Tak dobrze jak się spodziewałem
Specjalna technika grzewcza w Richter + Frenzel w Kassel ma charakter wzorcowy
Credo firmy: "Przyszłość leży w innowacyjnych, nowoczesnych technologiach. Musimy się z nimi kompetentnie obchodzić i przekazywać naszą wiedzę naszym klientom - rzemieślnikom, planistom, architektom. Oczywiście, możemy argumentować szczególnie przekonująco, jeśli mamy własne doświadczenia, na przykład w odniesieniu do oszczędności energii w przypadku starego kontra nowego." Mówiący o tym Markus Ortlauf jest doradcą technicznym hurtowni Richter + Frenzel. Półtora roku temu opowiedział się za nietypową instalacją grzewczą w nieruchomości hurtowni w Kassel. Wyniki operacyjne po dobrym roku wynagrodziły jemu i jego firmie tę nie do końca ryzykowną decyzję.
Rys. 1: Rurociągowy system dystrybucji na miejscu z mieszalnikami rendeMIX (po lewej stronie pracownika R + F Stefana Dornemanna i równoległą instalacją modelową do celów szkoleniowych z rozdzielaczem Magra w tle.
Kocioł modułowy "Ecocraft" firmy Vaillant jest centralnym elementem odnowionej technologii. W oddziale R + F w północnej Hesji starsze kotły atmosferyczne stały się trudne w obsłudze przy akceptowalnym poziomie wykorzystania i wymagały wymiany. Jednak nie mógł to być standardowy produkt, ponieważ w Hesji, ojczyźnie Viessmanna i Buderusa, trzeba mieć kilka atutów, jeśli chce się przetrwać jako dostawca generatorów ciepła, między innymi, obok dwóch potężnych konkurentów.
Rys. 2: System ogrzewania Ecocraft w pomieszczeniu technologicznym/szkoleniowym w R + F w Kassel.
Markus Ortlauf dostrzegł jeden z atutów gazowego kondensacyjnego kotła kaskadowego "Ecocraft". Kaskada oznacza, że jednostka składa się z samowystarczalnych modułów połączonych równolegle, z których każdy ma moc do 40 kW. Najmniejsza jednostka składa się z dwóch ogniw, a największa z siedmiu. Zapewnia to moc wyjściową do 280 kW, w zależności od nieruchomości. Każdy pojedynczy palnik może być również regulowany na skali przesuwnej w zakresie od 12 do 40 kW, co oznacza, że zakres regulacji rozciąga się od 12 do 280 kW.
Zakłócenie bez zauważalnych konsekwencji
Samowystarczalność oznacza, że jeśli jeden z bloków w kaskadzie ulegnie awarii, jego sąsiedzi pracują za niego. Kocioł nie ulega awarii. Awaria nie jest zauważalna dla świata zewnętrznego. "Ecocraft" jest zatem podobny do solidnego diesla, który może również poradzić sobie z awarią cylindra. Ortlauf: "Ta szczególna cecha tego modelu daje nam możliwość odegrania silniejszej roli w branży kotłów z Vaillant. Oczywiście musimy o tym informować. Dlatego rozbudowaliśmy pomieszczenie techniczne z "Ecocraft" w centrum szkoleniowe".
Rys. 3: Zyski ciepła kondensacji i sprawność cieplna w Kassel. Objaśnienia znajdują się w tekście.
Jako drugi atut, który przede wszystkim przemawia za ekspertyzą Richter + Frenzel w zakresie planowania i doradztwa, oddział w Kassel odnosi się do specjalnego przełączania trzech obiegów grzewczych kompleksu budynków w połączeniu z systemem "rendeMIX" firmy HG Baunach z Hückelhoven na granicy niemiecko-belgijskiej. Przełącza on szeregowo sieci wysokotemperaturowe i niskotemperaturowe, zamieniając przepływ powrotny jednego z nich w przepływ drugiego systemu dystrybucji ciepła, a tym samym optymalizując uzysk energii, zwłaszcza w połączeniu z kotłami kondensacyjnymi. Architektura ta, oparta na specjalnym mieszaczu wieloportowym, została wprowadzona na rynek około siedem lat temu. W międzyczasie przeszła ona test kwasowości w licznych referencjach, tj. udowodniła swoje efekty oszczędnościowe: ponieważ gwarantuje najniższe temperatury powrotu, a tym samym najwyższe zyski ciepła kondensacji.
Trzy okręgi jako jeden okrąg
W Kassel "rendeMIX" znalazł szczególnie ekscytujący teren, a mianowicie trzy strefy temperaturowe: po pierwsze kompleks administracyjny jako obieg grzejnikowy o temperaturze zasilania około 60 ° C, po drugie wystawa z ogrzewaniem podłogowym o maksymalnej temperaturze 40 ° C i wreszcie magazyn z wężownicami rurowymi w podłodze o temperaturze zasilania do 30 ° C. Zasadniczo ta trzecia sekcja powinna być utrzymywana tylko bez mrozu. Zasadniczo ta trzecia sekcja powinna być chroniona przed mrozem. Schemat systemu opiera się zatem na następujących rozpiętościach: Biura 62/42 °C, wystawa 40/30 °C, magazyn 39/20 °C. Dzięki "rendeMIX" praktycznie cały kompleks jest ogrzewany jako projekt jednoobwodowy. W przeszłości, z dwoma starymi kotłami atmosferycznymi, trzy mieszacze mieszały trzy temperatury dla każdego podobszaru, a wspólny powrót nigdy nie spadł poniżej 42 °C.
To tyle, jeśli chodzi o system. Został on uruchomiony na początku okresu grzewczego 2005/2006, a kilka tygodni później na wiosnę rozpoczęły się szkolenia dla handlowców i biur projektowych na temat "Ecocraft" i "rendeMIX". Pierwsze kursy szkoleniowe musiały być zadowolone z selektywnych wyników oprócz funkcji. To, jak stabilne temperaturowo i z jakimi poziomami wykorzystania są poszczególne strumienie objętości przepływające przez wężownice rurowe, grzejniki i wymienniki ciepła "Ecocraft", można było odczytać tylko z chwilowych wartości termometru i bilansu kilku tygodni, ale nie z bilansu dwóch okresów grzewczych jako porównania przed i po.
Taka ocena jest już dostępna. W ciągu dwóch lat poprzedzających "Ecocraft" i "rendeMIX", od lipca 2003 r. do czerwca 2004 r. i w tym samym okresie od 2004 r. do 2005 r., zużycie energii grzewczej w Richter + Frenzel w Kassel wynosiło odpowiednio 506 000 i 499 000 kWh. W samą porę na zimę 2005/2006 lokalny wykonawca instalacji grzewczych, Günter Tromp Haustechnik z Kassel, zainstalował modułowy generator ciepła Vaillant i połączył trzy obiegi grzewcze szeregowo z armaturą Baunach. Wynik: tylko 356 000 kWh. Wartość ta nie jest dostosowywana do warunków pogodowych, ale odczytywana z gazomierza. Nie ma to jednak większego wpływu na proporcjonalność, ponieważ dane klimatyczne w ciągu trzech lat nie różniły się znacząco.
Struktura Ecocraft
Gazowy kocioł kondensacyjny składa się z dwóch do maksymalnie siedmiu modułów o mocy 40 kW każdy. W Kassel wystarczy pięć bloków o łącznej mocy 200 kW. Każdy moduł ma około 14 cm szerokości, jest wyposażony w palnik nadprożowy wspomagany wentylatorem i może być regulowany w zakresie od 12 do 40 kW. Poszczególne elementy kaskady działają autonomicznie. W przypadku awarii jednostka automatycznie rozdziela moc do pozostałych ogniw. Podczas normalnej pracy system sterowania włącza jak najwięcej modułów przy zmniejszonej mocy cieplnej. Schemat przedstawia tryb pracy: Przy mocy 12 kW pracuje tylko moduł 1. Dla mocy 48 kW wystarczą na przykład dwa moduły o mocy 24 kW każdy. W rzeczywistości jednak ogniwa 1, 3, 5 i 7 mają w tym przypadku po 12 kW. Zmniejsza to obciążenie komory spalania, a temperatura spalin spada na korzyść wysokiej sprawności systemu.
Poniższy rysunek przedstawia przewód gazowy. Każdy element składa się z modulowanego palnika powierzchniowego o zakresie mocy od 12 do 40 kW, wentylatora, złączki gazowej i kompaktowego, wysokowydajnego wymiennika ciepła w technologii V-shape wykonanego z odlewanego ciśnieniowo aluminium. Materiał ten utrzymuje wagę w granicach, dzięki czemu system jest szczególnie odpowiedni do projektów modernizacyjnych, zwłaszcza w hotelach, obiektach mieszkalnych/komercyjnych o różnym przeznaczeniu, domach spokojnej starości, szpitalach i podobnych obiektach, w których ważna jest wysoka niezawodność działania.
Rys. 4: Linia gazowa z autonomicznym palnikiem/dmuchawą.
Rys. 5: Przykład rozkładu obciążenia.
Zaletą szerokiego zakresu modulacji jest nie tylko precyzyjna regulacja mocy w połączeniu z niskimi temperaturami powrotu na korzyść efektywnego wykorzystania kotła kondensacyjnego. Pozwala to również na ładowanie stosunkowo małych zbiorników wody użytkowej, które normalnie nie współgrałyby z dużą mocą kotła. System sterowania "Ecocraft" umożliwia równoległą pracę pompy grzewczej i pompy ładującej zasobnik. Program uwzględnia również regularną dezynfekcję termiczną.
Kocioł jest nie tylko ograniczony pod względem przestrzeni i wagi. Jest również ledwo zauważalny pod względem akustycznym. Nawet przy maksymalnym obciążeniu, jednostka o mocy 200 kW emituje nie więcej niż szept. Oczywiście kaskadę można również wygodnie monitorować, ustawiać lub parametryzować zdalnie, na przykład za pomocą pilota telefonicznego, pilota zdalnego sterowania lub technologii vrnetDialog firmy Vaillant.
Udowodnione oszczędności na poziomie 30 procent
Rys. 6: Urządzenie do pomiaru kondensatu BrennCon www.consoft.de.
Nowoczesny kocioł i układ obiegu grzewczego obniżyły zatem koszty gazu ziemnego o około 30 procent. Z grubsza rzecz biorąc, dwie trzecie tego sukcesu można przypisać generatorowi ciepła, a jedną trzecią układowi systemu. Aby to osiągnąć, firma HG Baunach musiała przekonać projektanta i firmę Vaillant. Jeśli spojrzeć na trzy indywidualne rozrzuty i uwzględnić kilka tolerancji, całkowity rozrzut wynosi 40 K. Początkowo Vaillant nie chciał narzucać takiej różnicy między przepływem a powrotem do generatora ciepła z obawy, że pojedynczy moduł może cierpieć z powodu braku wody w niesprzyjających warunkach. Firma z Remscheid początkowo nalegała na przelew, zwarcie hydrauliczne. Wynika to z faktu, że Ecocraft należy do rodziny cyrkulacyjnych podgrzewaczy wody, a te wymagają minimalnych przepływów objętościowych.
Technicy rozwiązali ten problem od strony systemu. Ustanowili hierarchię sterowania, która jest zharmonizowana w taki sposób, że poszczególne obwody zawsze gwarantują minimalną objętość wody obiegowej, gdy moduły działają, tj. nie regulują się całkowicie.
Trzy poziomy temperatury w Richter + Frenzel zapewniają łącznie 200 kW. Dlatego w pomieszczeniu szkoleniowym/technologicznym zainstalowano Ecocraft z pięcioma modułami (5 x 40 kW). Operatorzy policzyli liczbę uruchomień i określili średni czas pracy kotła na 2,5 dnia na uruchomienie. Nie powinno to być szczególnie zaskakujące dla modulowanego systemu grzewczego, który może pracować z mocą kilku kilowatów. W ostre zimy zapotrzebowanie na ciepło i moc cieplna musiałyby się równoważyć, a system musiałby działać praktycznie bez przerwy, ale patrząc na cały okres grzewczy, 2,5 dnia przemawia za bardzo solidną konfiguracją systemu.
Teraz Magra jest dystrybutorem rendeMIX
Rys. 7: rendeMIX z dystrybutorem Magra.
Jeśli spojrzymy na instalację w Richter + Frenzel, zauważymy skomplikowane orurowanie dla poszczególnych grup mieszaczy. Były one kosztowne. W przypadku Richter + Frenzel nie odegrało to znaczącej roli w podjęciu decyzji, ponieważ, po pierwsze, chcieli oni stworzyć instalację demonstracyjną, a po drugie, trwały już negocjacje z producentem armatury Magra w celu stworzenia specjalnego dystrybutora dla "rendeMIX". Pozwoliłoby to później obniżyć koszty działalności komercyjnej, a tym samym uczynić specjalną architekturę połączenia szeregowego bardziej atrakcyjną pod względem kosztów i instalacji.
Magra i Baunach zaprezentowali to rozwiązanie na targach Essen SHK w 2006 roku. Łączy ona w sobie schemat "rendeMIX" z zasadą działania znanego rozdzielacza. Jednak to, co jest w nim wyjątkowe, to fakt, że na każdą grupę mieszaczy przypadają trzy przyłącza, a nie dwa, jak w wersji standardowej, a mianowicie gorący przepływ, gorący powrót i zimny powrót. Rozdzielacz umożliwia montaż kołnierzowy do pięciu grup. Aby uniknąć pomyłek, poszczególne złącza są wyraźnie oznaczone. Jedyną rzeczą, której należy przestrzegać, jest kolejność obiegów grzewczych, łącząc je w kierunku generatora ciepła z malejącą temperaturą powrotu. Poza tym nie ma żadnej różnicy w stosunku do wypróbowanego i przetestowanego systemu Magra.
Wysokie wykorzystanie wartości opałowej
Znajduje to również odzwierciedlenie w wykorzystaniu wartości opałowej. Producenci na ogół obiecują wykorzystanie na poziomie 105 procent. Jednak często istnieje znaczna rozbieżność między teorią a praktyką lub między stanowiskiem testowym a terenem. Ma to związek ze zbyt wysokimi temperaturami powrotu. Przy wartości około 40°C, ilość skroplin wynosi dwie trzecie "zysku" przy 20°C. Rezultatem jest utrata pięciu procent wydajności w porównaniu do tego, co jest możliwe. W gałęzi Richter + Frenzel potrójne wykorzystanie przepływu do 20°C nie powinno w rzeczywistości skutkować żadnymi różnicami między planowanym a zmierzonym uzyskiem ciepła kondensacji.
Jednak konsultanci i kierownicy szkoleń chcieli również polegać na weryfikowalnych dowodach i zasugerowali instalację urządzenia pomiarowego BrennCon. Urządzenie to odprowadza wodę kondensacyjną. Zasadniczo jest to kolektor kondensatu ze zintegrowaną pompą podnoszącą, która opróżnia pełny zbiornik do sieci kanalizacyjnej i określa objętość kondensatu na podstawie liczby skoków. Przeliczenie dokonane przez Richter + Frenzel było niezwykle przyjemne: zużycie gazu wyniosło 4182 m3 lub 43 284 kilowatogodzin w okresie od 20 grudnia 2005 r. do 12 stycznia 2006 r. są równoważone przez 94 g/kWh kondensatu. Rysunek 3 pokazuje średnią temperaturę powrotu wynoszącą około 25°C. oC i sprawność cieplną kotła wynoszącą 104 procent w badanym okresie. Przy 42 oW zamian - tak jak w przeszłości - "Ecocraft" musiałby zadowolić się wydajnością niższą o około 4 % - a tym samym oddać 16 000 kWh.
Niektóre ulepszenia
Zmarnowano co najmniej 16 000 kilowatogodzin. W ciągu pierwszych kilku tygodni od uruchomienia system był nadal oparty na starszym oprogramowaniu sterującym, które nie było dostosowane do architektury trójobwodowej. Vaillant wprowadził ulepszenia. Wykres 3 również potwierdza sukces: od stycznia ilość skroplin ustabilizowała się na poziomie około 98 g/kWh, co oznacza co najmniej pół punktu procentowego więcej lub 2000 kWh.
Kolejna początkowa wada: wkradł się błąd instalacji. Prawdopodobnie miało to negatywny wpływ na wydajność systemu zgodnie z rozporządzeniem w sprawie oszczędzania energii. Niestety, jak się później okazało, jeden z czujników zewnętrznych stale zgłaszał temperatury ujemne. W rezultacie, nawet przy łagodnej pogodzie, przepływ do grzejników odbywał się przy maksymalnej temperaturze kotła wynoszącej 67°C. Chociaż przepływ powrotny utrzymywał się na poziomie 22-25°C, zgodnie z normą DIN 4701 część 10 "Ocena energetyczna systemów grzewczych i wentylacyjnych", straty ciepła w systemie dystrybucji ciepła rosną wraz ze wzrostem temperatury systemu. Jednakże, ponieważ większość poziomu dystrybucji w Kassel znajduje się w przegrodzie termicznej budynku, redukcje prawdopodobnie miały minimalny wpływ w euro i centach.
Bernd Genath
Pobierz artykuł techniczny w formacie PDF
