期待どおりの出来栄え
カッセルのリヒター＋フレンツェル社の特殊加熱技術は、モデル・キャラクターを備えている
同社の信条は、「未来は革新的な最新技術の中にある」です。私たちは、職人、プランナー、建築家など、クライアントに知識を伝えるために、適切に対処しなければなりません。もちろん、古いものと新しいものの省エネ効果など、自分たちの経験があれば、特に説得力のある主張ができる。"そう語るマルクス・オルトラウフは、卸売会社リヒター＋フレンツェル社の技術顧問である。1年半前、彼は卸売業者のカッセルの物件で、変わった暖房器具の設置を提唱したことがある。その結果、この1年間は好調に推移し、全くリスクのないとは言えない決断を下した彼と彼の会社は報われた。
図1：rendeMIXミキサーが設置された現場での配管配水システム（R + F社員のステファン・ドルネマン氏の左側）。
ヴァイラント社の「エコクラフト」モジュール式ボイラーが、刷新された技術の中心にあります。ヘッセン州北部にあるR + F社では、旧式の大気圧ボイラーが許容できる稼働率で運転することが難しくなり、交換する必要があった。というのも、ヴィースマンとブーデルスの本拠地であるヘッセン州では、強力な競合2社と並んで熱発電機のサプライヤーとして生き残るためには、いくつかの切り札を持っていなければならないからだ。
図2：カッセルのR + Fの技術／トレーニングルームのエコクラフト暖房システム。
マルクス・オルトラウフは、ガスコンデンシングカスケードボイラー "エコクラフト "の切り札のひとつを見ている。カスケードとは、自給自足のモジュールを並列にフランジ接続したもので、各モジュールの出力は最大40kW。最小のユニットは2つのセルで構成され、最大のものは7つある。これにより、物件にもよりますが、最大280kWの出力が得られます。また、個々のバーナーは、12～40 kWの間でスライディング制御が可能で、制御範囲は12～280 kWに及びます。
顕著な結果を伴わない混乱
自給自足とは、カスケードのブロックのひとつが故障しても、その隣のブロックが代わりに働くことを意味する。ボイラーが故障することはない。故障は外部にはわからない。したがって、「エコクラフト」は、シリンダーが故障しても対応できる固形ディーゼルに似ている。オルトラウフ：「このモデルのこの特別な特徴は、ヴァイラント社とともにボイラー事業でより強力な役割を果たす機会を与えてくれます。もちろん、このことを伝えなければなりません。そのため、"エコクラフト "のあるテクニカル・ルームをトレーニング・センターに拡張しました」。
図3：カッセルの結露熱取得と熱効率。説明は本文を参照。
第二の切り札として、リヒター＋フレンツェル・フィールド・サービスのプランニングとコンサルティングの専門性が、カッセル支社では、ドイツとベルギーの国境にあるヒュッケルホーフェンのHGバウナッハ社製「レンデミックス」システムと組み合わせた、複合ビルの3つの暖房回路の特別な切り替えに言及している。これは、高温と低温のネットワークを直列に切り替え、一方の還流を他方の熱供給システムの流れに変えるもので、特に凝縮ボイラーとの組み合わせでエネルギー収量を最適化する。非常に特殊なマルチポート・ミキサーをベースとするこのアーキテクチャは、約7年前に市場に投入された。その間に、多くの文献で実証テストに合格し、その節約効果が証明されている。つまり、最低の戻り温度と最高の凝縮熱利得が保証されるからである。
3つの円を1つの円に
カッセルでは、「rendeMIX」は特にエキサイティングな3つの温度帯を発見した。第1に、管理施設はラジエーター回路として約60℃の流下温度、第2に、展示会場は床暖房で最高40℃、第3に、倉庫は床にパイプコイルを敷設して最高30℃の流下温度とした。原則的に、この3番目のセクションは霜が降りないようにしなければならない。従って、システム図は以下のスプレッドに基づいている：オフィス 62/42 °C、展示会 40/30 °C、倉庫 39/20 °C。rendeMIX」によって、実質的に複合施設全体が単一回路設計として暖房される。以前は、2台の古い大気圧ボイラーを使用し、3台のミキサーで各サブエリアごとに3つの温度を混合していたため、共通リターンが42℃を下回ることはなかった。
というわけで、このシステムはこれで終わりである。2005/2006年の暖房開始と同時に稼動し、その数週間後の春には、「エコクラフト」と「rendeMIX」に関する職人や計画事務所向けの講習が始まった。最初の講習会では、機能に加えて選択的な結果に満足しなければならなかった。エコクラフト」のパイプコイル、ラジエーター、熱交換器を通して、個々の体積流量がどの程度温度的に安定し、どの程度の利用率で移動しているかは、瞬間的な温度計の値と数週間の収支からしか読み取れなかった。
このような評価が可能になった。エコクラフト」と「rendeMIX」の前の2年間、2003年7月から2004年6月までと、2004年から2005年までの同じ期間に、カッセルのリヒター＋フレンツェル社で消費された暖房エネルギーは、それぞれ506,000kWhと499,000kWhでした。2005/2006年の冬に間に合うように、地元の暖房請負業者であるGünter Tromp Haustechnik社（カッセル）は、モジュール式ヴァイヤン熱発電機を設置し、3つの暖房回路をバウナッハ継手と直列に接続しました。その結果、わずか35万6,000キロワット時。この値は天候による調整ではなく、ガスメーターから読み取ったものだ。しかし、問題の3年間の気候データに大きな変動がなかったため、この比率はほとんど変わりません。
構造 エコクラフト
ガスコンデンシングボイラーは、1台40kWのモジュール2台から最大7台で構成される。カッセルでは、合計200kWのモジュールが5つあれば十分だ。各モジュールの幅は約14cmで、ファンアシストリンテルバーナーを装備し、12～40kWの間で調整できる。カスケードの各要素は自律的に作動する。障害が発生すると、ユニットは自動的に他のセルに電力を分配する。通常運転では、制御システムは熱出力を抑えながら、できるだけ多くのモジュールのスイッチを入れます。回路図は運転モードを示す：例えば48 kWの場合、24 kWのモジュールが2つあれば十分です。しかし実際には、セル1、3、5、7がそれぞれ12kWでこのケースをカバーする。これにより、燃焼室への負荷が軽減され、排気ガス温度も下がり、システム効率が高くなります。
下の写真はガス配管です。各エレメントは、出力範囲12～40kWの調節式サーフェスバーナー、ファン、ガス継手、アルミダイキャスト製のV字型技術によるコンパクトな高性能熱交換器で構成されています。この素材は重量を制限内に抑えることができるため、特にホテル、住宅・商業複合施設、老人ホーム、病院など、高い運転信頼性が重要視される建物の近代化プロジェクトに適しています。
図4：自律型バーナー／ブロワー・ユニットを備えたガス・ライン。
図5：荷重分布の例。
変調範囲が広いことの利点は、効率的なコンデンシングボイラー利用を可能にする低い戻り温度との組み合わせによる正確な出力調整だけではありません。また、通常は大きなボイラー出力と調和しないような、比較的小さな貯水タンクサイズの飲料水供給にも対応できる。エコクラフト」制御システムにより、暖房ポンプとシリンダー充填ポンプを並行して運転することができる。このプログラムでは、定期的な熱消毒も考慮されている。
ボイラーは、スペースと重量が抑えられているだけではない。音響的にもほとんど目立たない。最大負荷時でも、200 kWのユニットはささやき声程度しか発しません。もちろん、電話リモコンやリモコン、あるいはVaillant社のvrnetDialog技術を使って、カスケードの遠隔監視、調整、パラメータ設定も可能です。
30％の節約を実証
図6：ブレンコン凝縮水測定装置 www.consoft.de.
最新のボイラーと暖房回路の配置により、天然ガスのコストは約30％削減された。大雑把に言えば、この成功の3分の2は熱発生器によるもので、3分の1はシステムレイアウトによるものである。これを実現するために、HGバウナッハはプランナーとヴァイラントを説得する必要があった。3つのスプレッドを個別に見て、いくつかの公差を考慮すると、スプレッドの合計は40Kになる。当初、ヴァイラント社は、個々のモジュールが不利な条件下で水不足に陥ることを懸念して、熱発電機の流量と還流量の間にこの差を設けたくなかった。レムシャイトに本社を置く同社は当初、オーバーフロー、つまり水力短絡回路にこだわっていた。エコクラフトは循環式給湯器に属し、最小限の流量しか必要としないからだ。
技術者はこの問題をシステム側から解決した。モジュールが作動している間、個々の回路が常に最小循環水量を保証するように、つまり完全に制御が停止しないように、制御階層を調和させたのです。
リヒター＋フレンツェル社の3つの温度レベルは、合計200kWで対応できる。そのため、5つのモジュール（5 x 40 kW）を備えたエコクラフトがトレーニング／技術室に設置されている。オペレーターが運転開始回数を数えたところ、1回あたりの平均ボイラー運転時間は2.5日だった。これは、数キロワットまで運転可能な調速暖房システムにとって、特に驚くべき数字ではない。厳しい冬には、熱需要と熱出力が互いに釣り合い、システムは事実上ノンストップで稼働しなければならないが、暖房期間全体で見れば、2.5日という数字は非常に堅実なシステム構成であることを物語っている。
MagraはrendeMIXの代理店になりました。
図7：rendeMIXとMagraディストリビューター。
リヒター＋フレンツェル社の設備を見てみると、個々のミキサーグループの配管が非常に複雑であることに気づくだろう。高価なものだった。リヒター＋フレンツェル社の場合、まず第一に、デモプラントを設置したかったこと、そして第二に、「rendeMIX」の特別代理店を作るために、継手メーカーのマグラ社とすでに交渉が進んでいたことから、このことは決定において重要な役割を果たさなかった。これにより、後に商業ビジネスにおけるコストが削減され、その結果、コストと設置の面で、シリーズ接続の特別なアーキテクチャが全体としてより魅力的なものになるだろう。
マグラとバウナッハは2006年のエッセンSHK見本市でこのフィッティングを発表した。これは「rendeMIX」方式と、おなじみのマニホールドバーの原理を組み合わせたものだ。しかし特別なのは、1つのミキサーグループにつき3つの接続口が用意されていることで、標準バージョンのようにホットフロー、ホットリターン、コールドリターンの2つではありません。このマニホールドでは、最大5つのグループをフランジに取り付けることができる。混乱を避けるため、個々のカップリングには明確なラベルが貼られています。注意しなければならないのは、加熱回路の順番だけで、戻り温度が低くなるにつれて熱発生器に向かって接続します。それ以外は、試行錯誤を重ねたMagraシステムと違いはありません。
高発熱量の利用
これは発熱量利用率にも反映されている。メーカーは一般的に105％の利用率を約束している。しかし、理論と実践、あるいはテストベンチと現場との間には、かなりのギャップがあることが多い。これは、戻り温度が高すぎることと関係がある。約40℃では、結露の量は20℃での「利得」の3分の2になる。その結果、実現可能な効率に比べて5％の損失となる。リヒター＋フレンツェル・ブランチでは、20℃までの流量を3倍利用しても、実際には計画値と実測値の結露熱量に差は生じない。
しかし、コンサルタントとトレーニングマネージャーは、ここでも検証可能な証拠を頼りにしたいと考え、ブレンコン測定器の設置を提案した。これは凝縮水を排出するものである。原理的には、揚水ポンプを内蔵した凝縮水回収装置で、満杯になった容器を排水ネットワークに排出し、ストローク数から凝縮水量を割り出す。リヒター＋フレンツェル社による再計算は非常に満足のいくものだった。3 2005年12月20日から2006年1月12日までの期間に、43,284キロワット時の凝縮水が、94g/kWhの凝縮水によって相殺された。図3は、約25℃の平均戻り温度を示している。 oC、ボイラーの熱効率は104％であった。42℃で oその見返りとして、これまでと同じように、「エコクラフト」は4 %ほど低い効率でやりくりしなければならず、したがって16,000kWhを手放すことになる。
いくつかの改善点
少なくとも16,000キロワット時が無駄になった。試運転の最初の数週間は、システムはまだ古い制御ソフトウェアに基づいており、3回路アーキテクチャにカスタマイズされていませんでした。Vaillant社はこれを改善した。図3も成功を裏付けている。1月以降、結露の量は約98g/kWhで横ばいになり、少なくとも半分のパーセンテージ・ポイント、つまり2,000kWhが増加したことになる。
もうひとつの初期の欠点は、設置ミスがあったことだ。これはおそらく、省エネルギー条例で定められたシステム効率の数値に悪影響を及ぼしたのだろう。残念なことに、後に判明したことだが、屋外センサーのひとつが常に霜の温度を報告していた。その結果、穏やかな天候であっても、最大67℃のボイラー温度でラジエーターに流れ込んでいた。DIN 4701 Part 10「暖房および換気システムのエネルギー評価」によれば、還流は22～25℃に保たれていたが、熱分配システムの熱損失はシステム温度が上昇するにつれて増加する。しかし、カッセルの配熱レベルの大部分は建物の熱外皮内にあるため、削減効果はユーロやセントで見るとわずかなものに過ぎない。
ベルント・ゲナトh
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