最小限の熱消費で最大の快適性を実現
エネルギーのパッチワーク "アルター・ミュールホフ "はいかにして効率的なシステムになったのか
アウクスブルクのハウンシュテッテン地区にある歴史的な発電機は、もはや時代の流れにそぐわないものだった。水力発電で駆動していたため、持続可能ではありましたが、気温が高すぎて頻繁に停止したため、生産性は十分ではありませんでした。しかも、家やプールには必要なのに、ほとんどの暖房が無駄になっていました。ボビングにある工芸品メーカーは、ミキシングシステム「レンデミックス」を使って熱利用を再構築しました。期待以上の成功を収めました。
図1：ハウンシュテッテンにある「アルター・ミュレンホフ」タービンのタービンハウスとロッホバッハのインレット。水力発電所は1907年以来、同じタービンで稼働している。 フランシス・タービン.1880年まで、何百年もの間、機械エネルギーを供給してきた。
アウクスブルクのハウンシュテッテンにある "アルテ・ミュールホーフ "は、フッガー市街地にある技術的建造物のひとつである。ミュールホーフの水車は、おそらく12世紀か13世紀に遡る。現在も現役である。もちろん、その動力はオーバーショット水車やアンダーショット水車ではなく、より近代的な技術であるフランシス水車である。1907年以来、この水車は発電機で休むことなく電気を「粉砕」している。この電気は公共送電網に流れ込む。このようなエコロジカルな発電は、再生可能エネルギー法によって、量にもよるが、1kWhあたり約10セントが国から支払われる。アウクスブルクのエネルギー供給会社の正確な価格は後述する。これは、投資の償却に貢献し、最適化された建築技術に大きく関係しているからである。
技術文化のモニュメント
図2：Wilhelm Ruckdeschel教授は、著書 "Industriekultur in Augsburg "の中で、ロッホバッハ発電所のおそらく700年にわたる歴史を述べている。Brigitte Settele Verlag, Augsburg, ISBN 3-932939-44-1.
かつては、ロッホバッハの小川の運動エネルギーが、変速機を介して中庭の丸鋸を動かし、後には製粉機を動かしていた。しかし、1880年以降、フランシス・タービンが27年後に到着してからは、小さな川がパーラーに光を呼び起こすようになった。世紀の変わり目には、それが魔法のように思えた住人もいたに違いない。
76kWの発電機と機械システムの効率損失は、熱という形で顕著に現れる。発電機が働き過ぎると、ミルハウスはサウナ状態になる。かつては、窓やドアを開けることで余分な温度を換気することができた。今日、環境保護は2つの点でこれを認めなくなっている。第一に、貴重な熱カロリーを手放すのは時代の精神にそぐわないということ、第二に、毎日毎日、約60dB（A）の機械音に耳を傾けなければならないのでは、近隣住民が裁判沙汰になりかねないということだ。その一方で、中世後期の自由帝国都市アウクスブルクの高度に発達した産業文化の生きた証は、アウクスブルクの技術史家ヴィルヘルム・ルックデッシェルが敬愛の念を込めて呼ぶところの「ワッセルクンスト」が、再生可能エネルギーを電気に変換しているため、今日、新たな意義を持つことになった。
そこで、「アルター・ミュールホーフ」の現所有者であるヴァルター・セッテレ家は、熱回収の解決策を見つけるため、さまざまな計画事務所や施工会社に依頼した。回路は、5つの異なる消費者、すなわち第一に温水の準備、第二に母屋のプール水、第三にラジエーター回路（高温）、第四にプールと居住棟の2つの床暖房回路（低温）を考慮する必要があった。
熱はどうやってプールに入るのですか？
図3：ヒートポンプ（左、Vitocal/Viessmann）と300リットルのバッファシリンダー（Vitocell/Viessmann）がタービンハウスの熱回収を担っている。
改修の第一段階として、クライアントはタービンハウスに空気／水ヒートポンプ（Viessmann社製）を設置することと、80年前のギアリムに代わるより静かな新しいギアボックス（Renk AG社製）を導入することに同意した。しかし、さらなる提案は、実現したものもあったが、期待された成功をもたらさなかったり、コストの問題で実行に移せなかったりした。10,000ユーロから15,000ユーロの費用がかかるケースもあった。
しかし、ウォルター・セッテレはあきらめなかった。なぜなら、彼にはスイミングプールという通年のユーザーがいたからだ。段階を踏んで、最終的に数社が彼のために「コンセプト」の名に値しないコンセプトをつなぎ合わせた。それでも無駄が多すぎた。数字で表すと、改造前の2006/2007年のガス消費量は15万キロワット時だった。夏でも、発電機が35キロワット以上で稼働しているとタービンが停止したり、シャットダウンしたりするため、セッテレは高価なガスヒーターでプールの水を温めなければならなかった。 oC.以前はこの閾値を何度か超えていた。発電機のすぐ近くにある空気／水ヒートポンプだけが、必要な役割を果たしていた。ヒートポンプは発電所の室温を許容できるレベルまで冷却した。このため、デモ、誕生日、セミナー、その他のイベントなど、建物をほとんど公に使用することができた。
図4：プールの水フィルター。左の黒い円筒はプール水の熱交換器。
ステーション内の温度が5℃程度上昇すると、ヒートポンプが起動し、その熱量をバッファ貯蔵タンクに蓄える。このようにして得られた熱量は、局所暖房パイプによって2台のバックアップボイラー（コンデンシング式、40kW×2台、ヴァイヤン社製）および居住棟のディストリビューターに送られる。熱需要がなければ、発電機のスイッチは切れる。当時は、スイッチング方式が消費者側で異なる温度レベルを操作することができなかったため、需要は比較的早くカバーされた。消費者側で異なる温度レベルを操作することができなかったからだ。
新しいマルチウェイ・ミキサー・プロセス
図5：母屋「アルター・ミュールホーフ」。約500m2の居住スペースとプールホール、プールの水を温める。
その結果、2006年から2007年にかけての暖冬で、前述のように15万キロワット時ものガス消費量が発生した。彼は、自宅の設置会社であるボビンゲンのアルバート・コール・ワッサー・ウント・ヴェルメ社に相談した。従業員28人を擁する同社は、暖房技術、太陽熱技術、太陽光発電を専門とし、将来に向けて十分な態勢を整えている。同社は救済策を約束した：
この雑誌 "Sanitär- und Heizungstechnik "に掲載されたことをきっかけに、この熟練職人の仕事は、製品ではなくシステムであるバウナッハ・ミキサーと数年前に出会うことになる。結果はすぐに予想できた：2008/2009年の比較的厳しい冬に、セッテレは55,000キロワット時の節約という結果を得た。ガス消費量は150,000キロワット時から95,000キロワット時へと減少した。この量は気候調整されていないが、2008/2009年の需要は、基準年である2006/2007年の暖冬よりもはるかに多かったと思われる。 この点で、節約効果はさらに大きい。
図6：Technische Alternative社（オーストリア／アマリエンドルフ）のフリープログラマブル制御システム
rendeMIX "ミキサーは、熱分配とバッファ貯蔵タンクの充放電の新しい方法の象徴です。高温回路の下流に低温回路を接続し、第一の回路の戻りを第二の回路の流れに変えることで、戻り温度を最低にし、凝縮熱の獲得量を最大にします。この構造で発熱量を利用することと、循環量を半分にして循環ポンプの補助エネルギーを半分にすることは別のことである。この直列接続は、循環ポンプを1台減らして管理するという事実は別として。
最低リターン温度
図7：サブディストリビューターの加熱回路。
ヒュッケルホーフェンのH.G. Baunach GmbH & Co.KG社（ヒュッケルホーフェン）の特許は、主に、ラジエーター暖房と床暖房の異なる水力条件と温度要件を考慮した継手内の水流で構成されています。rendeMIX "ユニットがなければ、同じような結果、つまり可能な限り低い戻り温度を達成するために、設置会社は多くの回り道をして、多くの継手を設置しなければならなかっただろう。ミキサーを使用することで、より効率的に機能するのはコンデンシングボイラーだけではありません。層状貯蔵タンク、ソーラーシステム、ヒートポンプ、移送ステーション、配水ネットワークも、大きなデルタTの恩恵を受けています。
図8：混合器グループ。左側の3つのユニットは「rendeMIX」マルチウェイミキサーで、右側の2つのユニットはスイミングプールの熱交換器と給湯準備のための無調整熱供給用タップボックスである（写真はJohannes Jacob, Albert Kohl Wasser und Wärme GmbH）。
アルベルト・コール社のヨハネス・ヤコブ氏は、ハウンシュテッテン社の例を挙げて、その原理をこう説明する。高温回路の後に設置するため、高温ゾーンはプールの熱交換器や給湯器からの60度の還流です。これら2つの消費者は、タービンステーションからの高温地域水またはガスボイラーによって直接制御されます」。
タービンハウスや発電機ハウスのヒートポンプは、80度にもなる消費者への熱流を発生させるが、室内の空気は40度にもなるため、年間性能係数はまだ十分許容範囲内だ。 oC.「プールの熱交換器からの60度の還流を、住宅の上層階にあるラジエーター回路に送り、2つの床暖房システムに送ります。3台の『rendeMIX』ユニットが流量と温度を制御しています」。ラジエーターを担当するrendeMIX 1では何が起こるのか？まず、60/40に設定されます。 oCが設計されている。60インチの oしかし、ミキサーを必要とするのは1年で最も寒い時期だけである。ほとんどの場合、ミキサーはプールの還流水から供給され、rendeMIX 1のレベルではまだ55℃である。 oCの水を加えるか、あるいは40℃しかないリターン・ラジエーター回路から冷たい水を加える。 oCは持っている。
rendeMIX」を3回
ラジエーターのリターンは、プール／温水のリターンと、2つの床暖房システムのリターンと合流して1本のラインを形成するが、各回路からのリターンフィードの影響もあり、ラインの長さに沿ってボイラーに向かって温度勾配があるのは当然である。
ヨハネス・ヤコブに戻る「rendeMIX 2は、スイミングプールのフロア回路のフローとしてリターンラジエーターを使用します。ここでの油圧は先程説明したものと同様ですが、1つだけ変更があります。氷点下でプールホールを暖めるのに還流ラジエーターが十分でない場合、rendeMIX 2は局所暖房配管の流れから温水を追加します。気象条件によって暖房水の温度が低くなる場合は、rendeMIX 2は戻り管から冷水を引きます。"
ヨハネス・ヤコブは2つの床下回路を並列に接続した。低温暖房を2つの回路に分けたのは、1年中使用する浴場暖房と半年間使用する住宅暖房では暖房の季節が全く異なり、水量もかなり異なるためです。並列接続により、熱供給を最適化することができる。
平行線とは言い難い
そのため、「並列接続」は現実を正しく反映していません。両方の床暖房システムが稼働している場合、最後のレンデミックスであるレンデミックス3の流量温度は、レンデミックス2の流量温度よりも低くなります。これは、前の床暖房システム（レンデミックス2）の戻り流量が、全体の戻り流量を数度押し下げるためです。そのため、rendeMIX 3は設定温度に到達するために、一般的にrendeMIX 2よりも温度の高い部分から多くの水を汲み上げ、混合する必要があります。
これは、「rendeMIX」ステーションのプロセスと機能について説明したものである。もちろん、効率的な制御技術と理にかなった制御戦略によって、全体がオーバーレイされなければならない。Albert Kohl Wasser und Wärme社は、H.G. Baunach GmbH & Co.KGの企画部門の専門知識を活用しました。同社は、ミキサーユニットの設計と制御をソフトウェアでサポートしました。実際のネットワーキングは、オーストリアの制御専門会社Technische Alternative社（アマリエンドルフ）が担当した。同社の製品レンジは、シンプルな差動コントローラーから、太陽光発電やポンプ管理用のマルチループコントローラー、そしてほとんどすべての用途に対応する自由にプログラム可能なマルチコントローラーまで多岐にわたる。これこそ、アルベルト・コール社が求めていたものである。それは、要求されていない機能で過負荷になり、誤動作を起こしやすい制御システムではなく、特定の用途に合わせてカスタマイズされた制御システムである。
アウクスブルクの公益事業会社からの報奨金
そのセンサーは、例えば、緩衝水が床下コイルやラジエーターに直接流れるか、ボイラーが熱を加える必要があるかを決定する。300リットルのシリンダー内の緩衝水は、常に70度や80度になるわけではない。 oC.冬には、発電機の排熱だけでは家庭内の快適さを確保できない。その場合、ボイラーは30℃か40℃までしか充電できない。 oCをオンにする。したがって、ローカル・ヒーティング・ラインは、通常、起動するか否かに関係なく、2つのボイラーのうちの1つを通っている。
熱回収、ギアボックスの更新、インテリジェント・スイッチング・スキーム、そして新しいシステムの50％以上の投資により、アウクスブルク市は特定の固定価格買取制度を修正した。アルテ・ミューレ」は現在、EEG再生可能エネルギー法に加え、EEWG再生可能エネルギー熱法にも適合している。その結果、報酬は7.65セント/kWhから9.67セント/kWhに上昇した。年間約40万キロワット時の発電により、2年前より8,000ユーロ多い約4万ユーロが還元されている。バウナッハのミキサーは、この一部について、いずれにせよ55,000kWhのガス削減に貢献した。
図9：フランシス・タービンの76kW発電機の前に立つ地主ウォルター・セッテレ。
ヨハネス・ヤコブ：「私たちが発見したのは、高い消費で最小限の快適さでした。新しい制御戦略と『rendeMIX』ユニットによって、システムを『最小の熱消費で最大の快適性』を実現することができました。おそらく、これ以上に優れた、そして何よりも安全な投資方法はないでしょう」。
ベルント・ゲナート
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