Bespaar beslag, bespaar montagetijd
Olieverwarming met vereenvoudigde verwarmingshydrauliek getrimd voor efficiëntie
De standaardversie van de Baunach hydrauliek regelt de terugloop van een radiatorcircuit naar het debiet van een lage temperatuur vloerverwarmingssysteem met precisie in graden en liters. De hoge-temperatuurzijde valt onder de verantwoordelijkheid van de olie- of gasketel, die op een glijdende schaal werkt. Het gebruik van hernieuwbare energiebronnen gaat echter meestal gepaard met constante ketelwatertemperaturen - en dus met een extra mixer voor de radiatoren. Een verwarmingsingenieur stelde daarom een uitbreiding van de "rendeMIX" regeling voor. Baunach heeft de suggestie uitgevoerd. Hoe? Het voorbeeld van het verwarmingscentrum van Backnang verklaart dit.
Er is geen betere manier om het te zeggen: "Ketelrendement alleen is geen maatstaf voor zuinig verwarmen. Ketel/ketelcombinaties - zelfs als nieuwe condensatieketelsystemen - zijn qua systeemtechnologie even oud als de centrale verwarming zelf. De verantwoordelijkheid ligt dus bij het verbeteren van het jaarlijkse rendement van een systeem: dit betekent dat niet alleen naar afzonderlijke componenten moet worden gekeken, maar dat het hele verwarmingssysteem van de kelder tot de woonkamer moet worden geëvalueerd. Een hoge energie-efficiëntie vereist een perfecte systeemcoördinatie. Volgens deze stelregel, afkomstig uit een brochure, moeten planning en installatie worden uitgevoerd. Om welke reden dan ook houdt de praktijk zich echter niet altijd aan dit gebod. De uitvoering geeft vaak veel van het efficiëntiepotentieel weg. Het afzien van efficiëntiepunten heeft natuurlijk ook te maken met het feit dat het knopen tot een optimale eenheid vaak handmatig zou moeten gebeuren: met kostenverhogende extra hulpstukken en onderdelen. En vooral met kostenintensieve tijd: nadenken, vraag opnemen, correct instellen en controleren - dat is duur, wie betaalt dat?
Fig. 1: Het schakelschema van de twee-mengkraan.
Fig. 2: Doorsnede van de Olymp bufferopslag "verwarmingscentrum". De diagonale rookgaskanalen temperen het opslagwater (ketelwater) in de oliecondensatieketel. De nageschakelde condensatiewarmtewisselaar is verborgen in de verdikking in de rookgasleiding achter de ketel.
Het systeemidee
Daarom lossen sommige fabrikanten de huidige opgave om het primaire energieverbruik te verminderen op met doordachte systeemaanbiedingen vanuit de fabriek - wat natuurlijk innovatieve vakmensen vereist die zowel het energievoordeel onderkennen als dit op een argumentatieve manier aan de klant kunnen doorgeven. Het eco "verwarmingscentrum" van de Olympus Werk GmbH staat voor een dergelijk alternatief voor de conventionele bouw van verwarmingssystemen. Overigens komen de hierboven geciteerde openingszinnen uit de folder van deze warmteopwekker. In principe verklaren zij reeds de essentie van het multi-energiecentrum: warmtebron, opwekking, opslag en distributie hebben hetzelfde gewicht. In het geval van de Olymp-centrale betekent opwekking en opslag dat de rookgasleidingen diagonaal door een bufferopslagtank lopen, als warmtewisselaars fungeren en de inhoud van de opslagtank van 350 l verwarmen tot een maximumtemperatuur van 75 °C.
De warmteaccumulator met twee zones maakt het mogelijk verschillende temperaturen op te slaan naargelang het niveau en ze te onttrekken naargelang de vraag. "Als warm verwarmingswater voldoende is als toevoer, moet men eerst het warme verwarmingswater uit het midden van elke opslagtank nemen, voordat men het waardevolle warme water op autonome wijze met koud water mengt", zegt Hans-Georg Baunach, de tweede van een trio efficiëntie-apologeten die een olieverwarmingsinstallatie in Backnang, Baden-Württemberg, op voorbeeldige wijze renoveerde. Zijn bedrijf heeft de meerwegmenger "rendeMIX" ontwikkeld, die zelfstandig de temperatuur-correcte tweezone-lossing (en belading) op de Olymp-ketel uitvoert.
Laden en lossen in twee zones
Oorspronkelijk wilde de "rendeMIX" alleen twee verwarmingscircuits met verschillende temperatuurniveaus koppelen, namelijk een oppervlakteverwarming met lage temperatuur stroomafwaarts van de radiatoren met hoge temperatuur door de retour van de radiatoren de stroom van de vloerverwarming te laten zijn. Dit vereist onder meer een interne bypass om de verschillende debieten van de radiatoren enerzijds en de pijpspiralen in de dekvloer anderzijds onafhankelijk te compenseren op het deel van de fitting. Ondertussen kan de "rendeMIX" echter veel meer. Het kan bijvoorbeeld, zoals zojuist vermeld, getrapte temperatuurzones in een opslagtank laden en ontladen, zonnewarmte integreren en nog veel meer. Het mengtype "3×4" (drie aansluitingen op de buffer, vier op de twee verwarmingscircuits), dat in Backnang is geïnstalleerd en waarover dadelijk meer, beslist tussen de drie zones warm (boven), warm (midden) en koel (onder) in één tank. Natuurlijk moet de buffer passende verbindingen bevatten. De Olymp-Heiz-Zentrale kan dit bedenken.
De derde innovatieve partner in het Backnang-project, Fabian Lutz, directeur van Malu GmbH uit Weissach im Tal bij Stuttgart, brengt de technologie van Olymp en Baunach samen tot een solide eenheid. "Voor ons is milieugericht denken en handelen een richtlijn; wij laten ons leiden door respect voor de natuur. Dit betekent dat wij zo zuinig mogelijk met de middelen omgaan. Als we beseffen dat er nog een reserve is, doen we een poging om die te gebruiken", licht de verwarmingsingenieur zijn voorstel aan Baunach toe om een variant van de "rendeMIX"-mengkraan zodanig te "upgraden" dat deze kan worden uitgewisseld voor de bestaande conventionele componenten in het Olymp-Öko "verwarmingscentrum" zonder enige installatie-inspanning als het gaat om het aansluiten van een lage-temperatuurcircuit op een hoge-temperatuurcircuit volgens het schema van Baunach.
Verdrievoudigde capaciteit in hetzelfde geheugen
Er wordt concreet over gesproken: een verhoging van de jaarlijkse bezettingsgraad met zeven tot tien procent, een betere benutting van het bestaande buffervolume door intelligent, temperatuurgericht laden en lossen, zodat de opslagcapaciteit met een factor twee en drie toeneemt, een vermindering van de branderarbeid tot 4.000 starts per 2.000 bedrijfsuren, ergo lange draaitijden van gemiddeld een half uur in een woonhuis met 270 m2 verwarmd oppervlak, met radiatoren op de bovenverdieping en vloerverwarming op de begane grond.
Toegegeven, noch de Olymp-bufferketel, noch de meerwegmixer "rendeMIX" zijn nieuwigheden. Wat de renovatie van het woongebouw in Backnang zo vermeldenswaardig maakt, zijn de zojuist genoemde bedrijfsgegevens als gevolg van de ombouw van de nieuwe ketel naar de mengtechniek van Hückelhoven en de ontwerpaanpassing aan bufferketels voor twee mengcircuits: De oliecondensatieketel met een maximaal vermogen van 24 kW bevat standaard twee vrij normale menggroepen met twee driewegmengers voor de twee afzonderlijk en dus suboptimaal gevoede hoge- en lagetemperatuurcircuits. Door de relatief hoge temperatuur van de gemeenschappelijke radiator/ruimteverwarmingsretour is het condensatierendement ook in de fabrieksuitvoering beperkt. De centrale verwarmingseenheid wordt gestookt door de "raketbrander" van MHG. Het relatief grote ketelwatervolume van 350 l maakt het mogelijk de blauwe brander van MHG te installeren, die in principe niet helemaal stil is. Fabian Lutz rechtvaardigt deze beslissing met de goede ervaring die hij al vele jaren met dit type heeft. "Toegegeven, het geluidsniveau is wat hoger dan dat van de concurrentie, maar de hoeveelheid water dempt de resonantie. In ieder geval zijn de geluidsemissies niet hoorbaar toegenomen, zoals de bewoners van het huis ons hebben bevestigd."
Externe condenserende warmtewisselaar
De blauwe vlam duidt op een grotendeels verliesvrije omzetting van de chemisch gebonden energie van de stookolie in warmte. De brander is jaren geleden ontwikkeld in samenwerking met het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum (DLR). Ondertussen biedt de handel de derde generatie aan. Naast het bufferprincipe moet worden opgemerkt dat de ketel niet met een geïntegreerde maar met een nageschakelde condenserende warmtewisselaar werkt. Deze bevindt zich in het rookgaskanaal buiten de mantel, vlak voordat het de schoorsteen ingaat. Een bijbehorende omstelling met pomp dwingt een deelstroom uitsluitend van de koude retour van de vloerverwarming in en door deze warmtewisselaar, waardoor een hoog percentage van de waterdamp eruit condenseert. De daarbij vrijkomende warmte verwarmt de deelstroom en het nu warme watervolume stroomt in de overeenkomstige zone van de verwarmingskastbuffer. Het zure condensaat sijpelt via een neutralisatie-eenheid het riool in.
Info
Van praktijk voor praktijk
Deze situatie doet zich steeds meer voor in de verwarmingstechnologie in combinatie met hernieuwbare energiebronnen zoals hout, pellets, zonne-energie - en in de toekomst ook in combinatie met virtuele elektriciteitscentrales die negatieve elektrische sturingsenergie willen opslaan in een verwarmingswaterketel: hogetemperatuurcircuit plus lagetemperatuurcircuit plus constante ketelwatertemperatuur. In het artikel werd reeds opgemerkt dat bij deze ontwerpen de mogelijkheid om het hogetemperatuurcircuit rechtstreeks te bedienen met een buitentemperatuurafhankelijke glijdende keteltemperatuur wegvalt. In het verleden moesten de verwarmingsmonteurs daarom handmatig een driewegmengkraan voor de radiatoren achter de "rendeMIX" installeren. Dit nam ruimte in beslag en kostte dure installatietijd. Malu GmbH, dat ook steeds meer met deze omstandigheden wordt geconfronteerd, was teleurgesteld over dit gedwongen installatiecompromis. Zij sprak met HG Baunach GmbH & Co. KG in Hückelhoven: Kunnen een driewegmengkraan en de "rendeMIX"-verdeler niet in één fitting? En is het mogelijk om de aansluitingen van deze fitting zo flexibel te ontwerpen dat de aansluitingen passen op de aanvoer/retourleiding van de meeste warmteopwekkers en het Olympisch "verwarmingscentrum", zodat hij alleen maar los- en vastgeschroefd hoeft te worden? Natuurlijk wel, antwoordde de technische dienst van Baunach. Zij herkenden deze leemte in het programma en ontwierpen de combinatie van de "rendeMIX" met een driewegmixer die voor het eerst werd gepresenteerd op de ISH 2015: Het lage-temperatuurcircuit in de vorm van vloerverwarming voedt de drie zones warm, warm en koud volgens het klassieke "rendeMIX"-schema, hoewel aan de ingang steeds slechts twee poorten geopend zijn. De temperatuursensoren aan de uitgang van de mixer bepalen uit welke zones de meerwegmenger het water betrekt. Vanuit dit oogpunt verschilt de momentopname met twee open ingangen en één uitgang niet van die van een conventionele driewegmengkraan. Hij reageert dus ook op het gebruikelijke driepuntsignaal van de standaardregeling van bijna elke ketel. Met andere woorden, de "rendeMIX" kan elke regelaar aan die een normale drieweg-mengermotor aandrijft. Dit geldt natuurlijk des te meer voor de hogetemperatuurmixer in de nieuwe fitting.
Bij deze kringloop is het van belang dat het volume van de deelstroom precies overeenkomt met het vermogen van de condenserende warmtewisselaar. De afstelling gebeurt eerst met behulp van wiskunde door het debiet te berekenen aan de hand van de gewenste spreiding tussen aanvoer en retour en het kilowatt van de condensor (2,5 kW). De fijnafstelling gebeurt dan door meting van de rookgastemperatuur:
De bereiding van warm water in de zomer wordt beschouwd als een kritische operatie. Dit is wanneer er geen koud water beschikbaar is uit de retourstroom van de vloerverwarming. Om ervoor te zorgen dat een groot deel van de latente warmte van het rookgas toch wordt gebruikt voor de bereiding van sanitair warm water, moet de volumestroom handmatig worden ingesteld totdat de rookgastemperatuur het laagste punt heeft bereikt, d.w.z. totdat deze niet verder daalt. De pomp moet dienovereenkomstig worden ingetrapt. Indien er te weinig koelwater in de wisselaar wordt toegelaten, daalt de uitlaatgastemperatuur immers niet tot het mogelijke minimum. Bijgevolg zouden de condensatiewinsten beperkt zijn. Hoewel de massastroom bij een relatief hoge temperatuur terug zou gaan naar de opslagtank, zou het best een paar liter, d.w.z. een paar calorieën, meer kunnen zijn geweest.
Hoe regel je de condensatie?
Als het koelwaterdebiet naar de externe warmtewisselaar daarentegen te groot is, is de vrijkomende condensatiewarmte niet voldoende om de temperatuur van de retourstroom naar de bufferketel en daar de temperatuur van de zone merkbaar te verhogen. Dit zou leiden tot vermenging van de opslagtank, waardoor ook de winst aan calorische waarde afneemt. Daarom moeten de liters met behulp van de deelstroompomp nauwkeurig in evenwicht worden gebracht. De maatstaf hiervoor is de bovengenoemde verandering van de rookgastemperatuur. Als dit net begint te stijgen, is de stroming correct. Fabian Lutz verkort de uitleg: "Het is voldoende om de uitlaatgassensor achter de warmtewisselaar te observeren. Koud koelwater stroomt al automatisch bij de start. Je moet het alleen bijstellen tot het volume waarbij de Celsius net wil stijgen. Of liever, bij precies dit volume, hoef je alleen de bijstelling te stoppen, dan zijn de omstandigheden goed.
In de winter, wanneer de temperaturen onder nul liggen en het systeem eventueel continu in bedrijf is, zou de warmtewisselaar een hoger debiet of een lagere instroomtemperatuur nodig hebben. Precies dit, de lagere temperatuur, wordt automatisch geleverd door de meerwegmenger. Hij stuurt nu de 30-grams retourstroom van de ingeschakelde vloerverwarming naar de condensor. En de condensor verhoogt de instroom van 30 °C tot een waardevolle 50 °C. De "rendeMIX" beslist op basis van de temperaturen of de bufferopslagketel deze toevoer opneemt of dat deze rechtstreeks naar de woonkamers stroomt.
Geen legionella probleem
Zijn bijna oneindige vrijheid in temperatuurregeling zit verborgen in de aanduiding "3×4": drie aansluitingen op de verwarmingskast - boven, midden en onder - en vier wegen op de mengkraan, namelijk aanvoer en retour voor de radiator- en vloerverwarmingscircuits. Deze architectuur maakt een grote verscheidenheid aan mengvormen mogelijk. Eerste: De ketel schakelt uit bij een bufferwatertemperatuur van 75 °C en schakelt in als de bufferwatertemperatuur onder de ingestelde temperatuur komt of als de aanvoertemperatuur onder de ingestelde temperatuur komt. De streeftemperatuur in de buffer is 55 °C, zodat de zoetwaterwarmtewisselaar voldoende tapcapaciteit beschikbaar heeft. Olymp levert het eco-systeem standaard met zo'n continu waterverwarmer. Daarmee bestaat het legionellaprobleem niet, althans niet aan de ketelzijde. Vanwege het koude drinkwater komt de temperatuur op de wanden van de warmtewisselaar niet boven de 55 °C uit, zelfs niet bij een debiet van 75 °C. Hierdoor blijven de roestvrijstalen platen aan de drinkwaterzijde grotendeels vrij van kalkaanslag.
Op de oppervlakken die in contact komen met het verwarmingswater is er sowieso geen risico, omdat het hele systeem werkt met behandeld, volledig ontzilt water. Dit heeft echter niets te maken met een specificatie van de fabrikant Olymp. Verwarmingsingenieur Lutz rechtvaardigt de behandeling met de geïnstalleerde hoogrendementspompen: "Toen we ze introduceerden, beseften we de noodzaak niet. Er waren enkele fouten. Tegenwoordig vullen we het systeem met hoogefficiënte pompen automatisch met volledig ontzilt water en plaatsen we ook een magnetische slibafscheider in de leidingen. IJzerverbindingen mogen zich niet nestelen in de permanente magneten van de hoogrendementspompen. In het begin, toen wij deze voorzorgsmaatregelen niet namen, begaven de pompen het in sommige gevallen al na enkele maanden. We moesten vaak de koppen verwijderen en schoonmaken."
Naar het schakelschema
De stroomrichtingen van het "3×4" type zijn weergegeven in het schakelschema (zie fig. 1). Aansluitingen 1, 7 en 2 verbinden de "rendeMIX" met de ketel, aansluitingen 3, 4, 6 en 5 met de verwarmingscircuits. Aansluiting 1 stuurt bufferwater van 70 °C in het voorbeeld in de richting van de Baunach fitting met de driewegmenger bovenaan en de meerwegmenger ("rendeMIX") in het midden van het deel van de afbeelding met de grijze achtergrond. Aansluiting 7 laadt of ontlaadt de Olymp-centrale via de "rendeMIX" en via 2 stroomt de retour zowel naar de koude zone van de ketel als naar de condensatiewarmtewisselaar.
Meer zon in het reservoir
Om dit nog eens te benadrukken: Het bijzondere van het "rendeMIX" ontwerp in deze tweemixer versie is dat een enkele actuator (stekker) van drie ingangen er altijd maar twee verbindt met de uitgang, zoals zojuist beschreven op het voedingscircuit van de vloerverwarming. De regeling staat alleen toe warm met koud of warm met warm water te mengen, maar niet warm met koud. De mengverdeler gaat dus zeer zuinig om met de toevoer van verwarmingswater in de buffer en verhoogt zo de bruikbare capaciteit ervan met een aantoonbare 200 procent, wat overeenkomt met een verdrievoudiging van het effectieve buffervolume. Het feit dat warm bufferwater uit het centrum of de radiatorretour wordt gebruikt in plaats van warm water - als er voldoende warm water is - leidt tot deze twee effecten: Ten eerste blijft de buffer aan de bovenkant langer warm en ten tweede, aangezien deze regeling koud water van de vloerverwarming terugvoert naar de buffer aan de onderkant, neemt de spreiding tussen warm en koud toe en daarmee het opslagvolume voor warm water tussen deze twee zones.
De koudwaterbasis door de koude terugloop van het vloerverwarmingscircuit verhoogt de zonneopbrengst naast de warmwatervoorziening en de condensatiewarmtewinsten in de condenserende warmtewisselaar in het geval van een extra zonnesysteem op het dak van het huis: Niet alleen de Olymp-centrale, maar ook alle andere reservoirs worden in de positie gebracht van "slechts" 40-grd zonnewater.
Voor meer informatie, zie:
Download het technische artikel als PDF
