PHE in der Fernwärme

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Das Fernwärmesystem verteilt Wärme über Rohrleitungen. Die von einer Wärmequelle erzeugte Wärmeenergie wird als Heißwasser oder Dampf über ein gedämmtes Rohrnetz zu den Verbrauchern transportiert, um Gebäude zu beheizen, Brauchwarmwasser bereitzustellen und bestimmte industrielle Wärmebedarfe zu decken. Wärmequellen können vielfältig sein, darunter Kohle- und Gasheizkessel, Geothermie, Biomasseenergie, industrielle Abwärme sowie Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, wodurch eine effiziente Energienutzung und eine diversifizierte Versorgung ermöglicht wird. Das Fernwärmesystem ersetzt in erster Linie dezentrale Heizsysteme, reduziert Energieverluste und Umweltverschmutzung, verbessert die thermische Effizienz und verringert die Emissionen von Kohlendioxid und Schadstoffen. Zudem ermöglicht die Fernwärme eine zentrale Verwaltung und Wartung, wodurch Intelligenz und Sicherheit des städtischen Energiemanagements erhöht werden.

Der Plattenwärmetauscher ist eine Wärmeübertragungsvorrichtung, bestehend aus gewellten Platten, Dichtungsdichtungen, festen und beweglichen Druckplatten, Klemmbolzen und einem Traggestell. Die Platten weisen eine spezielle wellenförmige Gestaltung auf, die die Fluidverwirbelung erhöht, den Wärmeübergang verbessert und die Gerätestabilität sicherstellt. Dichtungsdichtungen sind um die Platten herum eingebettet, um den abwechselnden Durchfluss von heißen und kalten Fluiden zu lenken und Vermischung zu verhindern, wodurch eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet wird. Fluide mit unterschiedlichen Temperaturen strömen in benachbarten Kanälen und tauschen Wärme über die Platten aus, ohne direkten Kontakt miteinander zu haben. Diese Methode ermöglicht nicht nur einen effizienten Wärmeaustausch, sondern stellt auch eine vollständige Isolation zwischen den Medien sicher und verhindert Kreuzkontamination. Plattenwärmetauscher bieten eine Wärmeübertragungseffizienz, die 3 bis 5-mal höher ist als bei herkömmlichen Rohrbündel-Wärmetauschern. Sie sind kompakt, benötigen wenig Bodenfläche, sind einfach zu warten und können leicht demontiert werden, um gereinigt zu werden.

In Fernwärmenetzen verbinden Plattenwärmetauscher das Primärnetz (Seite der Wärmequelle) mit dem Sekundärnetz (Nutzungsseite) und gewährleisten einen effizienten Wärmeübergang, während sie gleichzeitig die Wasserqualität und den Druck beider Seiten vollständig voneinander trennen. Dadurch wird nicht nur die Systemsicherheit und -stabilität erhöht, indem eine Rückströmung von Verunreinigungen aus der Nutzerseite verhindert wird, sondern es ermöglicht auch eine flexible Anpassung der Heizparameter basierend auf den regionalen Lasten, wodurch sowohl die Energieeffizienz als auch die Betriebseffizienz verbessert werden. Plattenwärmetauscher sind ein wesentlicher Bestandteil moderner Fernwärmeanlagen.

Plattenwärmetauscher in Fernwärmeanlagen

1. Wärmeübergabestation

Dies ist die typischste Anwendung. Plattenwärmetauscher werden in Wärmeübergabestationen installiert, um die Wärme von der Wärmequelle (Primärnetz) auf das an den Nutzer gelieferte Warmwasser (Sekundärnetz) zu übertragen, wobei eine vollständige Trennung der Wasserqualität und des Drucks gewährleistet wird. Dadurch werden Verunreinigungen aus dem Primärnetz daran gehindert, in das Nutzersystem einzudringen, was einen sicheren Betrieb der Geräte sicherstellt und die zonale Verwaltung sowie Wartung erleichtert.

2. Unabhängige Wärmetauscher für Gebäude

In städtischen zentralen Heizsystemen ist jedes Gebäude mit einem eigenständigen Plattenwärmetauscher für die sekundäre Wärmeübertragung ausgestattet, der Warmwasser für die innenliegenden Heizungsanlagen oder Trinkwarmwasseranlagen bereitstellt. Diese Anordnung ermöglicht eine verbrauchsseitige Erfassung und Temperaturregelung pro Haushalt, wodurch der Komfort und die Energieeffizienz verbessert werden.

3. Quartals-Wärmeübergabestationen in Heiznetzen

Für städtische Systeme mit einer weiten Heizabdeckung können Wärmeübergabestationen an Zwischenknoten installiert werden. Plattenwärmetauscher können verwendet werden, um Wärme in Abschnitten zu übertragen, wodurch Wärmeverluste reduziert und die Flexibilität sowie Regelbarkeit des Netzwerks erhöht werden.

4. Abwärmerückgewinnung und thermische Systemoptimierung

Plattenwärmetauscher können auch zur Rückgewinnung industrieller Abwärme, Kesselabgaswärme oder Abwärme aus Wärmepumpensystemen eingesetzt werden. Diese zurückgewonnene Niedertemperaturwärme kann in Heizsystemen wiederverwendet werden, was eine gestufte Energienutzung sowie Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung ermöglicht.

Vergleich von Plattenwärmetauschern aus verschiedenen Materialien in der Fernwärme

Material	Abkürzung	Hauptfunktionen	Vorteile in der Fernwärme	Geeignete Bedingungen (Wasserqualität / Temperatur)	Kosten
Austenitischer Edelstahl	AISI 304	Gute Korrosionsbeständigkeit und wirtschaftlich.	Geeignet für Primärnetze konventioneller Fernheizsysteme mit relativ guter Wasserqualität.	Sauberes, neutrales Wasser; Wärmequellen der Primärseite (z. B. Rücklaufwasser aus Kraftwerken, neutrales Kesselwasser).	Niedrig
Austenitischer Edelstahl	AISI 316 / 316L	Enthält Molybdän; bessere Beständigkeit gegen Chloridkorrosion und Lochfraß als 304.	Am häufigsten verwendeter Werkstoff in der Fernwärme, besonders geeignet für Sekundärnetze (Verbraucherseite) oder leicht schlechtere Wasserqualität.	Allgemeine Wasserqualität, insbesondere dort, wo geringe Mengen an Chloriden vorhanden sein können (z. B. Trinkwasser-Nachspeisung, nicht vollständig enthärtetes Wasser).	Mittel
Mit einem Gehalt an Kohlenwasserstoffen von mehr als 0,5%	Ti	Hervorragende Korrosionsbeständigkeit, äußerst hohe Beständigkeit gegen chloridinduzierte Korrosion.	Geeignet für Anwendungen mit Meerwasser, Geothermiewasser oder salzhaltigen Quellen. Selten in städtischen Fernwärmesystemen, es sei denn, die Wasserqualität ist sehr schlecht.	Medien mit hohem Chloridgehalt und korrosiver Wirkung (z. B. einige Geothermiewässer, Meerwasser).	Sehr hoch
Hastelloy	Hastelloy	Extrem hohe Beständigkeit gegen Säuren, Laugen, Chloride und andere korrosive Medien.	Eingesetzt, wo besondere Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, wie z. B. bei der industriellen Abwärmerückgewinnung oder speziellen Wärmequellen.	Stark korrosive Medien.	Extrem Hoch

Hinweis: Materialwahl basierend auf den tatsächlichen Wasserchemie-, Temperatur- und Druckbedingungen; Kosten beziehen sich auf relative Beschaffungs- und Lebenszykluskosten.

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Wie wählt man einen Plattenwärmetauscher für Fernwärmesysteme aus?

1. Abstimmung der Wärmeübertragungsfläche auf die Last

Berechnen Sie die erforderliche Wärmeübertragungsfläche basierend auf der System-Wärmebelastung, Durchflussmenge sowie Ein- und Austrittstemperaturen.

2. Auslegungsdruck und Temperaturklassifizierung

Das Primärnetz eines Fernwärmesystems weist hohe Drücke und Temperaturen auf, daher sollten die Auslegungsparameter an die Betriebsbedingungen angepasst sein. Für Hochtemperatur- und Hochdrucksysteme werden halbgeschweißte oder vollgeschweißte Plattenwärmetauscher aus Sicherheits- und Dichtungsgründen empfohlen.

3. Materialauswahl

Der Plattenwerkstoff sollte gemäß den Mediumseigenschaften, der Wasser-Korrosivität und den Temperaturbedingungen gewählt werden. Gängige Werkstoffe sind Edelstahl (304, 316L), Titan und Nickelbasis-Legierungen.

4. Strömungskanal-Design und Widerstandsregelung

Die Wellstruktur beeinflusst sowohl die Wärmeübertragungseffizienz als auch den Strömungswiderstand. Wählen Sie den geeigneten Wellenwinkel und die Kanalanordnung basierend auf Systemdurchfluss, Druckverlustgrenze und Medieneigenschaften, um eine optimale Leistung sicherzustellen.

5. Montage- und Wartungsfreundlichkeit

Für große Heizwerke oder gebietsbasierte Wärmetauscher sollte die Leichtigkeit des Demontierens und Reinigens berücksichtigt werden. Abnehmbare Plattenwärmetauscher sind wartungsfreundlich, während geschweißte Typen besser für Hochdruckanwendungen und dichte Abdichtungen geeignet sind.

6. Betriebliche Anpassbarkeit und Skalierbarkeit

Das System sollte einen gewissen Anpassungsspielraum für saisonale Lastschwankungen aufweisen. Plattenwärmetauscher können die Kapazität flexibel anpassen, indem Platten hinzugefügt oder entfernt werden, was eine zukünftige Erweiterung ermöglicht.

7. Wirtschaftlichkeit und Lebenszykluskosten

Neben den Anschaffungskosten der Ausrüstung sollten der Energieverbrauch im Betrieb, die Wartungsintervalle, die Kosten für Ersatzteile sowie die langfristige Zuverlässigkeit berücksichtigt werden, um die beste Gesamtrendite der Investition sicherzustellen.

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