Багатоходовий змішувальний колектор забезпечує безперервну роботу ТЕЦ

Модернізація опалення автосалону з АЗС та автомийкою: гідравліка системи для різних температур системи, ефективне використання конденсаційного котла та максимальний час роботи ТЕЦ

Енергоефективність, як правило, розуміється як діяльність, спрямована на економію енергетичних витрат. Для об'єктів з високим цілорічним попитом на енергію енергоефективність може також полягати в отриманні більшої кількості корисної енергії з тієї ж кількості палива. Одним із прикладів є комплексна модернізація системи опалення автосалону з АЗС, магазином та автомийкою. Впроваджена там система забезпечує інтелектуальне управління буферами з утилізацією повернення та оптимізацією вартості конденсації завдяки використанню багатоходових змішувальних колекторів. Порівняння витрат на енергоносії, пов'язаних з кількістю палива, до і після показує, як це впливає на витрати на енергоносії. Як і моделі автомобілів у новому автосалоні вище, теплогенератор для автосалону Bärenstrauch у Шессліці працює з 4-тактним двигуном внутрішнього згоряння під капотом. Однак у котельні основна увага приділяється не мобільності, а ефективному енергозабезпеченню. Там, де до початку 2012 року спалювалося близько 3 000 літрів мазуту на рік, міні-ТЕЦ тепер виробляє тепло та електроенергію одночасно. Хоча рахунки залишаються приблизно такими ж, як і раніше, вихід енергії значно вищий.

Рис. 1: Для розподілу тепла використовувалися багатоходові змішувальні колектори HG Baunach GmbH & Co. KG були використані разом з трикамерним колектором. Послідовність виходів колектора залежить від градієнта температури в зворотному потоці в напрямку потоку до буферного циліндра

Високий попит на тепло та електроенергію цілий рік

До модернізації енергетичний баланс автосалону з майстернею, автозаправною станцією та автомийкою самообслуговування показував, що високий і безперервний попит на теплову та електричну енергію потрібно було задовольняти цілий рік. Наприклад, кондиціонування та охолодження в магазині АЗС, автомийці, майстерні та автосалоні нових автомобілів потребують близько 130 000 кВт-год електроенергії на рік. Окрім опалення майстерні, магазину АЗС та двох квартир на верхньому поверсі будівлі компанії, автомийка споживає велику кількість гарячої води, а взимку вона також повинна бути незамерзаючою. Система настінного опалення в приміщенні автомийки захищає водонапірне обладнання від замерзання, а зовні автомийки система опалення на відкритому повітрі запобігає небезпеці ожеледиці. Планування комплексних заходів з модернізації супроводжувалося консультантом з питань енергоефективності, який спочатку провів детальне дослідження поточної ситуації. Житлово-комерційна будівля, побудована в 1971 році, має чисту площу 1 239 м², включаючи автосалон. Розрахунки показали, що загальна річна потреба в кінцевій енергії для існуючої будівлі становить 499 550 кВт-год/рік. "Визначені величини споживання і той факт, що велика кількість гарячої води та електроенергії необхідна безперервно протягом року, призвели до прийняття рішення на користь комбінованого виробництва тепла та електроенергії", - повідомляє Ральф Нюссляйн, власник спеціалізованої компанії. Robert Nüßlein GmbH у місті Шесліц-Вюргау. Метою було досягти оптимального використання енергії з високою ефективністю виробництва тепла.

Споживачі тепла з різними гідравлічними вимогами

Окрім цільової енергоефективності, проект модернізації поставив перед Ральфом Нюсляйном ще один виклик: Споживачі тепла складаються з високотемпературних і низькотемпературних контурів, кожен з яких має різну температуру в системі. Система опалення має обслуговувати п'ять різних груп опалювальних контурів:

Повітронагрівач для автомайстерні (80/65 °C),
Нагрівання ГВП для житлового будинку, нагрівання ГВП для мийки самообслуговування (80/65 °C),
Радіаторні контури опалення для нового автосалону та офісу (75/55 °C),
Підлога з підігрівом для квартир на 2-му поверсі, стіни з підігрівом для пральної системи самообслуговування (40/30 °C),
Нагрівання системи миття на відкритому повітрі (розділення системи - робота з гліколевою сумішшю, 30/ 20 °C).

Рис. 2: Ральф Нюссляйн збільшив вихід енергії з кількості використаного палива за допомогою комбінованого виробництва теплової та електричної енергії, управління гідравлічним буфером та утилізації зворотної води

Інженер-теплотехнік Nüßlein вирішив складну гідравлічну задачу за допомогою багатопортових змішувальних колекторів. Змішувальні групи "rendeMIX" від виробника HG Baunach працюють за принципом п'ятиходового змішувача. Привід rendeMIX з'єднує два з трьох входів з одним виходом. Таким чином, або гаряча вода змішується з теплою, або тепла вода з холодною. Це не тільки максимізує температуру, доступну в мережі опалення, але й знижує температуру води, що повертається до теплогенератора. Система включає спеціально розроблений трикамерний колектор з додатковою зворотною камерою. Ця технологія реалізує принцип утилізації зворотного потоку - тобто поступове зниження температури зворотного потоку. Якщо, наприклад, у зворотному потоці високотемпературного контуру є надлишок теплової енергії з температурою 60 °C, то цей доступний рівень температури використовується для живлення опалювального контуру, який потребує, наприклад, температури подачі від 50 до 60 °C. Лише коли теплової енергії зі зворотного потоку контуру з вищою температурою системи більше не вистачає для покриття потреби в теплі, багатоходові змішувальні колектори отримують доступ до буферного накопичувача.

Безперебійна робота ТЕЦ, незважаючи на невеликий буферний резервуар

Рис. 3: Система rendeMIX, підключена між когенераційною установкою та буферним накопичувачем, забезпечує завантаження буферів за двозонним принципом і водночас забезпечує підживлення зворотного потоку до когенераційної установки

Потреби в теплі базового навантаження та виробництві електроенергії в автосалоні Bärenstrauch покриваються когенераційною установкою Senertec Dachs потужністю 15 кВт._thта 5,5 кВт_elнакритий. Газовий конденсаційний котел Vitodens від Viessmann з номінальною тепловою потужністю 100 кВт слугує котлом пікового навантаження. "Котел пікового навантаження постійно працює в режимі конденсації - якщо він взагалі працює, оскільки когенераційна установка працює майже безперервно", - каже Ральф Нюссляйн. Обидва теплогенератори отримують низькі температури на виході через багатопортовий змішувальний колектор - у поєднанні з трикамерним колектором і трактом через нижню буферну зону - і таким чином досягають тривалого часу роботи. Це досягається, незважаючи на порівняно невеликий буферний об'єм. Через невелику висоту приміщення в котельні (трохи менше 2 метрів) можна було встановити лише 900-літровий буферний бак.

Турбо для теплообмінника відпрацьованих газів ТЕЦ максимізує використання теплоти згоряння

Щоб максимізувати вихід енергії, когенераційна установка також працює з утилізацією конденсату. Однак, з досвіду Ральфа Нюсляйна, недостатньо просто підключити конденсаційний теплообмінник: "У когенераційній установці вся система повинна бути точно відрегульована, якщо ми дійсно хочемо отримати додатковий приріст енергії за рахунок використання конденсаційного котла". Для цього інженер-теплотехнік, який добре розбирається в системній гідравліці, встановив багатопортовий змішувальний колектор типу "Конденсатор rendeMIX 3 x 3" з'єднаний між когенератором та буферною ємністю. Абревіатура "3 x 3" означає, що три входи або виходи контролюються як з боку теплогенератора, так і з боку буферної ємності. Конденсатор гарантує, що з нижньої буферної зони буферного накопичувача відбирається лише обмежена кількість опалювальної води з низькою температурою. Таким чином, процес розшарування залишається в значній мірі непорушеним. Ефект цього змішувального розподільника між когенераційною установкою, теплообмінником димових газів і буферною ємністю можна визначити за показаннями термометрів у системі: Під час візиту на об'єкт в грудневий день вони показали різницю температур близько 8 К між зворотним потоком з буферної ємності (38 °C) і потоком з теплообмінника димових газів (46 °C). Приріст тепла від використання конденсаційного котла використовується для підсилення зворотного потоку для когенераційної установки, завдяки чому досягається тривалий і безперебійний час роботи установки.

Більше доступної корисної енергії плюс виробництво електроенергії з тієї ж кількості палива

Рис. 4: Температури показують, що в буферному циліндрі відбувається непорушене розшарування, і що газоконденсатний котел отримує низькі температури на виході, необхідні для конденсації димових газів.

Для того, щоб визначити успішність заходів з гідравлічної оптимізації, в систему інтегровано сім лічильників тепла - автосалон є сімейною компанією, тому система опалення також слугує "випробувальною лабораторією" для Ральфа Нюссляйна. Оцінка за весь 2013 рік показує, що загальна кількість годин роботи когенераційної установки склала 7 589, 800 з яких припадає лише на холодний січень. "Завдяки модернізації системи опалення та оптимізації системної гідравліки з тієї ж кількості первинної енергії тепер можна отримати значно більше корисної енергії", - підсумовує Ральф Нюсляйн. У порівнянні з попередньою системою опалення, наприклад, вся потреба в енергії для системи автомийки - опалення, приготування гарячої води та захист від замерзання - може бути покрита без додаткового споживання енергії. Крім опалення, завдяки великій кількості річних годин роботи система когенерації у 2013 році заощадила 41 000 кВт-год електроенергії.