwischendach 6 ist für einen bestimmten Differenzdruckbereich ausgelegt, so dass im Betrieb stets sichergestellt werden muss, dass der Differenzdruck auf das Zwischendach 6 in dem zulässigen Bereich bleibt.
  • Die untere Zone 5 weist eine obere Be- und Entladeeinrichtung 7 und eine untere Be- und Entladeeinrichtung 8 auf. Die obere Be- und Entladeeinrichtung 7 weist eine obere Speicherleitung 9 und die untere Be- und Entladeeinrichtung 8 eine untere Speicherleitung 10 auf. Durch die Be- und Entladeeinrichtungen 7, 8 kann das Wärmeübertragungsmedium, welches im dem dargestellten Beispiel Wasser W ist, in die untere Zone 5 eingebracht und aus dieser abgeführt werden. Die obere Speicherleitung 9 wird auch als Vorlaufleitung und die untere Speicherleitung 10 als Rücklaufleitung bezeichnet.
  • In Fig. 1 sind die sich bei der Wärmeabführung einstellenden Strömungsrichtungen mit Pfeilen angedeutet. Wird dem Zweizonenwärmespeicher Wärme abgeführt, tritt warmes Wasser W aus der oberen Be- und Entladeeinrichtung 7 über die obere Speicherleitung 9 aus. Gleichzeitig wird im Wesentlichen die gleiche Menge von kaltem Wasser W, gemessen in Gewicht, über die untere Be- und Entladeeinrichtung 8 in die untere Zone 5 eingebracht. Die obere Zone 4 und die untere Zone 5 sind über eine erste Ausgleichsleitung 11 miteinander verbunden. Warmes Wasser weist eine im Vergleich zu kaltem Wasser geringere Dichte auf. Dementsprechend verringert sich bei der Abfuhr von Wärme aus dem Zweizonenwärmespeicher die Dichte des sich in der unteren Zone 5 befindenden Wassers W. Um diesen Dichte- und damit einhergehenden Volumenunterschied auszugleichen, strömt Wasser W von der oberen Zone 4 durch die erste Ausgleichsleitung 11 in die untere Zone 5.
  • Bei Zufuhr von Wärme in den Zweizonenwärmespeicher erfolgt der beschriebene Prozess umgekehrt. In diesem Fall wird der unteren Zone 5 relativ heißes Wasser W über die obere Be- und Entladeeinrichtung 7 zugeführt, während relativ kaltes Wasser W über die untere Be- und Entladeeinrichtung 8 aus der unteren Zone 5 abgeführt wird. Die sich in der unteren Zone 5 einstellende Temperaturveränderung im Wasser W sorgt für eine reduzierte Dichte des Wassers W, so dass Wasser W über die erste Ausgleichsleitung 11 von der unteren Zone 5 in die obere Zone 4 strömt.
  • Der Differenzdruck am Zwischendach 6 wird unter anderem von der unterschiedlichen Gewichtskraft der Wassersäulen in der unteren Zone 5 bestimmt. Bei Entnahme und Zufuhr von Wärme aus dem Zweizonenwärmespeicher ergeben sich Schwankungen der Temperatur des sich in der ersten Ausgleichsleitung 11 befindenden Wassers W. Dies führt zu einem schwankenden Bodendruck. Darüber hinaus verändert sich die Gewichtskraft der Wassersäule in der unteren Zone 5 bei Entnahme und Zufuhr von Wärme aus bzw. in den Zweizonenwärmespeicher, was sich ebenfalls auf den Differenzdruck am Zwischendach 6 auswirkt.
  • Über der ersten Ausgleichsleitung 11 ist eine Platte 12 angeordnet, die verhindert, dass das aus der unteren Zone 5 in die obere Zone 4 einströmende Wasser W an die Wasseroberfläche in der oberen Zone 4 gelangt. Die erste Ausgleichsleitung 11 weist in der oberen Zone 4 neben ihrem oberen Ende zwei weitere Öffnungen 13 auf. Diese dienen dazu, dass aus der unteren Zone 5 in die obere Zone 4 einströmende Wasser W möglichst dort einzubringen, wo ähnliche Temperaturverhältnisse herrschen. Auf diesem Weg kann die Wirbelbildung und die damit einhergehende Störung der thermischen Schichten in der oberen Zone 4 reduziert werden.
  • Die erste Ausgleichsleitung 11 ist so ausgelegt und angeordnet, dass sie kurz unter dem sich im befüllten Zustand des Zweizonenwärmespeichers in der oberen Zone 4 einstellenden Wasserspiegels endet. So ist sichergestellt, dass im befüllten Zustand bei der Abfuhr von Wärme aus dem Zweizonenwärmespeicher immer Wasser W aus der oberen Zone 4 in die untere Zone 5 fließen kann und ein Druckabfall in der unteren Zone 5 sicher verhindert wird. Die erste Ausgleichsleitung 11 endet auf der anderen Seite in der unteren Zone 5 kurz über dem Boden 3 des Behälters 1. So wird sichergestellt, dass bei Zufuhr von Wärme in den Zweizonenwärmespeicher möglichst kaltes Wasser W von der unteren Zone 5 in die obere Zone 4 gelangt.
  • Darüber hinaus weist der Zweizonenwärmespeicher ein Ableitungsrohr 14 auf, dessen eines Ende an einem oberen Abschnitt der unteren Zone 5 und dessen anderes Ende an einem oberen Abschnitt der oberen Zone 4 angeordnet ist. Das Ableitungsrohr 14 dient zur Entlüftung der unteren Zone 5.
  • In Fig. 2A ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zweizonenwärmespeichers gezeigt, dessen Aufbau in weiten Teilen dem Aufbau des Zweizonenwärmespeichers aus Fig. 1 entspricht. So umfasst der erfindungsgemäße Zweizonenwärmespeicher aus Fig. 2A ebenfalls einen Behälter 1 mit einer Behälterwand 2 und einem Boden 3. Der Behälter 1 weist eine obere Zone 4 und eine untere Zone 5 auf, die über ein Zwischendach 6 voneinander getrennt sind. Die untere Zone 5 weist eine obere Be- und Entladeeinrichtung 7 mit einer oberen Speicherleitung 9 und eine untere Be- und Entladeeinrichtung 8 mit einer unteren Speicherleitung 10 auf, über die jeweils bei Zu- und Abfuhr von Wärme heißes bzw. kaltes Wasser W in der oben beschriebenen Weise in die untere Zone 5 eingebracht wird bzw. aus dieser abgeführt wird. Die obere Zone 4 und die untere Zone 5 sind über eine erste Ausgleichsleitung 11' miteinander verbunden. Auch umfasst der in Fig. 2A gezeigte Zweizonenwärmespeicher ein Ableitungsrohr 14. Das Ableitungsrohr 14 dient zur Entlüftung der unteren Zone 5. Der in Fig. 2A gezeigte Zweizonenwärmespeicher ist in einem mit Wasser W befüllten Zustand abgebildet, wobei auch andere Wärmeübertragungsmedien zweckmäßig sein können.
  • Der erfindungsgemäße Zweizonenwärmespeicher weist im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Zweizonenwärmespeicher eine Zirkulationspumpe 15 zur Durchströmung der ersten Ausgleichsleitung 11' mit Wasser W auf. Darüber hinaus umfasst der erfindungsgemäße Zweizonenwärmespeicher eine erste Ausgleichspumpe 16 zur Förderung von Wasser W von der unteren Zone 5 in die obere Zone 4 und eine zweite Ausgleichspumpe 17 zur Förderung von Wasser W von der oberen Zone 4 in die untere Zone 5.
  • Die erste Ausgleichspumpe 16 ist an ihrer Saugseite 18a über eine Rohrleitung 19 mit einer an der unteren Be- und Entladeeinrichtung 8 vorgesehenen Speicherleitung 10 verbunden. An ihrer Druckseite 18b ist die erste Ausgleichspumpe 16 über eine Rohrleitung 20 und einen Stutzen 21 mit der oberen Zone 4 verbunden.
  • Die zweite Ausgleichspumpe 17 ist an ihrer Saugseite 22a über eine Rohrleitung 23 mit dem Stutzen 21 der oberen Zone 4 und an ihrer Druckseite 22b über eine Rohrleitung 24 mit der an der unteren Be- und Entladeeinrichtung 8 vorgesehenen Speicherleitung 10 verbunden.
  • Die beim Be- und Entladen des Zweizonenwärmespeichers zwischen der oberen und der unteren Zone 4, 5 zu verschiebenden Ausgleichsmengen werden über die erste Ausgleichspumpe 16 und die zweite Ausgleichspumpe 17 in die jeweilige Zone gepumpt. Bei Zufuhr von Wärme in den Zweizonenwärmespeicher pumpt die erste Ausgleichspumpe 16 Wasser W von der unteren Speicherleitung 10 in die obere Zone 4, so dass sich keine Temperaturschwankungen in der Ausgleichsleitung 11' ergeben. Bei Abfuhr von Wärme aus dem Zweizonenwärmespeicher pumpt die zweite Ausgleichspumpe 17 Wasser von der oberen Zone 4 über die untere Speicherleitung 10 in die untere Zone 5. Die Ausgleichspumpen 16, 17 werden so geregelt, dass keine Ausgleichsmengen über die erste Ausgleichsleitung 11' verschoben werden.
  • Eine von einer Druckseite 25b der Zirkulationspumpe 15 ausgehende erste Rohrleitung 26 mündet in einen der oberen Zone 4 zugeordneten Endbereich 27 der ersten Ausgleichsleitung 11'.
  • Die Zirkulationspumpe 15 des in Fig. 2A dargestellten Zweizonenwärmespeichers kann an ihrer Saugseite 25a über drei Rohrleitungen mit Wasser W gespeist werden. Eine zweite Rohrleitung 28 verbindet die Saugseite 25a der Zirkulationspumpe 15 mit einem unteren Bereich 29 der ersten Ausgleichsleitung 11'. Eine dritte Rohrleitung 30 verbindet die Saugseite 25a der Zirkulationspumpe 15 mit dem unteren Bereich der unteren Zone 5. Eine vierte Rohrleitung 31 stellt eine Verbindung zwischen der Saugseite 25a der Zirkulationspumpe 15 und der Speicherleitung 9 der oberen Be- und Entladeeinrichtung 7 her. Die zweite, die dritte und die vierte Rohrleitung 28, 30, 31 werden an der Saugseite 25a der Zirkulationspumpe 15 zusammengeführt. Die Rohrleitungen 28, 30, 31 weisen jeweils eine Regelarmatur 32, 33, 34 auf. Dementsprechend kann die Zirkulationspumpe 15, je nachdem welche Regelarmatur 32, 33, 34 geöffnet oder geschlossen ist, Wasser W aus dem unteren Bereich 29 der ersten Ausgleichsleitung 11', aus dem unteren Bereich der unteren Zone 5 oder aus der Speicherleitung 9 der oberen Be- und Entladeeinrichtung 7 ansaugen und in den der oberen Zone 4 zugeordneten Endbereich 27 der ersten Ausgleichsleitung 11' pumpen.
  • Während das Wasser W in der an der oberen Be- und Entladeeinrichtung 7 vorgesehenen Speicherleitung 9 relativ heiß ist, ist das sich in dem unteren Bereich der unteren Zone 5 befindende Wasser W relativ kalt. Soll die Temperatur in der ersten Ausgleichsleitung 11' erhöht werden, werden die Armaturen 32, 33 in der zweiten und der dritten Rohrleitung 28, 30 geschlossen, während die Armatur 34 der vierten Rohrleitung 31 geöffnet wird. Ist eine Reduzierung der Temperatur des Wassers W in der ersten Ausgleichsleitung 11' gewünscht, werden die Armaturen 32, 34 der zweiten und der vierten Rohrleitung 28, 31 geschlossen und die der dritten Rohrleitung 30 geöffnet. Soll die Temperatur in der ersten Ausgleichsleitung 11' konstant gehalten werden, wird lediglich die Armatur 32 der zweiten Rohrleitung 28 geöffnet. Auf diese Weise kann die Druckdifferenz am Zwischendach 6 in noch engeren Toleranzgrenzen eingestellt werden, so dass das vorgesehene Auslegungsfenster des Zwischendachs 6 noch besser als Störfallreserve genutzt werden kann.
  • Alternativ können die dritte und die vierte Rohrleitung auch an anderen Stellen des Zweizonenwärmespeichers angeschlossen werden, an denen relativ kaltes bzw. relativ heißes Wasser W abgeführt werden kann. Beispielsweise wäre es auch möglich, die dritte Rohrleitung an die Speicherleitung 10 der unteren Be- und Entladeeinrichtung 8 und die vierte Rohrleitung an einen oberen Bereich der unteren Zone 5 anzuschließen. Wichtig ist lediglich, dass an der Saugseite 25a der Zirkulationspumpe 15 je nach Bedarf relativ heißes und relativ kaltes Wärmeübertragungsmedium bereitgestellt werden kann, um die Temperatur in der ersten Ausgleichsleitung 11' aktiv einstellen zu können.
  • Um die Temperatur besonders genau einstellen zu können, weist der Zweizonenwärmespeicher auf der Druckseite 25b der Zirkulationspumpe 15 einen in Fig. 2A nicht dargestellten Sensor zur Messung der Wassertemperatur auf. Alternativ kann der Temperatursensor auch an einer anderen dafür geeigneten Position angeordnet werden. Darüber hinaus ist eine Regelungseinrichtung zur Regelung der Temperatur des Wassers W in der ersten Ausgleichsleitung 11' vorgesehen. Die Regelungseinrichtung öffnet und schließt anhand der durch den Temperatursensor gemessenen Werte die Regelarmaturen 32, 33, 34. Ziel ist es, dass sich die Temperatur in der ersten Ausgleichleitung 11' an die gemittelte Temperatur in der unteren Zone 5 annähert, um den Differenzdruck am Zwischendach 6 zu reduzieren.
  • In Fig. 2B ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zweizonenwärmespeichers gezeigt, dessen Aufbau in weiten Teilen dem Aufbau der Zweizonenwärmespeicher aus Fig. 2A entspricht. Das in Fig. 2B gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 2A abgebildeten Zweizonenwärmespeicher durch eine zweite außenliegende Ausgleichsleitung 35, die die obere Zone 4 mit der unteren Zone 5 verbindet. In dem in Fig. 2B links dargestellten Schaltplan ist die zweite Ausgleichsleitung 35 als dicke Linie dargestellt.
  • Die zweite Ausgleichsleitung 35 weist eine Nennweite in gleicher Größenordnung wie die der ersten Ausgleichsleitung 11' auf und ist im normalen Betrieb durch eine im unteren Bereich der zweiten Ausgleichsleitung 35 angeordnete Armatur 36 abgeriegelt. Kommt es zu einem Störfallereignis, öffnet die Armatur 36 schnellstmöglich und gibt einen zusätzlichen Verbindungsquerschnitt zwischen der oberen Zone 4 und der unteren Zone 5 frei, um Ausgleichsströmungen zwischen der oberen Zone 4 und der unteren Zone 5 zu erleichtern. Dies reduziert die Einwirkung auf das Zwischendach 6. Störfallereignisse betreffen beispielsweise Druckstoßereignisse im angebundenen Fernwärmesystem, die sich über Anschlussleitungen in den Behälter 1 fortsetzen.
  • Die durch Störfallereignisse hervorgerufenen Druckstöße können sich so schnell ausbreiten, dass eine rechtzeitige Detektion über normale Druckmessungen im Zweizonenspeicher nicht möglich ist. Aus diesem Grund werden auch andere Szenarien, die zu einem Druckstoß führen können, bei der Regelung der Armatur 36 der zweiten Ausgleichsleitung 35 in Betracht gezogen. Beispielsweise kann ein Ausfall einer Pumpengruppe zu einer unterschiedlichen Durchflussmenge in der oberen und der unteren Be- und Entladeeinrichtung 7, 8 führen, so dass es vorteilhaft ist, die Armatur 36 der zweiten Ausgleichsleitung 35 bei Ausfall der Pumpengruppe vorbeugend zu öffnen. Gleiches gilt auch für die Detektion eines Stromausfalls.
  • Die Temperatur in der zweiten Ausgleichsleitung 35 und der ersten Ausgleichleitung 11' sollten beim Öffnen der Armatur 36 der zweiten Ausgleichsleitung 35 möglichst identisch sein, um beim Öffnen durch unterschiedliche Temperaturen hervorgerufene zusätzliche Druckstöße zu vermeiden. Um die Wassertemperatur in den beiden Ausgleichsleitungen 11', 35 auf einem möglichst identischen Niveau einzustellen, wird die zweite Ausgleichsleitung 35 in dem in Fig. 2B gezeigten Ausführungsbeispiel in die Zirkulation der ersten Ausgleichsleitung 11' eingebunden.
  • Die Einbindung der zweiten Ausgleichleitung 35 in die Zirkulation der ersten Ausgleichsleitung 11' erfolgt, indem die von der Druckseite 25b der Zirkulationspumpe 15 ausgehende erste Rohrleitung 26 in zwei Rohrleitungen gabelt, wobei eine Rohrleitung in die zweite Ausgleichsleitung 35 mündet und die andere Rohrleitung in die erste Ausgleichsleitung 11' mündet. An der Gabelung sind Blenden 37 vorgesehen, so dass beispielweise die Hälfte des von der Druckseite 25b der Zirkulationspumpe 15 kommende Wassers W in die erste Ausgleichsleitung 11' und die andere Hälfte in die zweite Ausgleichsleitung 35 geführt wird. An der Saugseite 25a der Zirkulationspumpe 15 findet eine Gabelung in der zweiten Rohrleitung 28 statt, wobei eine Rohrleitung in den der unteren Zone 5 zugeordneten Endbereich der ersten Ausgleichsleitung 11' mündet und die andere Rohrleitung oberhalb der Armatur 36 der zweiten Ausgleichsleitung 35 in die zweite Ausgleichsleitung 35 mündet. Auch hier sind Blenden 37 vorgesehen, die sicherstellen, dass die erste Rohrleitung 28 beispielsweise hälftig mit Wasser W aus der ersten Ausgleichsleitung 11' und hälftig mit Wasser W aus der zweiten Ausgleichsleitung 35 gespeist wird.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Behälter
    2
    Behälterwand
    3
    Boden
    4
    obere Zone
    5
    untere Zone
    6
    Zwischendach
    7
    obere Be- und Entladeeinrichtung
    8
    untere Be- und Entladeeinrichtung
    9
    Speicherleitung der oberen Be- und Entladeeinrichtung 7
    10
    Speicherleitung der unterer Be- und Entladeeinrichtung 8
    11
    erste Ausgleichsleitung
    11'
    erste Ausgleichsleitung
    12
    Platte
    13
    Öffnungen
    14
    Ableitungsrohr
    15
    Zirkulationspumpe
    16
    erste Ausgleichspumpe
    17
    zweite Ausgleichspumpe
    18a
    Saugseite der ersten Ausgleichspumpe 16
    18b
    Druckseite der ersten Ausgleichspumpe 16
    19
    Rohrleitung
    20
    Rohrleitung
    21
    Stutzen
    22a
    Saugseite der zweiten Ausgleichspumpe 17
    22b
    Druckseite der zweiten Ausgleichspumpe 17
    23
    Rohrleitung
    24
    Rohrleitung
    25a
    Saugseite der Zirkulationspumpe 15
    25b
    Druckseite der Zirkulationspumpe 15
    26
    erste Rohrleitung
    27
    der oberen Zone 4 zugeordneter Endbereich der ersten Ausgleichsleitung 11'
    28
    zweite Rohrleitung
    29
    der unteren Zone 5 zugeordneter Endbereich der ersten Ausgleichsleitung 11'
    30
    dritte Rohrleitung
    31
    vierte Rohrleitung
    32
    Regelarmatur der zweiten Rohrleitung 28
    33
    Regelarmatur der dritten Rohrleitung 30
    34
    Regelarmatur der vierten Rohrleitung 31
    35
    zweite Ausgleichleitung
    36
    Armatur der zweiten Ausgleichleitung 35
    37
    Blenden

Claims (17)

  1. Zweizonenwärmespeicher für Fernwärmeheizsysteme, umfassend einen mit zumindest einem wärmeabgebenden System und zumindest einem wärmeabsorbierenden System verbindbaren, eine Behälterwand (2) und einen Boden (3) aufweisenden Behälter (1), wobei der Behälter (1) eine obere Zone (4) und eine untere Zone (5) aufweist, wobei zwischen der oberen Zone (4) und der unteren Zone (5) ein Zwischendach (6) angeordnet ist, wobei die untere Zone (5) wenigstens eine untere Be- und Entladeeinrichtung (8) und wenigstens eine obere Be- und Entladeeinrichtung (7) aufweist, wobei die obere Zone (4) und die untere Zone (5) über wenigstens eine erste Ausgleichsleitung (11') miteinander in Verbindung stehen und wobei die obere Zone (4) und die untere Zone (5) mit einem Wärmeübertragungsmedium befüllbar sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Zweizonenwärmespeicher eine Zirkulationspumpe (15) zur Durchströmung der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') mit Wärmeübertragungsmedium, eine erste Ausgleichspumpe (16) zur Förderung von Wärmeübertragungsmedium von der unteren Zone (5) in die obere Zone (4) und eine zweite Ausgleichspumpe (17) zur Förderung von Wärmeübertragungsmedium von der oberen Zone (4) in die untere Zone (5) aufweist.
  2. Zweizonenwärmespeicher nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Regelungseinrichtung zur Regelung der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') vorgesehen ist.
  3. Zweizonenwärmespeicher nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine von einer Druckseite (25b) der Zirkulationspumpe (15) ausgehende erste Rohrleitung (26) in einen der oberen Zone (4) zugeordneten Endbereich (27) der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') mündet,
    eine zweite Rohrleitung (28) eine Saugseite (25a) der Zirkulationspumpe (15) mit der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') in der unteren Zone (5) verbindet, wobei die zweite Rohrleitung (28) bevorzugt an einem der unteren Zone (5) zugeordneten Endbereich (29) der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') in die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung (11') mündet,
    eine dritte Rohrleitung (30) die Saugseite (25a) der Zirkulationspumpe (15) mit der unteren Zone (5) verbindet, wobei die dritte Rohrleitung (30) in einem unteren Bereich der unteren Zone (5) in die untere Zone (5) mündet, und eine vierte Rohrleitung (31) die Saugseite (25a) der Zirkulationspumpe (15) mit einer an der oberen Be- und Entladeeinrichtung (7) vorgesehenen Speicherleitung (9) verbindet,
    wobei die zweite, die dritte und die vierte Rohrleitung (28, 30, 31) wenigstens jeweils eine Regelarmatur (32, 33, 34) aufweisen.
  4. Zweizonenwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    auf der Druckseite (25b) der Zirkulationspumpe (15) ein Sensor zur Messung der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums angeordnet ist.
  5. Zweizonenwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung (11') im unteren Bereich der oberen Zone (4) in die obere Zone (4) mündet, wobei insbesondere ein der oberen Zone (4) zugeordnetes Ende der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') in einer unteren Hälfte, bevorzugt in einem unteren Drittel, noch bevorzugter in einem unteren Viertel, besonders bevorzugt in einem unteren Fünftel, weiter bevorzugt in einem unteren Zehntel und noch weiter bevorzugt in einem unteren Zwanzigstel der oberen Zone (4) angeordnet ist.
  6. Zweizonenwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zirkulationspumpe (15) dazu ausgebildet ist, Wärmeübertragungsmedium von der oberen Zone (4) durch die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung (11') in Richtung der unteren Zone (5) zu befördern.
  7. Zweizonenwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Saugseite (18a) der ersten Ausgleichspumpe (16) mit einer an der unteren Be- und Entladeeinrichtung (8) vorgesehenen Speicherleitung (10) verbunden ist, wobei besonders bevorzugt eine Druckseite (18b) der ersten Ausgleichspumpe (16) über einen Stutzen (21) mit der oberen Zone (4) verbunden ist.
  8. Zweizonenwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Druckseite (22b) der zweiten Ausgleichspumpe (17) mit der an der unteren Be- und Entladeeinrichtung (8) vorgesehenen Speicherleitung (10) verbunden ist und bevorzugt eine von der Saugseite (22a) der zweiten Ausgleichspumpe (17) ausgehende Rohrleitung (23) mit dem Stutzen (21) der oberen Zone (4) verbunden ist.
  9. Zweizonenwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine zweite, insbesondere außenliegende, Ausgleichsleitung (35) zur Verbindung der oberen Zone (4) mit der unteren Zone (5) vorgesehen ist, wobei die zweite Ausgleichsleitung (35) eine, insbesondere in einem unteren Bereich der zweiten Ausgleichsleitung (35) angeordnete, Armatur (36) zur Absperrung aufweist.
  10. Zweizonenwärmespeicher nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, dass die Nennweite der zweiten Ausgleichsleitung (35) mindestens der Nennweite der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') entspricht, wobei die Nennweite der zweiten Ausgleichleitung (35) bevorzugt wenigstens 20 Prozent, weiter bevorzugt wenigstens 40 Prozent und noch bevorzugter wenigstens 60 Prozent größer als die Nennweite der wenigsten einen ersten Ausgleichleitung (11') ist.
  11. Zweizonenwärmespeicher nach Anspruch 9 oder 10,dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausgleichsleitung (35) zumindest abschnittsweise in die durch die Zirkulationspumpe (15) hervorgerufene Zirkulation des Wärmeübertragungsmediums durch die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung (11') eingebunden ist.
  12. Zweizonenwärmespeicher nach einem der Ansprüche 9 bis 11,dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausgleichsleitung (35) eine eigene Zirkulationseinrichtung zur Durchströmung der zweiten Ausgleichsleitung (35) mit Wärmeübertragungsmedium aufweist.
  13. Verfahren zum Betrieb eines Zweizonenwärmespeichers nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Zirkulationspumpe (15) eine Durchströmung wenigstens einer ersten Ausgleichsleitung (11') mit einem Wärmeübertragungsmedium bewirkt, bei Zufuhr von Wärme in den Zweizonenwärmespeicher eine erste Ausgleichspumpe (16) Wärmeübertragungsmediums von der unteren Zone (5) in die obere Zone (4) fördert und bei Abfuhr von Wärme aus dem Zweizonenwärmespeicher eine zweite Ausgleichspumpe (17) Wärmeübertragungsmediums von der oberen Zone (4) in die untere Zone (5) fördert.
  14. Verfahren nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Regelungseinrichtung bei Zufuhr von Wärme in den Zweizonenwärmespeicher die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') erhöht und bei Abfuhr von Wärme aus dem Zweizonenwärmespeicher die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') reduziert, wobei bevorzugt die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') an die gemittelte Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der unteren Zone (5) angeglichen wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Regelarmatur (32) einer eine Saugseite (25a) der Zirkulationspumpe (15) und die wenigstens eine erste Ausgleichsleitung (11') verbindende zweite Rohrleitung (28) geöffnet wird, wenn die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') auf einem konstanten Niveau gehalten werden soll,
    eine Regelarmatur (33) einer die Saugseite (25a) der Zirkulationspumpe (15) und einen unteren Bereich der unteren Zone (5) verbindende dritte Rohrleitung (30) geöffnet wird, wenn die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') reduziert werden soll und eine Regelarmatur (34) einer die Saugseite (25a) der Zirkulationspumpe (15) und eine an einer oberen Be- und Entladeeinrichtung (7) vorgesehenen Speicherleitung (9) verbindende vierte Rohrleitung (31) geöffnet wird, wenn die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') erhöht werden soll.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Armatur (36) einer zweiten Ausgleichsleitung (35) im Falle eines Störfallereignisses geöffnet wird, insbesondere wenn ein Druckstoß, unterschiedliche Durchflussmengen in einer unteren Be- und Entladeeinrichtung (8) und der oberen Be- und Entladeeinrichtung (7) oder ein Stromausfall detektiert werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die zweite Ausgleichsleitung (35) mit Wärmeübertragungsmedium mit einer Temperatur, die im Wesentlichen der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in der wenigstens einen ersten Ausgleichsleitung (11') entspricht, durchströmt wird.
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