多方向混合マニホールドでCHPの連続運転を実現
給油所と洗車場を備えたカーディーラーの暖房近代化：異なるシステム温度、効率的なコンデンシングボイラーの利用、最大限のCHPランタイムに対応するシステムハイドロリックス
エネルギー効率は、一般的にエネルギーコストの節約を目的としたものと理解されています。また、年間を通じてエネルギー需要の高い施設では、同じ量の燃料でより多くの利用可能なエネルギーを得ることがエネルギー効率となります。その一例が、ガソリンスタンドやショップ、洗車場を併設するカーディーラーの暖房システムの総合的な近代化です。このシステムは、マルチウェイミキシングマニホールドの使用により、リターンの活用とコンデンシング値の最適化により、インテリジェントなバッファーマネジメントを実現します。燃料の量に関連するエネルギー消費量をビフォーアフターで比較すると、これがエネルギーコストにどのように影響するかがわかります。 上の新車ショールームの車種と同様、シェースリッツにあるベーレンストラウフ自動車ディーラーの熱発電装置は、ボンネットの下にある4サイクル内燃エンジンで作動する。しかし、ボイラー室では、移動性ではなく、効率的なエネルギー供給に焦点が当てられている。2012年初めまで年間約3,000リットルの暖房油が燃やされていたが、現在はミニCHPユニットが熱と電気を同時に生産している。請求額は以前とほぼ同じだが、エネルギー収量は大幅に増えている。
図1：熱分布には、HG Baunach GmbH & Co.KG社製のマルチポート混合マニホールドを3チャンバー・マニホールドと共に使用した。マニホールド出口の順序は、バッファシリンダーへの還流方向の温度勾配に依存する。
年間を通じて高い熱需要と電力需要
近代化以前は、ワークショップ、ガソリンスタンド・ショップ、セルフ洗車場を備えたカーディーラーのエネルギー収支を見ると、年間を通じて熱と電力の高い継続的なエネルギー需要をカバーしなければならないことがわかった。例えば、ガソリンスタンド、洗車場、作業場、新車ショールームの冷暖房には、年間約13万kWhの電力が必要である。作業場、ガソリンスタンドの店舗、社屋の上階にある2つのアパートの暖房に加えて、洗車場では大量の温水を消費し、冬には霜が降りないようにしなければならない。洗車ホールの壁面暖房システムは、水を供給する機器を霜から守り、洗車場の外では、屋外暖房システムがブラックアイスによる危険を防いでいる。総合的な近代化対策の計画には、まず現状を詳細に調査する建築エネルギー・コンサルタントが同行した。1971年に建設されたこの住宅兼商業ビルの正味床面積は、カーディーラーを含めて1,239 m²。計算の結果、既存の建物に必要な年間最終エネルギー総量は499,550kWh/aとなった。「決定された消費量と、年間を通じて大量の温水と電力が継続的に必要であるという事実が、熱電併給を採用する決断につながりました」と、専門会社のオーナーであるラルフ・ニュスライン氏は報告する。 ロバート・ニュスライン社 のシェースリッツ・ヴュルガウにある。その目的は、高い発電効率で最適なエネルギー利用を実現することだった。
水力要件が異なる熱消費者
目標とするエネルギー効率に加え、この近代化プロジェクトはラルフ・ニュスラインにもうひとつの難題を突きつけた：熱消費者は高温回路と低温回路で構成され、それぞれシステム温度が異なる。暖房システムは、合計5つの異なる暖房回路グループを供給しなければならない：
- 車両ワークショップ用エアヒーター（80/65℃）、
- 住宅用DHW暖房、セルフサービス洗濯システム用DHW暖房（80/65℃）、
- 新車ショールームとオフィスのラジエーター暖房回路（75/55℃）、
- 2階フラット用床暖房、セルフサービス洗濯機用壁暖房（40/30℃）、
- 洗浄システム用の大気開放暖房（システム分離-グリコール混合液での運転、30/20℃）。
図2：ラルフ・ニュスラインは、熱電併給、水力バッファーマネジメント、リターン利用により、使用燃料量から得られるエネルギー量を増加させた。
暖房エンジニアのNüßlein氏は、マルチポートミキシングマニホールドで困難な油圧タスクを解決した。使用されたHG Baunach社のミキサーグループ "rendeMIX "は、5ウェイミキサーの原理に従って動作する。rendeMIXのアクチュエーターは、3つの入力のうち2つを1つの出力に接続する。このようにして、温水と温水、または温水と冷水が混合される。これにより、暖房水ネットワークで利用可能な温度が最大化されるだけでなく、熱発生装置への戻り温度も低減される。このシステムには、特別に開発された3室式マニホールドと、追加のリターンチャンバーが含まれています。この技術は、還流利用、つまり還流温度を徐々に下げるという原理を実現している。例えば、高温回路の還流に還流温度60 °Cの余剰熱がある場合、この利用可能な温度レベルは、例えば還流温度50～60 °Cを必要とする暖房回路に供給するために使用されます。システム温度がより高い回路の還流からの熱エネルギーが、熱要求をカバーするのに十分でなくなった場合にのみ、マルチポートミキシングマニホールドはバッファシリンダーにアクセスする。
バッファータンクが小さくてもCHPの運転は中断しない
図3：CHPユニットとバッファー・ストレージ・タンクの間に接続されたrendeMIXは、2ゾーンの原理に従ってバッファーの負荷を確実にし、同時にCHPユニットへの還流ブーストを提供する。
ベーレンストラウフ自動車ディーラーの基本負荷熱需要および発電は、出力15kWのSenertec Dachs CHPユニットで賄われている。th および5.5kWエル がカバーされている。公称熱出力100kWのViessmann製Vitodensガスコンデンシングボイラーが、ピークロードボイラーとして機能している。「CHPユニットがほぼ連続的に稼働しているため、ピーク負荷ボイラーは、稼働しているとしても、常に凝縮域で稼働しています」とRalf Nüßlein氏は言う。2台の熱発生器は、3室マニホールドや下部バッファゾーン経由の経路と連動して、マルチポート混合マニホールド経由で低い戻り温度を受けるため、長い運転時間を実現している。これは、バッファーの容積が比較的小さいにもかかわらず達成されている。ボイラー室の高さが2メートル弱と低いため、900リットルのバッファシリンダーしか設置できなかった。
CHP排ガス熱交換器用ターボで発熱量を最大化
エネルギー収量を最大化するために、CHPは凝縮利用も行う。しかし、ラルフ・ニュスラインの経験では、単に凝縮熱交換器を接続するだけでは十分ではない。「CHPユニットでは、凝縮ボイラーの利用によってさらにエネルギーを得るには、システム全体を正確に制御する必要があります」。この目的のために、システム油圧に精通したこの暖房技師は、マルチポートミキシングマニホールドを設置した。rendeMIX 3 x 3 コンデンサー「がCHPユニットとバッファシリンダーの間に接続されている。3×3」とは、熱発生器側とバッファシリンダー側の両方で3つの入力または出力が制御されることを意味する。コンデンサーは、バッファシリンダーの下部バッファゾーンから低温の限られた量の加熱水しか取り出さないようにする。このため、成層はほとんど乱されることがない。CHPユニット、排ガス熱交換器、バッファシリンダー間のこの混合ディストリビューターの効果は、システム内の温度計から読み取ることができる：12月のある日の現場視察では、バッファ貯蔵タンクからの還流（38℃）と排ガス熱交換器からの還流（46℃）の間に約8Kの温度差があった。凝縮ボイラーの利用によるヒートゲインは、CHPユニットの還流を促進するために利用され、ユニットの長時間の連続運転を可能にしている。
同じ量の燃料から、より多くの有用なエネルギーと電力が生産される。
図4：温度は、バッファシリンダー内に乱れのない成層が蓄積していること、ガス凝縮ボイラーが排ガス凝縮に必要な低い戻り温度を受けていることを示している。
カーディーラーは家族経営の会社であるため、暖房システムはラルフ・ニュスラインの「試験室」としての役割も果たしている。2013年通年の評価では、CHPユニットの稼働時間は合計7,589時間で、そのうち800時間は寒い1月だけであった。「暖房システムを近代化し、システム油圧を最適化することで、同じ量の一次エネルギーから大幅に多くの有用なエネルギーを得ることができるようになりました」とラルフ・ニュスラインは総括する。例えば、以前の暖房システムと比べて、暖房、温水準備、防霜など、洗車システムに必要なすべてのエネルギーを、追加のエネルギー消費なしにまかなうことができる。暖房に加え、熱電併給システムは年間稼働時間が長いため、2013年には41,000kWhの電気代を節約した。
写真HGバウアンチ／ヴォルフガング・ハインル
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