Buono come previsto
La speciale tecnologia di riscaldamento di Richter + Frenzel a Kassel ha un carattere di modello
Il credo dell'azienda: "Il futuro è nelle tecnologie innovative e moderne". Dobbiamo affrontarli con competenza e trasmettere le nostre conoscenze ai nostri clienti - artigiani, progettisti, architetti. Naturalmente, possiamo argomentare in modo particolarmente convincente se abbiamo una nostra esperienza, ad esempio per quanto riguarda il risparmio energetico del vecchio rispetto al nuovo". Markus Ortlauf, che lo afferma, è un consulente tecnico dell'azienda di commercio all'ingrosso Richter + Frenzel. Un anno e mezzo fa, aveva caldeggiato un'insolita installazione di riscaldamento nella proprietà del grossista a Kassel. I risultati operativi dopo un anno positivo hanno premiato lui e la sua azienda per la decisione non del tutto priva di rischi.
Fig. 1: Il sistema di distribuzione in loco con i miscelatori rendeMIX (a sinistra del collaboratore di R + F Stefan Dornemann e un'installazione parallela a scopo formativo con il distributore Magra sullo sfondo.
La caldaia modulare "Ecocraft" di Vaillant è al centro della nuova tecnologia. Presso la filiale R + F nel nord dell'Assia, le vecchie caldaie atmosferiche erano diventate difficili da far funzionare con tassi di utilizzo accettabili e dovevano essere sostituite. Tuttavia, non poteva trattarsi di un prodotto standard, perché in Assia, patria di Viessmann e Buderus, è necessario avere qualche carta vincente se si vuole sopravvivere come fornitore di generatori di calore, tra l'altro, a fianco dei due potenti concorrenti.
Fig. 2: Sistema di riscaldamento Ecocraft nell'aula di tecnologia/formazione della R + F di Kassel.
Markus Ortlauf ha visto e vede una delle carte vincenti nella caldaia a gas a condensazione a cascata "Ecocraft". Cascata significa che l'unità è costituita da moduli autosufficienti flangiati tra loro in parallelo, ogni modulo con una potenza fino a 40 kW. L'unità più piccola è composta da due celle, la più grande da sette. In questo modo si ottiene una potenza fino a 280 kW, a seconda della proprietà. Ogni singolo bruciatore può inoltre essere regolato su una scala mobile tra 12 e 40 kW, il che significa che la gamma di controllo si estende da 12 a 280 kW.
Interruzione senza conseguenze evidenti
Autosufficiente significa che se uno dei blocchi della cascata si guasta, i suoi vicini lavorano per lui. La caldaia non si guasta. Il malfunzionamento non è visibile all'esterno. La "Ecocraft" è quindi simile a un diesel solido, che può far fronte anche al guasto di un cilindro. Ortlauf: "La particolarità di questo modello ci dà l'opportunità di svolgere un ruolo più incisivo nel settore delle caldaie con Vaillant. Naturalmente, dobbiamo anche comunicarlo. Per questo abbiamo ampliato la sala tecnica con la "Ecocraft" trasformandola in un centro di formazione".
Fig. 3: Guadagno di calore da condensazione ed efficienza termica a Kassel. Per le spiegazioni si veda il testo.
Come seconda carta vincente, che parla soprattutto a favore della competenza di progettazione e consulenza del servizio esterno di Richter + Frenzel, la filiale di Kassel fa riferimento alla speciale commutazione dei tre circuiti di riscaldamento del complesso edilizio in combinazione con il sistema "rendeMIX" della HG Baunach di Hückelhoven, al confine tra Germania e Belgio. Questo sistema commuta in serie le reti ad alta e bassa temperatura, trasformando il flusso di ritorno di una in quello dell'altra rete di distribuzione del calore e ottimizzando così il rendimento energetico, soprattutto in combinazione con le caldaie a condensazione. Questa architettura, basata su un miscelatore multiplo molto speciale, è stata lanciata sul mercato circa sette anni fa. Nel frattempo, ha superato la prova del nove in numerose referenze, ovvero ha dimostrato i suoi effetti di risparmio: perché garantisce le più basse temperature di ritorno e quindi i più alti guadagni di calore da condensazione.
Tre cerchi come un unico cerchio
A Kassel, il "rendeMIX" ha trovato un terreno particolarmente stimolante, ovvero tre zone di temperatura: in primo luogo il complesso amministrativo come circuito di radiatori con una temperatura di mandata di circa 60 °C, in secondo luogo l'esposizione con riscaldamento a pavimento per un massimo di 40 °C e in terzo luogo, infine, il magazzino con serpentine nel pavimento per una temperatura di mandata fino a 30 °C. In linea di principio, questa terza sezione dovrebbe essere mantenuta solo al riparo dal gelo. In linea di principio, questa terza sezione dovrebbe essere mantenuta solo al riparo dal gelo. Lo schema del sistema si basa quindi sui seguenti valori: Uffici 62/42 °C, esposizione 40/30 °C, stoccaggio 39/20 °C. Con "rendeMIX", praticamente l'intero complesso viene riscaldato con un unico circuito. In passato, con le due vecchie caldaie atmosferiche, tre miscelatori miscelavano tre temperature per ogni sottozona e il ritorno comune non scendeva mai al di sotto dei 42 °C.
Questo è quanto per il sistema. È entrato in funzione all'inizio del periodo di riscaldamento 2005/2006 e poche settimane dopo, in primavera, sono iniziati i corsi di formazione per artigiani e uffici di progettazione su "Ecocraft" e "rendeMIX". I primi corsi di formazione hanno dovuto accontentarsi di risultati selettivi oltre alla funzione. La stabilità della temperatura e i livelli di utilizzo dei singoli flussi volumetrici attraverso le serpentine, i radiatori e gli scambiatori di calore di "Ecocraft" potevano essere letti solo dai valori momentanei dei termometri e dal bilancio di alcune settimane, ma non dal bilancio di due periodi di riscaldamento come confronto prima e dopo.
Tale valutazione è ora disponibile. Nei due anni precedenti a "Ecocraft" e "rendeMIX", dal luglio 2003 al giugno 2004 e nello stesso periodo dal 2004 al 2005, il consumo di energia per il riscaldamento della Richter + Frenzel di Kassel è stato rispettivamente di 506.000 e 499.000 kWh. Appena in tempo per l'inverno 2005/2006, l'impresa di riscaldamento locale, Günter Tromp Haustechnik, Kassel, ha installato il generatore di calore modulare Vaillant e ha collegato i tre circuiti di riscaldamento in serie con il raccordo Baunach. Il risultato: solo 356.000 kWh. Questo valore non è stato adattato alle condizioni atmosferiche, ma letto dal contatore del gas. Tuttavia, questo cambia poco la proporzionalità, poiché i dati climatici nei tre anni in questione non sono variati in modo significativo.
Struttura Ecocraft
La caldaia a condensazione a gas è composta da due a un massimo di sette moduli da 40 kW ciascuno. A Kassel sono sufficienti cinque blocchi per un totale di 200 kW. Ogni modulo è largo circa 14 cm, è dotato di un bruciatore ad architrave con ventilatore e può essere regolato tra 12 e 40 kW. I singoli elementi della cascata funzionano in modo autonomo. In caso di guasto, l'unità distribuisce automaticamente l'energia alle altre celle. Nel funzionamento normale, il sistema di controllo accende il maggior numero possibile di moduli con una potenza termica ridotta. Lo schema illustra la modalità di funzionamento: A 12 kW è in funzione solo il modulo 1. Per 48 kW, ad esempio, sono sufficienti due moduli da 24 kW ciascuno. In realtà, però, le celle 1, 3, 5 e 7 coprono questo caso con 12 kW ciascuna. In questo modo si riduce il carico sulla camera di combustione e le temperature dei gas di scarico scendono a favore di un'elevata efficienza del sistema.
L'immagine sottostante mostra la linea del gas. Ogni elemento è costituito da un bruciatore di superficie modulante per la gamma di potenza da 12 a 40 kW, un ventilatore, un raccordo per il gas e lo scambiatore di calore compatto ad alte prestazioni con tecnologia a V in alluminio pressofuso. Questo materiale mantiene il peso entro i limiti, rendendo il sistema particolarmente adatto a progetti di ammodernamento, soprattutto in alberghi, immobili a uso misto residenziale/commerciale, case di riposo, ospedali e strutture simili in cui è importante un'elevata affidabilità operativa.
Fig. 4: Linea del gas con bruciatore autonomo/soffiante.
Fig. 5: Esempio di distribuzione del carico.
Un vantaggio dell'ampio intervallo di modulazione non è solo la regolazione precisa della potenza in combinazione con basse temperature di ritorno a favore di un utilizzo efficiente della caldaia a condensazione. Consente anche di caricare serbatoi di dimensioni relativamente ridotte per l'approvvigionamento di acqua potabile, che normalmente non si armonizzerebbero con una caldaia di grande potenza. Il sistema di controllo "Ecocraft" consente il funzionamento in parallelo della pompa di riscaldamento e della pompa di carico del bollitore. Il programma tiene conto anche della disinfezione termica regolare.
La caldaia non è solo contenuta in termini di spazio e peso. È anche appena percettibile dal punto di vista acustico. Anche a carico massimo, l'unità da 200 kW emette solo un sussurro. E, naturalmente, la cascata può essere comodamente monitorata, impostata o parametrizzata anche a distanza, ad esempio con un telecomando telefonico o con la tecnologia vrnetDialog di Vaillant.
Risparmi comprovati del 30 per cento
Fig. 6: Dispositivo di misurazione della condensa BrennCon www.consoft.de.
La moderna caldaia e la disposizione del circuito di riscaldamento hanno quindi ridotto i costi del gas naturale di circa il 30%. In linea di massima, due terzi di questo successo possono essere attribuiti al generatore di calore e un terzo al layout del sistema. Per ottenere questo risultato, HG Baunach ha dovuto convincere il progettista e Vaillant. Se si considerano i tre singoli scarti e si tiene conto di alcune tolleranze, lo scarto totale ammonta a 40 K. Inizialmente, Vaillant non voleva imporre questa differenza tra la mandata e il ritorno sul generatore di calore, per timore che un singolo modulo potesse soffrire di mancanza d'acqua in condizioni sfavorevoli. Inizialmente, l'azienda di Remscheid aveva insistito sulla presenza di un troppopieno, un cortocircuito idraulico. Questo perché Ecocraft appartiene alla famiglia degli scaldacqua a circolazione, che necessitano di portate minime.
I tecnici hanno risolto il problema dal punto di vista del sistema. Hanno creato una gerarchia di controllo armonizzata in modo tale che i singoli circuiti garantiscano sempre il volume minimo di acqua circolante quando i moduli sono in funzione, cioè non si abbassino completamente.
I tre livelli di temperatura di Richter + Frenzel si accontentano di un totale di 200 kW. Nella sala di formazione/tecnica è stato quindi installato un Ecocraft con cinque moduli (5 x 40 kW). Gli operatori hanno contato il numero di avviamenti e hanno determinato un tempo medio di funzionamento della caldaia di 2,5 giorni per ogni avviamento. Questo non dovrebbe essere un dato particolarmente sorprendente per un sistema di riscaldamento modulante che può funzionare fino a pochi kilowatt. Negli inverni rigidi, la domanda di calore e la produzione di calore dovrebbero bilanciarsi a vicenda e il sistema dovrebbe funzionare praticamente ininterrottamente, ma se si considera un intero periodo di riscaldamento, 2,5 giorni parlano a favore di una configurazione di sistema molto solida.
Ora Magra è distributore di rendeMIX
Fig. 7: rendeMIX con il distributore Magra.
Se guardate l'installazione di Richter + Frenzel, noterete le complesse tubazioni dei singoli gruppi di miscelatori. Erano costosi. Nel caso di Richter + Frenzel, questo aspetto non ha avuto un ruolo significativo nella decisione perché, in primo luogo, volevano creare un sistema dimostrativo e, in secondo luogo, erano già in corso trattative con il produttore di raccordi Magra per plasmare un distributore speciale per il "rendeMIX". Ciò avrebbe ridotto i costi dell'attività commerciale e reso l'architettura speciale del collegamento di serie più interessante in termini di costi e di installazione.
Magra e Baunach hanno presentato il raccordo alla fiera SHK di Essen nel 2006. Combina lo schema "rendeMIX" con il principio della nota barra collettore. La particolarità è che per ogni gruppo di miscelatori sono previste tre connessioni e non due, come nella versione standard: mandata calda, ritorno caldo e ritorno freddo. Il collettore consente di montare a flangia fino a cinque gruppi. Per evitare confusione, i singoli attacchi sono chiaramente etichettati. L'unica cosa da osservare è la sequenza dei circuiti di riscaldamento, collegandoli verso il generatore di calore con temperatura di ritorno decrescente. Per il resto, non ci sono differenze rispetto al collaudato sistema Magra.
Utilizzo di un elevato potere calorifico
Ciò si riflette anche nell'utilizzo del potere calorifico. In genere i produttori promettono tassi di utilizzo del 105%. Tuttavia, spesso c'è un notevole divario tra la teoria e la pratica o tra il banco di prova e il campo. Ciò ha a che fare con temperature di ritorno troppo elevate. A un valore di circa 40 °C, la quantità di condensa è pari a due terzi del "guadagno" a 20 °C. Il risultato è una perdita del cinque per cento del rendimento. Il risultato è una perdita di efficienza del cinque per cento rispetto a quanto fattibile. Nel ramo Richter + Frenzel, il triplo utilizzo del flusso fino a 20 °C non dovrebbe in realtà comportare differenze tra il rendimento termico di condensazione previsto e quello misurato.
Tuttavia, i consulenti e i responsabili della formazione hanno voluto affidarsi anche in questo caso a prove verificabili e hanno suggerito l'installazione di un dispositivo di misurazione BrennCon. Questo dispositivo scarica l'acqua di condensa. In linea di principio, si tratta di un raccoglitore di condensa con una pompa di sollevamento integrata che svuota il contenitore pieno nella rete delle acque reflue e determina il volume della condensa in base al numero di corse. Il ricalcolo effettuato da Richter + Frenzel è stato estremamente soddisfacente: il consumo di gas di 4182 m3 o 43.284 kilowattora nel periodo dal 20 dicembre 2005 al 12 gennaio 2006 sono compensati da 94 g/kWh di condensa. La Figura 3 mostra una temperatura di ritorno media di circa 25 oC e un'efficienza termica della caldaia del 104% nel periodo considerato. A 42 oIn cambio, come in passato, l'"Ecocraft" avrebbe dovuto accontentarsi di circa 4 % di efficienza in meno, cedendo così 16.000 kWh.
Alcuni miglioramenti
Almeno 16.000 kilowattora sprecati. Nelle prime settimane di messa in funzione, il sistema era ancora basato su un software di controllo vecchio e non personalizzato per l'architettura a tre circuiti. Vaillant ha apportato dei miglioramenti. Anche la figura 3 conferma il successo: a partire da gennaio, la quantità di condensa si è stabilizzata a circa 98 g/kWh, il che significa almeno mezzo punto percentuale in più o 2.000 kWh.
Un'altra carenza iniziale: si era insinuato un errore di installazione. Probabilmente ciò è andato a scapito dell'efficienza dell'impianto secondo l'ordinanza sul risparmio energetico. Purtroppo, come si è scoperto in seguito, uno dei sensori esterni segnalava costantemente temperature di gelo. Di conseguenza, anche in condizioni climatiche miti, la mandata nei radiatori raggiungeva una temperatura massima di 67 °C. Sebbene il flusso di ritorno rimanesse a 22-25 °C, secondo la norma DIN 4701 Parte 10 "Valutazione energetica degli impianti di riscaldamento e ventilazione", la perdita di calore del sistema di distribuzione del calore aumenta all'aumentare della temperatura dell'impianto. Tuttavia, poiché la maggior parte del livello di distribuzione a Kassel si trova all'interno dell'involucro termico dell'edificio, è probabile che le riduzioni abbiano avuto un impatto minimo in euro e centesimi.
Bernd Genath
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