Гораздо больше, чем при монтаже
Четырехполосный микшер как решающий системный интегратор
Он присутствует на рынке уже более десяти лет, его преимущества и экономическая эффективность неоспоримы, но все еще отсутствует широкое признание. Возможно, это происходит потому, что сложная логика управления и технология микширования в четырехполосном микшере "rendeMIX" является уникальной торговой точкой. И поэтому ему уделяется мало внимания в обучении и литературе. Производитель должен сам заботиться о проникновении на рынок, посещая курсы и семинары. ДКЗ сел за школьную парту.
"Основная проблема традиционной зарядки и разрядки буферных емкостей, то есть обычной однозонной зарядки и разрядки, заключается в перемешивании. Это значительно ограничивает количество тепла, которое может быть эффективно использовано.
Изображение 1: Вюрцбург, лето 2013 г.
Просто невозможно предотвратить, чтобы вода, поступающая в контейнер и выходящая из него, создавала циркуляцию, которая снижает температуру в горячей зоне и повышает ее в холодной зоне на дне. Преимущество двухзонной зарядки и разрядки с помощью "rendeMIX" заключается в том, что горячая, холодная и смешанная вода - смешанная вода благодаря утилизации возврата - поступает только в соответствующие зоны и выходит из них. В центре буфера создается своего рода защитный экран. Это стабилизирует разделение между верхней горячей и нижней холодной половинами котла. Стратификация сохраняется".
Ханс-Георг Баунах объясняет энергетические и гидравлические преимущества многопортового смесителя "rendeMIX". Место действия: Вюрцбург в конце лета прошлого года. Место проведения: семинар по гидравлике, организованный компанией HG Baunach GmbH & Co. KG. Тема: Повышение эффективности систем отопления. "Эффективность - это результат гармоничной работы нескольких компонентов в системе. Принцип "rendeMIX" поможет вам в создании эффективных систем отопления. Семинар раскроет дремлющий потенциал эффективности в системах ваших клиентов - и покажет, как его можно реализовать".
Универсальное использование
Именно поэтому 16 мастеров приняли приглашение и приехали в Вюрцбург. Около 15 лет назад Компания Баунах из Хюккельховена на левом берегу Рейна впервые привлек внимание своей особой технологией управления.
Рисунок 2: 240% вместо 100% сохранения тепла в 100-литровом буфере, результат испытания Университет прикладных наук Бибераха
В то время основное внимание уделялось последовательному соединению высокотемпературного контура (радиаторы) с низкотемпературным контуром (теплый пол). Такая схема является стандартной для отдельно стоящих домов во многих регионах Германии. Запатентованный процесс превращает обратный поток высокотемпературного контура в поток напольного отопления, несмотря на то, что циркулируют совершенно разные объемы воды. Внутренние уравнительные секции в четырехходовом смесителе и структура смешивания - технология использует различные температурные уровни для точного и энергосберегающего смешивания температуры потока - решают эту задачу переключения, которую практически невозможно решить вручную (рис. 2).
"Но это не значит, что для понимания работы прибора вам нужно пройти углубленный курс термодинамики. Большую часть работы он выполняет сам. Он управляется автоматически, используя только температуру. Вам не придется регулировать объемные потоки. Все, что вам действительно нужно сделать на этом курсе, - это понять философию", - говорит докладчик, развеивая опасения по поводу слишком большого количества теории.
За это время спектр применения арматуры заметно расширился - это заметно и по продажам. Инновационные монтажные компании используют этот компонент в различных системах. Во-первых, конечно, для соединения высоко- и низкотемпературного контура. Во-вторых, для загрузки двухзонных буферных баллонов. В этом случае rendeMIX обеспечивает сохранение стратификации в баллоне как можно дольше. В-третьих, он загружает и разгружает резервуары таким же искусным способом, как и разработка Baunach, что позволяет экономично увеличить время работы (годовые часы использования) солнечных систем и небольших когенерационных установок.
Удвоенное время работы котла
Рисунок 3: Принцип смешивания в двухконтурных системах
Вопрос к аудитории: "Как часто вам нужно пополнять запасы воды в котле?" "Самое позднее через два дня". "Да, и именно поэтому ваши клиенты не могут просто уехать на выходные. Миксер здесь более или менее удваивает удобство бревенчатого котла. Теплогенератор не сгорает за два дня, как раньше, но "rendeMIX" использует объем буфера так умело, что датчики контроля первичного воздуха сообщают: "Пока нет потребности в тепле". В экономичном режиме котел греет четыре дня. Зимой семья может отправиться на выходные на лыжах, не возвращаясь вечером в воскресенье в холодную квартиру и не вызывая соседей. Это подтвердилось уже несколько раз". (Изображение 3)
Босс компании убедительно объясняет двухдневную выгоду с помощью технологической схемы, расположенной внутри металлического корпуса.
Рисунок 4. Количество конденсата и эффективность газовых конденсационных котлов в зависимости от температуры обратки (Изображение: Ruhrgas AG)
Его аудитория внимательно слушает. Ханс-Георг Баунах знает, как преподнести фактически сухой и сложный предмет "гидравлика" в живой, увлекательной и понятной форме. Жесты и дикция делают теорию почти наглядной.
И, конечно, недостатки традиционной технологии установки: "Важно не то, сколько тепла содержится в буферном цилиндре, а то, какую пользу оно приносит. Мы различаем ценную эксергию и менее ценную анергию.
Смешанный баллон не только слишком холодный, чтобы обеспечить удовлетворительное качество питьевой воды или воды для купания, в результате чего бойлеру приходится неоправданно часто работать, но и слишком теплый, чтобы, например, поглощать солнечное тепло - двойная потеря". Ущерб заключается в растрате имеющегося (солнечного) тепла и мощности.
Решающая физика
В пятичасовом мероприятии действует эмпирическое правило, которое можно варьировать:
Рисунок 5: Использование возврата в технологии конденсационных котлов: экономия на гидравлическом сепараторе и насосе радиатора плюс повышение КПД на 8 процентов (в соответствии с рисунком 4)
"Пожалуйста, помните: 1 кВт/ч примерно соответствует 1 м3 Вода для хранения x 1 дельта T по Кельвину". Дельта T в 10 Кельвинов или градусов Цельсия позволяет буферу с 1 м3 объемом 10 кВт-ч. "Чем больше дельта Т, тем больше емкость в одном или другом направлении. Поэтому чем ниже температура обратки, тем меньше может быть накопительный бак. В таблице вы можете увидеть, какого размера должен быть буфер, который должен обеспечивать 15 кВт в течение 8 часов, в зависимости от дельты Т". С помощью "rendeMIX" баллон в примере может быть на два размера меньше.
Арматура стремится к достижению высокого температурного разброса с целью создания более компактных конструкций или увеличения аккумулирующей способности установленных мощностей. Университет прикладных наук Бибераха подсчитал, в какой степени двухзонная зарядка и разрядка с обратной утилизацией, возможная благодаря принципу смешивания, обеспечивает дополнительный выход продукции. Для этого был испытан буфер объемом 1 000 литров. Он обслуживал когенерационную установку с температурой подачи 90 °C. При температуре возврата из высокотемпературного контура 50 °C теоретическая емкость накопителя составила 47 кВт-ч. Однако в реальности при стандартном подключении вытяжной арматуры (однозонная разгрузка) можно было извлечь только 17 кВт-ч: В этом случае теоретическая емкость уменьшается в 2,7 раза.
Результаты Университета прикладных наук Бибераха
Рисунок 6: Почти никакого прироста теплотворной способности при температуре возврата 43 °C при традиционной технологии смешивания
Университет прикладных наук Бибераха доказал, что причиной такого низкого КПД является неизбежное перемешивание в буферной емкости при обычной загрузке. Это значительно снижает количество полезного тепла, так как разрушает стратификацию. Во второй части испытаний руководители изменили стратегию зарядки на двухзонный режим работы с зарядкой и разрядкой с помощью rendeMIX. Теперь приводы смешивали не горячую с холодной, а горячую с теплой и - в зависимости от заданной уставки - теплую с холодной водой. При загрузке верхняя буферная зона получала только горячую воду и поэтому быстрее нагревалась, в то время как нижняя зона дольше оставалась холодной. При разгрузке система управления сначала отбирала тепло из нижней буферной зоны через штуцер центрального цилиндра. Это привело к ее более быстрому охлаждению. В результате верхняя буферная зона оставалась на высоком температурном уровне.
Результат: Эффективная емкость накопителя увеличилась примерно на 60 процентов - с 17 кВт-ч до 27,4 кВт-ч. Если оптимизировать расположение датчиков на накопителе, которые включают и выключают блок КУ, то эффективность использования буфера в примере Бибераха можно увеличить еще на 30-50 % (рис. 4).
Ханс-Георг Баунах резюмирует вывод отчета Бибераха следующими словами: "Принцип смешивания объясняется довольно просто. Представьте, что у вас есть ведро 55-градусной воды и ведро 45-градусной воды. Вы можете слить их вместе, чтобы получить два ведра воды с температурой 50 °C. Теперь возьмите два ведра с водой 30 °C и 70 °C и смешайте их, чтобы получить два ведра с водой 50 °C. С этой стороны ничего не получится. Единственное различие заключается в том, что в первом случае вам доступно максимум 55 °C, а во втором - 70 °C. Если зимой вам нужна температура подачи 65 °C, то низкая дельта T или 45 °C в баллоне вам не помогут. Котел придется перегревать. При 70 °C вы можете снова перейти на баллон. В этом и заключается "идея" rendeMIX".
Разница со стратифицированным резервуаром
Как и ожидалось от лектора, в какой-то момент был задан обычный вопрос: "Чем стратифицированная система хранения отличается от вашего процесса, мистер Баунах?"
Простой ответ: "Мой работает". Идеальный стратифицированный резервуар, утверждает разработчик, в принципе так же хорош. Разница лишь в том, что акцент делается на идеальной, то есть чистой стратификации. Однако это вряд ли возможно при использовании заслонок и прочих ухищрений. С другой стороны, "rendeMIX" забирает теплую воду из цилиндра из центра между горячим верхом и холодным низом при однозонной разгрузке и смешивает ее либо с подачей, либо с возвратом. В зависимости от ситуации имеет смысл охлаждать теплую воду вместо горячей или нагревать теплую воду вместо холодной (обратной)". Кроме того, такая форма сброса из центра буфера стабилизирует горячую и холодную зоны.
Функциональное описание
Запатентованный rJET 3×4 с тремя патрубками обеспечивает оптимальное расслоение в буферной емкости во время разгрузки, подавая сначала обратный поток от радиаторов в разделение системы напольного отопления перед доступом к потоку горячего котла. Таким образом, не требуется ни гидравлического разделителя, ни дополнительного насоса перед разделителем системы. Встроенный переливной клапан поддерживает постоянный перепад давления в разделительной системе на уровне около 60 мбар. Более теплый избыток радиаторной обратки подается обратно в центр буфера отдельно от холодной обратки напольного контура. Буфер дольше остается горячим в верхней части и быстрее остывает в нижней, что повышает как отдачу солнечной энергии, так и комфортность горячей воды. Преимущества с первого взгляда:
- Простая установка благодаря компактной сборке
- До 100 процентов больше солнечной энергии благодаря холодной зоне в буферном цилиндре
- До 100 процентов больше комфорта при использовании горячей воды благодаря горячей зоне в буферной емкости
- Не требуется переключатель и дополнительные насосы в контуре отопления и до разделения системы
Классическое использование обратного трубопровода выгодно не только при соединении низкотемпературного контура с высокотемпературным. Холодные возвраты и потоки меньшего объема оптимизируют эффективность конденсационных котлов, солнечных систем, тепловых насосов, перекачивающих станций и распределительных сетей. При конденсации также образуется промывочная вода: она уменьшает загрязнение и коррозию на стороне дымовых газов конденсационного теплообменника, тем самым увеличивая срок его службы. Это также было доказано.
Когда начинается усиление конденсации?
К слову о конденсате. Вопрос: "Сколько конденсата образуется при температуре обратки 50 °C, что вы имеете в виду?" Аудитория неохотно называет цифру в миллилитрах. Но, вероятно, довольно много, учитывая, что точка росы выхлопных газов природного газа составляет чуть менее 60 °C. "Ничего, ноль, только капает при температуре около 47 °C. Теоретическая температура точки росы 58 °C не учитывает избыток воздуха, который мы регулярно используем, а также необходимо учитывать необходимую дельту Т в конденсационном теплообменнике между дымовыми газами и обратным потоком".
Диаграммы от Ruhrgas AG высвечиваются на экране с помощью Power Point. Первая показывает, что нулевая точка конденсации находится при температуре обратной воды 48 °C. Он также показывает, что при температуре 45 °C на киловатт-час выделяется всего 30 граммов воды - из возможных 110 граммов при 20-граммовом обратном потоке. С "rendeMIX" температура обратного потока отопления должна стабилизироваться на уровне 30 °C или 90 граммов конденсата на 1 кВт/ч. "И это увеличивает КПД котла на 8 процентов по сравнению с 50 °C. Это не я рассчитал, так утверждает Ruhrgas", - говорит докладчик Ханс-Георг Баунах.
Рисунок 7: Долгосрочное испытание. Загрузка и выгрузка буфера по двухзонному принципу
Рургазские диаграммы
Рисунок 8: Комбинированная солнечная тепловая система с газовым котлом
На следующем графике в презентации показана зависимость точки росы от количества воздуха. "Колебания в подаче воздуха нельзя исключать по разным причинам. Печь не должна производить сажу, поэтому горелка работает с избытком воздуха, так сказать, в качестве резерва. Это также снижает точку росы, как показано на рисунке, и, соответственно, прирост теплотворной способности. Разница между значениями воздуха лямбда 1 и лямбда 2 составляет 10 К, чтобы дать вам ключевые значения, поэтому точка росы снижается с 58 °C до 48 °C. И вам еще придется вычесть необходимые градусы распределения в конденсаторе. Поэтому лучше всего использовать горелки с низким соотношением воздуха, например, премиксные горелки, чтобы достичь утилизации теплотворной способности даже при немного более высоких температурах возврата".
Рисунок 9: Оборудование
Половина семинара - это курс ревизии. Он раскапывает упущенное и проясняет связи. Объяснение технологии подключения в четырехходовом смесителе Баунаха занимает совсем немного времени; основное внимание уделяется проблемам современных систем отопления. По его словам, их экономическая эффективность все чаще ставится под сомнение, поскольку соотношение затрат и эффективности едва оправдывает себя. "Однако это не вина технологии или цены на компоненты. Причина дисбаланса - в отсутствии общего системного взгляда. По-другому и не скажешь: простое соединение частей вместе без учета взаимосвязи просто сглаживает многие процентные пункты прироста эффективности".
Целься в системный блок
Принцип четырехходового смешивания вносит заметный и выгодный вклад в повышение эффективности систем производства тепла (использование конденсационного котла), распределения тепла (соединение высоко- и низкотемпературных контуров) и эффективности систем хранения тепла (двухзонная зарядка и разрядка с обратной утилизацией). Газовые и масляные котлы и тепловые системы получают такие же преимущества, как и теплогенераторы на биомассе, системы тепловых насосов, солнечные коллекторы или их комбинации. Достижение оптимального уровня эффективности в основном зависит от системы. Схемы и диаграммы тепловых потоков, представленные на семинаре, наглядно показывают, почему.
Ханс-Георг Баунах резюмирует: "Одна из ошибок прошлого - соединять холодную и горячую обратки и подавать их в котел одной линией, думая, что тогда горелка не будет подавать столько тепла. К сожалению, подобная схема блокирует более эффективный вариант использования более холодной среды для рекуперации большого количества остаточного тепла от более теплой среды, возможно, даже достаточного для обогрева целой секции. И наоборот: если в полдень достаточно потока в 50 градусов, а многоходовой смеситель фактически отбирает только эти 50 градусов, то вечером в здании из верхней зоны все равно будет доступно 80 градусов. Если бы, напротив, система управления отбирала эти 80 градусов и опускала их до 50 градусов холодной водой, то вечером котел пришлось бы перегревать".
www.baunach.net
Бернд Генат
Скачать техническую статью в формате PDF
