We wilden geen calorie verspillen
Bezoek aan de Badense "Haslenhof" en zijn verwarming-hydraulische functie
Een gemachtigde neemt afscheid van zijn goedbetaalde baan, doet waar velen van dromen, namelijk boer worden, maar gaat niet voorbij aan zijn technische kennis en laat zich daarom overtuigen door een aansluiting van zijn houtketel en collectorinstallatie die ook nu nog als ongewoon wordt beschouwd. Hij nodigde mensen uit voor een bezoek.
Fig. 1: De Haslenhof in Dauchingen
Fig. 2: "Met de driekamerverdeler zetten we grote stappen in het energiegebruik" Fabrieksingenieur Steffen Knöbel
De hoeve ligt tegen een zacht glooiende uitloper van het Zwarte Woud. De enige herkenbare buur is de kerktoren van Dauchingen, twee kilometer verderop, die zich uitstrekt over de velden. De nazomerse middagzon baadt het landgoed in een milde warmte. Een paar gasten zitten aan een rustieke houten tafel onder de pergola op de binnenplaats. Ze delen dikke plakken versgebakken gist met bijen en allerlei andere vliegende wezens.
De smaak van herkomst
Fig. 3: 24 vierkante meter collectoroppervlak voor warmwatervoorziening
En luister naar wat Hans Schlenker te zeggen heeft: "Haslenhof biedt onze bezoekers 'contact met eten'. We verbouwen alles zelf en produceren melk, eieren, kaas, vlees en worst. Als je bij ons eet, proef je de smaak van de herkomst. "Vind je de vlecht lekker?" Ja, het smaakt goed.
Alles is beschikbaar "om niet alleen ons te voeden, maar ook veel particuliere klanten binnen een straal van misschien 20 of 25 kilometer. Wij slachten, verwerken en verkopen als hoofdactiviteit. Dit is de steunpilaar van ons bedrijf dat we een paar jaar geleden hebben opgebouwd, namelijk catering. Maar we leveren niet, of slechts heel zelden. We cateren voor onze gasten op onze boerderij."
Voor feestjes, bruiloften, verjaardagen, bedrijfsevenementen, conferenties... "Ziet u, en daarom bent u nu hier, omdat we veel warm water nodig hebben voor schoonmaakwerkzaamheden, voor de melkinstallatie, voor het schoonmaken van de worstkeuken of de kaasafdeling. We willen in de zomer niet de houtverwarmingsketel moeten opstoken voor dit warme water. Ons nieuwe zonnesysteem moet dat voor elkaar krijgen." En dat doet het - de boiler was niet in werking geweest van mei tot de datum van het bezoek op 5 oktober 2009.
In aard en functie
Nou, om het recht te zetten, de gasten van Hans Schlenker hadden zich niet aangemeld voor de collectoren; ze brachten hun eigen expertise in zonne-energie mee. Net als bij boomstamboilers, waarvan de uitgeschakelde vertegenwoordiger op de Haslenhof zijn water tijdens het stookseizoen naar een klassieke radiatorverwarming op hoge temperatuur stuurt. Niets spannends dus. Zij, de installateurs, waren alleen geïnteresseerd in hoe de verwarmingstechnologie werd aangesloten volgens het rendeMIX-principe. Hoewel ze er veel over hadden gelezen, hadden ze het nog niet in het echt en in werking gezien.
Afb. 4: Bijscholingsevenement in de "evenementenruimte" van de Haslenhof: Hans-Georg Baunach legt theorie en praktijk uit op een "levend" object
Ingenieur Hans Schlenker, die jaren geleden zijn baan als procuratiehouder opgaf om de boerderij te runnen die hij van zijn schoonouders erfde, kwam tijdens verbouwings- en renovatiewerkzaamheden in aanraking met dit ongewone mengproces via zijn loodgieter Steffen Knöbel. De intelligente armatuur op basis van een meerwegmengkraan is in staat om verschillende temperatuurniveaus te bedienen en te gebruiken. Dit imponeerde en overtuigde de voormalige manager en leidde tot de bijbehorende installatieopdracht. Het resultaat is dat de collega's van Steffen Knöbel nu ook ter plaatse navraag doen. Net als op die nazomerdag.
Het schakelschema
Het schematische diagram is verdeeld in drie secties: Links het rendeMIX station als een vaste waarde regelaar voor het laden van de houtketel. De nadruk ligt op het laden, omdat deze warmteopwekker een retourtemperatuur boven het dauwpunt nodig heeft, d.w.z. minstens 60° C, zodat er geen zuur condensaat in zijn "organen" kan neerslaan. Voor deze taak mengt een deelstroom van de ketelstroom van 85 graden (gele lijn) zich eerst met een deelstroom van de retourstroom van 50 graden (paarse lijn) in een van de kamers van de meerpoortsfitting. Hierdoor warmt de "warme" buffer sneller op, terwijl de "koude" buffer langer koud blijft. Dit betekent dat de houtketel en het zonnesysteem elkaar niet in de weg zitten.
CentrumDe zonnewinst stroomt via drie voedingspunten naar de twee buffers. Op bewolkte dagen, met collectortemperaturen van 30 of 40 oC, profiteren de zonnestralen alleen van de jaarlijkse brandstofkosten als de tanks de warmte ook kunnen absorberen. De bijbehorende warmtewisselaar mag daarom alleen worden omringd door water van 20 of 30 °C, anders werkt de warmteoverdracht niet. Daarom regelt de regeleenheid de hoge (70-90 °C), middelhoge (45-70 °C) of lage temperatuurzone (lager dan 45 °C) op basis van de collectortemperatuur. De eerste twee zones bevinden zich in het warme buffervat, de derde zone in het koude buffervat.
Het collectormedium zet eerst de wisselaar in de warme zone van de eerste tank onder druk, circuleert verder door de onderste spiraal en verwarmt daar de omgeving voordat het het grootste deel van zijn restwarmte afgeeft in de tweede buffer. Daarna gaat het ofwel naar de warme zone van de warme buffer of naar de boiler.
Rechts: de afvoergroep in de vorm van de drie mengstations voor de twee vloer- en radiatorcircuits en een stationaire doos zonder mengfunctie met pompen en fittingen voor de toevoer naar de opslagtank voor warm water. Het radiatorcircuit doet het grotendeels met de 60-graden retourstroom van de warmwaterinstallatie. Het is ontworpen voor een spreiding van 70/50 °C. Bijgevolg hoeft er maar 85 °C water uit de buffervat "warm" te worden gehaald om de temperatuur te verhogen als de buitentemperatuur laag is. Bij zachter weer wordt water van 50 °C uit de voorraadbuffer "koud" gemengd met de retourstroom van 60 °C uit de warmwaterboiler om de insteltemperatuur tot op de graad nauwkeurig te regelen.
Er zijn ook verschillende varianten beschikbaar voor het regelsysteem voor de juiste instelling van het debiet van de twee vloerverwarmingscircuits, afhankelijk van het weer en de ingestelde en werkelijke temperaturen in de circuits. Afhankelijk van vraag en aanbod bieden de "rendeMIX" modules toegang tot de meest rendabele combinatie van "gele", "violette" of "blauwe" verdelers. Voorbeeld van vloerverwarming links: Afhankelijk van de situatie leveren de "violette" en "gele" rails het debiet van 40 °C in combinatie met een bijmenging van de 30 graden "blauwe" retourstroom.
Drie temperatuurniveaus
Fig. 5: 50 kW vermogen van de houtblokkenketel van het bedrijf Rennergy, Kempten/Allgäu
De 550 vierkante meter van de Haslenhof die verwarmd moet worden, strekt zich uit over een oud gebouw met vloerverwarming op de begane grond, radiatoren op de eerste verdieping, de evenementen- of cateringruimte - met paneelverwarming - voor ongeveer 100 gasten en een nieuwe uitbreiding, ook met lagetemperatuurverwarming. Als onderdeel van de bouwwerkzaamheden moest de oude houtgestookte ketel plaatsmaken voor een moderne houtgestookte ketel. Deze wordt ondersteund door 24 vierkante meter zonnepanelen.
Aan de verbruikerskant heeft de 400 liter warmwaterboiler met geïntegreerde warmtewisselaar voor de 80/60 °C-spreiding de hoogste temperatuurvereisten. Ondertussen vormen twee extra buffers van 1.830 liter het eigenlijke centrum van het verwarmings- en warmwaternetwerk. Ze slaan de verschillende temperaturen op. In tank 1 ("warm buffervat" in het schakelschema) wordt normaal water van ongeveer 45 - 85 °C opgeslagen, in tank 2 ("koud buffervat") wordt water van 25 - 45 °C opgeslagen. Normaal betekent dat er geen overaanbod van zonnewarmte is dat buffer 1 alleen niet kan absorberen.
Fig. 6: De "warme" en "koude" buffercilinders hebben elk een capaciteit van ca. 1.830 liter. Steffen Knöbel: "Rennergy heeft ons optimaal ondersteund bij het ontwerp van de hydrauliek en het buffermanagement. De afzonderlijke componenten moeten zeer gevoelig op elkaar worden afgestemd. Bijvoorbeeld de omvang van de buffercilinder met de houtketelregeling. Sensoren bewaken de temperaturen in de buffer en registreren of ze snel of langzaam stijgen. Ze schakelen de ketel over op deellast als ze merken dat het voorraadvat binnenkort vol zal zijn en verlengen zo de warmteafgifte. Rennergy heeft dit bufferbeheer geïntegreerd in het regelsysteem van de houtketel. De systemen zijn speciaal voor deze leverancier gemaakt volgens zijn specificaties." (www.rennergy.de)
Deze structurering van de energieniveaus met toegewezen aanvoer- en afvoerpunten bij de boilers creëert onder andere de voorwaarden voor maximale zonnewinst: het regelsysteem regelt altijd de zone van de boiler met het grootste temperatuurverschil met de collector, zodat zelfs bij bewolkte hemel of diffuus licht de stroom van dit circuit, die slechts 40 °C kan zijn, een aanzienlijk deel van de geabsorbeerde zonne-energie in de buffer kan voeren. Dit is mogelijk via de onderste zonnewisselaar in de "koude" boiler, omdat er een retourstroom van 30 °C of minder omheen stroomt, de retourstroom van de verschillende warmteverbruikers in de hoeve (zie het schakelschema in het kader hiernaast).
Waarschijnlijk de modernste
Afb. 7: De "rendeMIX" driekamermenger van HG Bauchnach garandeert een optimaal gebruik van zonnewarmte en houtstook.
"We gaan ervan uit dat de investering in de collectoren en het handige Baunach-regelsysteem zich terugbetaalt omdat ons verwarmingssysteem nu veel efficiënter zou moeten werken. Er werd ons beloofd dat er geen enkele calorie zou worden verspild. De serieschakeling van de verwarmingscircuits is state of the art. We sparen het hout nu op voor de winter. En we hopen ook dat we minder hoeven te hakken, omdat de zon ook bijdraagt aan de vraag in de winter."
De boiler van 50 kW stuurt zijn 80 °C rechtstreeks naar de warmwaterboiler van 400 liter en het overschot naar buffervat 1, waarvan de bovenste warme zone ook de warmwaterboiler bedient. Alle andere verbruikers zijn aangesloten op zijn en andere retourleidingen. Ze worden gevoed vanuit de hogere temperatuur leidingsecties. Dit klinkt eenvoudig, maar er is een zeer complexe fitting voor nodig, de "rendeMIX". Deze armatuur kan echter overweg met elke in de handel verkrijgbare mengkraanregeling om de hydraulica in de mengkranen tot op de liter en de graad nauwkeurig uit te balanceren en elke verbruiker precies naar behoefte te voeden.
Afb. 8: De grote vraag naar warm water wordt voornamelijk gebruikt om de verschillende voedselproductieruimten van de boerderij schoon te maken. De foto toont de kaasmakerij en Hans Schlenker met zijn rug naar de fotograaf.
In de begindagen was deze technologie beperkt tot de serieschakeling van een hoge- en een lagetemperatuurcircuit. Op de Haslenhof in Dauchingen bij Villingen-Schwenningen zagen de uitgenodigde vakmensen de verdere ontwikkeling, namelijk de driekamerverdeler voor drie temperatuurbereiken, voor maximale temperatuur (warm water), hoge temperatuur (radiatoren), lage temperatuur (vloerverwarming), die een optimaal gebruik van de buffer en de daarin opgeslagen warmte garandeert.
Geen nieuw gebied
Steffen Knöbel geeft toe: "Toen we de aanvraag van Haslenhof ontvingen, hebben we ons hydraulisch plan ter controle naar Baunach gefaxt en kregen we als antwoord 'We kunnen dit aanzienlijk verbeteren, bijvoorbeeld door meer zonne-energie te gebruiken en de laadcycli van de houtketel te optimaliseren'." Hoewel de nieuwe oplossing ongeveer 3.000 euro meer kostte, reageerde eigenaar Hans Schlenker er positief op.
Fig. 9: rendeMIX groep voor retourstroomverhoging van de houtverwarmingsketel en geoptimaliseerde gelaagdheid van het buffervat
De bijbehorende extra kosten zullen zich terugbetalen, zo blijkt uit de eerste evaluatie. Hans Schlenker heeft vertrouwen in de technologie omdat het hem plausibel in de oren klinkt en "omdat ik sinds mei niet meer heb verwarmd. Alles wat we nodig hebben qua temperatuur, vooral voor warm water, werd gegenereerd door de zonnecollector. Vroeger werd het vervangen door een elektrisch verwarmde drinkwaterketel. Dat kostte veel geld."
"Ik herkende de doeltreffendheid van het zonnesysteem aan het feit dat ik merkbaar minder hout hoefde toe te voegen, zelfs in de winter bij het minste straaltje zon," voegt Lisbeth Schlenker toe, die verantwoordelijk is voor het vuur op de boerderij. Op dagen als deze bespaart ze zichzelf graag het kwartiertje werk. "En als we 's avonds toch het vuur moeten stoken, is het warme water binnen 20 minuten klaar!" zegt Sascha Ohnmacht, de schoonzoon van het huis, blij. "Dat voelt goed na de hele dag in de kou te hebben gewerkt!"
Met het bedrijf Knöbel Sanitär Heizung Blechnerei uit Königsfeld dacht de boer ook qua uitvoering aan de veilige kant te zitten. De installatiebouwer vierde in 2009 een klein jubileum: zeven of acht jaar geleden realiseerde hij de eerste rendeMIX-installatie. "Met deze bij de Schlenkers moeten het er nu 30 zijn. Hij geeft toe dat hij ze niet precies heeft geteld, "maar in deze orde van grootte."
Fig. 10: Vanwege de grote vraag op korte termijn voor melkproductie en reiniging wordt het drinkwater opgeslagen in een opslagtank van 400 liter. Het heeft een onderste en een bovenste opslagpunt en kan parallel met de verwarmingscircuits worden gevoed. De bovenste warme zone wordt opgeladen door de houtketel of de buffer, terwijl de onderste warmtewisselaar rechtstreeks wordt gevoed door het zonnesysteem. De onttrekkingstemperatuur is minstens 60 °C.
De nieuwe technologie verwarmt in totaal 550 vierkante meter. Een tegelkachel in de vorm van een klassieke basiskachel zorgt voor gezelligheid in het woongebouw. Daarnaast liet Hans Schlenker een aantrekkelijke houtkachel van 18 kW installeren in het horecagedeelte, zodat de verwarming daar niet afhankelijk is van de werking van het totale systeem. Met "horecagedeelte" bedoelt de boerderijeigenaar vooral zijn grote evenementenruimte, die plaats biedt aan 100 gasten aan een gedekte tafel. Met een buffet en staande receptie kunnen er ook meer in.
Met publieke financiering
Hoeveel heeft de totale investering gekost? Hans Schlenker vat samen: "Iets minder dan 40.000 euro, namelijk voor het zonnesysteem, voor de houtketel, voor de distributie, voor de toevoegingen en voor de aansluiting op de bestaande verwarmingscircuits. Voor het zonnesysteem kregen we een innovatiebonus van 210 euro per vierkante meter van de BafA. Deze is beschikbaar voor collectoroppervlakken van meer dan 20 vierkante meter. Die van ons heeft 24 vierkante meter. De overheid subsidieerde de houtketel met 1.125 euro; ze subsidieerde ook de installatie van de nieuwe circulatiepompen."
Over het specifieke geldelijke voordeel wil de boer niets zeggen, "want we verbranden hout uit ons eigen bos. Hier op Haslenhof leven we met en van de natuur, dus is het niet meer dan logisch om hout en zonne-energie te gebruiken voor verwarmingsdoeleinden. En als je daartoe besluit, is het ook logisch om te streven naar een optimaal rendement binnen de financiële ruimte."
Halfslachtigheid is duurder. Vandaar de efficiënte "rendeMIX" regeltechniek, "die natuurlijk geld kost." Maar het is duidelijk geld dat goed besteed is, "want het feit dat we tot nu toe vijf maanden lang, tot 5 oktober, geen hout hebben hoeven hakken en verbranden voor verwarming of warm water, is iets wat we de zon en de technologie niet toevertrouwden."
Afb. 11: Een glas verse melk rechtstreeks van de koe.
De Haslenhof
De boerderij in Dauchingen aan de voet van het Zwarte Woud heeft iets minder dan 40 hectare land, 12 melkkoeien plus kalveren, ongeveer 20 vleesvarkens, 200 legkippen en gemiddeld 30 tot 50 vleeskuikens. De 40 hectare is verdeeld in de helft akkerland, d.w.z. graan, en de andere helft grasland (hooi, voedergewassen). De familie Schlenker verbouwt biologische groenten op een halve hectare. Het gebied omvat ook ongeveer 0,5 hectare bos.
Maar de bomen groeien niet tot in de hemel, geeft Hans Schlenker toe. "Ik verliet in 1994 de stoel van procuratiehouder en dit gigantisme, altijd meer, nog groter, nog hogere omzet. Het was niet zo gemakkelijk om van procuratiehouder naar boer te gaan, maar we hebben de boerderij van onze schoonouders geërfd en wonen hier met ons gezin. We hebben geen werknemers nodig. Onze arbeid is genoeg om onszelf te voeden. Meer hebben we niet nodig."
Enkele Duitse topkoks zijn dit werk gaan waarderen. Zij voor wie alleen het beste goed genoeg is, hebben zich verenigd in "Eurotoques", een vereniging van Europese culinaire kunstenaars die uitsluitend inkopen bij leveranciers die zich hebben toegelegd op glas en natuurlijke productie. Bijvoorbeeld bij Haslenhof in Dauchingen.
"Maar dat betekent dat we vaak vijf tot zes beroepen per dag uitoefenen. Ten eerste is er de boer voor de traditionele veehouderij in de stal en de akkerbouw, dan de slager voor de vleesverwerking en worstproductie, de melkverwerker en kaasmaker, de bakker, de chef-kok en de horecamarketeer."
Hans Schlenker verwerpt echter het idee om een verwarmingssysteem te installeren: "Het vorige verwarmingssysteem dat we aantroffen, was waarschijnlijk door het bedrijf zelf geïnstalleerd. Dat kon je bij wijze van spreken zien aan het verbruik. Ik zou ook leidingen kunnen lassen, maar er is meer expertise nodig om de kosten te minimaliseren."
De Haslenhof is niet alleen geschikt voor bruiloftsfeesten, verjaardagsfeesten en andere gasten. Het is ook ideaal voor training en bijscholing. Als u de gezonde, leerrijke lucht van het Zwarte Woud voor deze doeleinden wilt gebruiken, schrijf of bel dan: Familie Hans Schlenker, Vor Haslen 1, 78083 Dauchingen, Tel. 07720/ 5311, Fax 07720/ 957318.
Bernd Genath
Download het technische artikel als PDF
