< повернутися до технічних статей

Системна гідравліка для тривалої роботи ТЕЦ

Опалення залишковим теплом зворотного потоку

Під час модернізації системи опалення в готелі в м. Ессен була встановлена гідравліка бівалентної системи опалення з двозонним буферним управлінням та принципом зворотного використання теплоносія. Це стало можливим завдяки використанню багатоходових змішувальних колекторів для підживлення буферів та живлення контурів опалення. Завдяки системній концепції з оптимізованою гідравлікою між виробництвом та розподілом тепла, котел пікового навантаження став резервним теплогенератором, а мала ТЕЦ працює майже цілодобово.

Рисунок 1: Когенераційна установка (в центрі) заряджає два буферні баки (зліва) за двозонним принципом. Газовий конденсаційний котел (праворуч), який використовується як котел пікового навантаження, вмикається лише тоді, коли температура у верхній буферній зоні падає нижче мінімальної температури для нагріву ГВП.

Гостьовий будинок Центру професійної освіти м. Ессен пропонує 14 двомісних номерів, шість одномісних номерів та дві квартири на трьох поверхах. Готель має власну кухню для організації харчування. Система опалення була повністю модернізована у 2009 році. Концепція системи складається з невеликої когенераційної установки (12,5 кВт, 4,7 кВт/год), газового конденсаційного котла для пікового навантаження (120 кВт), двох паралельно з'єднаних буферних накопичувальних баків на 500 літрів і накопичувального водонагрівача на 500 літрів, який заряджається за допомогою пошарової системи зарядки (рис. 1).

Стисла інформація

Час роботи когенераційної установки залежить не тільки від потенційного розміру радіатора, але й від гідравліки системи.
Ключовими факторами є інтелектуальне управління буфером і мінімально можлива температура на виході з системи розподілу тепла.
Обидві функції - плюс підвищення температури зворотного теплоносія для ТЕЦ - можна легко реалізувати за допомогою багатопортових змішувальних колекторів rendeMIX. Керувати ними можна за допомогою стандартних контролерів.

Різні температури системи

Три існуючі контури споживачів працюють з різними температурами системи:

• Змішаний радіаторний контур опалення: 70/50 °C
• Змішаний контур нагріву повітронагрівача для системи кондиціонування: 80/60 °C
• Нагрівання ГВП: 85/60 °C

Тому одним з головних завдань при проектуванні системи розподілу тепла було забезпечення правильної температури подачі для кожного опалювального контуру. Крім того, корисний об'єм буферної ємності необхідно було максимізувати, щоб досягти тривалого часу роботи ТЕЦ. Крім того, ця концепція системи мала на меті реалізувати принцип використання температури зворотного теплоносія: Якщо температура зворотного теплоносія одного опалювального контуру достатня для живлення іншого опалювального контуру з нижчим температурним рівнем, це тепло має бути використане в першу чергу, перш ніж потрапляти в потік.

Рисунок 2: Для розподілу тепла були використані багатопортові змішувальні колектори HG Baunach GmbH & Co. KG були використані разом з трикамерним колектором виробництва Magra. Послідовність виходів колектора базується на температурному градієнті у зворотному потоці в напрямку потоку до котла.

Це було реалізовано за допомогою багатопортових змішувальних колекторів rendeMIX, які разом зі спеціально розробленим трикамерним колектором (рис. 2) забезпечують правильну температуру системи в трьох контурах опалення. Ще один багатопортовий змішувальний колектор був використаний як сполучна ланка між когенераційною установкою та буферною ємністю. Разом з інтегрованим регулятором з фіксованим значенням він забезпечує необхідне підвищення температури зворотного теплоносія для когенераційної установки і одночасно організовує двозонне завантаження буферної ємності.

ТЕЦ майже самотужки покриває попит на теплову енергію

Система може контролюватися дистанційно за допомогою пультів управління двома теплогенераторами, а робочі дані та час роботи також документуються. Приблизно через десять місяців після модернізації експлуатаційні дані показали, що котел пікового навантаження запускається лише зрідка і використовується лише для підігріву питної води влітку. З іншого боку, встановлена мала когенераційна установка явно перевищує заплановану продуктивність: планування базувалося на річному робочому часі 7000 годин на рік. Однак фактично двигун працює більше 23 годин на добу, що відповідає використанню потужності понад 96 % і означає екстрапольовану річну продуктивність щонайменше 8400 годин на рік.
Для порівняння, коефіцієнт використання котла потужністю 120 кВт при піковому навантаженні становить лише 1,4%. Це значення базується на експлуатаційних даних за літні місяці (нагрів ГВП). Однак, якщо розглядати з точки зору цілорічної експлуатації, можна зробити висновок, що час роботи котла пікового навантаження та ТЕЦ знаходиться у правильній пропорції один до одного: "Завдяки завантаженню та розвантаженню буферних накопичувачів за двозонним принципом, теплове навантаження спочатку повністю передається на ТЕЦ, перш ніж запускається котел пікового навантаження", - пояснює Ганс-Георг Баунах, який відповідав за розробку гідравліки системи (рис. 3).

Будівельна дошка гостьового будинку Марієнштрассе

Заперечую:

• Гостьовий будинок Марієнштрассе, 45307 Ессен

Оператор:

• Центр професійного навчання Кольпінга в Ессені
• Неприбуткове товариство з обмеженою відповідальністю
• www.kbbw-gaestehaus.de

система опалення:

• ТЕЦ: екоенергія, 12,5 кВт/год / 4,7 кВт/год
• Газовий конденсаційний котел: Vaillant ecocraft 120 6/3, 120 кВт
• 2 буферні ємності á 500 л
• Балонний водонагрівач для ГВП: Vaillant actostore, 500 л, з пошаровою системою наповнення

Гідравлічне планування і багатопортовий змішувальний колектор:

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

Двозонне завантаження та розвантаження

• 

  Рис. 3: rendeMIX, підключений між когенераційною установкою та буферним накопичувачем, заряджає буфер за двозонним принципом і одночасно забезпечує підживлення зворотного потоку до когенераційної установки.

  За допомогою трьох буферних з'єднань циліндр розділений на дві зони. Верхня зона буферного балона заряджається першою через багатопортовий змішувальний колектор між когенераційною установкою та буферним балоном (рис. 4). Тільки коли верхня зона повністю заряджена, нижня зона включається в процес зарядки. Це означає, що верхня зона швидше досягає корисної температури, а нижня зона довше залишається холодною.

• Таке двозонне навантаження діє як підсилювач зворотного потоку для теплогенератора, який використовується для покриття базового навантаження. Зворотний потік до теплогенератора подається або сумішшю гарячого потоку теплогенератора і гарячої води з центральної буферної зони (фаза I), або сумішшю гарячої води з центральної буферної зони і холодної опалювальної води з нижньої частини буферної ємності (фаза II).
• При двозонному нагнітанні в змішувальний контур розподілу тепла подається або суміш гарячої води з центральної буферної зони і холодної води з обратки змішувального контуру (фаза I), або суміш гарячої води з верхнього буферного з'єднання і гарячої води з центрального буферного з'єднання (фаза II).

Принцип використання прибутку

• Якщо у зворотному потоці системи стратифікованого нагріву гарячої води (85/60 °C) є надлишок тепла, змішаний опалювальний контур повітропідігрівача подається з наявним рівнем температури. Таким же чином зворотний потік опалювального контуру повітронагрівача (80/60 °C) використовується і для радіаторного опалювального контуру (70/50 °C). Залежно від навантаження, тепло з обратки змішаного контуру повітронагрівача або використовується безпосередньо для змішаного контуру радіаторного опалення через багатопортовий змішувальний колектор, або додається до нього. Тільки тоді, коли теплової енергії обратки вже не вистачає для покриття потреби в теплі, змішувальні колектори отримують доступ до буферних накопичувачів.
• 

  Рисунок 4: Багатопортові змішувальні колектори rendeMIX керуються за допомогою стандартних елементів керування теплогенераторами.

  Найнижчу температуру зворотного теплоносія забезпечує радіаторний контур опалення (50°C у проектному стані). Він подається в окрему, третю зворотну камеру розподільника тепла і, таким чином, тече окремо і без змішування назад в нижню зону буферного циліндра.

• Багатоходові змішувальні колектори мають внутрішні дивертори. Різні об'єми води в послідовно з'єднаних опалювальних контурах автоматично вирівнюються за допомогою диверторів.
• Спеціально розроблений трикамерний розподільник є частиною програми HG Baunach і виготовляється компанією Magra.
• Всі приводи змішувачів управляються стандартними контролерами з триточковим сигналом 230 В в залежності від температури (рис. 5).

Рис. 5: Багатоходові змішувальні колектори rendeMIX розподіляють тепло і забезпечують змішані опалювальні контури відповідною температурою системи. Висока температура обратки використовується для опалювальних контурів з нижчою температурою системи. Разом з трикамерним колектором низькі температури обратки забезпечуються для когенераційної установки та конденсаційного котла

Підсумок

Завдяки двозонному завантаженню та розвантаженню для опалювальних контурів постійно доступний великий буферний об'єм з високою корисною температурою. Утилізація зворотного теплоносія забезпечує низьку температуру зворотного теплоносія і, отже, тривалий час роботи когенераційного модуля. Слід також зазначити, що керування когенераційною установкою та конденсаційним котлом не пов'язане між собою. Така "свобода" в управлінні є наслідком стратифікації, яка поетапно встановлюється в буфері: це дозволяє просто, але точно встановити пріоритет теплогенераторів за допомогою положення відповідних датчиків.
Контроль газового конденсаційного котла відстежує встановлену мінімальну температуру для нагріву ГВП у верхній зоні буферної ємності. Однак, поки ТЕЦ забезпечує достатню кількість тепла, температура ніколи не опускається нижче цієї мінімальної температури. Отже, робота котла є незначною порівняно з часом роботи ТЕЦ: Експлуатаційні дані показують, наприклад, що протягом 210 годин у червні конденсаційний котел мав виконувати свою функцію котла пікового навантаження для підігріву ГВП лише протягом 3 годин. Навіть взимку час роботи когенераційної установки залишається постійним, незважаючи на те, що котел працює на десятикратному рівні потужності. Завдяки оптимізованій гідравліці системи, управлінню буфером і використанню зворотного потоку, зусилля інженерів з управління були зведені до мінімуму. Приводи змішувальних колекторів rendeMIX керуються за допомогою контролерів, які є стандартними компонентами використовуваних теплогенераторів.

ФУНКЦІОНАЛЬНИЙ ПРИНЦИП rendeMIX

Привід багатопортового змішувального колектора rendeMIX з'єднує тільки два з трьох його входів з єдиним виходом (A), так що або гарячий (E), або₁) з теплим (E₂) або гарячого з холодним (E₃) вода змішується. Таким чином, використовується якомога більше наявної гарячої води і додається лише невелика кількість гарячої або холодної води. Це максимізує температуру, доступну в мережі опалення, і одночасно знижує температуру на виході з теплогенератора. Приводом можна керувати за допомогою будь-якого погодозалежного контролера (триточковий сигнал 230 В) з приладдя котла. Альтернативно доступний привід з вбудованим контролером з фіксованим значенням.

Вольфганг Хайнль пише як журналіст, що спеціалізується на індустрії ОВіК,

88239 Wangen im Allgäu,

wolfgang.heinl@t-online.de

Завантажити технічну статтю у форматі PDF

< повернутися до технічних статей