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DE29908367U1 - Device for operating a heat supply system with a limited return temperature in variable-volume networks - Google Patents

Device for operating a heat supply system with a limited return temperature in variable-volume networks

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DE29908367U1
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heating
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/001Central heating systems using heat accumulated in storage masses district heating system
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/17District heating

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)

Description

27-0Ä.9927-0Ä.99

Vorrichtung zum Betreiben einer Wärmeversorgungsanlage mit begrenzten Rücklauftemperaturen in mengenvariablen NetzenDevice for operating a heat supply system with limited return temperatures in variable-volume networks

BeschreibungDescription

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine technische Lösung zum Aufbau und Betreiben einer Wärmeversorgungsanlage für Räume mit einer Wärmeerzeugereinheit, einemThe present invention relates to a technical solution for the construction and operation of a heat supply system for rooms with a heat generator unit, a

Verteilungsnetz mit Vor- und Rücklauf und Heizflächen.Distribution network with flow and return and heating surfaces.

Die der Erfindung zugrundeliegende typische Konfiguration sindThe typical configuration underlying the invention is

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.
a) a district heating station connected to a
district heating supply network, which meets the technical connection conditions of the
District heating supplier with a return temperature limitation, most often supplies residential units and usually also produces domestic hot water by water heating.

b) ein Brennwertkessel, dessen Rücklauftemperatur zum wirtschaftlichen Betrieb nicht überschritten werden soll und desgl. Wohneinheiten versorgt.b) a condensing boiler whose return temperature should not be exceeded for economical operation and which supplies similar residential units.

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.Both a district heating station with a converter as the core for heat transfer between the primary and secondary network and a condensing boiler are generally characterized by the fact that these systems have a low heat capacity compared to their heating output and heating processes of an apparatus with a static or low-flowing secondary medium can very quickly lead to overheating or the heating process can be blocked by the control system. A minimum flow rate on the secondary side is necessary for proper operation.

Stand der TechnikState of the art

Bekannte Wärmeversorgungsanlagen, insbes. Fernwärmeanlagen, mit einer Dimensionierung - insbesondere des primärseitigen RegelventiIs -Known heat supply systems, especially district heating systems, with a dimensioning - especially of the primary-side control valve -

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.According to the grid connection data and the nominal heat output, due to the operating behavior of the consumers, there is a tendency to operate unstably at times, which cannot be controlled by conventional controller dimensioning alone.

Die Ursachen sind durch die Summe des individuellen Sparverhaltens der Abnehmer - im üblichen Fall der Bewohner der zu beheizenden Wohnungen begründet, dasThe causes are due to the sum of the individual saving behaviour of the consumers - in the usual case the residents of the apartments to be heated, which

einerseits durch das manuelle zeitweise Reduzieren des Sollwerts von Thermostatventilen an Heizflächen bzw. Raumtemperaturreglern z.B. bei Abwesenheit,on the one hand by manually temporarily reducing the setpoint of thermostat valves on heating surfaces or room temperature controllers, e.g. when you are away,

andererseits einer notwendigen erhöhten Vorlauftemperatur für dieon the other hand, a necessary increased flow temperature for the

Bedürfnisse einzelner AbnehmerNeeds of individual customers

und bei Anwesenheit zum Energieausgleich des selbst verursachten Mangels bei reduziertem Heizbetrieb,and in case of presence to compensate for the self-inflicted energy deficiency with reduced heating operation,

gekennzeichnet ist.is marked.

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.Practical experience shows that it is not possible to force consumers to implement a balanced mode of operation. The consequence of this mode of operation is a temporarily unstable behavior of the control of the heat generator due to insufficient flow rates, which is evident in district heating stations through the frequent opening and closing of the control valve in the primary circuit.

Bei Brennwertkesseln ist in dieser Situation eine hohe Schalthäufigkeit mit kurzen Brennerlaufzeiten unvermeidbar.In this situation, a high switching frequency with short burner running times is unavoidable for condensing boilers.

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.In district heating substations, this causes increased wear of the controller output contacts and the valve actuators, as well as overheating phenomena in the secondary flow with frequent triggering of the safety thermostats and thus more frequent activation of the safety function of the primary control valves, which can also lead to increased failures of the valve actuators and converter defects due to thermodynamic stresses and, depending on the design of the primary circuits, to pressure surges/cavitation.

Das Verhalten der gedrosselten Abnehmer bewirkt eine unterkühlte Rücklauftemperatur im Wärmeversorgungsnetz.The behaviour of the throttled consumers causes a subcooled return temperature in the heat supply network.

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.Due to the maximum limitation of the primary return temperature in accordance with the technical connection conditions of the district heating suppliers, fixed bypass sections in the secondary heating network, which cause an uncontrolled increase in the return temperature, are not sensible or are not permitted.

Darstellung der ErfindungDescription of the invention

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.The invention is based on eliminating the above-mentioned disadvantages without significantly increasing the cost, the most important goal being to extend the service life of the equipment in the given situation. The description refers to district heating stations as the main area of application.

Das Problem soll derart gelöst werden, daß die Vorlauf- und Rücklauf leitungen neben Ihrer Verteil funktion eine weitere definitive Funktion als Wärmespeicher erhalten.The problem is to be solved in such a way that the flow and return lines, in addition to their distribution function, are given a further definitive function as heat storage.

Eine zusätzliche Verbesserung des Effekts wird durch dieAn additional improvement of the effect is achieved by the

Überdimensionierung der Verteilungsleitungen ( Hauptvor- und Rücklaufleitungen ) oder die Einschaltung eines Speichergefäßes in die Vorlaufleitung erreicht.This can be achieved by over-dimensioning the distribution lines (main flow and return lines) or by inserting a storage vessel into the flow line.

Die Darstellung nimmt auf die Zeichnung "Fig. 1" Bezug.The illustration refers to the drawing "Fig. 1".

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.The district heating house station is connected to a district heating network on the primary side, is pre-regulated via a control valve 1 (often with a safety function) and supplies one or more heating circuits on the secondary side, here heating network outlet 3 and the hot water heating system outlet 4.

Diese sekundärseitigen Abgänge können in freier Gestaltung gemischte oder ungemischte Heizkreise mit oder ohne differenzdruckgeregelte Pumpen sein.These secondary-side outlets can be freely designed as mixed or unmixed heating circuits with or without differential pressure-controlled pumps.

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.On the distribution lines - in the most effective case at the ends - there are one or more controllable bypass sections with actuators 6,7, the flow of which can be regulated when opened.

zusätzlich durch Drosselarmaturen 8,9 bestimmt werden kann.can additionally be determined by throttle valves 8,9.

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.During low load times with low flow through the consumer branches 5 with a cumulative low flow of the heating medium through the heat generator (converter 2), the control elements/actuators (e.g. valves) 6,7 are opened according to an algorithm and a predetermined minimum flow is established. The heating medium is heated with a flow temperature according to the outside sensor 11 and control sensor 12 until the return temperature 14 has reached a value that represents a switch-off condition due to the specified return temperature limit on sensor 13.

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.The actuators 6, 7 are then closed and the control with the primary control valve is terminated until the stored heating medium has been discharged via the consumers 5. The charging process is then repeated.

Bei ausreichendem Durchfluß infolge einer genügenden Abnahme geht das System in den kontinuierlichen Regel betrieb über.If the flow is sufficient as a result of sufficient consumption, the system switches to continuous control operation.

Der Regler muß so gestaltet sein, daß er einen Betriebszustand mit natürlich erzeugter, ausreichender Durchflußmenge und den Schwachlastzustand mit ungenügender Durchflußmenge identifizieren kann.The controller must be designed to identify an operating condition with naturally generated, sufficient flow rate and the low-load condition with insufficient flow rate.

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.Detection can be achieved by measuring the flow rate itself, by obtaining a signal using an electronically controlled pump or by evaluating the status of the controller, e.g. based on temperatures or stability criteria.

Claims (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.
A heat supply system, such as district heating stations or condensing boilers, which are defined as heat generators and have at least 1. are equipped with one or more heating groups or consumer branches and the necessary control technology, each with a connected network for supplying heat consumers, which represent variable-flow supply systems in which temporary phases of low flows occur, hereinafter referred to as low-load phases. 2. Requirements for maximum return temperatures must be met, is characterized by the fact that 3. the supply network can, in addition to the distribution function, also be used as a controllable heat storage facility if required, whereby the additional connection of storage tanks or expansions in the pipe run is optional, in which one or more remote-controlled actuators 6 , 7 (e.g. valve or pump) create a bypass function to the consumers 5 if required, thus ensuring definitive operating conditions by fulfilling a minimum flow rate and a minimum transmission power in the heat generator 2 and heating the supply network up to a certain return temperature or within a unit of time or charging the heat storage facility.
During the low load phase, after the end of the charging phase with the removal of the bypass function, the heat contained in the heat storage is cooled or discharged to a certain extent via the consumers 5 , while the heat generator system 2 can temporarily stop generating heat.
4. during a phase of sufficient throughput on the part of the consumer, normal operation can take place without the heat storage function 5. a suitable control system identifies the low-load phase and then coordinates heat generation and heat storage.
DE29908367U 1999-05-07 1999-05-07 Device for operating a heat supply system with a limited return temperature in variable-volume networks Expired - Lifetime DE29908367U1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108800303A (en) * 2018-06-28 2018-11-13 长安大学 A kind of fining energy-saving heating method based on pattern-recognition

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108800303A (en) * 2018-06-28 2018-11-13 长安大学 A kind of fining energy-saving heating method based on pattern-recognition
CN108800303B (en) * 2018-06-28 2020-07-07 长安大学 A refined energy-saving heating method based on pattern recognition

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