DE102022106573A1

DE102022106573A1 - Methods for energy management of a heating network

Info

Publication number: DE102022106573A1
Application number: DE102022106573.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Jaske; Peter Wolf
Original assignee: Wolfgang Jaske und Dr Peter Wolf GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Wolfgang Jaske 49811 Lingen Dr Peter Wolf 26209 Hatten); Wolfgang Jaske und Dr Peter Wolf GbR Vertretungsberechtigter Ges Wolfgang Jaske 49811 Lingen Dr Pete
Current assignee: Wolfgang Jaske und Dr Peter Wolf GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Wolfgang Jaske 49811 Lingen Dr Peter Wolf 26209 Hatten); Wolfgang Jaske und Dr Peter Wolf GbR Vertretungsberechtigter Ges Wolfgang Jaske 49811 Lingen Dr Pete
Priority date: 2022-03-21
Filing date: 2022-03-21
Publication date: 2023-09-21
Also published as: EP4249813A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Energiemanagement eines Wärmenetzes, in das fluktuierend Wärmeenergie eingespeist und aus dem unabhängig von der eingespeisten Energiemenge Wärmeenergie entnommen wird. Weiter betrifft die Erfindung ein entsprechendes Wärmenetz. Die Wärmeenergie wird erzeugerseitig von einem Wärmeträger aufgenommen und verbraucherseitig von dem Wärmeträger mit einem gleichen oder höheren Temperaturniveau wieder abgegeben. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Wärmeträger in einer Ringleitung zwischen Energieerzeugerseite und Energieverbraucherseite, diese miteinander verbindend, zirkuliert und dass das an der Energieverbraucherseite zu erreichende Temperaturniveau in Abhängigkeit von der momentan erzeugten Energiemenge und dem jeweiligen Energiebedarf an der Energieverbraucherseite modulierend unter Einbeziehung gespeicherter Wärmeenergie aus einem Wärmespeicher und/oder mittels einer dem Wärmespeicher und der Ringleitung wärmeübertragend verbundenen Wärmepumpe bereitgestellt wird.

The invention relates to a method for the energy management of a heating network, into which thermal energy is fed fluctuatingly and from which thermal energy is taken regardless of the amount of energy fed in. The invention further relates to a corresponding heating network. The thermal energy is absorbed by a heat transfer medium on the generator side and released again on the consumer side by the heat transfer medium at the same or higher temperature level. The method is characterized in that the heat transfer medium circulates in a ring line between the energy producer side and the energy consumer side, connecting them with each other, and that the temperature level to be achieved on the energy consumer side is modulated depending on the amount of energy currently being generated and the respective energy requirement on the energy consumer side, taking into account stored ones Thermal energy is provided from a heat storage and / or by means of a heat pump connected to the heat storage and the ring line in a heat-transferring manner.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Energiemanagement eines Wärmenetzes, in das fluktuierend Wärmeenergie eingespeist und aus dem unabhängig von der eingespeisten Energiemenge Wärmeenergie entnommen wird, wobei die Wärmeenergie erzeugerseitig von einem Wärmeträger aufgenommen und verbraucherseitig von dem Wärmeträger mit einem gleichen oder höheren Temperaturniveau wieder abgegeben wird. Weiter betrifft die Erfindung auch ein Wärmenetz.The invention relates to a method for the energy management of a heat network, into which heat energy is fed fluctuatingly and from which heat energy is withdrawn regardless of the amount of energy fed in, the heat energy being absorbed by a heat transfer medium on the generator side and released again on the consumer side by the heat transfer medium at the same or higher temperature level. The invention also relates to a heating network.

Mit der Umstellung der Energieversorgung auf regenerative Energieträger ergeben sich neue Anforderungen an die Steuerung und Bereitstellung der verschiedenen miteinander zu kombinierenden Energiequellen. Insbesondere verteilen sich Energieerzeugung und Energienutzung häufig auf unterschiedliche Zeiten, so dass diese miteinander synchronisiert werden müssen. Für Wärmenetze besteht eine weitere Anforderung darin, vorhandene Ressourcen möglichst effizient auszunutzen und mit verschiedenen Energiequellen miteinander zu kombinieren.With the conversion of the energy supply to renewable energy sources, new requirements arise for the control and provision of the various energy sources that need to be combined with each other. In particular, energy production and energy use are often distributed over different times, so that they must be synchronized with one another. Another requirement for heating networks is to use existing resources as efficiently as possible and to combine them with different energy sources.

Die Aufgabe der Erfindung kann demnach darin gesehen werden, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung für ein Energiemanagement bereitzustellen, das einerseits an verschiedenste Betriebszustände anpassbar ist und andererseits verschiedene Energiequellen mit hoher Effizienz miteinander kombiniert.The object of the invention can therefore be seen as providing a method and a corresponding device for energy management which, on the one hand, can be adapted to a wide variety of operating states and, on the other hand, combines different energy sources with high efficiency.

Gelöst wird diese Aufgabe verfahrensmäßig mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und vorrichtungsmäßig mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 8. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils nachgeordneten Ansprüchen angegeben.This task is solved procedurally with the features of claim 1 and device-wise with the features of the subordinate claim 8. Further developments and advantageous refinements are specified in the respective subordinate claims.

Das Verfahren zum Energiemanagement eines Wärmenetzes, in das fluktuierend Wärmeenergie eingespeist und aus dem unabhängig von der eingespeisten Energiemenge Wärmeenergie entnommen wird, wobei die Wärmeenergie erzeugerseitig von einem Wärmeträger aufgenommen und verbraucherseitig von dem Wärmeträger mit einem gleichen oder höheren Temperaturniveau wieder abgegeben wird, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Wärmeträger in einer Ringleitung zwischen Energieerzeugerseite und Energieverbraucherseite, diese miteinander verbindend, zirkuliert, und dass das an der Energieverbraucherseite zu erreichende Temperaturniveau in Abhängigkeit von der momentan erzeugten Energiemenge und dem jeweiligen Energiebedarf an der Energieverbraucherseite modulierend unter Einbeziehung gespeicherter Wärmeenergie aus einem Wärmespeicher und/oder mittels einer dem Wärmespeicher und der Ringleitung wärmeübertragend verbundenen Wärmepumpe bereitgestellt wird.The method for energy management of a heat network, into which heat energy is fed fluctuatingly and from which heat energy is withdrawn regardless of the amount of energy fed in, the heat energy being absorbed by a heat transfer medium on the generator side and released again on the consumer side by the heat transfer medium at an equal or higher temperature level, is characterized by the invention characterized in that the heat transfer medium circulates in a ring line between the energy producer side and the energy consumer side, connecting them with each other, and that the temperature level to be achieved on the energy consumer side is modulated depending on the amount of energy currently generated and the respective energy requirement on the energy consumer side, taking into account stored thermal energy from one Heat storage and / or is provided by means of a heat pump connected to the heat storage and the ring line in a heat-transferring manner.

Die Kombination aus Ringleitung, Wärmespeicher und Wärmepumpe ermöglicht durch deren Verschaltung miteinander die Einbeziehung verschiedener Szenarien in das Energiemanagement. Der Wärmespeicher dient dann als Puffer, um entweder Wärme aus dem Wärmenetz aufzunehmen oder um Wärme an das Wärmenetz abzugeben, wenn ein gewünschter Betriebszustand nicht allein mit der Wärmepumpe erzielt werden kann. Der Wärmespeicher wird dementsprechend immer dann zugeschaltet, das heißt wärmeübertragend mit der Ringleitung verbunden, wenn die Energieerzeugerseite für sich alleine oder in Kombination mit der Wärmepumpe weniger Wärmeenergie bereitstellt als durch die Energieverbraucherseite angefordert wird.The combination of ring main, heat storage and heat pump enables the inclusion of different scenarios in energy management by interconnecting them. The heat storage then serves as a buffer to either absorb heat from the heat network or to release heat to the heat network if a desired operating state cannot be achieved with the heat pump alone. The heat storage is therefore always switched on, i.e. connected to the ring line in a heat-transferring manner, when the energy producer side, alone or in combination with the heat pump, provides less heat energy than is requested by the energy consumer side.

Um das an der Energieverbraucherseite zu erreichende Temperaturniveau unabhängig von einer momentanen Energieerzeugung, insbesondere Wärmeerzeugung, bereitstellen zu können, ist in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass auf den von der Energieerzeugerseite in Richtung der Energieverbraucherseite in der Ringleitung strömenden Wärmeträger gespeicherte Wärmeenergie übertragen wird. Hierzu kann zumindest ein Teilstrom über einen mit dem Wärmespeicher verbundenen Wärmeübertrager geführt werden. Die Teilströme werden dann in einem Mengenverhältnis zueinander vermischt, so dass der aus den Teilströmen wieder zusammengeführt in Richtung der Energieverbraucherseite strömende Wärmeträger das von der Energieverbraucherseite geforderte Temperaturniveau aufweist. Alternativ kann auch der gesamte in der Ringleitung strömende Wärmeträger über den Wärmeübertrager geleitet werden und die aus dem Wärmespeicher dem Wärmeübertrager zugleitete Wärmemenge geregelt werden, um auf das angeforderte Temperaturniveau an der Energieverbraucherseite zu gelangen.In order to be able to provide the temperature level to be achieved on the energy consumer side independently of a momentary energy generation, in particular heat generation, a further embodiment of the method provides that thermal energy stored in the ring line is transferred to the heat transfer medium flowing from the energy producer side towards the energy consumer side. For this purpose, at least a partial flow can be conducted via a heat exchanger connected to the heat storage. The partial streams are then mixed with one another in a quantitative ratio so that the heat transfer medium flowing from the partial streams again in the direction of the energy consumer side has the temperature level required by the energy consumer side. Alternatively, the entire heat transfer medium flowing in the ring line can be conducted via the heat exchanger and the amount of heat transferred from the heat storage to the heat exchanger can be regulated in order to reach the required temperature level on the energy consumer side.

Eine entsprechende Betriebsweise kann ohne Einbeziehung der Wärmepumpe, das heißt ohne Wärmeübertragung zu oder von der Wärmepumpe, erfolgen, insbesondere wenn lediglich Wärmeenergie aus dem Wärmespeicher entnommen wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Wärmespeicher seine Kapazitätsgrenze erreicht hat und Wärme aus dem Wärmenetz abgeführt werden muss.A corresponding mode of operation can take place without involving the heat pump, that is to say without heat transfer to or from the heat pump, especially if only thermal energy is taken from the heat storage. This is the case, for example, when the heat storage has reached its capacity limit and heat has to be removed from the heating network.

Wenn gleichzeitig die Wärmepumpe zugeschaltet ist, kann gemäß einer bevorzugten Verfahrensweise Wärmeträger zwischen einem Kondensator der Wärmepumpe und dem Wärmespeicher für die gespeicherte Wärmeenergie zirkulieren. Der in dem Kondensator erwärmte Wärmeträger heizt dann den Wärmespeicher auf, während aus diesem gleichzeitig Wärmeenergie entnommen wird. Eine solche Betriebsweise eignet sich vor allem dann, wenn die Wärmepumpe einerseits auf Volllastbetrieb läuft, um elektrische Last aus einem verbundenen Stromnetz zu nehmen, und andererseits gleichzeitig Wärmeenergie gespeichert werden kann und soll.If the heat pump is switched on at the same time, according to a preferred procedure, heat transfer medium can circulate between a capacitor of the heat pump and the heat storage for the stored thermal energy. The heat transfer medium heated in the condenser then heats up the heat accumulator while it is flowing out of it heat energy is extracted at the same time. Such a mode of operation is particularly suitable if, on the one hand, the heat pump is running at full load in order to take electrical load from a connected power network, and on the other hand, thermal energy can and should be stored at the same time.

Das Speichern der Wärmeenergie kann dabei in weiterer Ausgestaltung auch ohne eine Entnahme von Wärmeenergie aus dem Wärmespeicher erfolgen. Aus der Ringleitung wird dann mit der Wärmepumpe nur so viel Wärmeenergie entnommen, wie diese verarbeiten kann und an der Energieerzeugerseite von dem Wärmeträger aufgenommen werden kann. An der Energieverbraucherseite besteht bei dieser Verfahrensweise vorteilhafterweise ein geringer Wärmeenergiebedarf, um möglichst viel Wärmeenergie einspeichern zu können.In a further embodiment, the thermal energy can be stored without removing thermal energy from the heat storage. The heat pump then only removes as much heat energy from the ring line as it can process and can be absorbed by the heat transfer medium on the energy generator side. With this procedure, there is advantageously a low thermal energy requirement on the energy consumer side in order to be able to store as much thermal energy as possible.

Der in der Ringleitung von der Energieverbraucherseite in Richtung der Energieerzeugerseite strömende Wärmeträger kann dementsprechend in Abhängigkeit von der jeweiligen Verfahrens- oder Betriebsweise Wärme an einen Verdampfer der Wärmepumpe abgeben, wenn die Wärmepumpe zugeschaltet ist oder diesen ohne Wärmeübertragung passieren.The heat transfer medium flowing in the ring line from the energy consumer side towards the energy producer side can accordingly, depending on the respective process or mode of operation, release heat to an evaporator of the heat pump when the heat pump is switched on or pass through it without heat transfer.

Nach einer Weiterbildung kann der in der Ringleitung zirkulierende Wärmeträger nicht nur Wärme an den Verdampfer abgeben, sondern auch dem Kondensator der Wärmepumpe zugeführt werden. Insbesondere wird wenigstens ein Teilstrom des von der Energieerzeugerseite in Richtung der Energieverbraucherseite in der Ringleitung strömenden Wärmeträgers über den Kondensator der Wärmepumpe geleitet. Der gleichzeitig mit der Wärmepumpe erwärmte und abgekühlte Wärmeträger ermöglicht einen besonders effizienten Betrieb, da die an der Energieerzeugerseite aufgenommene Wärmemenge gesteigert wird. Mit einer entsprechenden Steuerung der dem Kondensator zugeführten Wärmeträgermenge kann zudem ein dynamisches Wärmegleichgewicht zwischen der Energieerzeugerseite und Energieverbraucherseite erreicht werden. Dieser Zustand kann, insbesondere, wenn der Teilstrom des Wärmeträgers vom Kondensator unmittelbar in die Ringleitung zurückgeführt wird, daher auch als Normalbetrieb bezeichnet werden.According to a further development, the heat transfer medium circulating in the ring line can not only give off heat to the evaporator, but can also be fed to the condenser of the heat pump. In particular, at least a partial flow of the heat transfer medium flowing from the energy producer side towards the energy consumer side in the ring line is conducted via the condenser of the heat pump. The heat transfer medium, which is heated and cooled at the same time as the heat pump, enables particularly efficient operation because the amount of heat absorbed on the energy generator side is increased. With appropriate control of the amount of heat transfer medium supplied to the capacitor, a dynamic thermal balance can also be achieved between the energy producer side and the energy consumer side. This condition can therefore also be referred to as normal operation, particularly if the partial flow of the heat transfer medium is returned from the condenser directly into the ring line.

Gemäß einer weiteren Betriebsweise wird der über den Kondensator geleitete Wärmeträger aus der Ringleitung dem Wärmespeicher zugeführt und aus dem Wärmespeicher wird Wärmeträger in die Ringleitung eingespeist. Indem der Wärmeträger direkt aus dem Wärmespeicher entnommen und der Ringleitung zugeführt wird, kann ein Ausfall auf der Energieerzeugerseite, insbesondere einer Wärmequelle auf der Energieerzeugerseite, kompensiert werden.According to a further mode of operation, the heat transfer medium passed through the capacitor is fed from the ring line to the heat storage and heat transfer medium is fed into the ring line from the heat storage. By removing the heat transfer medium directly from the heat storage and supplying it to the ring line, a failure on the energy generator side, in particular a heat source on the energy generator side, can be compensated for.

In weiterer Ausgestaltung kann der in der Ringleitung von der Energieverbraucherseite in Richtung der Energieerzeugerseite strömende Wärmeträger folglich dem Verdampfer der Wärmepumpe wärmeabgebend zugeführt werden oder diesen ohne Wärmeübertragung passieren. Mit Vorteil strömt dann im gesamten Wärmenetz nur ein einziger Wärmeträger zwischen der Ringleitung mit der Energieerzeugerseite und der Energieverbraucherseite, dem Wärmespeicher und der Wärmepumpe.In a further embodiment, the heat transfer medium flowing in the ring line from the energy consumer side towards the energy producer side can consequently be supplied to the evaporator of the heat pump in a heat-emitting manner or can pass through it without heat transfer. Advantageously, only a single heat transfer medium flows in the entire heating network between the ring pipeline with the energy producer side and the energy consumer side, the heat storage and the heat pump.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Kältemittel zwischen einem Verdampfer der Wärmepumpe und einer das Kältemittel erwärmenden Wärmequelle im Kreis geführt wird, wobei das erwärmte Kältemittel Wärme von dem in der Ringleitung von der Energieverbraucherseite in Richtung der Energieerzeugerseite strömenden Wärmeträger aufnimmt. Der in der Ringleitung strömende Wärmeträger steht dann nur mittelbar mit dem Verdampfer in Verbindung, wobei die Möglichkeit gegeben ist, wenigstens eine weitere niedertemperierte Wärmequelle, zum Beispiel Abwasser oder Luft, in das Wärmenetz einzubinden. Wird ein solches Kältemittel zusammen mit einer niedertemperierten Wärmequelle eingebunden, wird die Ringleitung auf der Energieerzeugerseite vorteilhafterweise an eine höhertemperierte Wärmequelle, zum Beispiel eine Heizungsanlage, angebunden und das Wärmenetz mit der Ringleitung vorteilhafterweise warm betrieben. An der Energieverbraucherseite können angeschlossene Verbraucher dann unmittelbar mit der Ringleitung verbunden sein, das heißt die Temperatur des Wärmeträgers muss nicht erhöht werden, bevor dieser von einem Verbraucher genutzt werden kann.According to an alternative embodiment, it is provided that a refrigerant is circulated between an evaporator of the heat pump and a heat source that heats the refrigerant, the heated refrigerant absorbing heat from the heat transfer medium flowing in the ring line from the energy consumer side towards the energy producer side. The heat transfer medium flowing in the ring line is then only indirectly connected to the evaporator, with the possibility of integrating at least one further low-temperature heat source, for example wastewater or air, into the heating network. If such a refrigerant is integrated together with a low-temperature heat source, the ring line on the energy generator side is advantageously connected to a higher-temperature heat source, for example a heating system, and the heating network with the ring line is advantageously operated warm. On the energy consumer side, connected consumers can then be directly connected to the ring line, which means that the temperature of the heat transfer medium does not have to be increased before it can be used by a consumer.

Ein mit einem zwischengeschalteten Kältemittel betriebenes Verfahren kann alternativ auch in ein niedertemperiertes Wärmenetz integriert sein, wobei die das Kältemittel erwärmende Wärmequelle die Hauptwärmequelle ist. Eine Wärmequelle an der Energieerzeugerseite, zum Beispiel die Heizungsanlage, wird dann nur bei besonders niedrigen Temperaturen, wenn zum Beispiel eine Wärmepumpe der niedertemperierten Wärmequelle nicht mehr die benötigte Wärme bereitstellen kann beziehungsweise dies nicht mehr wirtschaftlich ist, zugeschaltet. Wird auf ein zwischen Verdampfer und Ringleitung zirkulierendes Kältemittel verzichtet, wird das gesamte Wärmenetz vorteilhafterweise bei niedrigen Temperaturen betrieben, um Wärmeverluste zu minimieren. Energieverbraucherseitig kann die von einem Verbraucher gewünschte Temperatur dann erreicht werden, indem der Wärmeträger wenigstens einer weiteren Wärmepumpe, insbesondere einer Wärmeenergieabgabewärmepumpe, zugeführt wird, wobei sowohl zentrale als auch dezentrale Verfahrensweisen möglich sind. Die Energieerzeugerseite wird dann vorteilhafterweise an eine niedertemperierte Wärmequelle angeschlossen und von dieser mit Wärmeenergie versorgt.Alternatively, a method operated with an intermediate refrigerant can also be integrated into a low-temperature heating network, with the heat source heating the refrigerant being the main heat source. A heat source on the energy generator side, for example the heating system, is then only switched on at particularly low temperatures, for example when a heat pump can no longer provide the required heat to the low-temperature heat source or this is no longer economical. If there is no refrigerant circulating between the evaporator and the ring line, the entire heating network is advantageously operated at low temperatures in order to minimize heat losses. On the energy consumer side, the temperature desired by a consumer can then be achieved by supplying the heat transfer medium to at least one further heat pump, in particular a thermal energy output heat pump, with both centralized and decentralized procedures being possible. The energy generator side is then advantageously connected to a low temperature connected to a heat source and supplied with heat energy from it.

Weiter betrifft die Erfindung auch ein Wärmenetz, in das fluktuierend Wärmeenergie eingespeist und aus dem unabhängig von der eingespeisten Energiemenge Wärmeenergie entnommen wird, aufweisend wenigstens eine Energieerzeugerseite, wenigstens eine mit der Energieerzeugerseite über einen in dem Wärmenetz strömenden Wärmeträger wärmeleitend verbundene Energieverbraucherseite und wenigstens einen Wärmespeicher. Dieses Wärmenetz zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der Energieerzeugerseite und der Energieverbraucherseite wenigstens eine Ringleitung ausgebildet ist, dass der Wärmespeicher zulaufseitig über einen Kondensator einer Wärmepumpe angebunden ist und wärmeabgabeseitig über einen Wärmeübertrager an die Ringleitung angebunden ist, dass eine Wärmeabgabeleitung des Wärmespeichers zu dem Wärmeübertrager beidseitig an den Wärmespeicher angeschlossen ist, dass der Kondensator der Wärmepumpe zulaufseitig über eine Speicherentnahmeleitung des Wärmespeichers mit diesem verbunden ist, und dass die Ringleitung mit einem die Energieverbraucherseite mit der Energieerzeugerseite verbindenden Abschnitt wärmeübertragend mit dem Verdampfer der Wärmepumpe verbunden ist.Furthermore, the invention also relates to a heating network into which thermal energy is fed fluctuatingly and from which thermal energy is withdrawn independently of the amount of energy fed in, comprising at least one energy generator side, at least one energy consumer side connected in a heat-conducting manner to the energy generator side via a heat transfer medium flowing in the heating network, and at least one heat storage. This heat network is characterized in that at least one ring line is formed between the energy producer side and the energy consumer side, that the heat storage is connected on the inlet side via a capacitor of a heat pump and on the heat release side is connected to the ring line via a heat exchanger, that a heat release line of the heat storage to the heat exchanger is connected to the heat storage on both sides, that the capacitor of the heat pump is connected to the heat storage on the inlet side via a storage extraction line of the heat storage, and that the ring line is connected to the evaporator of the heat pump in a heat-transferring manner with a section connecting the energy consumer side with the energy producer side.

Dieser Aufbau des Wärmenetzes stellt sicher, dass unter Einbeziehung des Wärmespeichers über den an diesen angeschlossenen Wärmeübertrager gespeicherte Wärmeenergie an die Ringleitung abgegeben werden kann, um an der Energieverbraucherseite ein angefordertes Temperaturniveau zu erreichen. Der Wärmespeicher wiederum kann über die Wärmepumpe aufgeheizt werden, wobei die Temperatur des zur Energieerzeugerseite strömenden Wärmeträgers nochmals abgesenkt wird und so an der Energieerzeugerseite von dem in der Ringleitung zirkulierenden Wärmeträger mit Vorteil mehr Wärmeenergie aufgenommen werden kann. Der Wärmespeicher dient somit als Puffer, um entweder Wärme aus dem Wärmenetz aufzunehmen oder um Wärme an das Wärmenetz abzugeben, so dass auf unterschiedliche Verbräuche oder eine fluktuierende Energieerzeugung reagiert werden kann.This structure of the heat network ensures that heat energy stored via the heat exchanger connected to the heat storage can be delivered to the ring line in order to achieve a requested temperature level on the energy consumer side. The heat storage in turn can be heated via the heat pump, whereby the temperature of the heat transfer medium flowing to the energy generator side is lowered again and thus more heat energy can advantageously be absorbed on the energy generator side by the heat transfer medium circulating in the ring line. The heat storage thus serves as a buffer to either absorb heat from the heating network or to release heat to the heating network, so that different consumption or fluctuating energy production can be responded to.

Nach einer Weiterbildung verzweigt sich die Speicherentnahmeleitung in eine Kondensatorzuleitung und eine Ringleitungszuleitung. Neben einer indirekten Ausspeisung von Wärme aus dem Wärmespeicher über den Wärmeübertrager kann dann auch Wärmeträger aus dem Wärmespeicher unmittelbar in die Ringleitung eingeleitet werden. Die im Wärmespeicher gespeicherte Wärmeenergie kann damit bspw. als Ersatz für eine an der Energieerzeugerseite ausgefallene Wärmequelle genutzt werden. Weiter ist nur ein gemeinsamer Entnahmepunkt an dem Wärmespeicher vorzusehen, so dass eine konstruktiv einfache Lösung gefunden ist.According to a further development, the storage extraction line branches into a capacitor feed line and a ring line feed line. In addition to an indirect extraction of heat from the heat storage via the heat exchanger, heat transfer medium from the heat storage can then also be introduced directly into the ring line. The thermal energy stored in the heat storage can be used, for example, to replace a heat source that has failed on the energy generator side. Furthermore, only one common extraction point needs to be provided on the heat storage, so that a structurally simple solution is found.

In weiterer Ausgestaltung ist die Ringleitung sowohl mit dem Verdampfer der Wärmepumpe als auch mit dem Kondensator der Wärmepumpe wärmeübertragend verschaltet. Zusätzlich zu einer Entnahme von Wärmeenergie des in der Ringleitung in Richtung der Wärmepumpe strömenden Wärmeträgers an der Wärmepumpe, kann damit mit der Wärmepumpe auch Wärmeenergie an den in der Ringleitung strömenden Wärmeträger übertragen werden. Damit besteht neben der direkten oder indirekten Wärmeübertragung aus dem Wärmespeicher eine weitere Option, den Wärmeträger in der Ringleitung, insbesondere den in Richtung der Energieverbraucherseite in der Ringleitung strömenden Wärmeträger zu erwärmen um auf ein angefordertes Temperaturniveau zu gelangen.In a further embodiment, the ring line is connected to transfer heat both to the evaporator of the heat pump and to the capacitor of the heat pump. In addition to extracting heat energy from the heat transfer medium flowing in the ring line in the direction of the heat pump at the heat pump, the heat pump can also be used to transfer heat energy to the heat transfer medium flowing in the ring line. In addition to the direct or indirect heat transfer from the heat storage, there is another option to heat the heat transfer medium in the ring line, in particular the heat transfer medium flowing in the direction of the energy consumer side in the ring line, in order to reach a requested temperature level.

Ein besonders günstiger Aufbau ergibt sich weiterhin, indem die Ringleitung über eine Kondensatorabzweigleitung mit der Kondensatorzuleitung verbunden ist, wobei wieder einzelne Leitungsabschnitte zusammengefasst sind. Die Kondensatorabzweigleitung zweigt dabei mit Vorteil von dem Abschnitt der Ringleitung ab, in dem der Wärmeträger von der Energieerzeugerseite in Richtung der Energieverbraucherseite strömt und an den auch der dem Wärmespeicher zugeordnete Wärmeübertrager angebunden ist bzw. in den die Ringleitungszuleitung einmündet.A particularly favorable structure also results from the ring line being connected to the capacitor feed line via a capacitor branch line, with individual line sections being combined again. The capacitor branch line advantageously branches off from the section of the ring line in which the heat transfer medium flows from the energy producer side towards the energy consumer side and to which the heat exchanger assigned to the heat storage is also connected or into which the ring line supply line flows.

Eine weitere Reduzierung von Leitungen bzw. Leitungsabschnitten mit damit einhergehenden Materialeinsparungen kann dadurch erreicht werden, dass sich eine vom Kondensator abgehende Wärmeträgerleitung in eine Speicherzuleitung und einen Ringleitungsrücklauf verzweigt. Diese Verzweigung ermöglicht über die Ringleitungsrückleitung, dass dem Kondensator aus der Ringleitung zugeführter Wärmeträger direkt wieder zurückgeleitet wird, nachdem dessen Temperatur erhöht wurde. Zudem kann über den Kondensator aus der Ringleitung entnommener Wärmeträger dem Wärmespeicher zugeleitet werden kann. Bei gleichzeitiger Entnahme von Wärmträger aus dem Wärmespeicher in die Ringleitung wird dann ein entsprechender Volumenausgleich sichergestellt.A further reduction of lines or line sections with associated material savings can be achieved by branching a heat transfer line leading from the condenser into a storage supply line and a ring line return. This branching enables the heat transfer medium supplied to the condenser from the ring line to be returned directly to the condenser via the ring line return line after its temperature has been increased. In addition, heat transfer medium removed from the ring line can be fed to the heat storage via the condenser. If heat transfer medium is simultaneously removed from the heat storage into the ring line, a corresponding volume compensation is then ensured.

Gemäß einer nächsten Weiterbildung wird die wärmeübertragende Verbindung zwischen dem Verdampfer der Wärmepumpe und der Ringleitung dadurch erreicht, dass die Ringleitung mit dem die Energieverbraucherseite mit der Energieerzeugerseite verbindenden Abschnitt über den Verdampfer der Wärmepumpe geführt ist. Von dem Wärmeträger in der Ringleitung wird die Wärmeenergie dann unmittelbar an den Wärmepumpenkreislauf der Wärmepumpe übertragen. Dies hat den Vorteil, dass abgesehen von in dem Wärmepumpenkreislauf kein weiterer Wärmeträger benötigt wird und in dem Wärmenetz zwischen der Energieerzeugerseite und der Energieverbraucherseite nur ein einziger Wärmeträger zwischen den einzelnen Komponenten bewegt wird.According to a next development, the heat-transferring connection between the evaporator of the heat pump and the ring line is achieved in that the ring line with the section connecting the energy consumer side with the energy producer side is guided over the evaporator of the heat pump. The heat energy is then transferred directly from the heat transfer medium in the ring line to the heat pump circuit of the heat pump. This has the advantage that Apart from that no further heat transfer medium is required in the heat pump circuit and only a single heat transfer medium is moved between the individual components in the heat network between the energy producer side and the energy consumer side.

Gemäß einer alternativen Ausführung ist vorgesehen, dass der Verdampfer der Wärmepumpe wärmeübertragend an einen Kältemittelkreislauf angeschlossen ist, dass der Kältemittelkreislauf in Strömungsrichtung eines in dem Kältemittelkreislauf strömenden Kältemittels zuerst über eine Wärmequelle und nachfolgend über einen Wärmeübertrager geführt ist und dass der Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs wärmeübertragend mit dem die Energieverbraucherseite mit der Energieerzeugerseite verbindenden Abschnitt der Ringleitung verbunden ist.According to an alternative embodiment, it is provided that the evaporator of the heat pump is connected to a refrigerant circuit in a heat-transferring manner, that the refrigerant circuit is guided in the flow direction of a refrigerant flowing in the refrigerant circuit first via a heat source and subsequently via a heat exchanger, and that the heat exchanger of the refrigerant circuit is heat-transferring with the the energy consumer side is connected to the section of the ring line connecting the energy producer side.

Der Kältemittelkreislauf bedingt zwar einen aufwändigen Aufbau des Wärmenetzes, schafft aber die Option neben einer an die Energieerzeugerseite angebundenen Wärmequelle eine weitere Wärmequelle in das Wärmenetz einzubinden. Insbesondere können die beiden Wärmequellen dann Wärmeenergie auf unterschiedlichen Temperaturniveaus bereitstellen, welche gleichermaßen genutzt werden können, um das Wärmenetz zu betreiben, insbesondere Wärme für dieses bereitstellen.Although the refrigerant circuit requires a complex structure of the heating network, it creates the option of integrating another heat source into the heating network in addition to a heat source connected to the energy generator side. In particular, the two heat sources can then provide thermal energy at different temperature levels, which can be used equally to operate the heating network, in particular to provide heat for it.

In weiterer Ausgestaltung ist die über den Kältemittelkreislauf eingebundene Wärmequelle niedertemperierter als die über die Energieerzeugerseite eingebundene Wärmequelle. Beispielsweise nutzt die über den Kältemittelkreislauf eingebundene Wärmequelle Umweltwärme wie Erdwärme, Abwasser oder vergleichbare Wärmequellen und die über die Energieerzeugerseite eingebundene Wärmequelle ist eine Heizungsanlage oder dergleichen. Der in der Ringleitung strömende Wärmeträger weist dann ein Temperaturniveau auf, das von an der Energieverbraucherseite beispielsweise angeschlossenen Haushalten ohne weitere Anpassung oder Umwandlung des Temperaturniveaus genutzt werden kann. Das Wärmenetz und insbesondere dessen Ringleitung sind dann so zu isolieren, dass Wärmeverluste minimiert sind.In a further embodiment, the heat source integrated via the refrigerant circuit has a lower temperature than the heat source integrated via the energy generator side. For example, the heat source integrated via the refrigerant circuit uses environmental heat such as geothermal energy, wastewater or comparable heat sources and the heat source integrated via the energy generator side is a heating system or the like. The heat transfer medium flowing in the ring line then has a temperature level that can be used by households connected to the energy consumer side, for example, without further adjustment or conversion of the temperature level. The heating network and especially its ring line must then be insulated in such a way that heat losses are minimized.

Ohne den zusätzlichen Kältemittelkreislauf mit direkt über den Verdampfer geführter Ringleitung ist an die Energieerzeugerseite vorteilhafterweise eine niedertemperierte Wärmequelle, zum Beispiel Erdwärme oder Abwasser, angebunden. Das gesamte Wärmenetz kann dann als niedertemperiertes Wärmenetz betrieben werden, wobei Wärmeverluste schon aufgrund eines geringeren Temperaturunterschiedes zur Umgebung hin verringert sind.Without the additional refrigerant circuit with a ring line routed directly over the evaporator, a low-temperature heat source, for example geothermal energy or wastewater, is advantageously connected to the energy generator side. The entire heating network can then be operated as a low-temperature heating network, with heat losses being reduced due to a smaller temperature difference to the surroundings.

Alternativ kann auch die Anordnung mit Kältemittelkreislauf mit einer niedertemperierten Ringleitung kombiniert sein, wobei die Wärmequelle an dem Kältemittelkreislauf dann die Hauptwärmequelle ist. Eine Wärmequelle an der Energieerzeugerseite wird dann nur bei Bedarf, beispielsweise einem Temperaturbereich, in dem eine Wärmepumpe nicht mehr wirtschaftlich arbeiten kann, zugeschaltet.Alternatively, the arrangement with a refrigerant circuit can also be combined with a low-temperature ring line, with the heat source on the refrigerant circuit then being the main heat source. A heat source on the energy generator side is then only switched on when necessary, for example in a temperature range in which a heat pump can no longer work economically.

Nach einer nächsten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Ringleitung an dem Verdampfer der dem Wärmespeicher zugeordneten Wärmepumpe, an dem mit dem Wärmespeicher zusammenwirkenden Wärmeübertrager und/oder an Wärmeübertragungseinrichtungen der Energieerzeugerseite mittels Bypass vorbeigeführt ist. Entsprechend vorgesehene Bypässe erleichtern die Zirkulation des Wärmeträgers in der Ringleitung des Wärmenetzes, da weniger die Strömung behindernde Einbauten passiert werden müssen und somit eine leichtere Förderung des Wärmeträgers durch das Wärmenetz erreicht ist. Der Wärmeträger wird dann in Abhängigkeit von für eine bestimmte Betriebsweise des Wärmenetzes benötigten Komponenten durch dieses geleitet.According to a next development, it is provided that the ring line is guided past the evaporator of the heat pump assigned to the heat storage, on the heat exchanger interacting with the heat storage and / or on heat transfer devices on the energy generator side by means of a bypass. Correspondingly provided bypasses facilitate the circulation of the heat transfer medium in the ring pipeline of the heating network, since fewer installations that hinder the flow have to be passed through and thus the heat transfer medium is conveyed more easily through the heating network. The heat transfer medium is then passed through the heating network depending on the components required for a specific operating mode.

Insbesondere bei einer niedertemperierten Ausführung des Wärmenetzes ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Energieverbraucherseite der Ringleitung wenigstens eine Wärmeenergieabgabewärmepumpe aufweist, die über deren Kondensator an die Ringleitung angebunden ist. Mit der Wärmeenergieabgabewärmepumpe wird die Wärmeenergie des Wärmenetzes dann auf ein für beispielsweise an das Wärmenetz angeschlossene Haushalte oder Nutzer brauchbares Temperaturniveau gebracht. Diese Umwandlung kann zentral oder auch dezentral erfolgen, wobei eine entsprechende Anzahl an Wärmeenergieabgabewärmepumpen vorgesehen ist.Particularly in the case of a low-temperature design of the heating network, it is provided according to a further development that the energy consumer side of the ring line has at least one thermal energy output heat pump, which is connected to the ring line via its capacitor. With the thermal energy release heat pump, the thermal energy of the heating network is then brought to a usable temperature level for, for example, households or users connected to the heating network. This conversion can take place centrally or decentrally, with a corresponding number of heat energy output heat pumps being provided.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben können, ist in der Zeichnung dargestellt. Gleiche Teile sind dabei in allen Figuren der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

1: ein Verfahrensfließbild einer ersten Ausführung der Erfindung;
2: das Verfahrensfließbild der Ausführung aus 1 gemäß einer ersten Betriebsweise;
3: das Verfahrensfließbild der Ausführung aus 1 gemäß einer zweiten Betriebsweise;
4: das Verfahrensfließbild der Ausführung aus 1 gemäß einer dritten Betriebsweise;
5: das Verfahrensfließbild der Ausführung aus 1 gemäß einer vierten Betriebsweise;
6: das Verfahrensfließbild der Ausführung aus 1 gemäß einer fünften Betriebsweise;
7: das Verfahrensfließbild der Ausführung aus 1 gemäß einer sechsten Betriebsweise;
8: das Verfahrensfließbild der Ausführung aus 1 gemäß einer siebten Betriebsweise; und
9: ein Verfahrensfließbild einer zweiten Ausführung der Erfindung.

An exemplary embodiment of the invention, from which further features essential to the invention can result, is shown in the drawing. The same parts are provided with the same reference numbers in all figures of the drawing. Show it:

1 : a process flow diagram of a first embodiment of the invention;
2 : the process flow diagram of the execution 1 according to a first mode of operation;
3 : the process flow diagram of the execution 1 according to a second mode of operation;
4 : the process flow diagram of the execution 1 according to a third mode of operation;
5 : the process flow diagram of the execution 1 according to a fourth mode of operation;
6 : the process flow diagram of the execution 1 according to a fifth mode of operation;
7 : the process flow diagram of the execution 1 according to a sixth mode of operation;
8th : the process flow diagram of the execution 1 according to a seventh mode of operation; and
9 : a process flow diagram of a second embodiment of the invention.

Das Verfahrensfließbild gemäß 1 zeigt das Wärmenetz in seiner Grundanordnung. Das Wärmenetz weist eine Ringleitung 1 für einen darin zwischen einer Energieerzeugerseite 2 und einer Energieverbraucherseite 3 zirkulierenden Wärmeträger auf. An der Energieerzeugerseite 2 ist über einen Wärmeübertrager 4 eine Wärmequelle an die Ringleitung 1 des Wärmenetzes angeschlossen. Parallel zu dem Wärmeübertrager 4 ist an der Energieerzeugerseite 2 eine mit einem Ventil 1'a absperrbare Bypassleitung 1' der Ringleitung 1 angeordnet. Die Energieverbraucherseite 3 ist durch wenigstens einen über eine Wärmeenergieabgabewärmepumpe 5 an die Ringleitung 1 angeschlossenen Heizkreis 6 gebildet. Die Wärmeenergieabgabewärmepumpe 5 und die Ringleitung 1 sind über den Kondensator 5' der Wärmeenergieabgabewärmepumpe 5 wärmeübertragend miteinander verbunden.The process flow diagram according to 1 shows the heating network in its basic arrangement. The heating network has a ring line 1 for a heat transfer medium circulating therein between an energy producer side 2 and an energy consumer side 3. On the energy generator side 2, a heat source is connected to the ring line 1 of the heating network via a heat exchanger 4. Parallel to the heat exchanger 4, a bypass line 1' of the ring line 1, which can be shut off with a valve 1'a, is arranged on the energy generator side 2. The energy consumer side 3 is formed by at least one heating circuit 6 connected to the ring line 1 via a thermal energy output heat pump 5. The heat energy release heat pump 5 and the ring line 1 are connected to one another in a heat-transferring manner via the capacitor 5 'of the heat energy release heat pump 5.

Weiter sind ein Wärmespeicher 7 und eine Wärmepumpe 8 in das Wärmenetz integriert. Der Wärmespeicher 7 weist eine Wärmeabgabeleitung 9 auf, die beidseitig mit ihren Enden an den Wärmespeicher 7 angeschlossen ist und über einen Wärmeübertrager 10 geleitet ist. Der Wärmeübertrager 10 ist derart in die Ringleitung 1 eingebunden, dass Wärmeenergie von der Wärmeabgabeleitung 10 auf in der Ringleitung 1 in Richtung der Energieverbraucherseite 3 strömenden Wärmeträger übertragen werden kann. Die Ringleitung 1 weist wiederum eine parallel zu dem Wärmeübertrager 10 geschaltete mit einem Ventil 1''a absperrbare Bypassleitung 1'' auf.A heat storage device 7 and a heat pump 8 are also integrated into the heating network. The heat storage 7 has a heat release line 9, the ends of which are connected to the heat storage 7 on both sides and are conducted via a heat exchanger 10. The heat exchanger 10 is integrated into the ring line 1 in such a way that thermal energy can be transferred from the heat release line 10 to the heat transfer medium flowing in the ring line 1 in the direction of the energy consumer side 3. The ring line 1 in turn has a bypass line 1″ that is connected in parallel to the heat exchanger 10 and can be shut off with a valve 1″a.

Aus dem Wärmespeicher 7 ist weiterhin eine Speicherentnahmeleitung 11 herausgeführt, die sich in eine Kondensatorzuleitung 12 und eine Ringleitungszuleitung 13 verzweigt. Die Ringleitungszuleitung 13 mündet in den Abschnitt der Ringleitung 1 ein, in dem der Wärmeträger in Richtung der Energieverbraucherseite 3 strömt und ist mit einem Ventil 13a absperrbar. Die Kondensatorzuleitung 12 führt über eine Förderpumpe 12a und ein Absperrventil 12b zu einem Kondensator 8a der Wärmepumpe 8. In die Kondensatorzuleitung 12 mündet eine von der Ringleitung 1 über einen Mischer 15 abgehende Kondensatorabzweigleitung 14. Der Mischer 15 ist in den Abschnitt der Ringleitung 1 eingesetzt, in dem Wärmeträger von der Energieerzeugerseite 2 zu der Energieverbraucherseite 3 strömt.A storage extraction line 11 is also led out of the heat storage 7 and branches into a capacitor feed line 12 and a ring line feed line 13. The ring line supply line 13 opens into the section of the ring line 1 in which the heat transfer medium flows towards the energy consumer side 3 and can be shut off with a valve 13a. The capacitor feed line 12 leads via a feed pump 12a and a shut-off valve 12b to a capacitor 8a of the heat pump 8. A capacitor branch line 14, which originates from the ring line 1 via a mixer 15, opens into the capacitor feed line 12. The mixer 15 is inserted into the section of the ring line 1, in the heat transfer medium flows from the energy producer side 2 to the energy consumer side 3.

Von dem Kondensator 8a der Wärmepumpe 8 geht eine Wärmeträgerleitung 16 ab, die sich in eine Speicherzuleitung 17 und eine Ringleitungsrückleitung 18 verzweigt. Die Speicherzuleitung 17 und die Ringleitungsrückleitung 18 sind über jeweils ein Ventil 17a beziehungsweise ein Ventil 18a absperrbar. Die Ringleitungsrückleitung 18 führt dann, in Strömungsrichtung des Wärmeträgers in der Ringleitung 1 dem Mischer 15 nachgelagert, in den gleichen Abschnitt der Ringleitung 1 aus dem der Wärmeträger mit der Kondensatorabzweigleitung 14 entnommen wurde. Über die Speicherzuleitung 17 kann der Wärmeträger in einen unteren Bereich des Wärmespeichers 7 geleitet werden.From the capacitor 8a of the heat pump 8 comes a heat transfer line 16, which branches into a storage supply line 17 and a ring line return line 18. The storage supply line 17 and the ring line return line 18 can each be shut off via a valve 17a or a valve 18a. The ring line return line 18 then leads, downstream of the mixer 15 in the flow direction of the heat transfer medium in the ring line 1, into the same section of the ring line 1 from which the heat transfer medium was removed with the condenser branch line 14. The heat transfer medium can be directed into a lower area of the heat storage 7 via the storage supply line 17.

Mit einem die Energieverbraucherseite 3 in Strömungsrichtung des Wärmeträgers in Richtung der Energieerzeugerseite 2 verbindenden Abschnitt ist die Ringleitung 1 über einen Verdampfer 8b der Wärmepumpe 8 geführt. Dem Verdampfer 8b ist dabei wie allen anderen wärmeübertragenden Schnittstellen der Ringleitung 1 eine Bypassleitung 1''' mit einem Ventil 1'''a zugeordnet, die parallel zu dem Verdampfer 8b in die Ringleitung 1 eingebunden ist.With a section connecting the energy consumer side 3 in the flow direction of the heat transfer medium towards the energy producer side 2, the ring line 1 is guided over an evaporator 8b of the heat pump 8. Like all other heat-transferring interfaces of the ring line 1, the evaporator 8b is assigned a bypass line 1''' with a valve 1'''a, which is integrated into the ring line 1 parallel to the evaporator 8b.

Aus 2 ist eine erste Betriebsweise des Wärmenetzes zu entnehmen, die als „Normalbetrieb“ bezeichnet werden kann. Strömungsrichtungen des Wärmeträgers in dem Wärmenetz sind dabei in 2 sowie in allen übrigen, folgenden Figuren kenntlich gemacht, in dem geöffnete Ventilstellungen vollflächig gezeichnet sind und Teilströme durch schraffierte Flächen hervorgehoben sind.Out of 2 A first operating mode of the heating network can be seen, which can be referred to as “normal operation”. Flow directions of the heat transfer medium in the heating network are in 2 as well as in all other following figures, in which open valve positions are drawn over the entire surface and partial flows are highlighted by hatched areas.

Die Energieerzeugerseite 2 und die Energieverbraucherseite 3 stehen in 2 in einem dynamischen Gleichgewicht zueinander, das heißt es wird gleich viel Wärme bereitgestellt und verbraucht. In der Ringleitung 1 strömender Wärmeträger wird an dem Wärmeübertrager 4 der Energieerzeugerseite 2 erwärmt. Der an der Energieerzeugerseite 2 erwärmte Wärmeträger gelangt dann zu dem Mischer 15, wobei in Abhängigkeit von vorliegenden Temperaturen im Wärmenetz ein Teilstrom über die Kondensatorabzweigleitung 14 in Richtung des Kondensators 8a der Wärmepumpe 8 geleitet wird. An dem Kondensator 8a wird der Wärmeträger dann in Kombination mit einem nicht über den Kondensator 8a geleiteten Teilstrom auf ein von der Energieverbraucherseite 3 angefordertes Temperaturniveau gebracht, wobei auch der gesamte in Richtung Energieverbraucherseite 3 strömende Wärmeträger über den Kondensator 8a geleitet werden kann.The energy producer side 2 and the energy consumer side 3 are in 2 in a dynamic equilibrium with each other, which means that the same amount of heat is provided and consumed. Heat transfer medium flowing in the ring line 1 is heated on the heat exchanger 4 on the energy generator side 2. The heat transfer medium heated on the energy generator side 2 then reaches the mixer 15, with a partial flow being directed via the capacitor branch line 14 in the direction of the capacitor 8a of the heat pump 8 depending on the temperatures present in the heat network. At the condenser 8a, the heat transfer medium is then brought to a temperature level requested by the energy consumer side 3 in combination with a partial flow that is not conducted via the capacitor 8a, whereby the entire heat transfer medium flowing in the direction of the energy consumer side 3 can also be conducted via the capacitor 8a.

Die an der Wärmepumpe 8 benötigte Wärmeenergie, um den in Richtung der Energieverbraucherseite 3 strömenden Wärmeträger zu erwärmen, wird dem von der Energieverbraucherseite 3 in Richtung der Energieerzeugerseite 2 zurückströmenden Wärmeträger entzogen. Dieser nochmals abgekühlte Wärmeträger kann dann aufgrund eines größeren Temperaturunterschieds zu der an der Energieerzeugerseite 2 angeschlossenen Wärmequelle mehr Wärmeenergie aufnehmen, so dass eine besonders günstige Betriebsführung erreicht ist.The heat energy required at the heat pump 8 in order to move towards energy consumption To heat the heat transfer medium flowing on the cher side 3, the heat transfer medium flowing back from the energy consumer side 3 in the direction of the energy generator side 2 is removed. This cooled heat transfer medium can then absorb more heat energy due to a larger temperature difference to the heat source connected to the energy generator side 2, so that particularly favorable operational management is achieved.

Gemäß 3 wird eine Betriebsweise des Wärmenetzes aufgezeigt, nach der der Wärmeträger an dem Mischer 15 ebenso wie in 2 in zwei Teilströme des Wärmeträgers aufgeteilt wird, die auf ein von der Energieverbraucherseite 3 angefordertes Temperaturniveau gemischt werden und wieder zusammengeführt an der Energieverbraucherseite 3 entsprechend genutzt werden. Im Unterschied zu 2 wird der Wärmeträger in der Ringleitung 1 nicht mit der Wärmepumpe 8 erwärmt sondern Wärmeträger mit höherer Temperatur über den Wärmespeicher 7 und die Ringleitungszuleitung 13 direkt in die Ringleitung 1 eingeleitet. Der am Mischer 15 abgezweigte Teilstrom gelangt dabei über die Kondensatorabzweigleitung 14, die Wärmeträgerleitung 16 und die Speicherzuleitung 17 in den Wärmespeicher 7 und gleicht dort das entnommene Volumen aus. Verdampferseitig und energieerzeugerseitig wird der Wärmeträger in der Ringleitung 1 über die Bypassleitungen 1'' und 1''' geleitet, da weder die Wärmepumpe 8 noch die energieerzeugerseitig bereitgestellte Wärmeenergie gemäß dieser Betriebsweise benötigt wird.According to 3 An operating mode of the heating network is shown, according to which the heat transfer medium is transferred to the mixer 15 as in 2 is divided into two partial flows of the heat transfer medium, which are mixed to a temperature level requested by the energy consumer side 3 and are recombined and used accordingly on the energy consumer side 3. In contrast to 2 the heat transfer medium in the ring line 1 is not heated with the heat pump 8 but heat transfer medium at a higher temperature is introduced directly into the ring line 1 via the heat storage 7 and the ring line supply line 13. The partial flow branched off at the mixer 15 reaches the heat storage 7 via the capacitor branch line 14, the heat transfer line 16 and the storage supply line 17 and balances the volume removed there. On the evaporator side and on the energy generator side, the heat transfer medium in the ring line 1 is conducted via the bypass lines 1'' and 1''', since neither the heat pump 8 nor the heat energy provided on the energy generator side is required in this mode of operation.

In 4 wird im Unterschied zu 3 Wärmeenergie nicht direkt sondern indirekt aus dem Wärmespeicher 7 abgeführt. Der in der Ringleitung 1 strömende Wärmeträger wird dabei nicht in die Kondensatorabzweigleitung 14 geleitet sondern über den Wärmeübertrager 10 indirekt mit dem Wärmeträger aus dem Wärmespeicher 7 erwärmt. Der Wärmeträger aus dem Wärmespeicher 7 gelangt dann über die Wärmeabgabeleitung 9 zu dem Wärmeübertrager 10 und strömt auf einem niedrigeren Temperaturniveau zurück in den Wärmspeicher 7.In 4 will be in contrast to 3 Thermal energy is not dissipated directly but indirectly from the heat storage 7. The heat transfer medium flowing in the ring line 1 is not directed into the capacitor branch line 14 but is heated indirectly via the heat exchanger 10 with the heat transfer medium from the heat storage 7. The heat transfer medium from the heat storage 7 then reaches the heat exchanger 10 via the heat release line 9 and flows back into the heat storage 7 at a lower temperature level.

Gemäß 5 fordert der Heizkreis 6 Volllast an. Die benötigte Wärmeenergie wird in Kombination sowohl über die im Unterschied zu 3 und 4 zugeschaltete Wärmequelle der Energieerzeugerseite 2 als auch indirekt über den Wärmespeicher 7 und den Wärmeübertrager 10 bereitgestellt. Die Wärmepumpe 7 ist abgeschaltet.According to 5 heating circuit 6 requests full load. The required thermal energy is combined across both the difference 3 and 4 connected heat source on the energy generator side 2 as well as indirectly via the heat storage 7 and the heat exchanger 10. The heat pump 7 is switched off.

6 zeigt eine Betriebsweise, bei der gegenüber 5 zusätzlich der Wärmespeicher 7 mit Wärmeenergie beladen wird. Die Wärmepumpe 7 ist eingeschaltet und entzieht dem von der Energieverbraucherseite 3 in Richtung der Energieerzeugerseite 2 strömenden Wärmeträger Wärmeenergie. Diese Wärmeenergie wird auf einen Wärmeträger übertragen, der aus dem Wärmespeicher 7 über die Speicherentnahmeleitung 11 und Kondensatorzuleitung 12 zu dem Kondensator 8a der Wärmepumpe geleitet wird und von dem Kondensator 8a über die Wärmeträgerleitung 16 und die Speicherzuleitung 17 in den Wärmespeicher 7 zurückgeführt wird. Zwischen dem Wärmespeicher 7 und dem Kondensator 8a einerseits sowie in der Ringleitung 1 andererseits sind bei dieser Betriebsweise somit zwei hydraulisch voneinander getrennte Wärmeträgerkreisläufe gebildet. Ein Vorteil der Betriebsweise gemäß 6 ist, dass elektrische Last bei nur in einem Teillastbereich arbeitendem Heizkreis 6 aus einem Stromnetz genommen werden kann und gleichzeitig Wärmeenergie bis zur Kapazitätsgrenze des Wärmespeichers 7 eingespeichert werden kann. 6 shows an operating mode in which opposite 5 In addition, the heat storage 7 is loaded with thermal energy. The heat pump 7 is switched on and extracts thermal energy from the heat medium flowing from the energy consumer side 3 towards the energy producer side 2. This thermal energy is transferred to a heat transfer medium, which is conducted from the heat storage 7 via the storage extraction line 11 and the capacitor supply line 12 to the capacitor 8a of the heat pump and is returned from the capacitor 8a via the heat transfer line 16 and the storage supply line 17 into the heat storage 7. In this mode of operation, two heat transfer circuits that are hydraulically separated from one another are formed between the heat accumulator 7 and the capacitor 8a on the one hand and in the ring line 1 on the other hand. An advantage of the operating method 6 is that electrical load can be removed from a power network when the heating circuit 6 is only operating in a partial load range and at the same time thermal energy can be stored up to the capacity limit of the heat storage 7.

Die in 7 dargestellte Schaltung des Wärmenetzes unterscheidet sich von der gemäß 6 lediglich dadurch, dass keine Wärmeübertragung am Wärmeübertrager 10 erfolgt. Der über die Wärmeenergieabgabewärmepumpe 5 angeschlossene Heizkreis 6 fordert dabei keine beispielsweise nur eine sehr geringe Wärmemenge an und die an der Energieerzeugerseite 2 von dem in der Ringleitung 1 strömenden Wärmeträger aufgenommene Wärmeenergie wird über die Energieverbraucherseite 3 bis zum Verdampfer 8b der Wärmepumpe 8 gefördert. An dem Verdampfer 8b wird die Wärme entzogen und über den Wärmeträgerkreislauf zwischen dem Wärmespeicher 7 und dem Kondensator 8a der Wärmepumpe 8 in dem Wärmespeicher 7 eingespeichert.In the 7 The circuit of the heating network shown differs from that shown 6 simply because there is no heat transfer at the heat exchanger 10. The heating circuit 6 connected via the thermal energy output heat pump 5 does not require, for example, only a very small amount of heat and the thermal energy absorbed on the energy generator side 2 by the heat transfer medium flowing in the ring line 1 is conveyed via the energy consumer side 3 to the evaporator 8b of the heat pump 8. The heat is extracted at the evaporator 8b and stored in the heat storage 7 via the heat transfer circuit between the heat storage 7 and the capacitor 8a of the heat pump 8.

Gemäß 8 zirkuliert der Wärmeträger lediglich in der Ringleitung 1. Der Wärmeträger entnimmt dabei von der angeschlossenen Wärmequelle an der Energieerzeugerseite 2 Wärme auf und leitet diese der Wärmeenergieabgabewärmepumpe 5 zu, an der die Wärmeenergie auf den Heizkreis 6 übertragen wird. Der abgekühlte Wärmeträger strömt dann von der Energieverbraucherseite 3 über die Bypassleitung 1''' zurück zur Energieerzeugerseite 2. Die Wärmepumpe 8 ist gemäß dieser Betriebsweise abgeschaltet und wie auch der Wärmespeicher 7 thermisch von der Ringleitung 1 entkoppelt, so dass keine Wärmeübertragung zwischen dem Wärmespeicher 7 und der Wärmepumpe 8 einerseits und der Ringleitung 1 andererseits erfolgt.According to 8th The heat transfer medium only circulates in the ring line 1. The heat transfer medium takes heat from the connected heat source on the energy generator side 2 and directs it to the heat energy release heat pump 5, where the heat energy is transferred to the heating circuit 6. The cooled heat transfer medium then flows from the energy consumer side 3 via the bypass line 1''' back to the energy producer side 2. The heat pump 8 is switched off according to this mode of operation and, like the heat storage 7, is thermally decoupled from the ring line 1, so that there is no heat transfer between the heat storage 7 and the heat pump 8 on the one hand and the ring line 1 on the other hand.

In 9 ist eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Wärmenetzes dargestellt. Im Unterschied zu den vorangegangenen 1 bis 8 ist die Ringleitung 1 mit ihrem von der Energieverbraucherseite 3 zu der Energieerzeugerseite 2 führenden Abschnitt lediglich Wärmeübertragend mit dem Verdampfer 8b der Wärmepumpe 8 verbunden. Zwischen der Ringleitung 1 und dem Verdampfer 8b ist ein Kältemittelkreislauf 19 geschaltet, über den aus der Ringleitung 1 zu entziehende Wärmeenergie auf den Verdampfer 8b übertragbar ist. An diesen Kältemittelkreislauf 19 ist eine Wärmequelle 20, insbesondere eine niedertemperierte Wärmequelle 20, angeschlossen. In dem Kältemittelkreislauf 19 zirkulierendes Kältemittel gelangt somit abgekühlt von dem Verdampfer 8b über einen Abschnitt 19` des Wärmeträgerkreislaufs 19 zu der Wärmequelle 20, wird von der Wärmequelle 20 auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und mit dem höheren Temperaturniveau über einen Abschnitt 19" des Kältemittelkreislaufs 19 einem Wärmeübertrager 21 zugeführt. Der Wärmeübertrager 21 verbindet den Kältemittelkreislauf 19 wärmeübertragend mit der Ringleitung 1, wobei von dem Kältemittel nochmals Wärmeenergie aufgenommen werden kann, bevor dieses über einen Abschnitt 19''' des Kältemittelkreislaufs 19 zum Verdampfer 8b gelangt und an dem Verdampfer 8b die aufgenommene Wärmeenergie abgegeben wird.In 9 a second embodiment of the heating network according to the invention is shown. In contrast to the previous ones 1 until 8th the ring line 1 with its section leading from the energy consumer side 3 to the energy producer side 2 is only connected to the evaporator 8b of the heat pump 8 in a heat transfer manner. A refrigerant circuit 19 is connected between the ring line 1 and the evaporator 8b, via which The thermal energy to be withdrawn from the ring line 1 can be transferred to the evaporator 8b. A heat source 20, in particular a low-temperature heat source 20, is connected to this refrigerant circuit 19. Refrigerant circulating in the refrigerant circuit 19 thus reaches the heat source 20, cooled, from the evaporator 8b via a section 19' of the heat transfer circuit 19, is brought to a higher temperature level by the heat source 20 and with the higher temperature level via a section 19" of the refrigerant circuit 19 Heat exchanger 21. The heat exchanger 21 connects the refrigerant circuit 19 to the ring line 1 in a heat-transferring manner, whereby heat energy can be absorbed from the refrigerant again before it reaches the evaporator 8b via a section 19''' of the refrigerant circuit 19 and the absorbed energy at the evaporator 8b Thermal energy is released.

An die Energieerzeugerseite 2 ist als Wärmequelle eine Heizungsanlage 22 wärmeübertragend an die Ringleitung 1 angeschlossen. Der Aufbau des Wärmenetzes gemäß 9 eignet sich daher insbesondere, um das Wärmenetz auf einem insgesamt höheren Temperaturniveau als in den 1 bis 8 zu betreiben. An dieses Wärmenetz ist daher auch unmittelbar ein Heizkreis 23 angeschlossen, ohne eine Wärmeenergieabgabewärmepumpe 5 gemäß 1 bis 8 zwischenzuschalten.A heating system 22 is connected to the ring line 1 in a heat-transferring manner on the energy generator side 2 as a heat source. The structure of the heating network according to 9 is therefore particularly suitable for maintaining the heating network at an overall higher temperature level than in the 1 until 8th to operate. A heating circuit 23 is therefore also directly connected to this heating network, without a thermal energy output heat pump 5 according to 1 until 8th to interpose.

Claims

Method for the energy management of a heating network, into which thermal energy is fed fluctuatingly and from which thermal energy is withdrawn regardless of the amount of energy fed in, the thermal energy being absorbed by a heat carrier on the generator side and released again by the heat carrier on the consumer side at an equal or higher temperature level, characterized in that the heat transfer medium circulates in a ring line (1) between the energy producer side (2) and the energy consumer side (3), connecting them to one another, and that the temperature level to be achieved on the energy consumer side (3) depends on the amount of energy currently being generated and the respective energy requirement on the Energy consumer side (3) is provided in a modulating manner, incorporating stored heat energy from a heat storage device (7) and/or by means of a heat pump (8) connected to the heat storage device (7) and the ring line (1) in a heat-transferring manner.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that heat energy stored in the ring line (1) is transferred to the heat transfer medium flowing from the energy producer side (2) towards the energy consumer side (3).

Procedure according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that at least a partial flow of the heat transfer medium flowing from the energy producer side (3) towards the energy consumer side (3) in the ring line (1) is conducted via a condenser (8a) of the heat pump (8).

Procedure according to Claim 3 , characterized in that the heat transfer medium passed through the condenser (8a) is fed from the ring line (1) to the heat storage (7) and that heat transfer medium is fed into the ring line (1) from the heat storage (7).

Procedure according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that heat transfer medium circulates between a capacitor (8a) of the heat pump (8) and the heat storage (7) for the stored thermal energy.

Procedure according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the heat transfer medium flowing in the ring line (1) from the energy consumer side (3) towards the energy producer side (2) is supplied with heat to an evaporator (8b) of the heat pump (8) or passes through it without heat transfer.

Procedure according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that a refrigerant is circulated between an evaporator (8b) of the heat pump (8) and a heat source (20) which heats the refrigerant, the heated refrigerant receiving heat from that in the ring line (1) from the energy consumer side (3 ) absorbs the heat transfer medium flowing in the direction of the energy generator side (2).

Heating network, into which thermal energy is fed fluctuatingly and from which thermal energy is withdrawn independently of the amount of energy fed in, comprising at least one energy generator side (2), at least one energy consumer side (3) which is heat-conductively connected to the energy generator side (2) via a heat transfer medium flowing in the heating network, and at least a heat accumulator (7), characterized in that at least one ring line (1) is formed between the energy producer side (2) and the energy consumer side (3), that the heat accumulator (7) is connected on the inlet side via a capacitor (8a) of a heat pump (8). is and the heat output side is connected to the ring line (1) via a heat exchanger (10). is that a heat release line (9) of the heat storage (7) to the heat exchanger (10) is connected to the heat storage (7) on both sides, that the capacitor (8a) of the heat pump (8) is connected on the inlet side via a storage extraction line (11) of the heat storage ( 7) is connected to this and that the ring line (1) is connected in a heat-transferring manner to the evaporator (8b) of the heat pump (8) with a section connecting the energy consumer side (3) to the energy producer side (2).

heating network Claim 8 , characterized in that the storage extraction line (11) branches into a capacitor feed line (12) and a ring line feed line (13).

Heating network according to one of the Claims 8 or 9 , characterized in that the ring line (1) is connected to transfer heat both to the evaporator (8b) of the heat pump (8) and to the capacitor (8a) of the heat pump (8).

Heating network according to one of the Claims 9 or 10 , characterized in that the ring line (1) is connected to the capacitor feed line (12) via a capacitor branch line (14).

Heating network according to one of the Claims 8 until 11 , characterized in that a heat transfer line (16) extending from the condenser (8a) branches into a storage supply line (17) and a ring line return (18).

Heating network according to one of the Claims 8 until 12 , characterized in that the ring line (1) with the section connecting the energy consumer side (3) with the energy producer side (2) is routed over the evaporator (8b) of the heat pump (8).

Heating network according to one of the Claims 8 until 12 , characterized in that the evaporator (8b) of the heat pump (8) is connected to a refrigerant circuit (19) in a heat-transferring manner, that the refrigerant circuit (19) first flows via a heat source (20) in the flow direction of a refrigerant flowing in the refrigerant circuit (19). is subsequently guided via a heat exchanger (21) and that the heat exchanger (21) is connected in a heat-transferring manner to the section connecting the energy consumer side (3) with the energy producer side (2).

Heating network according to one of the Claims 8 until 14 , characterized in that the ring line (1) on the evaporator (8b) of the heat pump (8) assigned to the heat storage (7), on the heat exchanger (10) interacting with the heat storage (7) and / or on heat transfer devices on the energy generator side (2 ) is passed by means of a bypass.

Heating network according to one of the Claims 8 until 15 characterized in that the energy consumer side (3) of the ring line (1) has at least one thermal energy output heat pump (5), which is connected to the ring line (1) via its capacitor (5`).