Die Erfindung betrifft die Wärme- bzw. Kälteverteilung in Versorgungsnetzen, zur Versorgung von zwei oder mehr Verbrauchern mit Wärme bzw. Kälte, die an eine Vorlauf- und Rücklaufleitung angeschlossen sind.

Unter dem Begriff Verbraucher sind alle Arten von Wärme- bzw. Kälteabnehmern, insbesondere direkt und indirekt versorgte Wärme- und Kältespeicher, zu verstehen.

Das Versorgungsnetz kennzeichnet sich dadurch, dass es zwischen einer Wärme bzw. Kältequelle und mehreren Verbrauchern, einen über eine Vorlauf- und eine Rücklaufleitung geschlossenen Kreislauf bildet.

„Stand der Technik" ist, dass Versorgungsnetze, insbesondere Fernwärmebzw. Fernkälteversorgungsnetze, über kein zentrales Netzmanagement verfügen. Eine Kommunikationsverbindung zwischen Verbraucher und Wärme- bzw. Kältequelle, welche eine gezielte, zentrale Steuerung der Ladevorgänge, zur Beladung der beim Verbraucher angeordneten Wärme- bzw. Kältespeicher, ermöglichen würde, ist nicht gegeben. Beim Verbraucher sind Wärme- bzw. Kältespeicher angeordnet. Sie werden im Bedarfsfall, also wenn im Speicher eine bestimmte Grenztemperatur erreicht wurde, geladen. Da die Wärme- bzw. Kältequelle nicht über die aktuelle Bedarfssituation im Versorgungsnetz informiert ist, muss das Versorgungsnetz ständig in Betrieb sein. Das Versorgungsnetz ist ständig auf Betriebstemperatur, es fallen große Abstrahlverluste an. Auch die Netzpumpe muss ständig in Betrieb sein. Die Wärme- bzw. Kältequelle ist nicht darüber informiert, welcher Verbraucher wann und wie viel Wärme bzw. Kälte abnimmt. Eine zentrale Verbrauchserfassung und eine Wärme- bzw. Kältekostenverteilung kann ohne eine Kommunikationsverbindung zwischen Wärme-bzw. Kältezentrale und den Verbrauchern nicht realisiert werden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Wärme- bzw. Kälteverteiler zu erfinden, der im gesamten, oder in einem begrenzten Teil des Versorgungsnetzes, insbesondere in Fernwärme- und Fernkälteversorgungsnetzen, nur eine Messeinrichtung für die Wärme- bzw. Kälteverbrauchserfassung aller Verbraucher erforderlich macht, ein Netzmanagement des Versorgungsnetzes ermöglicht und gleichzeitig die Wärme- bzw. Kälteverluste des Versorgungsnetzes minimiert.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, dass zwischen Wärme-bzw. Kältequelle und den einzelnen Verbrauchern eine Kommunikationsverbindung geschaffen wird. Eine solche Verbindung kann über ein Datenkabel oder über eine Funkverbindung gewährleistet werden. Über diese Verbindung können Schalt- und Steueranweisungen, Schalt- und Steuerzustände und weitere Parameter und Befehle übermittelt werden.

Unter Wärme- bzw. Kältequelle sind alle Arten von Temperierquellen zu verstehen. Sie können über eine eigenständige Regelung und Steuerung verfügen, können aber auch so aufgebaut sein, dass sie von einer externen Regelung und Steuerung gemanagt werden.

An das Versorgungsnetz sind mindestens zwei Verbraucher angeschlossen. Vor jedem Verbraucher wird ein Ladeventil angeordnet. Nur wenn eins dieser Ladeventile geöffnet ist, kann das Wärme- bzw. Kälteträgermedium zwischen Wärme- bzw. Kältequelle und dem entsprechenden Verbraucher umgewälzt werden. Es wird eines der, vor den Verbrauchern angeordneten, Ladeventile geöffnet. Nachdem der Bedarf des entsprechenden Verbrauchers gedeckt wurde, wird sein Ladeventil geschlossen und das Ladeventil des nächsten Verbrauchers geöffnet. So wird ein Verbraucher nach dem anderen versorgt.

Da immer nur ein Ladeventil geöffnet ist, und dieses Ventil einem bestimmten Verbraucher zugeordnet werden kann, lässt sich auch die Wärme- bzw. Kälteabnahme zwischen dem Auf- und dem Zuschalten, der vor den Verbrauchern angeordneten Ladeventile, einem Verbraucher zuordnen.

Durch den Einsatz eines zentralen, unmittelbar hinter der Wärme- bzw. Kältequelle, im Versorgungsnetz angeordneten Wärmemengenzählers, kann in Verbindung mit einem entsprechenden Wärmekostenverteiler die gesamte Wärmeabrechnung unter allen Verbrauchern gemäß Heizkostenverordnung (HKVO) gewährleistet werden.

Die Heizkostenverordnung (HKVO) ermöglicht die Zulassung entsprechender Wärmekostenverteiler. Voraussetzung für eine solche Zulassung ist allerdings, dass alle Verbraucher die gleichen Versorgungsbedingungen haben und nicht einzelne Verbraucher bevor- oder benachteiligt werden. Wärmekostenverteiler sind dadurch gekennzeichnet, dass sie, gemäß den Wärmeverbrauchsanteilen der einzelnen Verbraucher, einen Verteilschlüssel ermitteln, nach dem die gesamten, oder ein Teil der anfallenden Wärmekosten auf die Verbraucher umgelegt werden. Das hier gesagte, lässt sich auch auf die Kältemengenerfassung bzw. Kältekostenverteilung übertragen.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass vor jedem Verbraucher ein Ladeventil angeordnet ist. Durch die Kommunikationsmöglichkeit zwischen Wärme- bzw. Kältequelle und den Verbrauchern kann ein Netz- bzw. Lastmanagement realisiert werden. Der Betrieb der Wärme- bzw. Kältequelle, sowie der Betrieb des Versorgungsnetzes kann so optimiert werden.

Die Wärme- bzw. Kälteverteilung wird von einem Bedarfsmanagement gemanagt. Es ist an einer beliebigen Stelle zwischen Wärme- bzw. Kältequelle und den Verbrauchern angeordnet. Das Bedarfsmanagement überwacht den Wärme- bzw. Kältebedarf aller Verbraucher. Es wird ein Verbraucher nach dem anderen mit Wärme bzw. Kälte versorgt. Während dem Ladevorgang ist nur ein Ladeventil im Versorgungsnetz geöffnet. Währenddessen sind die Ladeventile der anderen Verbraucher geschlossen. Das Bedarfsmanagement kann auch weitere Überwachungs-, Steuer- und Regelaufgaben übernehmen.

Es besteht die Möglichkeit, dass das Versorgungsnetz nur zeitweise betrieben wird. Über Sensoren ist das Bedarfsmanagement über die Bedarfssituation innerhalb des Versorgungsnetzes informiert. Meldet eine bestimmte Anzahl an Verbrauchern einen Versorgungsbedarf, kann das Versorgungsnetz ganz gezielt in Betrieb genommen werden. Es besteht die Möglichkeit, heute übliche, zentrale, bei der Wärme- bzw. Kältequelle angeordnete Speicherkapazitäten durch dezentrale, beim Verbraucher angeordnete Speicherkapazitäten zu ersetzen. Ermöglicht wird dies durch ein Lastmanagement der Wärme- bzw. Kältequelle, sowie des Versorgungsnetzes mit all seinen Verbrauchern, welches vom Bedarfsmanagement erledigt werden kann.

Vorteilhaft bei der Erfindung ist, dass durch die erzielbaren Betriebspausen des Versorgungsnetzes, die Wärme- bzw. Kälteabstrahlverluste des Netzes gegenüber den ständig betriebenen Versorgungsnetzen deutlich reduziert werden können. Die Netzpumpe muss nicht ständig betrieben werden, es kann Pumpenstrom eingespart werden.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand einer Zeichnung dargestellt und erläutert.

Ausführungsbeispiel mit einem Ventil (Nr. 2):

• Über ein Versorgungsnetz werden zumindest zwei Verbraucher 8 mit Wärme bzw. Kälte versorgt. Über das Bedarfsmanagement 5 wird im Bedarfsfall ein Verbraucher 8 nach dem anderen über das jeweilige, vor dem Verbraucher angeordnete, Ventil 7 mit Wärme bzw. Kälte versorgt. Das Bedarfsmanagement 5 nimmt das Versorgungsnetz dann in Betrieb, wenn eine bestimmte Anzahl an Verbrauchern 8 Wärme- bzw. Kältebedarf anmeldet, oder die Wärme- bzw. Kältequelle bzw. deren Management einen Netzbetrieb erwünscht.

Ausführungsbeispiel mit zwei Ventilen (Nr. 3):

• Wie das obige Ausführungsbeispiel (Nr. 2), jedoch zusätzlich mit Ventil 6 in einer Bypassleitung vor jedem Verbraucher. Über den Temperaturfühler 10 ist das Bedarfsmanagement 5 darüber informiert, ob Wärme bzw. Kälte am Verbraucher ansteht und eine Versorgung des Verbrauchers 8 über das Ventil 7 erfolgen kann.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel mit einem Ventil vor jedem Verbraucher (Nr. 2) werden mindestens zwei Verbraucher 8 über ein Versorgungsnetz an eine Wärme- bzw. Kältequelle 1 angeschlossen.

Bei jedem Verbraucher 8 ist ein Bedarfsmelder 9 angeordnet. Dieser Bedarfsmelder 9 wertet einen oder mehrere Temperaturfühler aus. Sobald an einem der Temperaturfühler ein Grenzwert erreicht wird, informiert der Bedarfsmelder 9 das Bedarfsmanagement 5.

Das Bedarfsmanagement 5 wertet die Bedarfsmeldungen aller Verbraucher 8 aus. Es wird eine Reihenfolge aufgestellt, nach der die Versorgung erfolgen soll. Bevor mit der Versorgung der Verbraucher 8 begonnen wird, können auch noch weitere Parameter herangezogen werden.

Das Bedarfsmanagement 5 öffnet bei dem Verbraucher mit dem größten Wärme- bzw. Kältebedarf das Ventil 7. Die Netzpumpe 11 wird angeschaltet.

Sobald der Bedarf des „ersten" Verbrauchers 8 gedeckt ist, stellt der Bedarfsmelder 9 die Erreichung eines festgelegten Grenzwertes fest. Er meldet keinen Bedarf mehr an das Bedarfsmanagement 5. Das Bedarfsmanagement 5 schließt umgehend das entsprechende Ventil 7.

Die Wärme- bzw. Kälteversorgung des Verbrauchers ist somit abgeschlossen. Als nächstes wird nach dem gleichen Prinzip jeder weitere, bedarfsmeldende Verbraucher versorgt.

Vorteilhaft bei der Ausführungsvariante mit nur einem Ventil je Verbraucher (Nr. 2) ist, dass die gesamte in das Versorgungsnetz eingespeiste Wärme einem Verbraucher zugeordnet werden kann. Unter den Verbrauchern kann bei der Wärme- bzw. Kältequelle die Verbrauchskostenabrechnung über einen einzigen Wärmemengenzähler, sowie einen Wärme- bzw. Kältekostenverteiler realisiert werden. Der jeweilige Verbraucher trägt die während der Versorgung anfallenden Wärme- bzw. Kälteverluste im Versorgungsnetz.

Diese Variante kann allerdings auch Nachteile bieten. Handelt es sich bei den Verbrauchern beispielsweise um Pufferspeicher oder Schichtspeicher, darf ausschließlich Wärmeträgermedium mit einer bestimmten Vorlauftemperatur eingebracht werden. Dies ist bei dieser Variante allerdings nicht zu realisieren. Nach einer „Betriebspause" steht in dem Versorgungsnetz Wärmeträgermedium mit einem Temperaturniveau nahe der Umgebungstemperatur zur Verfügung. Wird nun mit der Versorgung der Verbraucher begonnen, wird die gesamte Temperaturschichtung innerhalb der Speicher zerstört, bevor richtig temperiertes Wärmeträgermedium am Verbraucher zur Verfügung steht. Eine geordnete Schichtung ist in den Speichern nach einer solchen „Durchmischung" nicht mehr möglich.

Weiterer Bestandteil der Erfindung ist daher eine Ausführungsvariante gemäß dem Ausführungsbeispiel mit zwei Ventilen vor jedem Verbraucher (Nr. 3).

Gemäß dem Ausführungsbeispiel mit zwei Ventilen vor jedem Verbraucher (Nr. 3) werden mindestens zwei Verbraucher 8 über ein Versorgungsnetz an eine Wärme- bzw. Kältequelle 1 angeschlossen.

Wie bei der Ausführungsvariante nach Nr. 2 ist bei jedem Wärme- bzw. Kälteverbraucher ein Bedarfsmelder 9 angeordnet.

Das Bedarfsmanagement 5 wertet die Bedarfsmeldungen aller Verbraucher 8 aus und legt eine Reihenfolge fest, nach der die Versorgung erfolgen soll. Das Versorgungsnetz geht nur in Betrieb, wenn eine bestimmte Anzahl an Verbrauchern 8 einen Wärme- bzw. Kältebedarf meldet, oder die Wärme- bzw. Kältequelle einen Netzbetrieb wünscht. Es können auch weitere Parameter als Voraussetzung für einen Netzbetrieb herangezogen werden.

Bevor mit der Versorgung des „ersten" Verbrauchers 8 begonnen wird, wird das in der Bypassleitung vor diesem Verbraucher angeordnete Ventil 6 geöffnet. Die Netzpumpe 11 wird angeschaltet. Es wird solange das Wärmeträgermedium zwischen Wärme- bzw. Kältequelle 1 und dem „ersten" Verbraucher 8 umgewälzt, bis an dem Temperaturfühler 10 des „ersten" Verbrauchers eine bestimmte SOLL-Grenztemperatur erreicht wird.

Stellt das Bedarfsmanagement 5 fest, dass an dem Temperaturfühler 10 die Grenztemperatur erreicht wird, wird das Bypassventil 6 geschlossen und zeitgleich das entsprechende Ventil 7 geöffnet.

Sobald der Wärme- bzw. Kältebedarf des „ersten" Verbrauchers 8 gedeckt ist, stellt der Bedarfsmelder 9 eine Erreichung eines festgelegten SOLL-Grenzwertes fest. Er meldet keinen Bedarf mehr an das Bedarfsmanagement 5. Das Bedarfsmanagement 5 schließt umgehend das entsprechende Ventil 7.

Die Wärme- bzw. Kälteversorgung, sowie die Verbrauchserfassung des „ersten" Verbrauchers 8 ist somit abgeschlossen. Als nächstes werden die weiteren, bedarfmeldenden Verbraucher nach dem gleichen Prinzip versorgt.

Ein Vorteil bei dieser Ausführungsvariante ist, dass alle Verbraucher 8 annähernd gleich behandelt werden, unabhängig davon, wie weit sie von der Wärme-bzw. Kältequelle 1 entfernt sind und in welcher Reihenfolge sie mit Wärme bzw. Kälte versorgt werden.

Ein weiterer Vorteil dieser Variante ist, dass das Ventil 7 beim jeweiligen Verbraucher 8 erst geöffnet wird, wenn tatsächlich Wärme bzw. Kälte ansteht. Speicher, wie beispielsweise Heizungspufferspeicher, mit einer ausgeprägten Temperaturschichtung, werden nicht in ihrer Funktion beeinträchtigt. Das „warme" Wärmeträgermedium kann mit minimalem Mischungsbereich eingeschichtet werden.

Sind alle Verbraucher 8, die einen Wärme- bzw. Kältebedarf angemeldet hatten, versorgt worden und liegt keine weitere Bedarfsmeldung am Bedarfsmanagement 5 vor, besteht über die Bypassventile 6 die Möglichkeit, eine weitere Spülung des Netzes vorzunehmen. Durch eine solche Spülung kann gezielt die Restwärme bzw. -kälte aus dem Versorgungsnetz entzogen werden. Voraussetzung ist allerdings, dass ein entsprechender Kälte- bzw. Wärmepool zur Verfügung steht. Dieser muss hydraulisch in das Versorgungsnetz eingebunden sein. Die Wärme- bzw. Kälteverluste des Versorgungsnetzes lassen sich durch einen solchen Spülvorgang reduzieren.

In der vorangegangen Beschreibung wurden die beiden Ausführungsbeispiele Nr. 2 und Nr. 3 ausführlich beschrieben. Selbstverständlich ist auch eine Kombination aus den Ausführungsvarianten Nr. 2 und Nr. 3 innerhalb eines Versorgungsnetzes möglich.

Die Komponenten 6 und 7 wurden bisher ausschließlich als Ventile betitelt. Es kommen hier aber alle Arten von Absperreinrichtungen wie Ventile, Schieber, Hähne oder Klappen in Frage. Insbesondere wird der Einsatz von Magnetventilen (Auf / Zu) empfohlen. Die Komponenten 6 und 7 werden vom Bedarfsmanagement 5 aus gesteuert. Sie können motor- bzw. magnetgesteuert sein. Es kommt auch der Einsatz von pneumatisch bzw. hydraulisch gesteuerten Absperreinrichtungen in Frage.

Je nach örtlicher Gegebenheit kann die räumliche Distanz zwischen den einzelnen Systemkomponenten erheblich sein. Die Kommunikation zwischen den Komponenten kann über Datenkabel, Funkverbindung, oder eine andere Kommunikationsart gewährleistet werden.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Einsatz in Fernwärme- bzw. Fernkältenetzen. Mehrere Verbraucher können hier gemeinsam an eine Übergabestation mit nur einem Wärmemengenzähler angeschlossen werden. Die Verteilung der Wärme- bzw. Kältekosten kann über einen Wärme- bzw. Kältekostenverteiler erfolgen. Als Wärme- bzw. Kältequelle kann hier ein Wärmetauscher bzw. ein Wärmeübertrager in Frage kommen, der von einer weiteren Wärme- bzw. Kältequelle versorgt wird.

Die Erfindung kann auch bei der Trinkwarmwasserbereitung eingesetzt werden. Dezentrale, bei den Verbrauchern angeordnete, „direkt" und „indirekt" beheizte Warmwasserspeicher, können über ein Versorgungsnetz an eine Wärmequelle angeschlossen werden. Die Abrechnung der Wärmekosten unter den Verbrauchern kann über einen Wärmekostenverteiler gewährleistet werden. Über die Vor- und Rücklaufleitung des Versorgungsnetzes kann hier das im Speicher enthaltene Trinkwasser umgewälzt und erwärmt werden. Eine Abrechnung der Wasserkosten ist in diesem Fall nicht erforderlich, da es hier ausschließlich um die Erwärmung des vorhandenen, „kundeneigenen" Wassers geht.