Consumo minimo di calore con il massimo comfort
Come il patchwork energetico "Alter Mühlhof" è diventato un sistema efficiente
Uno storico generatore di elettricità nel quartiere Haunstetten di Augusta non era più in linea con lo spirito del tempo: Sostenibile, sì, perché alimentato dall'energia idroelettrica, ma non abbastanza produttivo perché si spegneva spesso a causa delle temperature eccessive. E la maggior parte del calore veniva sprecata, anche se la casa e la piscina ne avevano bisogno. Un'azienda artigiana di Bobing ha ristrutturato l'utilizzo del calore con l'aiuto del sistema di miscelazione "rendeMIX". Il successo ha superato ogni aspettativa.
Fig. 1: Casa della turbina e ingresso del Lochbach alla turbina "Alter Mühlenhof", Haunstetten. La centrale idroelettrica è in funzione dal 1907 con un unico e medesimo impianto. Turbina Francis. Ha fornito energia meccanica per molte centinaia di anni, fino al 1880.
L'"Alte Mühlhof" di Haunstetten, Augusta, è uno dei monumenti tecnici dell'area della città di Fugger. Il mulino ad acqua del Mühlhof risale probabilmente al XII o al XIII secolo. È ancora in funzione oggi. Naturalmente, non è più alimentato da una ruota idraulica a pale rovesce o inferiori - a pale rovesce: acqua dall'alto sulle pale, a pale rovesce: acqua dal basso contro le pale - ma da una tecnologia più moderna, ovvero una turbina Francis. Dal 1907 "macina" instancabilmente elettricità in un generatore. Questa viene immessa nella rete pubblica. La produzione di elettricità ecologica è remunerata dallo Stato attraverso la Legge sulle Energie Rinnovabili a circa 10 centesimi per kWh, a seconda della quantità. Il prezzo esatto dell'azienda di approvvigionamento energetico di Augsburg è successivo. Questo perché contribuisce all'ammortamento dell'investimento e ha molto a che fare con la tecnologia ottimizzata dell'edificio.
Un monumento alla cultura tecnica
Fig. 2: Il professor Wilhelm Ruckdeschel ha descritto i circa 700 anni di storia della centrale elettrica di Lochbach nel suo libro "Industriekultur in Augsburg". Brigitte Settele Verlag, Augsburg, ISBN 3-932939-44-1.
In passato, l'energia cinetica delle cascate del Lochbach azionava, tra l'altro, la sega circolare nel cortile tramite una trasmissione e, successivamente, un mulino artistico. Tuttavia, dal 1880 - la turbina Francis arrivò 27 anni dopo - il piccolo fiume evoca la luce nel Guten Stuben. All'inizio del secolo, ad alcuni residenti doveva sembrare una magia.
Le perdite di efficienza del generatore da 76 kW e della meccanica si fanno sentire in termini di calore. Quando il generatore funziona diligentemente, trasforma la casa del mulino in una sauna. In passato, le temperature in eccesso potevano essere ventilate aprendo porte e finestre. La tutela dell'ambiente oggi non è più accettabile sotto due aspetti. In primo luogo, non è in linea con lo spirito del tempo regalare preziose calorie termiche e, in secondo luogo, i vicini potrebbero - protezione del monumento o meno - adire le vie legali se dovessero ascoltare il cigolio del meccanismo, che si aggira comunque intorno ai 60 dB (A), giorno dopo giorno. D'altra parte, questa testimonianza vivente della cultura industriale altamente sviluppata della Libera Città Imperiale di Augusta del tardo Medioevo assume oggi un nuovo significato perché la "Wasserkunst" ancora funzionante, come la chiama con rispetto lo storico della tecnica di Augusta Wilhelm Ruckdeschel, converte l'energia rinnovabile in elettricità.
Per questo motivo l'attuale proprietario dell'"Alter Mühlhof", la famiglia Walter Settele, ha incaricato diversi studi di progettazione e società di installazione di trovare una soluzione per il recupero del calore. Il circuito doveva tenere conto delle cinque diverse utenze, ovvero in primo luogo la preparazione dell'acqua calda, in secondo luogo l'acqua della piscina nella casa principale, in terzo luogo il circuito dei radiatori (ad alta temperatura), in quarto e quinto luogo due circuiti di riscaldamento a pavimento (a bassa temperatura) nella piscina e nell'edificio residenziale.
Come arriva il calore in piscina?
Fig. 3: La pompa di calore (a sinistra, Vitocal/Viessmann) e l'accumulatore da 300 litri (Vitocell/Viessmann) sono responsabili del recupero del calore nella casa della turbina.
Come prima fase del rinnovamento, il cliente ha accettato l'installazione di una pompa di calore aria/acqua (Viessmann) nella casa della turbina e di una nuova scatola di ingranaggi più silenziosa (Renk AG) per sostituire gli ingranaggi vecchi di 80 anni. Tuttavia, altre proposte, alcune delle quali sono state realizzate, non hanno avuto il successo sperato, oppure l'implementazione è fallita a causa dei costi. In alcuni casi, la soluzione doveva costare tra i 10.000 e i 15.000 euro.
Tuttavia, Walter Settele non si è arreso perché ha un utente tutto l'anno sotto forma di piscina. Per gradi, diverse aziende hanno infine messo insieme un progetto che non meritava il nome di "progetto". Lo spreco era comunque eccessivo. Espresso in cifre, il consumo di gas nel 2006/2007, prima della ristrutturazione, era di 150.000 kilowattora. Un vero paradosso: anche in estate, i Settele dovevano riscaldare l'acqua della piscina con un costoso riscaldatore a gas, perché la turbina si fermava o si spegneva quando il generatore funzionava a più di 35 chilometri all'ora. oC. In passato ha superato più volte questa soglia. Solo la pompa di calore aria/acqua nelle immediate vicinanze del generatore ha fatto quanto richiesto. Ha raffreddato la temperatura della stanza nella stazione del generatore a un livello tollerabile. In questo modo l'edificio poteva essere utilizzato quasi pubblicamente per dimostrazioni, compleanni, seminari e altri eventi.
Fig. 4: Filtro dell'acqua della piscina. Il cilindro nero a sinistra è lo scambiatore di calore per l'acqua della piscina.
Se nella stazione c'è un eccesso di temperatura di circa 5 °C, la pompa di calore si avvia e immagazzina il rendimento in un serbatoio tampone. Una tubazione di riscaldamento locale trasporta le calorie così ottenute alle due caldaie di riscaldamento (a condensazione, 2 x 40 kW, Vaillant) e al distributore nell'edificio residenziale. Se non c'è richiesta di calore, il generatore si spegne - vedi osservazione della sovratemperatura. La domanda è stata coperta in tempi relativamente brevi, perché lo schema di commutazione non era in grado di gestire i diversi livelli di temperatura sul lato dell'utenza. Si accontentava di questo o quel consumatore.
Nuovo processo Miscelatore a più vie
Fig. 5: Casa principale "Alter Mühlhof". Circa 500 m2 di superficie abitabile, una sala per la piscina e l'acqua della piscina da riscaldare.
Con la conseguenza del già citato costoso acquisto di 150.000 kilowattora di gas nel mite inverno 2006/2007, Walter Settele si è quindi cimentato in un nuovo tentativo. Ha parlato con la sua azienda di installazione, la Albert Kohl Wasser und Wärme GmbH di Bobingen. Con i suoi 28 dipendenti, l'azienda è ben posizionata per il futuro, con un'attenzione particolare alla tecnologia di riscaldamento, alla tecnologia solare e al fotovoltaico. L'azienda ha promesso di aiutarci:
Grazie alle pubblicazioni su questa rivista, "Sanitär- und Heizungstechnik", l'azienda del maestro artigiano è entrata in contatto anni fa con un apparecchio che non è un prodotto ma un sistema, il miscelatore Baunach. Per anticipare subito il risultato: Il costruttore del sistema ha ripianificato la distribuzione e il controllo, ha collocato tre "rendeMIX" tra la fonte di calore e l'utenza di calore, e l'inverno relativamente rigido del 2008/2009 ha presentato ai Setteles il risultato: un risparmio di 55.000 kilowattora. Il consumo di gas è sceso da 150.000 a 95.000 kilowattora. Questa cifra non è aggiustata per il clima, ma la domanda nel 2008/2009 è stata probabilmente molto più alta rispetto all'inverno caldo dell'anno di riferimento 2006/2007. A questo proposito, i risparmi parlano ancora di più a favore del metodo.
Fig. 6: Sistema di controllo liberamente programmabile di Technische Alternative, Amaliendorf/Austria
Il miscelatore "rendeMIX" è sinonimo di un nuovo metodo di distribuzione del calore e di caricamento e scaricamento degli accumulatori tampone. Garantisce le temperature di ritorno più basse e quindi i guadagni termici di condensazione più elevati collegando un circuito a bassa temperatura a valle di un circuito ad alta temperatura, trasformando così il ritorno del primo circuito nella mandata del secondo circuito. Sfruttare il potere calorifico con questa architettura è una cosa, dimezzare il volume di circolazione e quindi dimezzare l'energia ausiliaria per le pompe di circolazione è un'altra. A parte il fatto che questo collegamento in serie viene realizzato con una pompa di circolazione in meno.
Temperature di ritorno più basse
Fig. 7: Circuiti di riscaldamento dei sottodistributori.
Il brevetto di H.G. Baunach GmbH & Co. KG, Hückelhoven, consiste principalmente in un'alimentazione dell'acqua nel raccordo che tiene conto delle diverse condizioni idrauliche del riscaldamento a radiatori e del riscaldamento a pavimento, nonché dei requisiti di temperatura. Senza l'unità "rendeMIX", un'azienda di installazione dovrebbe fare molte deviazioni e installare molti raccordi per ottenere un risultato simile: la temperatura di ritorno più bassa. Non solo le caldaie a condensazione funzionano in modo più efficiente con il miscelatore. Anche i serbatoi di accumulo stratificati, gli impianti solari, le pompe di calore, le stazioni di trasferimento e le reti di distribuzione beneficiano dell'ampia T di Delta.
Fig. 8: Gruppo di miscelazione. Le tre unità a sinistra sono i miscelatori multivia "rendeMIX", le due unità a destra sono scatole di montaggio per l'alimentazione termica incontrollata dello scambiatore di calore dell'acqua della piscina e della preparazione dell'acqua calda (nella foto Johannes Jacob, Albert Kohl Wasser und Wärme GmbH).
Johannes Jakob di Albert Kohl spiega il principio utilizzando Haunstetten come esempio: "In linea di principio, il miscelatore a più vie è suddiviso in una zona calda, una calda e una fredda. Poiché lo installiamo a valle di un circuito ad alta temperatura, la zona calda è il flusso di ritorno a 60 gradi dello scambiatore di calore della piscina o dello scaldacqua. Queste due utenze sono controllate direttamente dall'acqua calda di distretto della centrale a turbina o dalle caldaie a gas, per così dire, senza alcuna regolazione."
La pompa di calore nella casa della turbina o del generatore genera un flusso fino a 80 gradi verso le utenze con un fattore di rendimento annuale ancora accettabile, dato che l'aria ambiente in ingresso può raggiungere i 40 gradi Celsius. oApprocci C. "Ora inviamo il ritorno a 60 gradi dallo scambiatore di calore della piscina al circuito dei radiatori dei piani superiori del condominio e ai due sistemi di riscaldamento a pavimento. Tre unità "rendeMIX" si occupano del controllo della portata e della temperatura. Cosa succede nel rendeMIX 1, responsabile dei radiatori? Prima di tutto, sono impostati su 60/40 oC progettato. I 60 oC, ma ne hanno bisogno solo nel periodo più freddo dell'anno. Nella maggior parte dei casi, il miscelatore viene alimentato o dalla piscina di ritorno, che al livello del rendeMIX 1 è forse ancora 55 oC, aggiungere acqua più fredda, oppure dal circuito di ritorno del radiatore, che ha solo una temperatura di 40 °C. oC ha".
Tre volte 'rendeMIX
Sebbene il ritorno dei radiatori si combini con il ritorno della piscina/acqua calda e con i ritorni dei due sistemi di riscaldamento a pavimento per formare un'unica linea, esiste naturalmente un gradiente di temperatura verso la caldaia lungo la linea, anche a causa del ritorno dei singoli circuiti.
Torniamo a Johannes Jakob. "rendeMIX 2 prende il flusso di ritorno dal radiatore come flusso di alimentazione dal circuito a pavimento della sala piscine. L'impianto idraulico funziona in modo simile a quello appena descritto, ma con una modifica. Se il flusso di ritorno del radiatore non è sufficiente a riscaldare la sala della piscina a temperature rigide, rendeMIX 2 miscela l'acqua calda dal flusso di alimentazione della tubazione di riscaldamento locale. Se le condizioni atmosferiche consentono di abbassare le temperature dell'acqua di riscaldamento, rendeMIX 2 preleva l'acqua fredda dalla linea di ritorno".
Il rendeMIX 3 per il riscaldamento a pavimento "Living" nei piani superiori si regola secondo lo stesso schema; Johannes Jakob ha collegato i due circuiti a pavimento in parallelo. Ha suddiviso il riscaldamento a bassa temperatura in due circuiti principali perché il riscaldamento annuale dello stabilimento balneare e quello semestrale dell'edificio residenziale hanno stagioni di riscaldamento completamente diverse e anche i volumi d'acqua calcolati differiscono notevolmente. L'apporto di calore può essere ottimizzato grazie al collegamento in parallelo.
Non proprio parallelo
Per cui la "connessione parallela" non riflette correttamente la realtà. Se entrambi i sistemi di riscaldamento a pavimento sono in funzione, la temperatura di mandata dell'ultimo rendeMIX, il rendeMIX 3, è inferiore alla temperatura di mandata del rendeMIX 2. Questo perché il ritorno del sistema di riscaldamento a pavimento precedente (rendeMIX 2) ha spinto il ritorno totale verso il basso di alcuni gradi. È proprio questo l'obiettivo: immettere nello scambiatore di calore a condensazione l'acqua più fredda possibile. rendeMIX 3 deve quindi generalmente prelevare e aggiungere più acqua dalle sezioni a temperatura più elevata rispetto a rendeMIX 2 per raggiungere il setpoint desiderato.
Si tratta dei processi e della funzione delle stazioni "rendeMIX". Naturalmente, una tecnologia di controllo efficiente e una strategia di controllo sensata devono essere sovrapposte all'intero sistema. L'azienda Albert Kohl Wasser und Wärme GmbH si è affidata al know-how del dipartimento di pianificazione di H.G. Baunach GmbH & Co. KG, che lo ha supportato con il suo software nella progettazione e nella regolazione delle unità di miscelazione. Il collegamento in rete è stato configurato dallo specialista di controllo austriaco Technische Alternative, Amaliendorf. La loro gamma di prodotti spazia dai semplici controlli differenziali ai regolatori multicircuito per la gestione del solare e delle pompe, fino ai multitalenti liberamente programmabili per quasi tutte le applicazioni. Questo è esattamente ciò che cercava Albert Kohl GmbH: un sistema di controllo che non sia sovraccarico di funzioni non richieste e che quindi reagisca in modo vulnerabile, ma che sia personalizzato per l'applicazione.
Ricompensa da parte dell'azienda di servizi pubblici di Augusta
La loro tecnologia a sensori decide, ad esempio, se l'acqua tampone fluisce direttamente nelle serpentine dei tubi del pavimento e nei radiatori o se la caldaia o le caldaie devono aggiungere calore. L'acqua tampone nel serbatoio di stoccaggio da 300 litri non ha costantemente un valore di 70 o 80 oC. In inverno, il calore residuo del generatore non è sufficiente a garantire il comfort dell'abitazione. La caldaia può quindi caricarsi solo al 30 o al 40 %. oC. La linea di riscaldamento locale passa quindi generalmente attraverso una delle due caldaie, indipendentemente dal fatto che debba essere avviata o meno.
Grazie al recupero del calore, al cambio rinnovato, allo schema di commutazione intelligente e a un investimento superiore al 50% di un nuovo impianto, Stadtwerke Augsburg ha corretto la tariffa di alimentazione specifica. La "Alte Mühle" rientra ora nella legge sulle energie rinnovabili dell'EEG e nella legge sul calore delle energie rinnovabili dell'EEWG. Di conseguenza, la remunerazione è salita da 7,65 a 9,67 ct/kWh. Con circa 400.000 kilowattora di energia elettrica generati ogni anno, si ricavano circa 40.000 euro, 8.000 euro in più rispetto a due anni fa. Il miscelatore di Baunach può essere considerato responsabile di una parte di questa cifra, ma in ogni caso della riduzione di 55.000 kWh di gas risparmiati.
Fig. 9: Il proprietario Walter Settele davanti al generatore da 76 kW della turbina Francis.
Johannes Jakob: "Abbiamo riscontrato un comfort minimo con consumi elevati. Con la nuova strategia di controllo e le unità "rendeMIX", siamo stati in grado di convertire il sistema al tipo "consumo minimo di calore con il massimo comfort". Probabilmente non è possibile investire il proprio denaro in modo migliore e, soprattutto, più sicuro".
Bernd Genath
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