Het straalprincipe - Regeneratieve oplossing voor systeemscheidingen in gemengde circuits
Warmtewisselaars worden vaak gebruikt, vooral bij renovatie, om oudere diffusieopen vloerverwarming te scheiden van de rest van het systeem. Dit leidt niet alleen tot het gebruik van extra pompen, maar meestal ook tot een aanzienlijke stijging van de retourtemperaturen. Vooral in zonne- en condensatiesystemen vermindert dit de dekkingsgraad en het rendement aanzienlijk. Een nieuwe technische benadering belooft deze situatie te verhelpen.
Toevoer zonder pomp naar de systeemscheiding rJET DN25 3×4.
Controlenorm voor overdrachtstations voor stadsverwarming
Warmtewisselaars worden vaak gebruikt in overdrachtstations van stadsverwarmingsnetwerken. De beste en eenvoudigste oplossing om de secundaire aanvoertemperatuur TVsek is de regeling van de warmtetoevoer via het primaire debiet Qprim die altijd overeenkomt met de laagst mogelijke primaire retourtemperatuur TRprim en leidt daarom ook tot het laagst mogelijke debiet aan de primaire zijde. In netwerken met een differentiële inlaatdruk volstaat hiervoor een gemotoriseerde regelklep (ReV); deze wordt bediend met een in de handel verkrijgbare driepuntsregeling (open/stop/dicht). Het maximale debiet wordt meestal begrensd door een drukverschilgestuurde smoorklep (DrV), afb. 1. Zelfs bij het aansluiten van niet-diffusiedichte vloerverwarmingscircuits op moderne warmteopwekkers is een gemotoriseerde regelklep (ReV) voldoende.
(condensatieketels) zijn systeemscheidingen vaak vereist door de fabrikanten. In het geval van een tweekringsysteem moet dit lagetemperatuurcircuit ook worden geregeld als een tweede verwarmingscircuit via een driepuntsregelsysteem. Ook hier is het regelventiel (ReV) de eenvoudigste en beste oplossing in termen van
tot de laagste retourtemperatuur aan de primaire zijde TRprim en het kleinste debiet Qprim Fig. 2.
Gebruik van rendement verhoogt efficiëntie van condensatie
Fig. 1: Debietregeling van een warmteoverdrachtstation met regelklep aan de primaire zijde.
Met de rendeMIX 2×4 meerpoorts mengverdelers voor tweekringsystemen werd de retourbenuttingsmethode voor het eerst op de markt gebracht. Een meerpoortsmengpaneel met drie ingangen voor de voeding van het lagetemperatuurcircuit gebruikt eerst de retourstroom van het hogetemperatuurcircuit via E 2 voordat het de warme ketelstroom via E 1 benadert. Hierdoor worden beide verwarmingscircuits in serie geschakeld, met als gevolg lagere retourtemperaturen en debieten in de warmteopwekker. Deze meerpoortsmenger kan ook worden aangestuurd door een servomotor via een driepuntsregeling. Beide verwarmingscircuits worden hydraulisch ontkoppeld door een vereffeningssectie in de assemblage, die werkt als een interne omstelling: als het hogetemperatuurcircuit meer water levert dan de meerpoortsmenger via zijn ingang E 2 aan het mengcircuit onttrekt, stroomt het overschot over naar de boilerretour (stromingsrichting b); in het tegenovergestelde geval wordt het tekort teruggezogen uit het lagetemperatuurcircuit (stromingsrichting a). Er is geen extra wisselklep nodig. Dit alleen al maakt een extra verwarmingscircuitpomp in het hogetemperatuurcircuit overbodig bij ketels met ingebouwde pompen (zie FACH.JOURNAL 2005/06: Serieschakeling van gemengde verwarmingscircuits verhoogt het rendement, p. 112; artikel ook beschikbaar op: www.ihks-fachjournal.de/artikel/2005-2006/reihenschaltung-heizkreise). Door de lagere retourtemperaturen
neemt de deltaT met maximaal 50 % toe en de calorische benuttingsfactor met maximaal 10 %, terwijl de volumestroom met maximaal 33 % afneemt. Het was onbevredigend dat het in eerste instantie niet mogelijk was om een oplossing te bieden voor systeemscheiding in het lagetemperatuurcircuit zonder mengcircuitpomp aan de primaire zijde.
voor beide verwarmingscircuits, Fig. 3.
Terugvoergebruik zonder pomp van de systeemscheiding
Fig. 2: Therme met systeem met twee circuits en systeemscheiding in het lage-temperatuurcircuit met primaire zijde Regelklep.
Dit nadeel werd overwonnen met de introductie van de rendeMIX 2×4 jet
moest worden overwonnen. Het doel was om de systeemscheiding van het mengcircuit te voeden zonder pomp aan de primaire zijde. Als de pomp wordt weggelaten, is de opening van inlaat E1 zeker geen probleem, omdat in dit geval de systeemscheiding parallel is aangesloten op de verwarmingsoppervlakken van het hogetemperatuurcircuit. Om echter de stroming van de retour van het hogetemperatuurcircuit te bereiken, moet er een drukverschil worden opgebouwd tussen T2 en T4, dat aan drie criteria moet voldoen:
- Het moet zo constant mogelijk zijn en onafhankelijk van het debiet van het hogetemperatuurcircuit om de hydraulische ontkoppeling van beide verwarmingscircuits te garanderen.
- Het mag niet te groot zijn om de werking of prioriteit van de thermostatische afsluiters van het hogetemperatuurcircuit niet te beperken, rekening houdend met de restopvoerhoogte van de ketel.
- Deze moet groot genoeg zijn om het maximaal mogelijke debiet van het hogetemperatuurcircuit door de systeemscheiding te leiden wanneer inlaat E 2 volledig open is.
Fig. 3: Therme met tweekringsysteem, 2×4 mengverdeler - retourbenutting en systeemscheiding in het lagetemperatuurcircuit - er zijn in totaal drie pompen nodig.
Fig. 4: Therme met tweekringsysteem, 2×4-straal mengverdeler - retourbenutting en systeemscheiding in het lagetemperatuurcircuit.
Legenda
Hiervoor werd een drukverschilpatroon ontwikkeld dat opent vanaf ongeveer 50 mbar en volledig open is bij ongeveer 70 mbar en een debiet van 1,5 m³/h. Dit komt ongeveer overeen met een radiatorcircuit met 35 kW. Dit komt ongeveer overeen met een radiatorcircuit met 35 kW. Tegelijkertijd betekent een gemiddeld drukverlies van 60 mbar, zelfs bij een restopvoerhoogte van slechts 200 mbar (=2 mWS), dat voor transport
en ventielprioriteit, 140 mbar zijn nog steeds beschikbaar. Dit is voldoende gebleken. Dit waardenpaar (70 mbar; 1,5 m³/h) komt immers overeen met een Kvs-waarde van 5,5 en dus met een standaard warmtewisselaar met 30 platen van 200×75 mm². In elk geval moet de platenwarmtewisselaar iets groter gedimensioneerd worden dan het circuit getoond in Fig. 2, omdat de warmteoverdracht bij voorkeur gerealiseerd wordt vanuit de lagere retourtemperatuur van het hogetemperatuurcircuit. Deze investering verdient zichzelf echter snel terug dankzij het hogere rendement en de besparingen op hulpenergie, vooral omdat deze al wordt gefinancierd door de besparingen op de pomp. Er moest nog een ander probleem worden opgelost: Als de meerpoortsmenger de ingangen E2 en E3 zou openen in bedrijfsmodus I, zou het drukverschil instorten omdat er een drukloze bypass zou worden geopend via T2, E2, E3, T3 en T4. Dit zou leiden tot onvoldoende hydraulische ontkoppeling en slechte regelkarakteristieken.
De rJET: meng- en regelklep in één behuizing
De oplossing is om het loopgat E3 te sluiten. Hierdoor blijven de ingangen E1 en E2 werken als een mengklep in bedrijfsmodus III. In werkingsmodus I werkt ingang E2 naar uitgang A dan echter als een regelklep. Het is daarom mogelijk om zowel de hydraulische ontkoppeling te handhaven door constante drukverliezen van het drukverschilpatroon in het hogetemperatuurcircuit, als om een optimale volumeregeling van de systeemscheiding te realiseren door middel van een regelklep aan primaire zijde zoals getoond in Fig. 1 en Fig. 2. Niet alleen wordt een circulatiepomp bespaard, maar ook wordt de laagst mogelijke retourtemperatuur naar de warmteopwekker bereikt, Fig. 4.
Twee-zone afvoer en retourgebruik op de bufferboiler verhogen de zonneopbrengst en het warmwatercomfort
Fig. 5: Therme met systeem met twee circuits en combinatie van afvoer met twee zones en gebruik van retour.
Door het toenemende belang van thermische zonne-energie zijn efficiënte oplossingen voor bufferopslagtanks steeds belangrijker geworden. Bij de zogenaamde twee-zone-afvoer van een buffer heeft de meerpoortsmenger eerst toegang tot het warme water van de middelste aansluiting voordat hij warm water betrekt van de bovenste aansluiting. Dit resulteert niet alleen in een stabielere warme zone met meer warmwatercomfort; het onderste deel van de buffer profiteert ook van een grotere koudwaterretour en kan daardoor meer zonnewarmte opnemen. In een laboratoriumtest werd aangetoond dat de efficiëntie van buffers op deze manier met meer dan 30 % kan worden verhoogd met slechts één verwarmingscircuit (zie IHKS FACH.JOURNAL 2005/06: Serieschakeling van gemengde verwarmingscircuits verhoogt efficiëntie, p. 115 en IHKS FACH.JOURNAL 2006/07: Efficiëntiestijging door meerpoortsmenger, p. 104. Artikel ook beschikbaar op: www.ihks-fachjournal.de/artikel/2006-2007/mehrwege-mischer). Een rendeMIX 3×4 combineert dit principe nu met de retourbenuttingsmethode. De twee hierboven beschreven bedrijfstoestanden van de interne schakelaar van de 2×4 mengverdeler - overtollig water (doorstroomrichting b) en gebrek aan water (doorstroomrichting a) - worden geoptimaliseerd door van de buffer met zijn drie aansluitingen een hydraulische schakelaar te maken: Kouder overtollig water (doorstroomrichting b) of meer koud water (doorstroomrichting a) komt in het onderste deel van de buffer. In de renovatiepraktijk wordt vaak verteld over besparingen tot 50 % door ondersteuning van zonneverwarming. Wat ligt er dan meer voor de hand dan
jet principe van retourbenutting zonder pomp vóór de systeemscheiding tot de combinatie met afvoer in twee zones en creëer zo een optimale oplossing voor de renovatiemarkt voor zonne-energie: Comfort en efficiëntie zonder extra uitgaven voor hulpenergie en installatie bij gebruik van een systeemscheiding in het vloercircuit!
Optimaal gebruik van zonne-energie met systeemscheiding in het lagetemperatuurcircuit
Het principe van de 2×4-jet om enerzijds een drukverschilventiel ÜV60 te gebruiken in de vereffeningssectie en anderzijds een regelmengkraan kan worden overgezet naar de rendeMIX 3×4. De derde aansluiting op de middelste bufferaansluiting vormt deze vereffeningssectie. De derde aansluiting op de middelste bufferaansluiting vormt deze vereffeningssectie. De pomp in de ketel stuwt het verwarmingswater door de radiatoren. De retour van de radiator genereert dus een drukverschil dat bijna onafhankelijk is van de doorstroming, waardoor een deel van de volumestroom door de primaire zijde van de systeemscheiding kan stromen als ingang E2 open is. Als de aanvoertemperatuur in het mengcircuit stroomafwaarts van de systeemscheider niet voldoende is, wordt warme radiatorstroom toegevoegd door inlaat E1 te openen; als de temperatuur echter te hoog is, wordt de stroom aan primaire zijde door de systeemscheider gesmoord door inlaat E2 te sluiten.
Het resultaat, naast de besparingen op de circulatiepomp, is een
Lage retourtemperatuur in de onderste koude zone van de buffer
en dus een hoge zonneopbrengst en een lange levensduur voor warm water
in de bovenste hete zone van de buffer, Fig. 5.
Auteur
Dipl.-Ing Hans-Georg Baunach, Algemeen directeur
HG Baunach, Hückhelhoven
Download het technische artikel als PDF
