Многоходовой смесительный коллектор обеспечивает непрерывную работу ТЭЦ

Модернизация отопления для автосалона с заправочной станцией и автомойкой: гидравлика системы для различных температур в системе, эффективное использование конденсационного котла и максимальное время работы ТЭЦ

Энергоэффективность обычно понимается как направленность на экономию затрат на энергию. Для объектов с высокой круглогодичной потребностью в энергии энергоэффективность может также заключаться в получении большего количества полезной энергии из того же количества топлива. В качестве примера можно привести комплексную модернизацию системы отопления автосалона с заправочной станцией, магазином и автомойкой. Примененная в ней система обеспечивает интеллектуальное управление буфером с утилизацией возврата и оптимизацией величины конденсата за счет использования многоходовых смесительных коллекторов. Сравнение энергозатрат до и после в зависимости от количества топлива показывает, как это влияет на энергозатраты. Как и модели автомобилей в новом автосалоне, теплогенератор для автосалона Bärenstrauch в Шеслице работает с 4-тактным двигателем внутреннего сгорания под капотом. Однако в котельной основное внимание уделяется не мобильности, а эффективному энергоснабжению. Если до начала 2012 года в год сжигалось около 3 000 литров мазута, то теперь мини-ТЭЦ производит тепло и электричество одновременно. Хотя счет остается примерно таким же, как и раньше, выход энергии значительно выше.

Рис. 1: Для распределения тепла использовались многопортовые смесительные коллекторы компании HG Baunach GmbH & Co. KG использовались вместе с трехкамерным коллектором. Последовательность расположения выходов коллектора зависит от градиента температуры в обратном потоке в направлении потока к буферному цилиндру

Высокий спрос на тепло и электроэнергию круглый год

До модернизации энергетический баланс автосалона с мастерской, магазином на АЗС и автомойкой самообслуживания показывал, что круглый год необходимо покрывать высокую и постоянную потребность в тепловой и электрической энергии. Например, для кондиционирования и охлаждения воздуха в магазине на АЗС, автомойке, мастерской и шоу-руме новых автомобилей требуется около 130 000 кВт/ч электроэнергии в год. Помимо отопления мастерской, магазина на АЗС и двух квартир на верхнем этаже здания компании, автомойка потребляет большое количество горячей воды, а зимой ее необходимо поддерживать в незамерзающем состоянии. Система настенного отопления в зале автомойки защищает водоносное оборудование от мороза, а за пределами автомойки система отопления под открытым небом предотвращает опасности, связанные с черным льдом. Планирование комплексных мер по модернизации сопровождалось привлечением консультанта по энергосбережению здания, который сначала провел детальное обследование текущей ситуации. Жилое и коммерческое здание, построенное в 1971 году, имеет чистую площадь 1 239 м², включая автосалон. В результате расчетов общая годовая потребность в конечной энергии для существующего здания составила 499 550 кВт-ч/год. "Полученные значения потребления и тот факт, что большое количество горячей воды и электричества требуется постоянно в течение всего года, привели к принятию решения в пользу комбинированной выработки тепла и электроэнергии", - сообщает Ральф Нюсляйн, владелец специализированной компании. Роберт Нюсляйн ГмбХ в Шеслиц-Вюргау. Цель заключалась в достижении оптимального использования энергии при высокой эффективности производства тепла.

Потребители тепла с различными гидравлическими требованиями

Помимо целевой энергоэффективности, проект модернизации поставил перед Ральфом Нюсляйном и другую задачу: Потребители тепла состоят из высоко- и низкотемпературных контуров, каждый из которых имеет разную температуру в системе. Система отопления должна обеспечивать в общей сложности пять различных групп отопительных контуров:

Воздушный отопитель для автосервиса (80/ 65 °C),
Отопление ГВС для жилых домов, отопление ГВС для мойки самообслуживания (80/ 65 °C),
Контуры радиаторного отопления для автосалона и офиса (75/ 55 °C),
Полы с подогревом в квартирах на 2 этаже, настенное отопление для системы мойки самообслуживания (40/ 30 °C),
Открытое отопление для системы промывки (разделение системы - работа с гликолевой смесью, 30/ 20 °C).

Рис. 2: Ральф Нюсляйн увеличил выход энергии от количества используемого топлива благодаря комбинированной выработке тепла и электроэнергии, управлению гидравлическими буферами и утилизации возврата.

Теплотехник Нюсляйн решил сложную гидравлическую задачу с помощью многопортовых смесительных коллекторов. Используемые смесительные группы "rendeMIX" от производителя HG Baunach работают по принципу пятиходового смесителя. Привод rendeMIX соединяет два из трех входов с одним выходом. Таким образом, смешивается либо горячая вода с теплой, либо теплая вода с холодной. Это позволяет не только максимально повысить температуру воды в сети отопления, но и снизить температуру обратной воды в теплогенератор. Система включает в себя специально разработанный трехкамерный коллектор с дополнительной камерой возврата. Эта технология реализует принцип утилизации обратного потока, т. е. постепенного снижения температуры обратных потоков. Если, например, в обратном потоке высокотемпературного контура имеются излишки тепла с температурой возврата 60 °C, то этот доступный уровень температуры используется для питания отопительного контура, которому требуется температура потока, например, 50-60 °C. Только когда тепловой энергии из обратного потока контура с более высокой температурой системы уже недостаточно для удовлетворения потребности в тепле, многопортовые смесительные коллекторы обращаются к буферной емкости.

Бесперебойная работа ТЭЦ, несмотря на небольшую буферную емкость

Рис. 3: Система rendeMIX, подключенная между блоком КУ и буферным накопителем, обеспечивает загрузку буферов по двухзонному принципу и одновременно обеспечивает подпитку обратного потока в блок КУ

Базовые потребности в тепле и электроэнергии в автосалоне Bärenstrauch обеспечиваются когенерационной установкой Senertec Dachs мощностью 15 кВт_thи 5,5 кВт_elкрытый. В качестве котла пиковой нагрузки используется газовый конденсационный котел Vitodens от Viessmann номинальной тепловой мощностью 100 кВт. "Котел пиковой нагрузки постоянно работает в диапазоне конденсации - если он вообще выходит на рабочий режим, поскольку когенерационная установка работает практически непрерывно", - говорит Ральф Нюсляйн. Оба теплогенератора получают низкую температуру обратки через многопортовый смесительный коллектор - в сочетании с трехкамерным коллектором и трактом через нижнюю буферную зону - и таким образом достигают длительного времени работы. Это достигается несмотря на сравнительно небольшой объем буфера. Из-за небольшой высоты помещения котельной (чуть менее 2 метров) можно было установить только буферную емкость объемом 900 литров.

Турбина для теплообменника отработанных газов ТЭЦ максимизирует использование теплотворной способности

Чтобы максимизировать выход энергии, когенерационная установка также работает с конденсационной утилизацией. Однако, по опыту Ральфа Нюсляйна, недостаточно просто подключить конденсационный теплообменник: "При использовании когенерационной установки вся система должна быть точно отрегулирована, чтобы обеспечить дополнительный прирост энергии за счет использования конденсационного котла". Для этого инженер-теплотехник, хорошо разбирающийся в системной гидравлике, установил многопортовый смесительный коллектор типа "rendeMIX 3 x 3 Конденсатор" подключен между блоком КУ и буферным цилиндром. Аббревиатура "3 x 3" означает, что три входа или выхода управляются как со стороны теплогенератора, так и со стороны буферной емкости. Конденсатор обеспечивает забор из нижней буферной зоны буферного цилиндра только ограниченного количества греющей воды с низкой температурой. Таким образом, стратификационный слой остается в основном ненарушенным. Эффект этого распределителя смешения между блоком КУ, теплообменником дымовых газов и буферной емкостью можно определить по термометрам в системе: Во время посещения объекта в декабрьский день они показывали разницу температур около 8 К между обратным потоком из буферной емкости (38 °C) и потоком из теплообменника дымовых газов (46 °C). Тепло, полученное от использования конденсационного котла, используется для увеличения обратного потока для когенерационной установки, что позволяет добиться длительной и бесперебойной работы установки.

Больше доступной полезной энергии плюс производство электричества из того же количества топлива

Рис. 4: Температуры показывают, что в буферной емкости не нарушена стратификация и что газовый конденсационный котел получает низкие температуры возврата, необходимые для конденсации дымовых газов.

Чтобы определить успешность мер по оптимизации гидравлики, в систему интегрировано семь теплосчетчиков - автосалон является семейным предприятием, поэтому система отопления служит для Ральфа Нюсляйна еще и "испытательной лабораторией". Оценка за весь 2013 год показала в общей сложности 7 589 часов работы когенерационной установки, 800 из которых пришлись только на холодный январь. "Благодаря модернизации системы отопления и оптимизации гидравлики системы из того же количества первичной энергии теперь можно получить значительно больше полезной энергии", - резюмирует Ральф Нюсляйн. Например, по сравнению с прежней системой отопления все потребности в энергии для системы автомойки - отопление, подготовка горячей воды и защита от замерзания - покрываются без дополнительного потребления энергии. В дополнение к отоплению, благодаря большому количеству годовых часов работы, комбинированная система тепло- и электроснабжения сэкономила в 2013 году 41 000 кВт/ч электроэнергии.