DE29908367U1 - Vorrichtung zum Betreiben einer Wärmeversorgungsanlage mit begrenzter Rücklauftemperatur in mengenvariablen Netzen - Google Patents

Description

27-0Ä.99

Vorrichtung zum Betreiben einer Wärmeversorgungsanlage mit begrenzten Rücklauftemperaturen in mengenvariablen Netzen

Beschreibung

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine technische Lösung zum Aufbau und Betreiben einer Wärmeversorgungsanlage für Räume mit einer Wärmeerzeugereinheit, einem

Verteilungsnetz mit Vor- und Rücklauf und Heizflächen.

Die der Erfindung zugrundeliegende typische Konfiguration sind

a) eine Fernwärmehausstation, die an einem
Fernwärmeversorgungsnetz angeschlossen ist, welche die technischen Anschlußbedingungen des
Fernwärmeversorgers mit einer Rücklauftemperaturbegrenzung erfüllen muß, im häufigsten Falle Wohnungseinheiten versorgt und zumeist auch Gebrauchswarmwasser durch Wassererwärmung herstellt.

b) ein Brennwertkessel, dessen Rücklauftemperatur zum wirtschaftlichen Betrieb nicht überschritten werden soll und desgl. Wohneinheiten versorgt.

Sowohl eine Fernwärmestation mit einem Umformer als Kernstück zur Wärmeübertragung zwischen Primär- und Sekundärnetz als auch ein Brennwertkessel sind im Regelfall dadurch gekennzeichnet, daß diese Systeme im Vergleich zur Heizleistung eine geringe Wärmekapazität haben und Aufheizvorgänge eines Apparats mit ruhendem bzw. geringfließendem sekundärsei ti gern Medium sehr schnell zur Überhitzung führen bzw. durch die Steuerung der Heizvorgang blockiert werden kann. Zur ordnungsgemäßen Arbeitsweise ist ein sekundärsei tiger Mindestdurchfluß notwendig.

Stand der Technik

Bekannte Wärmeversorgungsanlagen, insbes. Fernwärmeanlagen, mit einer Dimensionierung - insbesondere des primärseitigen RegelventiIs -

gemäß den Netzanschlußdaten und der Nennwärmeleistung, zeigen auf Grund des Betriebsverhaltens der Abnehmer zeitweise die Neigung zur instabilen Arbeitsweise, die allein durch die klassische Reglerdimensionierung nicht beherrscht werden kann.

Die Ursachen sind durch die Summe des individuellen Sparverhaltens der Abnehmer - im üblichen Fall der Bewohner der zu beheizenden Wohnungen begründet, das

einerseits durch das manuelle zeitweise Reduzieren des Sollwerts von Thermostatventilen an Heizflächen bzw. Raumtemperaturreglern z.B. bei Abwesenheit,

andererseits einer notwendigen erhöhten Vorlauftemperatur für die

Bedürfnisse einzelner Abnehmer

und bei Anwesenheit zum Energieausgleich des selbst verursachten Mangels bei reduziertem Heizbetrieb,

gekennzeichnet ist.

Praktische Erfahrungen zeigen, daß die Veranlassung einer ausgeglichenen Betriebsweise durch die Abnehmer nicht durchsetzbar ist. Die Folge dieser Betriebsweise ist ein zeitweise instabiles Verhalten der Regelung des Wärmeerzeugers infolge zu geringer Durchflußmengen, das sich bei Fernwärmehausstationen durch häufiges Öffnen und Schließen des Regelventils im Primärkreis zeigt.

Bei Brennwertkesseln ist in dieser Situation eine hohe Schalthäufigkeit mit kurzen Brennerlaufzeiten unvermeidbar.

Bei Fernwärmehaustationen wird dadurch der erhöhte Verschleiß der Reglerausgangskontakte und der Ventil stell antriebe bewirkt, desgleichen Überhitzungserscheinungen im Sekundärvorlauf mit häufigem Auslösen der Sicherheitsthermostaten und damit häufiger Betätigung der Sicherheitsfunktion der Primärregel ventile, was ebenso in der Folge zu erhöhten Ausfällen der Ventil antriebe sowie Umformerdefekten durch thermodynamische Spannungen und je nach Gestaltung der Primärkreise zu Druckschlägen/ Kavitation führen kann.

Das Verhalten der gedrosselten Abnehmer bewirkt eine unterkühlte Rücklauftemperatur im Wärmeversorgungsnetz.

Durch die Maxi mal begrenzung der Primärrücklauftemperatur gemäß den technischen Anschlußbedingugen der Fernwärmeversorger sind fest eingestellte Bypaßstrecken im sekundärsei ti gen Heiznetz, die eine unkontrollierte Rücklauftemperaturanhebung bewirken, nicht sinnvoll bzw. nicht zugelassen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Beseitigung der o.g. Nachteile ohne wesentlich erhöhten Aufwand zugrunde, das wichtigste Ziel besteht in der Verlängerung der Lebensdauer der Ausrüstungsteile in der gegebenen Situation. Die Beschreibung bezieht sich auf Fernwärmehausstationen als das wesentliche Anwendungsgebiet.

Das Problem soll derart gelöst werden, daß die Vorlauf- und Rücklauf leitungen neben Ihrer Verteil funktion eine weitere definitive Funktion als Wärmespeicher erhalten.

Eine zusätzliche Verbesserung des Effekts wird durch die

Überdimensionierung der Verteilungsleitungen ( Hauptvor- und Rücklaufleitungen ) oder die Einschaltung eines Speichergefäßes in die Vorlaufleitung erreicht.

Die Darstellung nimmt auf die Zeichnung "Fig. 1" Bezug.

Die Fernwärmehausstation ist primärsei tig an ein Fernwärmenetz angeschlossen, wird über ein Regelventil 1 ( häufig mit Sicherheitsfunktion ) vorgeregelt und versorgt sekundärseitig ein bzw. mehrere Heizkreise, hier Heizungsnetzabgang 3 und den Abgang Warmwassererwärmungsanlage 4.

Diese sekundärseitigen Abgänge können in freier Gestaltung gemischte oder ungemischte Heizkreise mit oder ohne differenzdruckgeregelte Pumpen sein.

An den Verteilungsleitungen - im effektivsten Falle an den Enden befinden sich ein bzw. mehrere steuerbare Bypaßstrecken mit Stellorganen/ Aktoren 6,7, deren Durchfluß im geöffneten Zustand ggf.

zusätzlich durch Drosselarmaturen 8,9 bestimmt werden kann.

In den Schwachlastzeiten mit geringem Durchfluß durch die Abnehmerzweige 5 mit summiertem geringem Durchfluß des Heizungsmediums durch den Wärmeerzeuger ( Umformer 2 ), werden die Stellorgane/Aktoren ( z.B. Ventile ) 6,7 nach einem Algorithmus geöffnet und ein vorbestimmter Mindestdurchfluß hergestellt. Die Aufheizung des Heizungsmediums erfolgt mit einer Vorlauftemperatur nach Außenfühler 11 und Regel fühl er 12 so lange, bis die Rücklauftemperatur 14 einen Wert erreicht hat, der durch die vorgegebene Rücklauftemperaturbegrenzung an Fühler 13 eine Abschaltbedingung darstellt.

Danach werden die Stellorgane/ Aktoren 6,7 geschlossen und die Regelung mit dem Primärregel ventil beendet, bis eine Entladung des gespeicherten Heizmediums über die Abnehmer 5 erfolgt ist. Danach wiederholt sich der Aufladevorgang.

Bei ausreichendem Durchfluß infolge einer genügenden Abnahme geht das System in den kontinuierlichen Regel betrieb über.

Der Regler muß so gestaltet sein, daß er einen Betriebszustand mit natürlich erzeugter, ausreichender Durchflußmenge und den Schwachlastzustand mit ungenügender Durchflußmenge identifizieren kann.

Die Erkennung kann sowohl durch die Messung der Durchflußmenge selbst, der Signal gewinnung mittels einer elektronisch geregelten Pumpe oder durch eine Zustandsauswertung des Reglers, z.B. nach Temperaturen oder Stabilitätskriterien, erfolgen.

Claims (1)

1. Eine Wärmeversorgungsanlage, wie Fernwärmehausstationen oder Brennwertkessel, die als Wärmeerzeuger definiert werden und mindestens

   1. mit einer bzw. mehreren Heizgruppen bzw. Abnehmerzweigen und der erforderlichen Regeltechnik ausgestattet sind, je mit angeschlossenem Netz zur Versorgung von Wärmeabnehmern, die durchflußvariable Versorgungssysteme darstellen, in denen zeitweise Phasen geringer Durchflüsse auftreten, die nachfolgend als Schwachlastphasen bezeichnet werden.

   2. Forderungen zu maximalen Rücklauftemperaturen genügen müssen, ist dadurch gekennzeichnet, daß

   3. das Versorgungsnetz neben der Verteilfunktion auch bedarfsweise definitiv als steuerbarer Wärmespeicher genutzt werden kann, wobei die zusätzliche Einschaltung von Speicherbehältern bzw. Aufweitungen in den Leitungsverlauf freigestellt ist, in dem ein bzw. mehrere ferngesteuerte Stellorgane/Aktoren 6, 7 (z. B. Ventil oder Pumpe) bedarfsweise eine Bypaßfunktion zu den Abnehmern 5 herstellen, damit definitive Betriebsbedingungen durch Erfüllung einer Mindestdurchflußmenge und einer Mindestübertragungsleistung im Wärmeerzeuger 2 sichern und das Versorgungsnetz bis zu einer bestimmten Rücklauftemperatur oder innerhalb einer Zeiteinheit durchwärmen bzw. den Wärmespeicher aufladen.
   Innerhalb der Schwachlastphase, nach Beendigung der Phase der Aufladung mit Aufhebung der Bypaßfunktion, wird die enthaltene Wärme des Wärmespeichers in bestimmtem Maße über die Abnehmer 5 abgekühlt resp. entladen, während die Wärmeerzeugeranlage 2 zeitweise die Wärmeerzeugung einstellen kann.

   4. während einer abnehmerseitig gegebenen Phase ausreichender Durchsatzmengen der Normalbetrieb ohne die Wärmespeicherfunktion erfolgen kann

   5. ein geeignetes Regelsystem die Schwachlastphase identifiziert und danach die Wärmeerzeugung und Wärmespeicherung koordiniert.