< назад к техническим статьям

Системная гидравлика для длительного времени работы КУ

Нагрев остаточным теплом из обратного потока

При модернизации системы отопления в гостинице в Эссене гидравлика бивалентной системы отопления была настроена на двухзонное буферное управление и принцип утилизации обратки. Это стало возможным благодаря использованию многоходовых смесительных коллекторов для загрузки буферов и питания отопительных контуров. Благодаря концепции системы с оптимизированной гидравликой между производством и распределением тепла, котел с пиковой нагрузкой стал резервным теплогенератором, а небольшая ТЭЦ работает практически круглосуточно.

Рисунок 1: Когенерационная установка (в центре) заряжает два буферных цилиндра (слева) по двухзонному принципу. Газовый конденсационный котел (справа), используемый в качестве котла пиковой нагрузки, включается только тогда, когда температура в верхней буферной зоне падает ниже минимальной температуры для нагрева ГВС.

Гостевой дом центра профессионального обучения Kolping в Эссене предлагает 14 двухместных номеров, шесть одноместных номеров и две квартиры на трех этажах. В отеле есть собственная кухня для приготовления пищи. Система отопления была полностью модернизирована в 2009 году. Концепция системы включает в себя небольшую когенерационную установку (12,5 кВт, 4,7 кВт), газовый конденсационный котел для пиковой нагрузки (120 кВт), две параллельно соединенные буферные емкости по 500 литров и накопительный водонагреватель на 500 литров, который заряжается через стратифицированную систему зарядки (рис. 1).

Компактная информация

Время работы КУ зависит не только от потенциального размера теплоотвода, но и в значительной степени от гидравлики системы.
Ключевыми факторами являются интеллектуальное управление буфером и минимально возможная температура обратного потока из системы распределения тепла.
Обе функции - плюс повышение температуры обратного потока для ТЭЦ - легко реализуются с помощью многопортовых смесительных коллекторов rendeMIX. Они могут управляться с помощью стандартных контроллеров.

Различные температуры системы

Три существующих контура потребителей работают при разных температурах системы:

• Смешанный радиаторный контур отопления: 70/50 °C
• Контур нагрева смешанного воздуха для системы кондиционирования: 80/60 °C
• Нагрев ГВС: 85/60 °C

Поэтому одной из основных задач при проектировании системы распределения тепла было обеспечение правильной температуры потока для каждого отопительного контура. Кроме того, необходимо было максимально увеличить полезный объем буфера для достижения длительного времени работы ТЭЦ. Кроме того, данная концепция системы должна была реализовать принцип использования температуры обратного потока: Если температура обратного потока отопительного контура достаточна для снабжения другого отопительного контура с более низкой температурой, это тепло должно быть использовано в первую очередь, прежде чем получить доступ к потоку.

Рисунок 2: Для распределения тепла использовались многопортовые смесительные коллекторы компании HG Baunach GmbH & Co. KG использовались вместе с трехкамерным коллектором производства Magra. Последовательность расположения выходов коллектора зависит от градиента температуры в обратном потоке по направлению к котлу.

Это было реализовано с помощью многопортовых смесительных коллекторов rendeMIX, которые вместе со специально разработанным трехкамерным коллектором (рис. 2) обеспечивают правильную температуру в трех контурах отопления. Еще один многопортовый смесительный коллектор использовался в качестве связующего звена между блоком КУ и буферной емкостью. Вместе со встроенным регулятором фиксированного значения он обеспечивает необходимое повышение температуры обратки для блока КУ и одновременно организует двухзонную загрузку буферной емкости.

ТЭЦ покрывает потребности в тепле практически в одиночку

Система может контролироваться дистанционно через пульты управления двух теплогенераторов, а рабочие данные и время работы также документируются. Примерно через десять месяцев после модернизации эксплуатационные данные показали, что котел с пиковой нагрузкой запускается лишь изредка и используется только для нагрева питьевой воды в летнее время. С другой стороны, установленная малая когенерационная установка явно превышает запланированную производительность: при планировании учитывалось время работы 7000 часов в год. Однако фактически двигатель работает более 23 ч/день, что соответствует использованию мощности более 96 % и означает экстраполированную годовую производительность не менее 8400 ч/год.
В отличие от этого, коэффициент использования котла с пиковой нагрузкой 120 кВт составляет всего 1,4%. Это значение основано на данных по эксплуатации в летние месяцы (отопление ГВС). Однако если рассматривать круглогодичную эксплуатацию, то можно сделать вывод, что время работы котла пиковой нагрузки и когенерационной установки находится в правильном соотношении друг с другом: "Благодаря загрузке и разгрузке буферных резервуаров по двухзонному принципу тепловая нагрузка сначала полностью передается когенерационной установке, прежде чем запускается котел пиковой нагрузки", - объясняет Ханс-Георг Баунах, отвечавший за проектирование гидравлики системы (рис. 3).

Строительный щит гостевого дома Мариенштрассе

Объект:

• Гостевой дом Marienstraße, 45307 Эссен

Оператор:

• Центр профессионального обучения Kolping в Эссене
• Некоммерческая компания с ограниченной ответственностью
• www.kbbw-gaestehaus.de

система отопления:

• ТЭЦ: ecopower, 12,5 кВт / 4,7 кВтэл
• Газовый конденсационный котел: Vaillant ecocraft 120 6/3, 120 кВт
• 2 буферные емкости по 500 л
• Баллонный нагреватель ГВС: Vaillant actostore, 500 л, со стратифицированной системой заправки

Гидравлическое планирование и многопортовый смесительный коллектор:

• HG Baunach GmbH & Co. KG
• 41836 Хюккельховен
• www.baunach.net

Двухзонная погрузка и разгрузка

• 

  Рис. 3: rendeMIX, подключенный между блоком ТЭЦ и буферной емкостью, заряжает буфер по двухзонному принципу и одновременно обеспечивает подпитку обратного потока на блоке ТЭЦ.

  С помощью трех буферных соединений цилиндр делится на две зоны. Сначала заряжается верхняя зона буферного цилиндра через многопортовый смесительный коллектор между блоком КУ и буферным цилиндром (рис. 4). Только когда верхняя зона полностью заряжена, в процесс зарядки включается нижняя зона. Это означает, что верхняя зона имеет более высокую температуру использования, а нижняя зона дольше остается холодной.

• Эта двухзонная загрузка служит для подпитки обратного потока теплогенератора, который используется для покрытия базовой нагрузки. В обратный поток теплогенератора подается либо смесь горячего потока теплогенератора и горячей воды из центральной буферной зоны (фаза I), либо смесь горячей воды из центральной буферной зоны и холодной греющей воды из нижней зоны буферного бака (фаза II).
• При двухзонном водоразборе в смесительный контур распределения тепла подается либо смесь горячей воды из центральной буферной зоны и холодной воды из обратного контура смешения (фаза I), либо смесь горячей воды из верхнего буферного патрубка и горячей воды из центрального буферного патрубка (фаза II).

Принцип использования прибыли

• При избытке тепла в обратном потоке системы стратифицированной заправки горячей водой (85/60 °C) в контур отопления смешанного воздухонагревателя подается тепло, соответствующее имеющейся температуре. Таким же образом обратный поток отопительного контура воздухонагревателя (80/60 °C) используется и для отопительного контура радиатора (70/50 °C). В зависимости от нагрузки тепло из смешанного обратного контура воздухонагревателя либо используется непосредственно для смешанного контура радиаторного отопления через многопортовый смесительный коллектор, либо добавляется к нему. Только когда тепловой энергии из обратки уже недостаточно для удовлетворения потребности в тепле, смесительные коллекторы получают доступ к буферным резервуарам.
• 

  Рисунок 4: Многопортовые смесительные коллекторы rendeMIX управляются через стандартные элементы управления теплогенераторов.

  Самая низкая температура обратной линии теплораспределения обеспечивается контуром радиаторного отопления (50° C в расчетном состоянии). Она подается в отдельную, третью обратную камеру распределителя отопления и, таким образом, отдельно и без смешивания поступает обратно в нижнюю зону буферного цилиндра.

• Многопортовые смесительные коллекторы оснащены внутренними диверторами. Различные объемы воды в последовательно соединенных отопительных контурах автоматически выравниваются с помощью диверторов.
• Специально разработанный трехкамерный распределитель является частью программы HG Baunach и производится компанией Magra.
• Все приводы смесителей управляются стандартными контроллерами с трехпозиционным сигналом 230 В в зависимости от температуры (рис. 5).

Рис. 5: Многопортовые смесительные коллекторы rendeMIX распределяют тепло и подают его в смешанные отопительные контуры с соответствующей температурой системы. Высокая температура обратки используется для отопительных контуров с более низкой температурой системы. Вместе с трехкамерным коллектором низкая температура обратки обеспечивается для блока ТЭЦ и конденсационного котла

Резюме

Большой буферный объем с высокой полезной температурой постоянно доступен для отопительных контуров благодаря двухзонной зарядке и разрядке. Утилизация обратки обеспечивает низкую температуру обратки и, следовательно, длительное время работы когенерационного модуля. Следует также отметить, что управление когенерационной установкой и конденсационным котлом не блокируется. Такая "свобода" управления является следствием расслоения, которое ступенчато устанавливается в буфере: это позволяет просто, но точно установить приоритет теплогенераторов с помощью положения соответствующих датчиков.
Управление газовым конденсационным котлом контролирует установленную минимальную температуру нагрева ГВС в верхней зоне буфера. Однако до тех пор, пока ТЭЦ обеспечивает достаточное количество тепла, температура никогда не опускается ниже этой минимальной температуры. Следовательно, работа котла незначительна по сравнению с временем работы ТЭЦ: Например, эксплуатационные данные показывают, что за 210 часов работы в июне конденсационный котел выполнял свою функцию пиковой нагрузки для нагрева ГВС только 3 часа. Даже зимой время работы когенерационной установки остается неизменным, несмотря на то, что котел работает в десять раз мощнее. Несмотря на оптимизированную гидравлику системы, управление буфером и использование обратного потока, усилия инженеров по управлению были сведены к минимуму. Приводы смесительных коллекторов rendeMIX управляются с помощью контроллеров, которые являются стандартными компонентами используемых теплогенераторов.

ПРИНЦИП ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ rendeMIX

Привод многопортового смесительного коллектора rendeMIX соединяет только два из трех входов с одним выходом (A), так что либо горячий (E₁) с теплыми (E₂) или горячее с холодным (E₃) вода смешивается. Таким образом, используется максимальное количество доступной горячей воды и добавляется лишь небольшое количество горячей или холодной воды. Это позволяет максимально повысить температуру воды в сети отопления и одновременно снизить температуру обратной воды в теплогенератор. Привод может управляться любым погодозависимым контроллером (трехточечный сигнал 230 В) от принадлежностей котла. В качестве альтернативы можно приобрести привод со встроенным контроллером с фиксированным значением.

Вольфганг Хайнл пишет как специализированный журналист для отрасли HVAC,

88239 Ванген-им-Альгау,

wolfgang.heinl@t-online.de

Скачать техническую статью в формате PDF

< назад к техническим статьям