Спортивные сооружения не должны быть бедным родственником
Тематическое исследование системы отопления на базе ТЭЦ Немецкий центр настольного тенниса
Отдельные и новые компоненты отопительной техники в отремонтированном помещении Немецкий центр настольного тенниса в Дюссельдорфе Поэтому акцент на "инновационный" не уместен, так как компоненты уже несколько лет как прошли этап инноваций: Системы конденсационных котлов и ТЭЦ сегодня являются передовыми, а принцип многоходового смесителя получает все более широкое распространение. Что делает установку в ДТТЗ тем не менее заслуживающей внимания, так это местоположение образцового теплоснабжения, а именно в спортивном сооружении, которое обычно является бедным родственником с точки зрения технологии отопления, интеллектуальность комбинации устройств с точки зрения схемы и ее документально подтвержденная эффективность.
Государственные заказчики намеренно инвестировали в образцовое техническое оснащение здания, подавая пример подобным объектам. Конечно, комплекс реконструкции может стать образцовой моделью только в том случае, если он докажет свою эффективность. Однако первые результаты уже явно в пользу, о чем свидетельствуют информативные отчеты об измерениях. В Дюссельдорфе находится один из краеугольных камней, на котором немецкая команда по настольному теннису заняла второе место на чемпионате мира 2014 года в Токио. Точнее, в районе Графенберг и там же в Немецком центре настольного тенниса DTTZ (изображение 1), который находится в зданиях традиционного клуба "Боруссия Дюссельдорф". В витринах "Боруссии" хранится огромное количество трофеев за выигранные чемпионаты Германии. Игроки клуба регулярно входят в абсолютную мировую элиту, как, например, Штеффен Фетцнер и Йорг Росскопф, победившие в парном разряде на чемпионате мира 1989 года, или нынешний профессионал Тимо Болл. Он совершил подвиг, временно поднявшись на первое место в мировом рейтинге, опередив набравших силу китайцев.
Изображение 1: Немецкий центр настольного тенниса в Дюссельдорфе (DTTZ)
Уникальный в Германии
В 2006 году Немецкая ассоциация настольного тенниса (DTTB) переместила свою фабрику талантов из Гейдельберга в Дюссельдорф. Объект и возможности, связанные с рекордсменами "Боруссии", предлагали более эффективные структуры для продвижения будущих поколений. Это означает, что и DTTB, и финансисты проекта - город Дюссельдорф (50 %), земля Северный Рейн-Вестфалия (30 %) и федеральное правительство (20 %) - естественно, возлагают большие надежды на инвестиции в размере 5 миллионов евро в национальную базу (со школой-интернатом).
В настоящее время, занимая второе место после Китая, национальная команда отвечает таким требованиям. Однако устойчивость первого места в рейтинге отчасти зависит от постоянного использования и практичности объекта, то есть от его привлекательности. Поэтому заинтересованные стороны осознавали, что им придется нести последующие расходы. Когда в 2006 году центр подготовки и проведения соревнований был передан DTTB, проектировщики оценили ежегодные эксплуатационные расходы только на техническое оборудование в 200 000 евро. Одна из причин такой относительно высокой суммы кроется в соединении старого и нового. При проектировании национальной базы в помещениях клуба "Графенберг" необходимо было максимально использовать существующие установки в плане энергоснабжения, что, как правило, относится к реконструкции. Более 5 миллионов евро на здания и технику просто не было.
Новое и старое скрещиваются
Рисунок 2: Часть вентиляционной системы
Комплекс зданий был построен в 1994 году голландским генподрядчиком. Он привез из Нидерландов свою субподрядную технологию отопления - атмосферный газ. Однако после окончания строительства и генподрядчик, и производитель оборудования вышли из состава компании. Поэтому на протяжении многих лет за обслуживание здания отвечала дюссельдорфская компания Florack GmbH. Это привело к большому объему работы. В старой системе сравнительно быстро появились дефекты, начиная от системы управления и заканчивая дефектами в однотрубной системе отопления, например, в клапанах. На линиях их было много: 240 штук. Ремонт и частичная реконструкция заполнили портфель заказов. В какой-то момент была добавлена система вентиляции для большого зала, так что котел уже не мог поддерживать в зданиях комфортную температуру, даже если работал 24 часа в сутки. Дополнительные 120 кВт для системы вентиляции превысили резерв мощности. На данный момент у теплогенератора не было другого выбора, кроме как распределить дефицит.
Изображение 3: Вентиляционная технология получила стадию осушения только в последние годы. До этой меры профессионалы играли в неблагоприятные дни, буквально окутанные пеленой влаги. На фото справа сотрудник ДТТЗ и строительный техник Данило Энц, на заднем плане рядом с Петером Вебером консультант по ТЭЦ Тило Браун из Vaillant
Этот недостаток становился все более очевидным с ростом популярности настольного тенниса благодаря успехам национальной сборной и клуба "Боруссия Дюссельдорф": сырой и влажный воздух в помещении вместо ориентированных вперед условий в помещении. Ориентированный вперед означает, что спорт с целлулоидом обычно известен своей восприимчивостью к ветру и сквознякам. Легкий как перышко мяч весит всего 2,7 грамма, поэтому практически любой боковой ветерок сдувает его в нужном направлении. Менее известно, однако, значительное влияние влажности на траекторию. Профи играют с топ-спином. Эта особая техника удара заставляет мяч вращаться, что делает его направление труднопредсказуемым после отскока от стола.
В сырых условиях почти не крутится.
Чем выше трение между мячом и клюшкой, тем выше вращение. Влага, с другой стороны, ослабляет результат. Она буквально покрывает смазочной пленкой прыщавое покрытие ракетки. Мяч теряет вращение и становится предсказуемым для соперника. Старая система была устроена следующим образом: Лучистые потолочные панели (см. рис. 1) в основном работали в сочетании с высокой долей наружного воздуха. Приточный воздух поступал под потолок к регистрам без осушения, нагревая их и выталкивая вниз. Это повышало относительную влажность воздуха в зале, особенно в сырые и дождливые дни. Во время матчей бундеслиги или национальной сборной с тысячей и более зрителей она уже колебалась около допустимого предела. Под "допустимым" здесь подразумеваются не гигиенические комфортные условия, "допустимое" относится к целлулоидному мячу и ракетке. "В неудачные дни мы буквально играли в тумане", - говорит Йо Пёрш, управляющий директор "Боруссии Дюссельдорф", оглядываясь назад. В 2009 году система вентиляции (рис. 2) была переоборудована для создания системы кондиционирования, свежий воздух не проходил через потолочные радиаторы - хотя панели с протекающей через них горячей водой были сохранены - и вместо этого направлялся через надлежащую ступень осушения (рис. 3) в качестве одной из первых мер по модернизации. Эта модернизация позволила снова сделать игру нормальной.
Экономичная ТЭЦ
Изображение 4: Производство тепла (и электроэнергии) в реконструированном ДТТЗ обеспечивается когенерационной установкой Vaillant мощностью 4,7 кВт электрической и 12,5 кВт тепловой энергии и газовым конденсационным котлом "Ecocraft". Справа - инженер-технолог Петер Вебер из компании Florack GmbH, Дюссельдорф; в центре - консультант по энергетике Мартин Хальбрюгге из компании Ecoteam, Хальвер. Крайний слева разработчик системы rendeMIX Ханс-Георг Баунах
Благодаря этому и другим расширениям время атмосферного газового котла подошло к концу. Как уже говорилось, в отопительный период он мог обеспечить объект только при максимальной температуре подачи 40 °C. Поэтому в 2013 году по рекомендации экологического агентства города Дюссельдорфа была проведена полная реконструкция инженерных систем здания, в том числе с установкой газового конденсационного котла, который был дополнен небольшой когенерационной установкой. Почему именно агентство по охране окружающей среды? Потому что власти столицы земли предлагают спортивным клубам консультации по энергоэффективным установкам на фоне климатических дебатов. Энергоэффективность не всегда является главным приоритетом во многих объектах, принадлежащих клубам. Хотя руководство каждого клуба с подозрением наблюдает за развитием энергетических и эксплуатационных расходов, они редко входят в число основных тем работы ввиду разнородности интересов членов клуба. Членам клуба в первую очередь нужно функционирующее теплоснабжение, а не экономия. С другой стороны, государственный сектор, как финансирующий или субсидирующий орган, рассматривает электричество и отопление в первую очередь как фактор затрат. Кстати, о факторе стоимости: почему, несмотря на известную ограниченность средств в городе, государственные власти приняли решение в пользу небольшой ТЭЦ? "Существует общественный интерес к спортивным сооружениям. Поэтому, когда речь идет об инвестициях, государственный сектор вносит определенный процент. Это касается всех районных спортивных сооружений. Если теперь учитываются и экологические требования, то город готов согласиться и на несколько большую субсидию. Так и произошло в данном случае", - объясняет полуофициальный консультант по вопросам энергетики Мартин Хальбрюгге. Его инженерная фирма IAS Halbrügge доверила экологическому агентству энергетический менеджмент ДТТЗ, а также создание генерального плана - отсюда и приписка "полуофициальный".
Решающее значение: анализ профилей нагрузки
Рисунок 5: Тесное помещение завода требовало компактной установки
Строго говоря, речь идет не только об общественном интересе, но и об общественном здании. Новое здание, которое появилось в 2005/2006 годах в результате строительства Немецкого центра настольного тенниса на территории "Боруссии", является муниципальным. А игроки в малый мяч построили свое собственное кирпичное здание в 1994 году, в основном на средства федерации, земли и города, потому что уже тогда тренировочный центр был важен не только на клубном уровне. "Наша основная работа, - объясняет инженер-специалист, - первоначально заключалась в анализе потребления. Когенерационная установка стала очевидным выбором, когда стали очевидны требования к тепловой и электрической энергии". Тепловые: только в 16 гостиничных номерах вода из душа течет два-три раза в день, а именно после каждой тренировки, более 300 дней в году. Когда в отеле нет учебных курсов, в нем любят останавливаться участники и посетители многочисленных выставок в Дюссельдорфе. В любом случае требования к освещению, насосам и оборудованию существуют круглый год". Мартин Хальбрюгге записал профили нагрузок и рассчитал огромную экономию средств в случае установки когенерационной установки, поскольку комплекс потребляет или может потреблять электроэнергию, которую он сам производит, в течение 8 000 часов в год или более. Выбранная установка "Ecopower" от Vaillant (рис. 4) мощностью 12,5 кВт тепловой (4,7 кВт электрической) выглядит скромно по сравнению с общей тепловой потребностью в 280 кВт, но 280 кВт учитывают самый неблагоприятный зимний сценарий с полными тренировочными залами, заполненностью гостиниц, соревнованиями (зрительские трибуны) и другими дополнительными факторами. Потребность в тепле в спортивном центре с гостиницей подвержена значительным колебаниям.
Никаких потерь из-за нового ЕГЭ
Кстати, благодаря электрической мощности в 4,7 кВт новые положения о выплате надбавки EEG не влияют на рентабельность "Экопауэра". Хотя новая ТЭЦ (вступающая в эксплуатацию после 1 августа 2014 года) теперь также должна вносить финансовый вклад в расширение "возобновляемых источников энергии", отмена прежнего освобождения от надбавки EEG затрагивает только машины с электрической мощностью более 10 кВт. "А благодаря договору на техническое обслуживание оператор находится в безопасности. Хотя они и так не должны слишком беспокоиться о надежности генераторной установки. Мы работаем с Remscheid уже много лет, как в области комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, так и газового тепла, и никогда не было никаких проблем, о которых стоило бы упоминать", - говорит Петер Вебер, управляющий директор Florack GmbH, объясняя, почему он посоветовал своему клиенту объединить "Ecopower" с конденсационным котлом "Ecocraft". Питер Вебер получил проектную поддержку по энергетическим технологиям Vaillant от Тило Брауна, дипломированного инженера и инженера по продажам возобновляемых источников энергии одной из ведущих мировых компаний в области отопления и энергетических технологий (оборот Vaillant в 2013 году составил 2,381 млрд евро, 12 000 сотрудников). Опыт Florack GmbH в области ТЭЦ был доступен заказчику DTTZ в виде квазилицензии, выданной Vaillant. Производитель обеспокоен тем, что его ведущее имя может пострадать из-за некачественного изготовления. Такой ущерб может бросить тень на весь бренд. Поэтому только клиенты Vaillant, прошедшие интенсивное обучение на заводе, получают технологию КУ, техническое обслуживание, запасные части и гарантию.
Принцип многоходового смешивания как выход из положения
Рисунок 6: Смесительная установка для пяти отопительных контуров плюс один нерегулируемый высокотемпературный контур (вентиляция, справа). Отопительные контуры, управляемые "rendeMIX", обслуживают, в частности, потолочные панели (большой зал) и радиаторные системы (гостиница, малый зал, раздевалка). Подробнее см. также раздел "Анализ записей температуры".
Когенерационная установка и котел сопровождаются буферной емкостью достаточного размера для оптимизации эффективности. Реконструкция также включала замену частично обветшавшей системы распределения тепла. Как уже говорилось, некоторые смесители и клапаны уже не работали, а насосы попали в категорию "энергопоглотителей". Однако технический центр уже трещал по швам (рис. 5). Участок не позволял сделать дополнительную пристройку. Поэтому пришлось прибегнуть к компактной системе с умеренным объемом хранилища в 1500 литров для всей спортивной и гостиничной площадки и применить некоторые специальные технические особенности, чтобы избежать серьезных компромиссов в плане эффективности. Так, например, очевидным выбором стала интеграция многополосного микшера "rendeMIX". Только эта разумная разработка (рис. 6) позволяет в принципе обойтись сравнительно небольшим накопительным баком: при этом регулирующий клапан обеспечивает значительно более стабильное расслоение и энергосберегающую зарядку и разрядку. В результате схема позволяет получить буфер, который благодаря двухзонной зарядке и разрядке обеспечивает почти вдвое большую емкость, чем обычная однозонная система зарядки и разрядки с тем же содержимым.
Горячее остается горячим дольше
Кроме того, при необходимости смеситель направляет горячую обратную воду не обратно в цилиндр, а непосредственно в отопительные контуры, для которых температура потока, поступающего, например, от потолочных панелей, находится в диапазоне 45-50° C. Этого уровня вполне достаточно в качестве расхода для некоторых низкотемпературных контуров. Этого уровня вполне достаточно для определенных низкотемпературных контуров. "Здесь мы сочетаем две технологии: двухзонный сброс, когда мы сначала забираем горячую воду из центра и охлаждаем ее перед тем, как получить доступ к ценной горячей воде из верхней буферной зоны, и утилизацию обратного потока. Это означает, что линии высокотемпературного контура предоставляют свой обратный поток в качестве расхода для центральных соединений" (рис. 8), - объясняет схему экономии Ханс-Георг Баунах, разработчик "rendeMIX". Естественно, что в ходе реконструкции и модернизации на первом месте стояли вопросы предотвращения легионеллеза и гигиеничного питьевого водоснабжения. Проектировщикам было нелегко ответить на вопрос о том, как покрыть пиковый спрос. Учебный центр и гостиница не вписываются в обычные правила расчета размеров резервуаров. Поэтому производитель оборудования Florack и офис Halbrügge сначала установили счетчики горячей воды для анализа потребления. По рекомендации Vaillant и после анализа результатов измерений они установили систему "Zeeh" от Йоахима Зее из Бокау/Эрцгебирге в Саксонии благодаря ее высокой гибкости. Поставщик ТЭЦ из Ремшайда уже давно сотрудничает с саксонской компанией.
Водонагреватель с турбонаддувом
Рис. 7: Контур котла проходит через два перекидных клапана (с приводами оранжевого цвета). В режиме отопления с погодной компенсацией (с приоритетным режимом ГВС) многопортовый смеситель забирает серую воду из нижней части буфера 40 (рис. 8), подает ее в котел и возвращает в центральный патрубок через соответствующее положение клапана. В режиме приоритета переключаются оба клапана, т.е. смеситель забирает воду из центрального патрубка и подает обратно через верхний.
Рисунок 8: Буферные соединения с текущей температурой 65 °C в верхней части, 44 °C в центральной части и 40 °C в нижней части.
В принципе, это отопительный буферный цилиндр со встроенным подогревом ГВС в проточном режиме (рис. 9). В верхней части, в горячей зоне цилиндра, гофрированная стальная труба (т. е. с большой площадью поверхности) висит коаксиально в трубе рубашки. Таким образом, это устройство образует противоточный теплообменник: холодная вода течет вверх по гофрированной трубе из нержавеющей стали, а нагретая вода течет вниз из самой горячей точки цилиндра, охлаждается (около 15 °C) и сохраняется в самой нижней точке. Это происходит в основном без использования электрической энергии. Только во время пиковых нагрузок или при низких температурах в баллоне автоматически включается заправочный насос - в зависимости от разницы температур и скорости потока - для модуляции и увеличения потока ("турбонагнетатель"), чтобы быстро довести до температуры змеевик объемом около 40 литров. Из-за отсутствия достаточного времени пребывания и высоких температур бактерии легионеллы не размножаются в такой среде.
Рисунок 9: Система зарядки баллона "Zeeh". Когда температура горячей воды в доме падает, включается зарядный насос и направляет дополнительную накопительную воду через трубчатый теплообменник, подобно системе турбонаддува
Разумеется, необходимо обеспечить циркуляционную дезинфекцию соединительных труб. Это обеспечивается дополнительным небольшим высокотемпературным теплообменником в резервуаре в виде встроенного в гофрированную трубу циркуляционного наконечника для экономии тепловой энергии. Цель состоит в том, чтобы таким образом свести к минимуму количество микробов во всей системе. Органы здравоохранения регулярно проверяют это, и не только в соответствии с новым Постановлением о питьевой воде. Общественные здания, спортивные сооружения, плавательные бассейны, школы и детские сады всегда подвергались регулярным проверкам. С точки зрения технологии, обратный поток циркуляционной системы поступает в горячую зону буфера при температуре чуть ниже 60 °C, тем самым стабилизируя стратификацию.
Почему ТЭЦ вписывается в схему
Блок Vaillant "Ecopower" производит температуру 70 °C. Они с легкостью регулируют температуру горячей воды. Система вентиляции также требует высоких температур, поскольку относительно небольшие теплообменники должны каждый час поднимать 30 000 кубометров приточного воздуха до комнатной температуры при температуре, так сказать, минус 10 °C. Решающим фактором здесь является осушение воздуха, чтобы избежать образования тумана в зале. Система сначала охлаждает воздух для осушения, но затем должна за короткое время поднять холодный воздух до уровня приточного воздуха с относительно высокой температурой при суженной поверхности теплообменника. Эти температурные пики "автоматически" обеспечиваются когенерационной установкой. В любом случае, производители котлов обычно требуют ограничения максимального разброса, и когенерационная установка выполняет это требование. 
Это связано с тем, что пока система может работать в режиме погодного регулирования для покрытия отопительной нагрузки в диапазоне температур ниже 50 °C, когенерационная установка будет стремиться загрузить верхнюю часть буфера с необходимой пиковой температурой, чтобы котел мог обеспечить низкий уровень температуры в энергосберегающем режиме. По температурным сигналам от клапанов переключения определяется, работает ли конденсационный котел или когенерационная установка. VUV означает клапан переключения подачи, а RUV - клапан переключения возврата. На диаграммах показаны некоторые температурные и рабочие состояния. До реконструкции (верхняя диаграмма) котел (красный) круглосуточно подавал высокую температуру для радиаторных потолочных панелей и вентиляции; контроля температуры потока, ориентированного на потребности, не было.
На втором рисунке сверху после реконструкции конденсационный котел покрывает основную нагрузку через накопительный бак. В мягкое воскресенье, 26 января 2014 года, котел работает только ночью с учетом вентиляционного потока (третья диаграмма). В течение дня температура его потока колебалась между 40 и 50 °C, а вентиляция обеспечивалась за счет потенциала накопительного бака. Однако, когда система вентиляции включается на 50 или 60 кВт, накопительная система быстро достигает своего предела. Котлу приходится работать интенсивнее. На диаграмме ниже показаны температурные кривые после установки системы управления температурой потока, ориентированной на спрос.
Анализ записей температуры
Отправная точка
Эксплуатационные данные системы отопления в DTTZ Borussia Düsseldorf (на рис. 10 показан спрос в комплексе DTTZ) были записаны до и после реконструкции, чтобы можно было проследить успех реконструкции и модернизации. Были сделаны следующие записи: Март 2013 ? Расход воды после установки водомеров на входе в бак горячей воды ? Температура в контуре отопления ? Температура котла Август 2013 ? Запись режима работы ТЭЦ январь-февраль 2014 ? Рабочие температуры конденсационного котла и ТЭЦ ? Температура обратки всех отопительных контуров и системы вентиляции в отдельности Кроме того, показания счетчиков регулярно снимались с момента ввода в эксплуатацию.
Оценка старой системы
Записи показывают, что теплогенератор больше не регулировался в зависимости от потребности, а работал на максимальной рабочей температуре 24 часа в сутки через термостат котла. Температура потока в отопительных контурах регулировалась в зависимости от времени использования, но она была довольно низкой. Вентиляция работала с недостаточной подачей воды. Установленные счетчики воды использовались для определения расхода горячей воды, а также для получения справочных значений по ударной нагрузке. Показания газового счетчика позволили получить информацию о необходимой нагрузке на отопление.
Рисунок 10: Спрос в комплексе ДТТЗ-Боруссия
Наблюдая за эксплуатационными характеристиками, сразу после ввода в эксплуатацию удалось быстро улучшить следующие показатели:
- Поведение при переключении блока КУ
Наблюдая за тем, как включается и выключается когенерационная установка, можно было оптимизировать расположение соответствующих датчиков на буфере. ТЭЦ должна всегда брать на себя приоритет выработки тепла и в то же время работать как можно дольше, чтобы обеспечить высокую долю самогенерируемой электроэнергии. Позиционирование датчиков может влиять на поведение переключения; позиционирование зависит от взаимодействия емкости буфера с потреблением тепла отопительными контурами и приготовлением горячей воды.
Принцип работы смесителя
Два смесителя справа находятся примерно на одной трети синей шкалы, т.е. в настоящее время они питаются только из центральной буферной камеры и собственного возврата. Смеситель слева получает примерно две трети своего питания из центральной камеры и одну треть из верхней камеры. Каждый из смесителей Baunach постоянно забирает горячую воду из центрального патрубка в значительной части диапазона регулировки. Энергетическое преимущество заключается в том, что эта вода поступает либо непосредственно из обратного потока высокотемпературных контуров, либо из центральной камеры буфера. В обоих случаях вода смешивается, что снижает ее эффективность с точки зрения аккумулирования тепла. Вода с наибольшей пользой для аккумулирования тепла либо очень горячая, либо очень холодная. Приоритетный отбор смешанной воды увеличивает емкость холодной и горячей воды.
- Контуры вентиляции/обогрева с распределением температуры
Особые гидравлические условия в контуре отопления вентиляции изначально приводили к неконтролируемым высоким температурам в обратном трубопроводе, которые можно было устранить путем установки ограничителей температуры в обратном трубопроводе.
- Температурные кривые после первоначальной оптимизации
Записи, сделанные спустя менее шести месяцев после ввода в эксплуатацию модернизированной системы, наглядно демонстрируют технические улучшения (см. также фотографии во вставке 1):
- Рабочее поведение теплогенератора
Рис. 11: Многоходовой смеситель "rendeMIX" делает это возможным: возвратный поток кондиционированного воздуха температурой от 45 до 50° C достаточен для подачи на потолочные панели, излучающие тепло, и поэтому имеет низкий уровень температуры, обеспечивающий конденсацию в конденсационном котле. Без смесителя Baunach конденсат и дополнительное тепло дымовых газов были бы потрачены впустую.
Когенерационная установка работает почти 24 часа в сутки. Конденсационный котел включается только при необходимости, если на распределителе больше не достигается необходимая температура потока. Буфер дает "Экокрафту" достаточно времени для запуска, и он также снова снижает свою мощность, когда температура потока достигается. В то время как когенерационная установка всегда вырабатывает тепло при высокой температуре, конденсационный котел работает только при максимально необходимой температуре потока, что благоприятствует использованию конденсационного котла.
- Передача тепловой нагрузки от когенерационной установки
Температурные кривые показывают, как буфер помогает перенести отопительную нагрузку на когенерационную установку. Из буфера можно временно удовлетворить высокотемпературные потребности отопительных контуров и тем самым как можно меньше использовать конденсационный котел.
- Использование тепла в отопительных контурах
Температурные уровни, особенно температуры обратки, показывают потенциал, используемый смесителем Baunach (рис. 11). Сравнительно высокие температуры возврата из вентиляции могут быть использованы в других отопительных контурах, в частности, в потолочных панелях с лучистым излучением в спортивных залах. Таким образом, снижается расход вспомогательной энергии и уменьшается выделение тепла. Кроме того, более сильное охлаждение обратного потока способствует использованию теплотворной способности и расслоению в буфере.
- Приготовление горячей воды без проблем
Поскольку горячая вода производится в буфере и постоянно подается непосредственно от ТЭЦ, нагрузка на горячую воду не может быть определена по температуре в буфере. Однако до сих пор не наблюдалось недостатка воды в кранах, даже в пиковые моменты.
- Потребление газа, включая выработку электроэнергии
Оценка потребления газа по основному счетчику показывает, что отопительная нагрузка, рассчитанная на 24 часа в сутки, не превышает 90 кВт. При расчете на 15 часов в сутки это значение увеличивается до 140 кВт. Эти показатели ниже, чем у старой системы, хотя они все еще включают потребление электроэнергии. Здесь можно увидеть повышение эффективности модернизации. Создание резерва оправдано, поскольку невозможно предположить, что все компоненты системы всегда будут работать оптимально, и в экстремальных случаях могут возникать повышенные нагрузки (например, отопление зала из холодного состояния).
- Работа отопительных контуров
Записи температуры показывают, что достигается сравнительно хорошее распределение, хотя и здесь есть ограничения из-за однотрубной системы отопления. Уровень температуры обратки в сумме всех отопительных контуров близок к точке росы отходящих газов; на следующем этапе испытаний планируется снова зарегистрировать и проанализировать фактическое количество образующегося конденсата. Также планируется установить ограничители температуры обратки, аналогичные тем, что установлены в двух регистрах воздушного отопления, чтобы снизить мощность котла, если температура обратки превысит предельное значение.
Основная структура реконструкции
Требования к проектированию и эксплуатации эффективной и надежной системы отопления
Наиболее распространенной причиной замены системы отопления является выход из строя котла или других важных компонентов, например, системы управления. Однако технический прогресс пересмотрел комплекс мер по модернизации системы отопления. Сегодня необходимо учитывать гораздо больше факторов и тщательно согласовывать компоненты системы. Ниже приведены ключевые моменты на примере реконструкции системы отопления, проведенной в 2013/2014 году на ТТЦ "Боруссии" в Дюссельдорфе.
1. техническая концепция
Мы обязаны бережно расходовать энергию и использовать регенеративные и рациональные способы ее получения. Поэтому, прежде чем просто заменить котел, мы должны всегда спрашивать себя, какие варианты возможны при предстоящей замене котла.
Использование солнечной энергии
- Собственная выработка электроэнергии с помощью комбинированной выработки тепла и электроэнергии
- Установка высокоэффективной технологии производства тепла
- Установка высокоэффективных насосов
- Выбор особо эффективных гидравлических решений
- Выбор специальных стратегий управления
Реконструкция теплоцентрали ДТТЗ имеет особенности практически во всех областях, которые способствуют повышению эффективности и надежности системы. В дополнение к существующим документам по планированию концепция должна основываться на дополнительных измерениях или текущем опыте эксплуатации существующей системы. Вместо того чтобы учитывать запас прочности, необходимо как можно точнее зафиксировать фактические требования. Это касается, в частности, требуемой нагрузки на отопление, потребности в горячей воде и профиля нагрузки на горячее водоснабжение. Следующие моменты можно определить простыми способами:
Нагрузка на отопление
Точками отсчета являются существующая мощность котла, расчетная потребность в отопительной нагрузке и текущая загрузка котла (показания счетчика для определения текущей отопительной нагрузки, зависящей от наружной температуры).
Производительность циркуляционных насосов
Установленные выходы насоса должны быть задокументированы здесь.
Программы времени для подключенных отопительных контуров
Временные программы, установленные в старой системе управления, должны быть задокументированы и сопоставлены с фактическим временем использования. Длительное время ожидания часто указывает на проблемы с поставками.
Кривые нагрева
Установленные кривые нагрева также должны быть задокументированы. Если отопительные контуры не откалиброваны, часто используются завышенные кривые нагрева.
Количество горячей воды
Установив водомер на входе в накопительный бак, можно точно отследить и определить потребность в горячей воде. Это облегчает проектирование накопительного бака и позволяет тщательно и надежно оценить потенциал использования солнечной энергии. Слишком большие накопительные баки оказывают негативное влияние на маржу солнечной энергии.
Профиль крана горячей воды
Счетчик также позволяет определить профиль крана, если показания счетчика снимаются чаще, особенно в пиковое время. Знание профиля отвода имеет огромное значение для проектирования теплообменника горячей воды. Учитывая все вышеперечисленные параметры, ДТТЗ разработал гидравлическую схему, представленную в приведенной ниже схеме, с некоторыми особыми техническими характеристиками.
2 Технические решения
2.1 Комбинированная выработка тепла и электроэнергии
При потребности в электроэнергии более 20 000 кВт-ч/год и круглогодичной потребности в тепле оптимальным вариантом обычно является использование комбинированной выработки тепла и электроэнергии. Профессиональное проектирование, гидравлическая интеграция и управление обеспечивают экономичность работы. Следует позаботиться о том, чтобы когенерационная установка работала как можно дольше и чтобы вырабатываемая электроэнергия в основном потреблялась самой системой.
2.2 Конденсационный котел
В то время как для обычных котлов характерна разность 10-20 К, эффективные конденсационные котлы могут достигать и 20-30 К, что, однако, также является пределом для бойлеров. Необходимо стремиться к следующему: низкая температура распределения (предпочтительно поверхностное отопление), низкая температура возврата (высокий разброс) и работа независимо от воздуха в помещении (предварительный подогрев воздуха для горения).
2.3 Буферный резервуар в качестве гидравлического разделителя
В домах с несколькими отопительными контурами имеет смысл гидравлически развязать генерацию и распределение тепла, поскольку это единственный способ оптимизировать работу отдельных компонентов. Во многих системах для развязки используются гидравлические разделители. Однако их недостатком является то, что они разрушают температурную стратификацию и тем самым снижают эффективность энергосберегающих решений, таких как конденсационные котлы, тепловые насосы или солнечная техника.
2.4 Буферный баллон как комбинированный баллон для отопления и приготовления горячей воды
Поскольку комбинированная выработка тепловой и электрической энергии, а также горячей воды выигрывает от аккумулирования тепла, имеет смысл реализовать эти требования, используя комбинированный накопительный бак в одном компоненте. Это также дает преимущество экономии места. В соответствии с вышеупомянутым аспектом, бак-аккумулятор должен также выполнять функцию гидравлического разделителя с эффектом температурного расслоения. Накопительный бак Zeeh, используемый в ДТТЗ, образцово отвечает этим требованиям.
2.5 Условия работы отопления (программа времени и уровень температуры потока)
Чтобы иметь возможность работать с низкими кривыми нагрева, необходимо гидравлически сбалансировать отдельные отопительные контуры, т.е. отрегулировать расход при полной нагрузке в соответствии с установленной нагрузкой на отопление. Гидравлическая балансировка является необходимым условием для обеспечения минимальных рабочих температур и максимального распространения.
2.6 Распространитель 3-проводной технологии
В разветвленных распределительных сетях обычно существуют различные температурные уровни. Типичным примером является сочетание напольного отопления, радиаторного отопления и вентиляционного отопления. Обратные температуры контура радиаторного отопления могут использоваться в качестве расхода для контура напольного отопления. Таким образом, можно охладить и в большей степени уменьшить объем циркулирующей воды, а также повысить эффективность производства тепла (более высокий КПД конденсационного производства тепла, более низкая потребность циркуляционных насосов во вспомогательной энергии).
2.7 Использование высокоэффективных насосов
Хотя использование высокоэффективных насосов сегодня является обязательным, до сих пор не всегда учитывается тот факт, что переход на эту технологию работает гладко и с полным эффектом только при условии гидравлической балансировки отопительных контуров. Для достижения высоких показателей необходимо не только использовать более эффективные насосы, но и сократить объемные расходы.
2.8 Ограничение температуры возврата
Обратная вода должна быть как можно более холодной. Это можно эффективно регулировать с помощью ограничителя температуры обратной воды.
3. оптимизация системы
После реконструкции или модернизации системы всегда следует планировать этап настройки и мониторинга успешности.
3.1 Регулировка
Хотя сложная система может быть рассчитана теоретически, она все равно требует этапа балансировки, чтобы расход и кривые нагрева были установлены на минимально необходимые значения в соответствии с потребностями. Хорошо, если этап настройки сопровождается записью температурных кривых, и эти кривые также тщательно документируются для последующей оценки. Также полезно сделать кривые видимыми для обслуживающего персонала в котельной.
3.2 Контроль потребления
С помощью проверки потребления можно еще раз убедиться, что желаемый результат достигнут. Проверка потребления должна включать в себя, по крайней мере, определение годовых значений; лучше иметь моментальные снимки на основе ежедневных значений, чтобы проверка системы была возможна в любое время, даже по первому требованию.
4. компоненты системы
4.1 Смеситель Baunach
Смеситель Baunach - это разработка для более эффективной работы отопительных контуров. Помимо прочего, он делает горячую обратную воду из высокотемпературных контуров доступной для низкотемпературных контуров в виде потока. Преимущество технологии заключается в том, что объем циркулирующих потоков уменьшается, а разброс температур увеличивается для более эффективного использования теплотворной способности.
4.2 Технология зарядки и разрядки буферных резервуаров
Здесь также используется специальная технология от HG Baunach GmbH & Co. KG, которая позволяет более эффективно заряжать и разряжать буферную емкость. Чтобы быстро реагировать на потребности в тепле, подача и обратка переключаются одновременно, что также улучшает взаимодействие между двумя теплогенераторами.
4.3 Нагрев горячей воды с помощью гофрированного трубчатого теплообменника
Использование буферных баллонов с теплообменниками из гофрированных труб довольно распространено в небольших диапазонах мощности, но в данном случае оно не соответствует требованиям. Однако, поскольку такой принцип приготовления горячей воды считается очень надежным и менее восприимчивым, накопительный бак был разработан производителем специально для особых требований "Боруссии Дюссельдорф". Преимущество этого решения заключается в том, что нет необходимости в технически сложных станциях подачи свежей воды, а приготовление горячей воды является исключительно гигиеничным. Благодаря специальной технической особенности цилиндра, при необходимости можно реализовать более высокую производительность горячей воды. Это особенно интересно для спортивных клубов, которым часто приходится справляться с кратковременными пиковыми нагрузками.
4.4 Комбинация теплоэлектроцентрали и конденсационного котла
Гидравлическая интеграция теплоэлектроцентрали, в ДТТЗ - типа "Ecopower" от Vaillant, является одной из главных задач собственной электростанции. Вырабатывая собственную электроэнергию, объединение может стать независимым от закупок электроэнергии у населения в той мере, в какой ему удастся достичь высокой маржи прибыли. Необходимым условием высокой рентабельности является достижение максимально возможной продолжительности работы когенерационной установки и умелое использование вырабатываемого тепла. Экономическая выгода в решающей степени зависит от гидравлической интеграции, размеров буферного накопителя и правильного расположения датчиков температуры, которые включаются и выключаются. Первые показатели после ввода в эксплуатацию в августе весьма обнадеживают: когенерационная установка вырабатывает больше электроэнергии, чем требуется ДТТЗ, и для преодоления пиковых нагрузок приходится закупать всего несколько киловатт-часов электроэнергии.
Мартин Хальбрюгге, Ecoteam
www.ecoteam-nrw.de
Дипломированный инженер Бернд Генат журналист-фрилансер, Дюссельдорф.
Скачать техническую статью в формате PDF
