Consumo minimo di calore con il massimo comfort

Consumo minimo di calore con il massimo comfortCome il patchwork energetico "Alter Mühlhof" è diventato un sistema efficiente

Uno storico generatore di elettricità nel quartiere Haunstetten di Augusta non era più in linea con lo spirito del tempo: Sostenibile, sì, perché alimentato dall'energia idroelettrica, ma non abbastanza produttivo perché si spegneva spesso a causa delle temperature eccessive. E la maggior parte del calore veniva sprecata, anche se la casa e la piscina ne avevano bisogno. Un'azienda artigiana di Bobing ha ristrutturato l'utilizzo del calore con l'aiuto del sistema di miscelazione "rendeMIX". Il successo ha superato ogni aspettativa.

Casa della turbina

Fig. 1: Casa della turbina e ingresso del Lochbach alla turbina "Alter Mühlenhof", Haunstetten. La centrale idroelettrica è in funzione dal 1907 con un unico e medesimo impianto. Turbina Francis. Ha fornito energia meccanica per molte centinaia di anni, fino al 1880.

Der „Alte Mühlhof“ im Augsburger Haunstetten zählt zu den Technik-Denkmalen im Raum der Fugger-Stadt. Die Wassermühle des Mühlhofs dürfte aus dem 12. oder 13. Jahrhundert stammen. Sie tut heute noch Dienst. Natürlich nicht mehr mit einem oberschlächtigen oder unterschlächtigen Wasser-Laufrad – oberschlächtig: Wasser von oben auf die Schaufeln, unterschlächtig: Wasser unten gegen die Schaufeln –, sondern  mit einer moderneren Technik, nämlich mit einer Francis-Turbine. Unermüdlich „mahlt“ die seit 1907 in einem Generator Strom. Der fließt ins öffentliche Netz. Eine derartig ökologische Elektrizitätserzeugung vergütet der Staat über das Erneuerbare Energien Gesetz mit je nach Menge rund 10 Cent je kWh. Zum exakten Preis des Augsburger EVUs später. Denn der trägt zur Amortisation der Investition bei und hat viel mit der optimierten Haustechnik zu tun.

Un monumento alla cultura tecnica

Cultura industriale ad Augusta

Fig. 2: Il professor Wilhelm Ruckdeschel ha descritto i circa 700 anni di storia della centrale elettrica di Lochbach nel suo libro "Industriekultur in Augsburg". Brigitte Settele Verlag, Augsburg, ISBN 3-932939-44-1.

In passato, l'energia cinetica delle cascate del Lochbach azionava, tra l'altro, la sega circolare nel cortile tramite una trasmissione e, successivamente, un mulino artistico. Tuttavia, dal 1880 - la turbina Francis arrivò 27 anni dopo - il piccolo fiume evoca la luce nel Guten Stuben. All'inizio del secolo, ad alcuni residenti doveva sembrare una magia.

Le perdite di efficienza del generatore da 76 kW e della meccanica si fanno sentire in termini di calore. Quando il generatore funziona diligentemente, trasforma la casa del mulino in una sauna. In passato, le temperature in eccesso potevano essere ventilate aprendo porte e finestre. La tutela dell'ambiente oggi non è più accettabile sotto due aspetti. In primo luogo, non è in linea con lo spirito del tempo regalare preziose calorie termiche e, in secondo luogo, i vicini potrebbero - protezione del monumento o meno - adire le vie legali se dovessero ascoltare il cigolio del meccanismo, che si aggira comunque intorno ai 60 dB (A), giorno dopo giorno. D'altra parte, questa testimonianza vivente della cultura industriale altamente sviluppata della Libera Città Imperiale di Augusta del tardo Medioevo assume oggi un nuovo significato perché la "Wasserkunst" ancora funzionante, come la chiama con rispetto lo storico della tecnica di Augusta Wilhelm Ruckdeschel, converte l'energia rinnovabile in elettricità.

Also beauftragte der heutige Eigentümer des „Alten Mühlhofs“, die Familie Walter Settele,  verschiedene Planungsbüros und Installationsunternehmen mit der Suche nach einer Lösung für die Wärmerückgewinnung. Die Schaltung sollte die fünf verschiedenen Verbraucher berücksichtigen, nämlich erstens die Warmwasserbereitung, zweitens das Schwimmbeckenwasser im Haupthaus, drittens den Heizkörperkreis (Hochtemperatur), viertens und fünftens zwei Fußbodenheizkreise (Niedertemperatur) im Schwimmbad und im Wohnhaus.

Come arriva il calore in piscina?

Pompa di calore e serbatoio tampone

Fig. 3: La pompa di calore (a sinistra, Vitocal/Viessmann) e l'accumulatore da 300 litri (Vitocell/Viessmann) sono responsabili del recupero del calore nella casa della turbina.

Als erste Renovierungs-Stufe stimmte der Bauherr dem Aufstellen einer Luft/Wasser-Wärmepumpe (Viessmann)  im Turbinenhaus zu sowie einem leiseren neuen Getriebe (Renk AG) als Ersatz für die 80 Jahre alten Zahnkränze. Weitere Vorschläge, zum Teil realisiert, brachten  jedoch nicht den erwarteten Erfolg, oder die Durchführung scheiterte an der Kostenfrage. 10.000 bis 15.000 Euro sollte zum Teil die Regelung kosten.

Walter Settele ließ aber schon deshalb nicht locker, weil er mit dem Schwimmbad einen ganzjährigen Nutzer hat. In Stufen flickten ihm schließlich einige Unternehmen ein Konzept zusammen, das den Namen „Konzept“ nicht verdiente. Es vergeudete  immer noch viel zu viel. In Zahlen ausgedrückt, der Gasverbrauch betrug im Jahr 2006/2007, vor dem Umbau, 150.000 Kilowattstunden. Ausgesprochen paradox: Selbst im Sommer mussten die Setteles das Beckenwasser mit einer Gasheizung teuer nachheizen, weil die Turbine ausstieg beziehungsweise aussteigt, wenn sich der Generator auf über 35 oC. In passato ha superato più volte questa soglia. Solo la pompa di calore aria/acqua nelle immediate vicinanze del generatore ha fatto quanto richiesto. Ha raffreddato la temperatura della stanza nella stazione del generatore a un livello tollerabile. In questo modo l'edificio poteva essere utilizzato quasi pubblicamente per dimostrazioni, compleanni, seminari e altri eventi.

Filtro acqua per piscina

Fig. 4: Filtro dell'acqua della piscina. Il cilindro nero a sinistra è lo scambiatore di calore per l'acqua della piscina.

Se nella stazione c'è un eccesso di temperatura di circa 5 °C, la pompa di calore si avvia e immagazzina il rendimento in un serbatoio tampone. Una tubazione di riscaldamento locale trasporta le calorie così ottenute alle due caldaie di riscaldamento (a condensazione, 2 x 40 kW, Vaillant) e al distributore nell'edificio residenziale. Se non c'è richiesta di calore, il generatore si spegne - vedi osservazione della sovratemperatura. La domanda è stata coperta in tempi relativamente brevi, perché lo schema di commutazione non era in grado di gestire i diversi livelli di temperatura sul lato dell'utenza. Si accontentava di questo o quel consumatore.

Nuovo processo Miscelatore a più vie

Casa principale "Alter Mühlhof

Fig. 5: Casa principale "Alter Mühlhof". Circa 500 m2 di superficie abitabile, una sala per la piscina e l'acqua della piscina da riscaldare.

Con la conseguenza del già citato costoso acquisto di 150.000 kilowattora di gas nel mite inverno 2006/2007, Walter Settele si è quindi cimentato in un nuovo tentativo. Ha parlato con la sua azienda di installazione, la Albert Kohl Wasser und Wärme GmbH di Bobingen. Con i suoi 28 dipendenti, l'azienda è ben posizionata per il futuro, con un'attenzione particolare alla tecnologia di riscaldamento, alla tecnologia solare e al fotovoltaico. L'azienda ha promesso di aiutarci:

Grazie alle pubblicazioni su questa rivista, "Sanitär- und Heizungstechnik", l'azienda del maestro artigiano è entrata in contatto anni fa con un apparecchio che non è un prodotto ma un sistema, il miscelatore Baunach. Per anticipare subito il risultato: Il costruttore del sistema ha ripianificato la distribuzione e il controllo, ha collocato tre "rendeMIX" tra la fonte di calore e l'utenza di calore, e l'inverno relativamente rigido del 2008/2009 ha presentato ai Setteles il risultato: un risparmio di 55.000 kilowattora. Il consumo di gas è sceso da 150.000 a 95.000 kilowattora. Questa cifra non è aggiustata per il clima, ma la domanda nel 2008/2009 è stata probabilmente molto più alta rispetto all'inverno caldo dell'anno di riferimento 2006/2007. A questo proposito, i risparmi parlano ancora di più a favore del metodo.

Controllo liberamente programmabile

Fig. 6: Sistema di controllo liberamente programmabile di Technische Alternative, Amaliendorf/Austria

Il miscelatore "rendeMIX" è sinonimo di un nuovo metodo di distribuzione del calore e di caricamento e scaricamento degli accumulatori tampone. Garantisce le temperature di ritorno più basse e quindi i guadagni termici di condensazione più elevati collegando un circuito a bassa temperatura a valle di un circuito ad alta temperatura, trasformando così il ritorno del primo circuito nella mandata del secondo circuito. Sfruttare il potere calorifico con questa architettura è una cosa, dimezzare il volume di circolazione e quindi dimezzare l'energia ausiliaria per le pompe di circolazione è un'altra. A parte il fatto che questo collegamento in serie viene realizzato con una pompa di circolazione in meno.

Temperature di ritorno più basse

Circuiti di riscaldamento con sottodistributore

Fig. 7: Circuiti di riscaldamento dei sottodistributori.

Il brevetto di H.G. Baunach GmbH & Co. KG, Hückelhoven, consiste principalmente in un'alimentazione dell'acqua nel raccordo che tiene conto delle diverse condizioni idrauliche del riscaldamento a radiatori e del riscaldamento a pavimento, nonché dei requisiti di temperatura. Senza l'unità "rendeMIX", un'azienda di installazione dovrebbe fare molte deviazioni e installare molti raccordi per ottenere un risultato simile: la temperatura di ritorno più bassa. Non solo le caldaie a condensazione funzionano in modo più efficiente con il miscelatore. Anche i serbatoi di accumulo stratificati, gli impianti solari, le pompe di calore, le stazioni di trasferimento e le reti di distribuzione beneficiano dell'ampia T di Delta.

Tecnologia di distribuzione rendeMIX

Fig. 8: Gruppo di miscelazione. Le tre unità a sinistra sono i miscelatori multivia "rendeMIX", le due unità a destra sono scatole di montaggio per l'alimentazione termica incontrollata dello scambiatore di calore dell'acqua della piscina e della preparazione dell'acqua calda (nella foto Johannes Jacob, Albert Kohl Wasser und Wärme GmbH).

Johannes Jakob di Albert Kohl spiega il principio utilizzando Haunstetten come esempio: "In linea di principio, il miscelatore a più vie è suddiviso in una zona calda, una calda e una fredda. Poiché lo installiamo a valle di un circuito ad alta temperatura, la zona calda è il flusso di ritorno a 60 gradi dello scambiatore di calore della piscina o dello scaldacqua. Queste due utenze sono controllate direttamente dall'acqua calda di distretto della centrale a turbina o dalle caldaie a gas, per così dire, senza alcuna regolazione."

La pompa di calore nella casa della turbina o del generatore genera un flusso fino a 80 gradi verso le utenze con un fattore di rendimento annuale ancora accettabile, dato che l'aria ambiente in ingresso può raggiungere i 40 gradi Celsius. oApprocci C. "Ora inviamo il ritorno a 60 gradi dallo scambiatore di calore della piscina al circuito dei radiatori dei piani superiori del condominio e ai due sistemi di riscaldamento a pavimento. Tre unità "rendeMIX" si occupano del controllo della portata e della temperatura. Cosa succede nel rendeMIX 1, responsabile dei radiatori? Prima di tutto, sono impostati su 60/40 oC progettato. I 60 oC, ma ne hanno bisogno solo nel periodo più freddo dell'anno. Nella maggior parte dei casi, il miscelatore viene alimentato o dalla piscina di ritorno, che al livello del rendeMIX 1 è forse ancora 55 oC, aggiungere acqua più fredda, oppure dal circuito di ritorno del radiatore, che ha solo una temperatura di 40 °C. oC ha".

Tre volte 'rendeMIX

Sebbene il ritorno dei radiatori si combini con il ritorno della piscina/acqua calda e con i ritorni dei due sistemi di riscaldamento a pavimento per formare un'unica linea, esiste naturalmente un gradiente di temperatura verso la caldaia lungo la linea, anche a causa del ritorno dei singoli circuiti.

Torniamo a Johannes Jakob. "rendeMIX 2 prende il flusso di ritorno dal radiatore come flusso di alimentazione dal circuito a pavimento della sala piscine. L'impianto idraulico funziona in modo simile a quello appena descritto, ma con una modifica. Se il flusso di ritorno del radiatore non è sufficiente a riscaldare la sala della piscina a temperature rigide, rendeMIX 2 miscela l'acqua calda dal flusso di alimentazione della tubazione di riscaldamento locale. Se le condizioni atmosferiche consentono di abbassare le temperature dell'acqua di riscaldamento, rendeMIX 2 preleva l'acqua fredda dalla linea di ritorno".

Il rendeMIX 3 per il riscaldamento a pavimento "Living" nei piani superiori si regola secondo lo stesso schema; Johannes Jakob ha collegato i due circuiti a pavimento in parallelo. Ha suddiviso il riscaldamento a bassa temperatura in due circuiti principali perché il riscaldamento annuale dello stabilimento balneare e quello semestrale dell'edificio residenziale hanno stagioni di riscaldamento completamente diverse e anche i volumi d'acqua calcolati differiscono notevolmente. L'apporto di calore può essere ottimizzato grazie al collegamento in parallelo.

Non proprio parallelo

Per cui la "connessione parallela" non riflette correttamente la realtà. Se entrambi i sistemi di riscaldamento a pavimento sono in funzione, la temperatura di mandata dell'ultimo rendeMIX, il rendeMIX 3, è inferiore alla temperatura di mandata del rendeMIX 2. Questo perché il ritorno del sistema di riscaldamento a pavimento precedente (rendeMIX 2) ha spinto il ritorno totale verso il basso di alcuni gradi. È proprio questo l'obiettivo: immettere nello scambiatore di calore a condensazione l'acqua più fredda possibile. rendeMIX 3 deve quindi generalmente prelevare e aggiungere più acqua dalle sezioni a temperatura più elevata rispetto a rendeMIX 2 per raggiungere il setpoint desiderato.

Si tratta dei processi e della funzione delle stazioni "rendeMIX". Naturalmente, una tecnologia di controllo efficiente e una strategia di controllo sensata devono essere sovrapposte all'intero sistema. L'azienda Albert Kohl Wasser und Wärme GmbH si è affidata al know-how del dipartimento di pianificazione di H.G. Baunach GmbH & Co. KG, che lo ha supportato con il suo software nella progettazione e nella regolazione delle unità di miscelazione. Il collegamento in rete è stato configurato dallo specialista di controllo austriaco Technische Alternative, Amaliendorf. La loro gamma di prodotti spazia dai semplici controlli differenziali ai regolatori multicircuito per la gestione del solare e delle pompe, fino ai multitalenti liberamente programmabili per quasi tutte le applicazioni. Questo è esattamente ciò che cercava Albert Kohl GmbH: un sistema di controllo che non sia sovraccarico di funzioni non richieste e che quindi reagisca in modo vulnerabile, ma che sia personalizzato per l'applicazione.

Ricompensa da parte dell'azienda di servizi pubblici di Augusta

La loro tecnologia a sensori decide, ad esempio, se l'acqua tampone fluisce direttamente nelle serpentine dei tubi del pavimento e nei radiatori o se la caldaia o le caldaie devono aggiungere calore. L'acqua tampone nel serbatoio di stoccaggio da 300 litri non ha costantemente un valore di 70 o 80 oC. In inverno, il calore residuo del generatore non è sufficiente a garantire il comfort dell'abitazione. La caldaia può quindi caricarsi solo al 30 o al 40 %. oC. La linea di riscaldamento locale passa quindi generalmente attraverso una delle due caldaie, indipendentemente dal fatto che debba essere avviata o meno.

Aufgrund der Wärmerückgewinnung, des erneuerten Getriebes, des intelligenten Schaltschemas und einem Invest, das oberhalb 50 Prozent einer Neuanlage lag, korrigierten die Stadtwerke Augsburg die spezifische Einspeisevergütung. Die „Alte Mühle“ fällt jetzt unter das EEG Erneuerbare Energien Gesetz als auch unter das EEWG Erneuerbare Energien Wärmegesetz. Damit kletterte die Vergütung von 7,65 auf 9,67 ct/kWh. Bei jetzt jährlich rund  400.000 Kilowattstunden Stromerzeugung fließen heute rund 40.000 EUR zurück, 8.000 EUR mehr als vor zwei Jahren. Davon darf sich der Baunach-Mischer ein Teil zugute halten, in jedem Fall aber die eingesparten 55.000 kWh Gasreduktion.

Walter Settele

Fig. 9: Il proprietario Walter Settele davanti al generatore da 76 kW della turbina Francis.

Johannes Jakob: "Abbiamo riscontrato un comfort minimo con consumi elevati. Con la nuova strategia di controllo e le unità "rendeMIX", siamo stati in grado di convertire il sistema al tipo "consumo minimo di calore con il massimo comfort". Probabilmente non è possibile investire il proprio denaro in modo migliore e, soprattutto, più sicuro".

Bernd Genath

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Consumo minimo di calore con il massimo comfort


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