Спортивні об'єкти не повинні бути бідним родичем
Приклад системи опалення на когенераційних установках Німецький центр настільного тенісу
Окремі та нові елементи опалювальної техніки у відремонтованому Німецький центр настільного тенісу в Дюссельдорфі Тому акцент на "інноваційний" не є доречним, оскільки компоненти вже на кілька років вийшли зі стадії інновацій: Конденсаційні котли та когенераційні системи зараз є найсучаснішими, а принцип багатоходового змішувача набуває все більшого поширення. Що робить установку в ДТТЗ вартою уваги, так це розташування зразкового теплопостачання, а саме в спортивному об'єкті, який, як правило, є бідним родичем з точки зору опалювальної техніки, продуманість комбінації приладів з точки зору схемотехніки та її документально підтверджена ефективність.
Державні замовники свідомо інвестували у зразкові технічні послуги будівлі, подаючи приклад для подібних об'єктів. Звісно, пакет ремонтних робіт може бути взірцевою моделлю лише тоді, коли він доведе свою ефективність. Однак перші результати вже явно свідчать на користь цього, як видно з інформативних звітів про вимірювання. Один із наріжних каменів другого місця німецької команди з настільного тенісу на Чемпіонаті світу 2014 року в Токіо знаходиться в Дюссельдорфі. Точніше, в районі Графенберг, а саме в Німецькому центрі настільного тенісу DTTZ (зображення 1), який знаходиться в будівлі традиційного клубу "Боруссія" Дюссельдорф. Вітрини "Боруссії" містять безліч трофеїв за виграні чемпіонати Німеччини. Гравці клубу регулярно входять до абсолютної світової еліти, такі як Штеффен Фетцнер і Йорг Роскопф, які виграли парний розряд на чемпіонаті світу 1989 року, або нинішній професіонал Тімо Болл. Він здійснив подвиг, тимчасово досягнувши першого місця у світовому рейтингу, випередивши переважаючих китайців.
Зображення 1: Німецький центр настільного тенісу в Дюссельдорфі (DTTZ)
Унікальний в Німеччині
У 2006 році Німецька асоціація настільного тенісу (DTTB) перенесла свій центр талантів з Гейдельберга до Дюссельдорфа. Це приміщення та можливості, пов'язані з рекордним чемпіонським клубом "Боруссія", запропонували більш ефективні структури для розвитку майбутніх поколінь. Це означає, що і DTTB, і фінансисти проекту - місто Дюссельдорф (50 %), земля Північний Рейн-Вестфалія (30 %) і федеральний уряд (20 %) - природно, покладають великі надії на інвестиції в розмірі 5 мільйонів євро в національну базу (зі школою-інтернатом).
Перебування на другому місці після Китаю задовольняє цей попит на національну команду. Однак стабільність найвищого рейтингу частково залежить від безперервного використання та зручності об'єкта, тобто його привабливості. Тому залучені сторони усвідомлювали, що їм доведеться нести подальші витрати. Коли тренувально-змагальний центр був переданий ДТТБ у 2006 році, планувальники оцінили щорічні експлуатаційні витрати лише на технічне обладнання у 200 000 євро. Одна з причин цієї відносно високої статті витрат криється в гармонійному поєднанні старого і нового. Реалізований проект з інтеграцією національної бази у власність клубу в Графенберзі повинен був максимально використовувати існуючі установки в частині енергопостачання - що, втім, стосується реконструкції в цілому. Понад 5 мільйонів євро на будівлі та технології просто не було в наявності.
Нове і старе з'єднані ластівчин хвіст
Рисунок 2: Частина вентиляційної системи
Комплекс будівель датується 1994 роком, коли його побудував голландський генеральний підрядник. Він привіз із Нідерландів технологію опалення - атмосферний газ - для свого субпідрядника. Однак після завершення будівництва і генеральний підрядник, і виробник установки пішли з ринку. Тому компанія Florack GmbH з Дюссельдорфа вже багато років відповідає за обслуговування будівлі. Це призвело до великого обсягу робіт. Дефекти в старій системі виникли відносно швидко, починаючи від системи управління і закінчуючи дефектами в однотрубній системі опалення, наприклад, у клапанах. На лініях їх було багато: 240 штук. Ремонти та часткові реконструкції заповнювали книгу замовлень. У якийсь момент додалася система вентиляції для великого залу, так що котел вже не міг підтримувати комфортну температуру в приміщеннях, навіть коли працював 24 години на добу. Додаткові 120 кВт для системи вентиляції перевищили його запас потужності. На цей час теплогенератору не залишалося нічого іншого, окрім як розподіляти дефіцит.
Зображення 3: Технологія вентиляції отримала етап осушення лише в наступні роки. До того, як це було зроблено, професіонали грали в несприятливі дні, буквально огорнуті пеленою вологи. На фото праворуч співробітник DTTZ і будівельний технік Данило Енц, на задньому плані поруч з консультантом з питань ТЕЦ Пітера Вебера Тіло Браун з компанії Vaillant
Цей недолік ставав все більш очевидним зі зростанням популярності настільного тенісу завдяки успіхам національної збірної та клубу "Боруссія" Дюссельдорф: вологе і мокре повітря в приміщенні замість орієнтованого на подачу м'яча. Орієнтація на подачу означає, що вид спорту з целулоїдними м'ячами, як відомо, вразливий до вітру та протягів. Легка, як пір'їнка, кулька важить лише 2,7 грама, тому практично будь-який подих вітру збоку може здути її в потрібному напрямку. Менш відомо, однак, про значний вплив вологості на траєкторію польоту. Професіонали грають з топспіном. Ця особлива техніка удару змушує м'яч обертатися, що робить його напрямок важко передбачуваним після відскоку від столу.
Майже немає топ-спіну у вологих умовах
Чим вище тертя між м'ячем і ключкою, тим вище обертання. Волога, з іншого боку, послаблює результат. Вона буквально вкриває ворсисте покриття ракетки змащувальною плівкою. М'яч втрачає обертання і стає передбачуваним для суперника. Стара система була влаштована так: Випромінюючі стельові панелі (див. рис. 1) в основному працювали в поєднанні з великою часткою зовнішнього повітря. Припливне повітря надходило під стелю до регістрів без осушення, нагріваючи їх і виштовхуючи вниз. Це підвищувало відносну вологість у залі, особливо у вологі та дощові дні. Під час матчів Бундесліги чи національних збірних з тисячею і більше глядачів вона вже коливалася навколо допустимої межі. "Допустима" тут не стосується гігієнічних умов комфорту, "допустима" стосується целулоїдного м'яча і ракетки. "У невдалі дні ми буквально грали в тумані", - згадує Йо Пьорш, генеральний директор "Боруссії Дюссельдорф", озираючись назад. Тому в 2009 році система вентиляції (рис. 2) була переобладнана для створення системи кондиціонування, свіже повітря не проходило через стельові радіатори - хоча панелі з гарячою водою, що протікала через них, були збережені - і натомість проходило через належну стадію осушення (рис. 3), що стало одним з перших заходів модернізації. Ця модернізація гарантувала, що в гру знову можна буде грати належним чином.
Економічна ТЕЦ
Зображення 4: Виробництво тепла (та електроенергії) в реконструйованому ДТТЗ забезпечується когенераційною установкою Vaillant з електричною потужністю 4,7 кВт і тепловою - 12,5 кВт та газовим конденсаційним котлом "Ecocraft". Праворуч - інженер-технолог Петер Вебер з будівельної компанії Florack GmbH, Дюссельдорф; в центрі - консультант з питань енергетики Мартін Хальбрюгге з компанії Ecoteam, Хальвер. Крайній зліва - розробник rendeMIX Ганс-Георг Баунах (Hans-Georg Baunach)
З цим та іншими розширеннями час атмосферного газового котла нарешті добіг кінця. Як уже зазначалося, він все одно був здатний забезпечувати об'єкт теплопостачання з максимальною температурою подачі 40 °C в опалювальний період. Тому у 2013 році за порадою Агентства з охорони довкілля міста Дюссельдорф було повністю модернізовано систему опалення будівлі, в тому числі встановлено газовий конденсаційний котел, який підтримувався невеликою когенераційною установкою. Чому саме Агентство з охорони навколишнього середовища? Тому що влада столиці землі пропонує спортивним клубам поради щодо енергоефективних установок на тлі кліматичних дебатів. Енергоефективність не обов'язково є головним пріоритетом у багатьох об'єктах, що належать клубам. Хоча кожна команда менеджерів клубу з підозрою спостерігає за зростанням енергетичних та операційних витрат, вони рідко стають основними темами роботи з огляду на різнорідні інтереси членів клубу. Члени клубу в першу чергу хочуть, щоб теплопостачання функціонувало, а не було економічним. Державний сектор, з іншого боку, як орган, що фінансує або субсидує, розглядає електроенергію та опалення в першу чергу як фактор витрат. До речі, про фактор вартості: чому міська влада зробила вибір на користь невеликої ТЕЦ, незважаючи на те, що місто, як відомо, має обмежені фінансові ресурси? "Існує суспільний інтерес до спортивних об'єктів. Коли мова йде про інвестиції, державний сектор вкладає певний відсоток. Це стосується всіх районних спортивних об'єктів. Якщо тепер до уваги беруться ще й екологічні вимоги, то місто також готове прийняти дещо більшу дотацію. Так і сталося в цьому випадку", - пояснює напівофіційний консультант з питань енергетики Мартін Хальбрюгге. Його інжинірингова фірма IAS Halbrügge доручила агентству з охорони навколишнього середовища енергетичний менеджмент DTTZ, створення генерального плану - звідси й атрибут "напівофіційний".
Важливо: аналіз профілів навантаження
Рисунок 5: Тісне приміщення заводу вимагало компактної установки
Строго кажучи, мова йде не просто про громадський інтерес, а про громадську будівлю. Нова будівля, що з'явилася у 2005/2006 роках з будівництвом Німецького центру настільного тенісу на території "Боруссії", є муніципальною. А гравці в малий теніс також побудували власну цегляну будівлю в 1994 році, значною мірою за рахунок федерального, земельного та міського фінансування, оскільки вже тоді тренувальна база мала важливе значення за межами клубного рівня. "Наша основна робота, - пояснює інженер-спеціаліст, - спочатку полягала в аналізі споживання. Когенераційна установка була очевидним вибором, коли стали зрозумілими теплові та електричні потреби. Теплова енергія: лише в 16 номерах готелю вода в душі тече два-три рази на день, а саме після кожного тренінгу, понад 300 днів на рік. Коли немає навчальних курсів, учасники та відвідувачі численних дюссельдорфських виставок полюбляють зупинятися в готелі. Електричні вимоги до освітлення, насосів та обладнання все одно існують цілий рік". Мартін Хальбрюгге записав профілі навантаження і підрахував величезну економію коштів у разі встановлення когенераційної установки, оскільки комплекс споживає або може споживати електроенергію, яку виробляє сам, протягом 8 000 годин або більше на рік. Обрана установка "Ecopower" від Vaillant (рис. 4) з тепловою потужністю 12,5 кВт (4,7 кВт електричної) виглядає скромно порівняно із загальною тепловою потребою в 280 кВт, але 280 кВт враховує найбільш несприятливий зимовий сценарій з повними тренувальними залами, заповненістю готелю, проведенням змагань (глядацькі трибуни) та іншими додатковими факторами. Потреба в теплі у спортивному центрі з готелем зазнає значних коливань.
Жодних втрат через нову ЕЕГ
До речі, через електричну потужність 4,7 кВт нові положення про сплату надбавки EEG не впливають на прибутковість "Екопауер". Хоча нова ТЕЦ (яка вводиться в експлуатацію після 1 серпня 2014 року) тепер також повинна робити фінансовий внесок у розширення "зелених", скасування попереднього звільнення від сплати надбавки EEG зачіпає лише машини з електричною потужністю понад 10 кВт. "А з договором на технічне обслуговування оператор знаходиться на безпечній стороні. Хоча він і так не повинен надто турбуватися про надійність генераторної установки. Ми працюємо з компанією Remscheid вже багато років, як у сфері комбінованого виробництва теплової та електричної енергії, так і газового тепла, і ніколи не виникало жодних проблем, про які варто було б згадати", - говорить Петер Вебер, керуючий директор компанії Florack GmbH, пояснюючи, чому він порадив своєму клієнту комбінувати "Ecopower" з конденсаційним котлом "Ecocraft". Петер Вебер отримав проектну підтримку щодо енергетичних технологій Vaillant від Тіло Брауна, дипломованого інженера та інженера з продажу відновлюваних джерел енергії в одній з провідних світових компаній в галузі опалювальної та енергетичної техніки (оборот групи Vaillant за 2013 рік - 2,381 млрд. євро, 12 000 співробітників). Експертиза компанії Florack GmbH у сфері когенерації була доступна замовнику DTTZ у вигляді квазі-ліцензії, виданої компанією Vaillant. Виробник занепокоєний ризиком того, що його провідне ім'я може бути заплямоване неякісною роботою. Пошкодження може кинути тінь на весь бренд. З цієї причини тільки клієнти Vaillant, які пройшли інтенсивне навчання на заводі, отримують когенераційну технологію, технічне обслуговування, запасні частини та гарантійні зобов'язання.
Принцип багатоходового змішування як вихід із ситуації
Рис. 6: Установка змішувача для п'яти опалювальних контурів плюс один нерегульований високотемпературний контур (вентиляція, праворуч). Опалювальні контури, керовані "rendeMIX", обслуговують, серед іншого, променисті стельові панелі (велика зала) і радіаторні системи (готель, мала зала, роздягальня). Детальніше див. також розділ "Аналіз записів температури"
Когенераційна установка та котел супроводжуються достатнім за розмірами буферним резервуаром для оптимізації ефективності. Реконструкція також включала заміну частково зношеної системи розподілу тепла. Як згадувалося раніше, деякі змішувачі та клапани вже не працювали, а насоси потрапили в категорію "пожирачів енергії". Однак технічний центр вже тріщав по швах (рис. 5). Ділянка не дозволяла здійснити додаткове розширення. Тому зацікавленим сторонам довелося вдатися до компактної системи з помірним об'ємом накопичувача 1 500 літрів для всієї спортивної та готельної території та впровадити деякі спеціальні технічні особливості, щоб не йти на значні компроміси з точки зору енергоефективності. Наприклад, інтеграція багатоходового змішувача "rendeMIX" була очевидним вибором. Тільки ця розумна розробка (рис. 6) дозволяє в принципі обходитися відносно невеликим накопичувальним баком: регулювальний клапан забезпечує значно стабільнішу стратифікацію та енергозберігаюче завантаження і розвантаження. В результаті, схема створює буфер, який завдяки двозонній зарядці та розрядці має майже вдвічі більшу ємність, ніж звичайна однозонна система зарядки та розрядки з таким самим вмістом.
Гаряче залишається гарячим довше
Крім того, змішувач не направляє гарячу зворотну воду назад в бак, якщо це необхідно, а безпосередньо в опалювальні контури, для яких температура подачі від панелей радіаторної стелі, наприклад, знаходиться в діапазоні від 45 до 50 ° C. Цього рівня цілком достатньо в якості подачі для певних низькотемпературних контурів. Цього рівня цілком достатньо для певних низькотемпературних контурів. "Тут ми поєднуємо дві технології: двозонний розбір, коли ми спочатку беремо гарячу воду з центру та охолоджуємо її, перш ніж отримати доступ до цінної гарячої води з верхньої буферної зони, та використання зворотного потоку, якщо цього достатньо для деяких споживачів. Це означає, що лінії високотемпературного контуру роблять свій зворотний потік доступним для центральних з'єднань у вигляді потоку" (рис. 8), - пояснює схему економії Ганс-Георг Баунах, розробник "rendeMIX". Профілактика легіонельозу та гігієнічне питне водопостачання, природно, також були на порядку денному під час реконструкції та модернізації. Планувальникам було нелегко відповісти на питання, як покрити піковий попит. Навчальний центр плюс готель не вписуються у звичні правила визначення розмірів резервуарів для зберігання води. Тому виробник обладнання Florack та офіс у Хальбрюгге спочатку встановили лічильники гарячої води для аналізу споживання. За рекомендацією Vaillant та після аналізу результатів вимірювань вони встановили систему "Zeeh" Йоахіма Зее з Бокау/Ерцгебірге в Саксонії через її високу гнучкість. Постачальник ТЕЦ Remscheid вже деякий час співпрацює з саксонською компанією.
Водонагрівач з турбонагнітачем
Рис. 7: Контур котла працює через два перемикаючі клапани (з приводами оранжевого кольору). У режимі опалення з погодною компенсацією (з пріоритетом ГВП) багатоходовий змішувач забирає сіру воду з нижньої частини буфера 40 (рис. 8), подає її в котел і назад до центрального підключення через відповідне положення клапана. У режимі пріоритету обидва клапани перемикаються, тобто змішувач забирає воду з центру і подає її назад у верхній частині
Рисунок 8: Буферні з'єднання з поточною температурою 65 °C у верхньому з'єднанні, 44 °C у середньому та 40 °C у нижньому з'єднанні.
По суті, це опалювальний буферний бак з інтегрованим підігрівом ГВП в проточному режимі (рис. 9). Зверху, в гарячій зоні циліндра, гофрована сталева труба (тобто з великою площею поверхні) підвішена коаксіально в трубі-оболонці. Таким чином, цей пристрій утворює протитечійний теплообмінник: холодна вода тече вгору по гофрованій трубі з нержавіючої сталі, а нагрівальна вода тече вниз з найгарячішої точки циліндра, охолоджуючись (приблизно на 15 °C) і зберігаючись в найнижчій точці. Здебільшого це відбувається без використання електричної енергії. Лише під час пікових навантажень або при низькій температурі в баку автоматично вмикається зарядний насос - залежно від різниці температур і швидкості потоку - для модуляції та збільшення потоку ("турбонагнітач"), щоб швидко нагріти теплообмінник об'ємом приблизно 40 літрів. Через відсутність достатнього часу перебування та високі температури бактерії легіонели не процвітають у цьому середовищі.
Малюнок 9: Система зарядки баку "Zeeh". Коли температура гарячої води знижується, зарядний насос запускається і направляє додаткову накопичувальну воду через трубчастий теплообмінник, подібно до системи турбонагнітача
Звичайно, циркуляційна дезінфекція з'єднувальних труб все одно повинна бути забезпечена. Це забезпечується додатковим невеликим високотемпературним теплообмінником в резервуарі у вигляді вбудованого циркуляційного ламелі в гофрованій трубі для економії теплової енергії. Метою є звести до мінімуму кількість мікробів у всій системі. Орган охорони здоров'я регулярно перевіряє це, і не лише відповідно до нової постанови про питну воду. Громадські будівлі, спортивні споруди, басейни, школи та дитячі садки завжди були об'єктом регулярних перевірок. З точки зору технології, зворотний потік циркуляційної системи потрапляє в гарячу зону буфера при температурі трохи нижче 60 °C, таким чином стабілізуючи стратифікацію.
Чому ТЕЦ вписується в схему
Блок "Екопауер" від Vaillant виробляє 70 °C. Вони з легкістю регулюють температуру гарячої води. Система вентиляції також вимагає високих температур, оскільки відносно невеликі повітрообмінники повинні щогодини піднімати 30 000 кубометрів припливного повітря до кімнатної температури при температурі до мінус 10 °C, так би мовити. Вирішальним фактором тут є осушення повітря, щоб уникнути утворення туману в залі. Система спочатку охолоджує повітря для осушення, але потім повинна підняти холодне повітря до рівня припливного при відносно високій температурі за короткий проміжок часу за допомогою звуженої поверхні теплообмінника. Ці температурні піки "автоматично" забезпечуються когенераційною установкою. У будь-якому випадку, виробники котлів зазвичай вимагають обмеження максимального розкиду, і когенераційна установка задовольняє цю вимогу. 
Це пов'язано з тим, що поки система може працювати в погодно-регульованому режимі для покриття опалювального навантаження в діапазоні температур нижче 50 °C, когенераційна установка намагатиметься завантажити верхню частину буферної ємності з необхідною піковою температурою, щоб котел міг забезпечити низький рівень температури в енергозберігаючий спосіб. Температурні сигнали від перемикаючих клапанів визначають, чи працює конденсаційний котел або когенераційна установка. VUV означає клапан перемикання подачі, а RUV - клапан перемикання обратки. На діаграмах показані деякі температурні та робочі стани. До реконструкції (верхня діаграма) котел (червоний) цілодобово забезпечував високу температуру для нагрівання стельових панелей і вентиляції, не було ніякого регулювання температури подачі, орієнтованого на попит.
На другій діаграмі зверху, після реконструкції, конденсаційний котел покриває базове навантаження через бак-акумулятор. У м'яку неділю, 26 січня 2014 року, котел працював лише вночі з урахуванням вентиляційного потоку (третя діаграма). Вдень температура подачі коливалася між 40 і 50 °C, а вентиляція забезпечувалася за рахунок потенціалу накопичувального бака. Однак, коли система вентиляції вмикається на 50 або 60 кВт, акумулююча система швидко вичерпує свої можливості. Котел змушений працювати інтенсивніше. На діаграмі нижче показані температурні криві після встановлення системи регулювання температури подачі, орієнтованої на попит.
Аналіз записів температури
Відправна точка
Експлуатаційні дані системи опалення в DTTZ Borussia Düsseldorf (на рис. 10 показано попит в комплексі DTTZ) були записані до і після реконструкції, щоб мати можливість відстежувати успіх реконструкції та модернізації. Були зроблені наступні записи: Березень 2013 року ? Споживання води після встановлення лічильників на вході в бак гарячої води ? Температура опалювального контуру ? Температура котла серпень 2013 року ? Запис режимів роботи ТЕЦ січень-лютий 2014 року ? Робочі температури конденсаційного котла та ТЕЦ? Температури обратки всіх опалювальних контурів та вентиляційної системи окремо Крім того, з моменту введення в експлуатацію лічильники регулярно знімалися.
Оцінка старої системи
Записи показують, що теплогенератор більше не регулювався відповідно до попиту, а працював на максимальній робочій температурі 24 години на добу за допомогою терморегулятора котла. Температура подачі в опалювальних контурах регулювалася відповідно до часу використання, але розкид був досить низьким. Вентиляція була недостатньою. Встановлені лічильники води використовувалися для визначення споживання гарячої води, а також для отримання еталонних значень щодо ударного навантаження. Показання газових лічильників надавали інформацію про необхідне навантаження на опалення.
Рисунок 10: Попит у комплексі DTTZ-Borussia
Спостерігаючи за робочими характеристиками, наступні моменти були швидко покращені відразу після введення в експлуатацію:
- Поведінка перемикання когенераційної установки
Спостерігаючи за режимом увімкнення та вимкнення когенераційної установки, можна було оптимізувати розташування відповідних датчиків на буфері. Когенераційна установка завжди повинна в першу чергу виробляти тепло і в той же час працювати якомога довше, щоб досягти високої частки самогенерованої електроенергії. Розташування датчиків може впливати на поведінку перемикання; розташування залежить від взаємодії буферної ємності з теплоспоживанням опалювальних контурів і приготуванням гарячої води.
Принцип роботи змішувача деталей
Два змішувачі праворуч знаходяться приблизно на третину в синьому діапазоні, тобто в даний момент вони отримують воду тільки з центральної буферної камери і власного повернення. Змішувач зліва отримує приблизно дві третини води з центральної камери і одну третину з верхньої камери. Кожен зі змішувачів Baunach постійно забирає гарячу воду з центрального з'єднання протягом більшої частини діапазону регулювання. Енергетична перевага полягає в тому, що ця вода надходить або безпосередньо зі зворотного потоку високотемпературних контурів, або з центральної камери буферної ємності. В обох випадках вода змішується, а це означає, що вона має меншу користь з точки зору збереження тепла. Вода з найбільшою користю для зберігання тепла є або дуже гарячою, або дуже холодною. Пріоритетний відбір змішаної води збільшує ємність холодної та гарячої води.
- Контури вентиляції/обігріву з розподілом температури
Особливі гідравлічні умови у контурі вентиляційного опалення спочатку призвели до неконтрольовано високих температур у зворотному трубопроводі, які можна було виправити, встановивши обмежувачі температури у зворотному трубопроводі.
- Температурні криві після початкової оптимізації
Записи, зроблені трохи менше ніж через шість місяців після введення в експлуатацію модернізованої системи, вражаюче демонструють технічні вдосконалення (див. також фотографії у Вставці 1):
- Поведінка теплогенератора під час роботи
Рис. 11: Багатоходовий змішувач "rendeMIX" робить можливим: зворотний потік кондиціонованого повітря з температурою від 45 до 50° C є достатнім для подачі на радіаторні стельові панелі і, таким чином, має низький рівень температури, що забезпечує конденсацію в конденсаційному котлі. Без змішувача Baunach вигода від конденсації та додаткове тепло димових газів були б втрачені даремно.
ТЕЦ працює майже 24 години на добу. Конденсаційний котел вмикається лише тоді, коли це необхідно, якщо в розподільнику більше не досягається необхідна температура потоку. Буфер дає "Екокрафту" достатньо часу для запуску, а також знову знижує його потужність, коли температура потоку досягається. У той час як когенераційна установка завжди виробляє тепло при високій температурі, конденсаційний котел працює лише при максимальній необхідній температурі подачі, що сприяє більш ефективному використанню конденсаційного котла.
- Передача теплового навантаження когенераційною установкою
Температурні криві показують, як буфер допомагає змістити навантаження на опалення на когенераційну установку. Можна тимчасово задовольнити високі температурні вимоги опалювальних контурів за рахунок буферу і таким чином використовувати конденсаційний котел якомога менше.
- Використання тепла опалювальних контурів
Температурні рівні, особливо температури зворотного повітря, показують потенціал, який використовує змішувач Баунаха (рис. 11). Порівняно високі температури зворотного повітря вентиляції можуть бути використані в інших контурах опалення, особливо в панелях радіаторної стелі спортивних залів. Таким чином, допоміжна енергія зменшується і зменшується вироблення тепла. Перш за все, більше охолодження рециркуляційного повітря сприяє використанню теплотворної здатності та стратифікації в буфері.
- Приготування гарячої води без проблем
Оскільки гаряча вода виробляється в буферній ємності і постійно постачається безпосередньо від ТЕЦ, навантаження на гарячу воду не може бути визначене за температурою в буферній ємності. Однак досі крани не відчували нестачі гарячої води, навіть у пікові моменти.
- Споживання газу, включаючи виробництво електроенергії
Оцінка споживання газу на головному лічильнику показує, що навантаження на опалення, виходячи з 24 годин на добу, не перевищувало 90 кВт. З урахуванням 15 годин на добу це значення зростає до 140 кВт. Ці значення є нижчими, ніж у старій системі, хоча вони все ще включають споживання електроенергії. Підвищення ефективності від модернізації можна побачити тут. Забезпечення резерву є виправданим, оскільки не можна припустити, що всі компоненти системи завжди будуть працювати разом оптимально, а в екстремальних випадках можуть виникати підвищені навантаження (наприклад, обігрів залу з холодного стану).
- Робота опалювальних контурів
Записи температури показують, що досягається порівняно хороший розкид, хоча тут є обмеження, пов'язані з однотрубною опалювальною системою. Загальний рівень температури зворотної лінії всіх опалювальних контурів близький до точки роси димових газів; на наступному етапі випробувань буде зафіксовано та проаналізовано фактичну кількість конденсату, що утворюється. Також планується встановити обмежувачі температури зворотної води, подібні до тих, що встановлені в двох регістрах повітряного опалення, для зменшення потужності котла, якщо температура зворотної води перевищує граничне значення.
Базова структура реконструкції
Вимоги до проектування та експлуатації ефективної та надійної системи опалення
Найпоширенішою причиною заміни системи опалення є вихід з ладу котла або інших важливих компонентів, таких як система управління. Однак технічний розвиток переосмислив комплекс заходів у разі реконструкції системи опалення. Сьогодні необхідно враховувати набагато більше факторів і ретельно узгоджувати компоненти системи. Нижче наведені ключові моменти на прикладі реконструкції системи опалення, проведеної в ТТЗ "Боруссія" Дюссельдорф у 2013/2014 роках.
1. технічна концепція
Ми зобов'язані дбайливо використовувати енергію і застосовувати регенеративні та раціональні способи її отримання. Тому перед тим, як просто замінити котел, ми завжди повинні запитати себе, які варіанти доступні в ході майбутньої заміни котла.
Використання сонячної енергії
- Власне виробництво електроенергії шляхом комбінованого виробництва теплової та електричної енергії
- Встановлення високоефективної технології виробництва тепла
- Встановлення високоефективних насосів
- Вибір особливо ефективних гідравлічних рішень
- Вибір спеціальних стратегій контролю
Реконструкція теплоцентралі DTTZ має особливості майже у всіх сферах, які сприяють підвищенню ефективності та надійності системи. На додаток до існуючої планової документації, концепція повинна ґрунтуватися на додаткових вимірах або поточному досвіді експлуатації існуючої системи. Замість того, щоб враховувати запас міцності, слід якомога точніше зафіксувати фактичні вимоги. Це стосується, зокрема, необхідного опалювального навантаження, попиту на гарячу воду та профілю навантаження на гарячу воду. Наступні пункти можна визначити простими способами:
Опалювальне навантаження
Орієнтирами є наявна потужність котла, розрахункова потреба в опалювальному навантаженні та поточне використання котла (показання лічильника для визначення поточного опалювального навантаження, що залежить від зовнішньої температури).
Продуктивність циркуляційних насосів
Тут необхідно задокументувати встановлені потужності насосів.
Часові програми для підключених опалювальних контурів
Програми часу, встановлені в старій системі управління, повинні бути задокументовані і порівняні з фактичним часом використання. Тривалі терміни виконання часто вказують на проблеми з постачанням.
Криві нагріву
Встановлені криві нагріву також повинні бути задокументовані. Якщо нагрівальні контури не відкалібровані, часто використовуються надмірні криві нагріву.
Кількість гарячої води
Встановлення лічильника води на вході в бак-акумулятор дозволяє точно відстежувати та визначати потребу в гарячій воді. Це полегшує проектування бака-акумулятора і дозволяє ретельно і надійно оцінити потенціал використання сонячної енергії. Великі баки-акумулятори негативно впливають на коефіцієнт використання сонячної енергії.
Профіль крана для гарячої води
Лічильник також дозволяє визначити профіль крана, якщо показання лічильника знімаються частіше, особливо в пікові моменти. Знання профілю крана має центральне значення для проектування теплообмінника гарячого водопостачання. Беручи до уваги всі вищезазначені параметри, компанія DTTZ розробила гідравліку на прилеглій електричній схемі з деякими особливими технічними характеристиками.
2 Технічні рішення
2.1 Комбіноване виробництво теплової та електричної енергії
Якщо потреба в електроенергії перевищує 20 000 кВт-год/рік, а потреба в теплі - цілорічна, використання комбінованого виробництва тепла та електроенергії, як правило, є найкращим варіантом. Професійний дизайн, гідравлічна інтеграція та управління забезпечують економічну експлуатацію. Слід подбати про те, щоб когенераційна установка працювала якомога довше, а вироблена електроенергія споживалася переважно самою системою.
2.2 Конденсаційний котел
У той час як для звичайних котлів характерний розкид від 10 до 20 К, ефективні конденсаційні котли можуть досягати 20-30 К, що, однак, також є межею для котлів. Слід прагнути до: низьких температур розподілу (бажано панельне опалення), низької температури зворотної лінії (високий розкид) і роботи незалежно від повітря в приміщенні (попередній підігрів повітря для горіння).
2.3 Буферний резервуар як гідравлічний сепаратор
У будинках з декількома опалювальними контурами гідравлічне розділення генерації та розподілу тепла має сенс, оскільки це єдиний спосіб оптимізувати роботу окремих компонентів. У багатьох системах для розділення використовуються гідравлічні сепаратори. Однак вони мають той недолік, що руйнують температурну стратифікацію, а отже, знижують ефективність енергозберігаючих рішень, таких як конденсаційні котли, теплові насоси або сонячні технології.
2.4 Буферна ємність як комбінований бак для опалення та приготування гарячої води
Оскільки комбіноване виробництво теплової та електричної енергії і гарячої води отримують вигоду від зберігання тепла, має сенс реалізувати ці вимоги, використовуючи комбінований бак-акумулятор в одному компоненті. Це також має перевагу в економії місця. З огляду на вищезазначений аспект, акумулюючий бак повинен також діяти як гідравлічний сепаратор з ефектом температурної стратифікації. Бак-накопичувач Zeeh, що використовується в DTTZ, зразково відповідає цим вимогам.
2.5 Режими роботи опалення (програма часу та рівень температури подачі)
Для того, щоб мати можливість працювати з низькими кривими нагріву, необхідно гідравлічно збалансувати окремі опалювальні контури, тобто відрегулювати витрати при повному навантаженні відповідно до визначеного опалювального навантаження. Гідравлічне балансування є необхідною умовою для досягнення мінімальних робочих температур і максимального розкиду.
2.6 Розподільча 3-провідна технологія
У розгалужених розподільчих мережах зазвичай існують різні температурні рівні. Типовим прикладом є поєднання теплої підлоги, радіаторного опалення та вентиляційного опалення. Температуру обратки контуру радіаторного опалення можна легко використовувати як подачу для контуру теплої підлоги. Таким чином, можна в більшій мірі охолодити і зменшити об'єми циркуляційної води і, таким чином, зробити виробництво тепла більш ефективним (вища ефективність виробництва тепла за рахунок конденсації, менша потреба в допоміжній енергії циркуляційних насосів).
2.7 Використання високоефективних насосів
Хоча використання високоефективних насосів сьогодні є обов'язковим, той факт, що перехід на цю технологію працює безперебійно і з повним ефектом лише тоді, коли опалювальні контури гідравлічно збалансовані, ще не завжди береться до уваги. Для досягнення високих показників розтікання необхідно не лише використовувати більш ефективні насоси, але й зменшити об'ємні потоки.
2.8 Обмеження температури повернення
Зворотна вода повинна бути якомога холоднішою. Це можна ефективно регулювати за допомогою обмежувача температури зворотної води.
3. оптимізація системи
Після реконструкції або модернізації системи завжди слід планувати етап коригування та моніторингу успіху.
3.1 Налаштування
Хоча складну систему можна розрахувати теоретично, вона все одно потребує етапу балансування, щоб швидкість потоку і криві нагріву були встановлені до мінімально необхідних значень відповідно до попиту. Добре, якщо фаза регулювання супроводжується записом температурних кривих, і ці криві також ретельно документуються для подальшої оцінки. Також може бути корисно зробити криві видимими для обслуговуючого персоналу в котельні.
3.2 Контроль споживання
Нарешті, контроль споживання можна використовувати для того, щоб ще раз перевірити, чи досягнуто бажаного успіху. Контроль споживання має включати, принаймні, визначення річних значень; краще робити знімки на основі щоденних значень, щоб у будь-який момент, навіть у найкоротші терміни, можна було перевірити систему.
4. компоненти системи
4.1 Міксер для баунаха
Змішувач Baunach - це розробка для більш ефективної роботи опалювальних контурів. Серед іншого, він робить гарячу зворотну воду з високотемпературних контурів доступною для низькотемпературних контурів у вигляді потоку. Перевага технології полягає в тому, що зменшуються об'ємні потоки, які потрібно циркулювати, і збільшується різниця температур для більш ефективного використання теплоти згоряння.
4.2 Технологія заряджання та розряджання буферного накопичувача
Тут також застосовується спеціальна технологія від HG Baunach GmbH & Co. KG, яка дозволяє більш ефективно заряджати і розряджати буферний накопичувач. Подача та повернення перемикаються одночасно для швидкого реагування на потреби в теплі, що також покращує взаємодію між двома теплогенераторами.
4.3 Нагрівання гарячої води за допомогою теплообмінника з гофрованих труб
Використання буферних ємностей з теплообмінниками з гофрованих труб є досить поширеним у невеликих діапазонах продуктивності, але насправді є незвичним для наших вимог. Однак, оскільки цей принцип підготовки гарячої води вважається дуже надійним і менш вразливим, накопичувальний бак був розроблений виробником спеціально для особливих вимог клубу "Боруссія" Дюссельдорф. Перевага цього рішення полягає в тому, що можна відмовитися від технічно складних станцій прісної води і при цьому мати надзвичайно гігієнічну підготовку гарячої води. Завдяки спеціальним технічним характеристикам водонагрівача, за потреби, можна також досягти більшої продуктивності гарячої води. Це особливо цікаво для спортивних клубів, які часто стикаються з короткочасними піковими навантаженнями.
4.4 Комбінація когенераційної установки та конденсаційного котла
Гідравлічна інтеграція комбінованої теплоелектростанції типу "Екопауер" компанії Vaillant, встановленої в ДТТЗ, є одним з головних завдань власної електростанції. Виробляючи власну електроенергію, об'єднання може стати незалежним від купівлі електроенергії з мережі, якщо йому вдасться досягти високого рівня рентабельності. Передумовою високої рентабельності внеску є те, що когенераційна установка працює якомога довше, а вироблене тепло використовується раціонально. Економічна вигода значною мірою залежить від гідравлічної інтеграції, розмірів буферного накопичувача та правильного розташування датчиків температури, які вмикаються і вимикаються. Перші баланси після введення в експлуатацію в серпні є дуже багатообіцяючими: когенераційна установка виробляє більше електроенергії, ніж потрібно ДТТЗ, і лише кілька кіловат-годин електроенергії доводиться купувати для покриття пікових навантажень.
Мартін Хальбрюгге, Ecoteam
www.ecoteam-nrw.de
Дипломований інженер Бернд Генат журналіст-фрілансер, Дюссельдорф.
Завантажити технічну статтю у форматі PDF
