DE3613671A1 - Fernheizungssystem fuer weitverzweigte versorgungsnetze - Google Patents

Description

Gegenstand

Gegenstand der Erfindung ist ein Fernheizungssystem, insbesondere für weitverzweigte Versorgungsnetze.

Fernwärme-Versorgungsnetze und auch weitverzweigte Fernwärme- Versorgungsnetze werden heute vorwiegend als Zweileiter- Heisswassersysteme erstellt.

Es ist bekannt, daß die Erstellung solcher Fernheiznetze sehr aufwendig und teuer ist, abgesehen davon, daß in vielen öffentlichen Straßen bereits heute kein Platz mehr für zusätzliche Leitungen mit entsprechender Wärmeisolierung vorhanden ist.

Obwohl die Verwendung von Heisswasser für die Wärmeauskopplung aus thermischen Kraftwerken Vorteile bietet, sind der Aufbau, die Instandhaltung und der Betrieb von örtlichen Versorgungsnetzen als Zweileiter-Heisswasser-Systeme kompliziert und teuer. Änderungen in der Bebauung, neue Kundenwünsche etc. können nur mit einem erheblichen technischen Aufwand bewältigt werden. Bei Reparaturen müssen die Leitungen drucklos gemacht werden. Neue Einbindungen sind wesentlich aufwendiger, als z. B. bei der Gasversorgung. Das Abblassen von Restwasser (bei Reparaturen) in die Kanalisation ohne vorherige Abkühlung ist nicht zulässig.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der bekannten Fernheizungssysteme, insbesondere die Vereinfachung des Versorgungsnetzes. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch das Merkmal des Anspruchs 1.

Bevorzugt besteht das beschriebene Fernheizungssystem aus einem Primärsystem, in dem der Wärmeträger Heisswasser ist, und aus einem Sekundärsystem, in dem der Wärmeträger Wasserdampf ist, wobei die Hauptfunktionen einer Fernheizungsanlage nämlich:

• - die Wärmeauskopplung aus einem thermischen Kraftwerkprozess (respektive die Wärmeaufnahme in einem Wärmeerzeuger) und der Wärmetransport vom Erzeugungsort zum Versorgungsgebiet
  dem Primärsystem,
• - die Wärmeverteilung über ein (weitverzweigtes) Versorgungsnetz
  dem Sekundärsystem

erfindungsgemäß zugeordnet bzw. die Bauweisen der beiden Systeme so gewählt werden, daß die Erstellung und der Betrieb einer Fernheizungsanlage wesentlich vereinfacht, die Herstellungs- und Instandhaltungskosten wesentlich gesenkt und somit die Wirtschaftlichkeit wesentlich verbessert werden gegenüber der heute meist verbreiteten Warm- und Heisswasser-Fernheizung.

Mit der o. g. Aufteilung der Hauptfunktionen und der Anwendung unterschiedlicher Bauweisen wird also die Fernheizung als ein mehrschichtiges Versorgungssystem aufgebaut.

Die heute bekannten Warm- und Heisswasser- sowie Dampf-Fernheizungen sind einschichte Versorgungssysteme. Mehrschichtige Fernheizungssysteme gemäß der Erfindung sind bislang noch unbekannt. Sie bieten wesentliche wirtschaftliche Vorteile und zwar aus den folgenden Gründen.

Die o. g. Funktionen des Primärsystems können nach dem heutigen Stand der Technik am besten mittels Heisswasser bewältigt werden. Nicht die Funktion des Primärsystems ist jedoch die Versorgung von Wärmeabnehmern, für die ein dichtes bzw. weitverzweigtes Rohrsystem erforderlich ist, das dann am billigsten herzustellen ist, wenn es als ein Einrohr-System aufgebaut wird.

Entsprechend dieser Aufteilung der Funktionen wird die nachfolgend beschriebene Fernheizungsanlage erfindungsgemäß bevorzugt aus einem Zweileiter-Heisswassersystem und einem nachgeschalteten Dampfsystem zusammengekoppelt, wobei

• - das Dampfsystem als Einrohrsystem, also ohne oder überwiegend ohne Kondensatrückführung und mit Einspeisung und Druckhaltung aus dem örtlichen Wasserversorgungsnetz ausgeführt wird;
  oder wahlweise mit Einspeisung aus einem Sammelbehälter für Regen- oder Abwasser und Druckhaltung mittels einer Pumpenanlage ausgeführt wird;
• - das in den Dampfleitungen des Sekundärsystems anfallende Leitungskondensat über ausgewählte Hausanschlußräume abgelassen wird, wobei sein Wärmeinhalt noch für Verbrauchszwecke ausgenutzt wird;
• - die flächenmässige Ausdehnung des Dampfnetzes (der Dampfnetze) und damit die Länge des längsten Dampfstranges so gewählt wird, daß die Dampfleitungen ohne Eingriffe seitens des Betriebspersonals aus dem kalten Zustand anlaufen und somit den Heizbetrieb zuverlässig aufnehmen können.

Da bei einer Fernheizungsanlage mit weitverzweigtem Versorgungsnetz ca. 70 bis 90% aller verlegten Rohre Versorgungsleitungen sind, fallen folgende Vorteile der hier beschriebenen Fernheizungsanlage besonders stark ins Gewicht:

• 1. Der Raumbedarf einer Versorgungstrasse ist halb so groß, wie bei der Heisswasser-Fernheizung;
• 2. Die Verlegekosten (DM/m Trasse) werden ebenfalls etwa halbiert;
• 3. Bei allen Änderungen und Reparaturen ist nur eine Leitung betroffen. Dampfleitungen können jeder Zeit ohne weiteres abgesperrt oder wieder geöffnet werden (im Gegensatz von Heisswasser-Leitungen). Heisses Wasser muß nicht drucklos gemacht und abgekühlt werden. Die Instandhaltungskosten werden erheblich reduziert;
• 4. Die Zuschaltung von Dampflieferanten oder Dampfverbrauchern ist jeder Zeit ohne weiteres möglich. Ein Dampfnetz wird wie ein Gasversorgungsnetz mit ständig offenen Schiebern gefahren;
• 5. Dadurch, daß dem Dampfversorgungsnetz ein Primärsystem mit Heisswasser vorgeschaltet ist, ist eine ungewollte Druckerhöhung im Dampfversorgungsnetz unmöglich. Damit ist ein wesentlich größeres Maß an Sicherheit sowohl für das Betriebspersonal wie auch für die Abnehmer gegeben, als die bei einer Heisswasser- oder Gasversorgungsnetz denkbar wäre.

Diese Auflistung ist nicht vollständig.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben.

Aus Fig. 1 ist des Grundschema ersichtlich. Die genannten Zahlenwerte für Drücke und Temperaturen haben nur beispielhaften Charakter und sollen zur Anschaulichkeit beitragen.

Die Funktionsweise ist wie folgt:

Aus der Heizturbine (1) wird Anzapfdampf mit etwa 12 bar über die Anzapfleitung (2) entnommen und in den Heizkondensator (3) geleitet.

Durch die Kondensation des Anzapfdampfes wird im Heizkondensator Fernheizwasser von ca. 75°C auf ca. 185°C aufgewärmt. Das Heisswasser wird im Primärsystem (4) mittels Umwälzpumpen (5) umgewälzt.

Das Primärsystem (4) bildet das Wämretransportsystem, bestehend aus der Verbindungsleitung zwischen Kraftwerk und Versorgungsgebiet bzw. aus den Speiseleitungen zu den Übergabestationen. Ein - ausnahmsweise an das Primärsystem angeschlossener - Verbrauch ist (6).

Die Übergabestation (7) ist mit einem Verdampfer (8) ausgestattet, der an der Primärseite Heisswasser und auf der Sekundärseite aufbereitetes Leitungswasser führt.

Es bedeuten: (9): Anschluß an die örtliche Wasserversorgung zur Druckhaltung und Nachspeisung, (10): Wasseraufbereitung, (11): Steuerung von Druck und Wasserstand im Verdampfer, (32): Rückschlagklappe und Trenner.

Das Dampfversorgungsnetz (12) bildet das Sekundärsystem.

Dieses ist in Fig. 1 als Einrohr-Dampfheizung ohne Kondensatrückführung ausgeführt. Das Leitungskondensat wird in den Dampfleitungen mitgeführt. Dies wird mit der Angabe des Gefälles (34) angedeutet.

Wärmeverbraucher, die in der Nähe der Unterstation liegen z. B. (16), werden nur über eine Dampfleitung (17) angeschlossen. Im Kondensator des Verbrauchers (18) wird der aus dem Versorgungsnetz entnommene Dampf kondensiert und auf ca. 50°C unterkühlt wobei das hauseigene Heizwasser von ca. 45°C auf ca. 75°C aufgewärmt wird.

Es bedeuten: (13): Querschnitt der Versorgungsleitung, (14): Dampfraum, (15): Leitungskondensat, (19): Neutralisation, (20): Druckreduzierung, (21): Ablaß in die örtliche Kanalisation.

Wärmeverbraucher, die nicht in der Nähe der Übergabestation liegen oder solche, die zur ständigen Entwässerung der Versorgungsleitungen herangezogen werden z. B. (22), werden über zwei Anschlußleitungen angeschlossen, und zwar über eine Dampfleitung (17) und eine Kondensatleitung (27).

Der Kondensator (28) von solchen Verbrauchern ist so gebaut, daß die gesamte anfallende Kondensatmenge unterkühlt werden kann, auch dann, wenn der Verbraucher selbst keine Heizwärme benötigt. Dampf wird nur dann zugeführt, wenn die Wärmeabgabe des Kondensats den Heizwärmebedarf des Abnehmers nicht deckt.

Kondensat-Ablauftemperatur, Heizwassertemperaturen wie vor.

Es bedeuten: (23): Querschnitt der Versorgungsleitung, (24): Dampfraum, (25): Leitungskondensat, (29): Neutralisation, (30): Druckreduzierung, (31): Ablaß in die örtliche Kanalisation.

In Fig. 2 ist eine Variante der beschriebenen Heisswasser/ Dampf-Fernheizung dargestellt. Die Zuführung von Wasser in der Übergabestation (7) erfolgt hier nicht aus der örtlichen Wasserversorgung, sondern aus einem Sammelbehälter (35), in dem Regenwasser oder ein anderes, geeignetes Abwasser oder ein sonst nicht verwertbares Quellwasser aufgefangen wird. Die Druckhaltung erfolgt über eine Pumpenanlage (36).

Es bedeuten: (32): Rückschlagklappe bzw. Trenner, (10): Wasseraufbereitung, (11): Steuerung von Wasserstand und Einspeisung in den Verdampfer, (37): Zuleitung.

Alle sonstigen Bezeichnungen wie in Fig. 1.

In Fig. 3 ist eine weitere Variante der beschriebenen Heisswasser/ Dampf-Fernheizung nach Fig. 1 dargestellt, bei welcher einzelne, größere oder günstig liegende Abnehmer mit Kondensatrückführung ausgestattet sind, um einen Teil des Kondensats zurückzugewinnen.

Es bedeuten: (41): Kondensat-Rückführleitung, (42): Sammelgefäß, (43): Kondensatpumpe.

Abnehmer (16) gibt kein Kondensat an die Kanalisation ab. Die Einrichtungen (9), (10), (11) und (32) müssen verbleiben, da ein Teil des Kondensats nicht zurückgewonnen wird.

In Fig. 4 ist eine weitere Variante der beschriebenen Heisswasser/ Dampf-Fernheizung nach Fig. 2 dargestellt, bei welcher einzelne, größere und günstig liegende Abnehmer mit Kondensatrückführung ausgestattet sind, um einen Teil des Kondensats zurückzugewinnen. Dies hat den Vorteil, daß die zuzuspeisende Wassermenge (über (37)) reduziert wird.

Es bedeuten: (41): Kondensat-Rückführleitung.

Abnehmer (16) gibt kein Kondensat an die Kanalisation ab. Die Einrichtungen (9), (10), (11), (32), (35), (36), und (37) müssen verbleiben, da ein Teil des Kondensats nicht zurückgewonnen wird.

In Fig. 5 ist eine weitere Variante der beschriebenen Heisswasser/ Dampf-Fernheizung nach Fig. 1 bis 4 jedoch beispielhaft nach Fig. 1 dargestellt, bei welcher zum Betrieb des Verdampfers (8) teilweise örtlich vorhandene Abwärme, Öl oder Gas verwendet wird. Dies hat den Vorteil, daß im Versorgungsgebiet örtlich vorhandene Wärmequellen (z. B. Abwärme von Industriegebieten) für die Zwecke der Fernheizung ausgenützt werden können, und daß bei Stillstand der Turbine (1) ein Notbetrieb aufrechterhalten werden kann.

Es bedeuten: (38): Abwärmeverwertung, Öl- oder Gasfeuerung, (39): Zuleitung von Öl oder Gas.

In Fig. 6 ist eine weitere Variante der beschriebenen Heisswasser/ Dampf-Fernheizung nach Fig. 1 bis 5 jedoch beispielhaft nach Fig. 1 dargestellt, bei welcher der Verdampfer (8) mit vergrößertem Speicherinhalt ausgestattet ist zur Vergleichmässigung der Wasserentnahme aus dem örtlichen Versorgungsnetz.

Es bedeuten: (40): vergrößerter Speicherinhalt.

In Fig. 7 ist eine weitere Variante der beschriebenen Heisswasser/ Dampf-Fernheizung nach Fig. 1 bis 6 jedoch beispielhaft nach Fig. 1 dargestellt, bei welcher das dem Verdampfer (8) zugeführte Wasser mittels niedertemperaturiger Abwärme vorgewärmt wird. Dies hat den Vorteil, daß im Versorgungsgebiet örtlich vorhandene niedertemperaturige Abwärmequellen für die Zwecke der Fernheizung ausgenutzt werden können.

Es bedeuten: (44): Zuführung von Abwärme, (45): Wärmeübertrager.

In Fig. 8 ist eine weitere Variante der beschriebenen Heisswasser/ Dampf-Fernheizung nach Fig. 1 bis 7 jedoch beispielhaft nach Fig. 1 dargestellt, bei welcher das bei einzelnen Abnehmern anfallende Kondensat nicht direkt in die Kanalisation geleitet, sondern als Brauch-Warmwasser verwendet wird. Dies hat den Vorteil, daß der Wärmeeinsatz für die Brauchwarmwasserbereitung reduziert werden kann.

Es bedeuten: (46): Auffangbehälter, (47): Überlauf, (48): Druckerhöhung, (49): Verwendung als Brauch-Warmwasser.

In Fig. 3 bis 8 sind alle sonstigen, nicht erneut genannten Bezeichnungen wie in Fig. 1 und 2.

Claims (11)

1. Fernheizungssystem, insbesondere für weitverzweigte Versorgungsnetze, dadurch gekennzeichnet, daß es als mehrschichtiges System ausgebildet ist.

2. Fernheizungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Primärsystem (4) aufweist (Funktion: Wärmeauskopplung, Ferntransport und Hauptleitungen), in dem der Wärmeträger Heisswasser ist, und daß es Sekundärsystem (12) aufweist (Funktion: Versorgungsleitungen), in dem der Wärmeträger Wasserdampf ist.

3. Fernheizungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärsystem (12) als Einrohr-Dampfheizung ohne Kondensatrückführung und mit Anschluß an die örtliche Wasserversorgung zur Nachspeisung des verlorenen Kondensats und zur Druckhaltung im Versorgungsnetz ausgeführt ist.

4. Fernheizungssystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachspeisung des verlorenen Kondensats ganz oder teilweise aus einem Sammelbehälter (35) erfolgt, in dem Regenwasser, geeignetes Abwasser oder ein sonst nicht verwertbares Quellwasser aufgefangen wird.

5. Fernheizungssystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckhaltung im Verteilungsnetz (12) ganz oder teilweise mittels einer Pumpenanlage (36) erfolgt.

6. Fernheizungssystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des Wasserdampfes für das Sekundärsystem (12) teilweise mittels örtlicher Abwärme oder mit einer Öl-, oder Gasfeuerung (Fig. 7, (45)) erfolgt.

7. Fernheizungssystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfer (8) der Unterstationen (7) mit einem vergrößerten Speicherinhalt (40) ausgestattet sind zur Vergleichmässigung der Wasserentnahme aus dem örtlichen Wasserversorgungsnetz (Fig. 6).

8. Fernheizungssystem nach eiinem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Verdampfern (8) der Unterstationen (7) zugeführte Speisewasser mittels niedertemperaturiger Abwärme (44) oder mittels sonstiger Wärmequellen in den Verdampfern selbst oder in getrennten Apparaten (45) vorgewärmt wird (Fig. 7).

9. Fernheizungssystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfleitungen des Verteilungsnetzes (12) ohne die üblichen Einrichtungen zur Entfernung des Leitungskondensats, jedoch mit Dampfabnehmern an den tiefsten Stellen versehen sind, wobei die Kondensatoren (28) der Abnehmer (22) so gebaut sind, daß das anfallende Leitungskondensat auch ohne Wärmeverbrauch seitens der Abnehmer auf die Temperatur unterkühlt wird, die zur Einleitung des Kondensats in die Kanalisation (31) erforderlich ist.

10. Fernheizungssystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bei den Abnehmern anfallende Kondensat nicht in die Kanalisation direkt abgelassen, sondern in einem Auffangbehälter (46) aufgefangen und als Brauchwarmwasser (49) verwendet wird Fig. 8).

11. Fernheizungssystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (12) des Verteilungsnetzes ein Gefälle (34) aufweisen, und daß an ihren tiefsten Stellen eine Kondensatableitung (27) vorgesehen ist.