利益率の向上
ケモプラNVを事例とした加熱技術の革新
EUとドイツが可能であると思われる 京都議定書の目標 もし、すべてのメーカーが定期的にエネルギーコストを見て、それを分類することができたとしたら。確かに、大企業はそうだが、中堅企業はそうでもない。例：最近、ベルギーでビジネスを展開するドイツ人起業家が驚いて首を横に振った。ケルンの自宅を改装した結果、フランダースのリンブルフで長年手放していたであろうものに目をつけたのだ。
画像1：約400kWの蒸気発生器と1.4MWのボイラーを備えた特大の旧システム。右はケモプラストのオーナー、ヴェルナー・ザウアー氏。
凝縮効率を約束し販売する者は、それを保証するべきだ。言い換えれば、排ガスが実際に潜熱を凝縮するように、油圧を微調整しなければならない。発熱量から凝縮量に切り替えることで、システムメーカーは通常、ネットワークの重大な欠陥をなくすことができるが、インテリジェントな油圧接続の方法を認識していないことが多い。 その結果、貴重な可能性が認識されず、未使用のままになっている。
すべては現状分析から始まる
そのため、経験豊富な企業やプランナーは、大規模な複合施設の書類に印刷されていることを鵜呑みにしない。測定器を接続し、圧力と流量をチェックする。既存のシステムを改修する際、過去の過ちを改修に持ち越したくなければ、このデータ取得を欠かすことはできない。過去の過ちとは、通常、配管、ポンプ、継手のオーバーサイズである。これらは、制御技術の弱点をキロワット時あたり数ペニヒのコストで補うもので、どんなにエネルギー多消費型企業であっても同様である。
起業家のヴェルナー・ザウアー氏も長年、洗剤会社のエネルギー生成システムの効率についてあまり考えていなかった。彼の洗剤は、ウィーンの近郊列車やシベリア鉄道のシーメンス製列車、自動車業界の塗装ロボット（色替えのたびに徹底的に洗浄しなければならない）などを洗浄しているが、「空気をきれいに保つことにはあまり熱心ではありませんでした」と、ベルギーのリンブルフ州フーサレンにあるケモプラストNVのオーナーは認めている。
図2：旧熱分布
この工場は、技術的な建築設備も含めて1960年代に遡る。自宅を改築した後、ラインランダーはエネルギーに関する全面的な改築の必要性に気づいた。ケルンの建築家ヴィルヘルム・リプハーンは、バウハウス様式の伝統を受け継ぐ「新生バウエン」の代表者であり、1920年代にはライン川沿いの「バステイ」、1950年代にはオペラハウスで大聖堂の街のパノラマを豊かにした人物である：部分的に丸みを帯びた一枚ガラスの窓は、絶大な費用をかけて断熱ガラスに取り替えるしかなく、比較的皮膚の薄い外壁のために厚いモニュメントで保護し、暖をとるために高温ラジエーターを備えていた。
隠れたコストドライバー
ハンス・ゲオルク・バウナッハは、この家のオーナーの友人でありアドバイザーであり、「レンデミックス」混合栓の開発者でもある。バウナッハのマルチウェイミキサーは、リップハーン設計の油圧を最適化した。最初の寒い冬が終わった後、この転換によって天然ガス代が大幅に削減されたことが貸借対照表で示されると、ヴェルナー・ザウアーはベルギーの工場での自分の欠点を思い知らされた。ヴェルナー・ザウアーは毎月、ベルギー工場の操業コストに首をかしげながらも、それを当然のこととして受け入れていた。多くの従業員を抱える生産工場では、人件費はコストドライバーとして認識されるものではなかった。温水ではなく、熱に不足はなかった。なぜ技術を疑うのか。
図3：必要に応じて生産中のミキシングタンクを加熱するための再生重油焚き蒸気発生器（連続フロー原理）、蒸気発生量1 bar 157 kg/h
しかし、ケルンの改築された家で、彼はフータレンでおそらく毎年手放していたものを発見した。もちろん、フランダースの現状を分析する際には、典型的な古い建物の問題が生じた。資料、正確な数字、配線図が不足していたのだ。「石油焚きボイラーに直面した。定格プレートは崩壊していました。後に1.4メガワットであることが判明しました。また、石油焚き蒸気発生器についても、資料には何も書かれていなかった。再計算の結果、400kWと推定された。製造に必要な温水については、『少なくとも80℃の大量の温水が必要』としか書かれていなかった。それが実際に何を意味するのかは曖昧なままでした」と工場のオーナーは振り返る。
稼働時間とパルスカウンター
図4：強制換気作業エリアの温風の代わりに温水で加熱する輻射天井パネル
「もちろん、これはエネルギーコストが低かった時代の話だ。具体的には、暖房用の石油だ。ベルギーは石油の国です。オランダの天然ガスは国境を越えて流れてくる。つまり、安価な石油供給の観点から、個々の消費者を見積もることはほとんどしなかった。メーターはどこにもなかった」。ケルンでの改修後、2007年10月にハンス・ゲオルク・バウナッハにリンブルフに来てもらうと、彼が最初に勧めたのは、蒸気発生器とボイラーに稼働時間とパルスカウンターを設置することだった。一方では、蒸気発生器が生産中の二重壁タンクを運転温度に保ち、他方では、お湯を作るための瞬間湯沸かし器を供給していた。この温水は、予定外の時間にミキシングタンク内の化学薬品や粉末に300～700リットルの高温水を自然に加えるため、かなり高温で常時利用できる必要があった。
加熱された生産エリアは6,000 mに及ぶ。2防爆のために強制換気されるものもある。危険区域には防爆機器しか設置できない。暖房の面では、当時も現在と同様、熱風送風機がオプションであった。その水／空気熱交換器は、古いものから供給され、新しい石油ボイラーからは、呼び径100のボイラー室から出て各棟に分岐する単一のフロー・リターン・ラインを介して供給される。
バーナー運転時間1分
「一方では、2回の暖房期間中、ボイラーの稼働率が50%に達したことは一度もなかった。一方、従業員からの苦情もあり、従来のように風通しの悪い作業場を温風で暖めるのはまったく意味がないことは明らかだった。換気はすぐに熱を奪ってしまうのだ。恒久的な換気には、詳細な計算もしないまま莫大な費用がかかった。そこで換気の代わりに、いくつかのワークステーションの真上に輻射天井パネルを設置した。これでクリティカルゾーンを輻射熱で暖めることができる。これらのパネルは、石油ボイラーのコモン・フローからも供給されています」と、ハンス・ゲオルク・バウナッハは、以前のエネルギー関連の罪のひとつとその解決策について語る。
図5：出力700 kWの石油凝縮ボイラー（Viessmann Vitoplex）からの最高85 °Cのフロー温度
実際の分析、運転時間、サイクル数に話を戻すと、古いボイラー（後に1.4MWと判明）のオーバーサイズは想像を絶するものだった。真冬でも長い休憩を取り、稼働しても1分から最大10分程度だった。にもかかわらず、ワークステーションのスタッフは文字通り熱風のシャワーを浴びていた。
非効率な石油暖房システムの代わりに、700kWの石油コンデンシング・システム（Viessmann）が暖房用水を供給するようになった。このシステムには、部分負荷時でも効率的な運転を保証する2段ヴァイスハウプト・バーナーが装備された。
応急処置としての溶接継ぎ目
小さなネットワーク部分でも、余計なロスが発生していた。例えば、100メートル離れた研究室の洗面台で散発的に使用される温水の蛇口への循環は、24時間温水を汲み上げ続けたし、巨大な古い鋳鉄製ボイラーを利用した低圧蒸気発生器は、いつでも散発的に必要な熱を供給できるようにと、ほとんどの時間、蒸気の下で無用の長物となっていた。ついに亀裂が入り始めるまでは。このボイラーは、半分以下の大きさのユニットに交換されるまでの数週間、溶接の継ぎ目という応急処置で使用され続けなければならなかった。
ベルギーのゾンホーフェンにあるプラントメーカー、カレマンスNV社は、遠くの研究室への配管を切断し、洗面台の下に独立した電気瞬間湯沸かし器をボルトで取り付けた。工場に温水を供給するため、彼は比較的控えめな1,000リットルのジャケットヒーター付きボンベを設置し、現在では約20kW（Vaillant社製）の石油コンデンシングボイラーを別に設置した。
図6：「rendeMIX」ステーション。機能については「暖房図」欄を参照
生産は1日に2回しか行われないため、20kWの場合、ボンベを再充電するのに4時間かかる。同時に、年間を通して温水暖房のために供給されるボイラー出力は、元の数分の一に減少する。
暖房計画
図は、ファン回路とラジエーター回路を備えた暖房システムの回路を説明している。2段ヴァイスハウプト・バーナー付きViessmann Vitoplex 200石油コンデンシングボイラー（700 kW）は、主に天候に左右されない最低45 °Cから最高85 °Cの流下温度を維持しなければならない。 °Cの温風暖房（LU）。設計は85/45のスプレッドに基づいている。 °C.しかし実際には、回答率は50％程度になると思われる。 °C.ボイラーは発熱量ボイラーと下流の潜熱交換器からなる。その流れはNW100パイプで直接主回路に供給される（バーナー制御）。
rendeMIX回路の哲学は、高い温度勾配を作ることである。過去の間違いのひとつは、コールドリターンとホットリターンを一緒にしてボイラーに戻すことだった：パイプを十分に断熱すれば、熱は失われないので、ボイラーはそれほど熱を出さなくて済む。これはある程度正しいが、温度差がないため、混合温度だけで均等に加熱するために、より温度の高い媒体の余熱をより温度の低い媒体の助けを借りて回収することは、残念ながらもはや不可能である。凝縮ボイラー技術や凝縮の導入、そして異なる温度レベルの受容によって、暖房技術はもはや、戻りエネルギーを一つの鍋に集めるのではなく、異なるアネルギー鍋とエクセルギー鍋に分けるようになったのである。
バルブ側では、おそらく「rendeMIX」方式が最もエレガントなスイッチであろう。切替図のラジエーター回路（ホイール）では、ポイント7にある2つのミキシングディストリビューター250 3×2 VL 5が、ファンからの戻り水を45℃から45℃に取り込みます。 oCで、35℃のラジエータ還流をポイント2経由で潜熱交換器RL2に送る。60 °Cは、45グリッドのファンリターンからの "rendeMIX "と85グリッドのフロー（ポイント1経由）のショットを混合する。
潜熱交換器（RL2の後ろ）は、コンデンサーの利益を戻りラインRL1に押し出す。写真には直接写っていませんが、水理学的には次のようになります。還流RL2は潜熱交換器を経由して還流RL1に流れ込み、オイルボイラーを経由して流路温度85℃に戻ります。 °Cを上げる。
RL2と混合する前のRL1の温度は45～50℃である。 oC、温風ファンのリターンサーモスタット（RTBバルブ）の設定による。本文で既に述べたように、RTB弁は45～50℃以上でファンからの還流をロックする。その結果、差圧が上昇し、ファン回路の循環水量が制御された高効率ポンプによって一定のデルタTで絞られます。
下部のrCOL 3×8 - 2は基本的に単なるディストリビューター。その上に2つのタイプが搭載されている DN25 3×2 VL 5.3×2とは、3つの接続口（2 - 7 - 1）と2つの接続口（6 - 5）を意味する。追加番号5は、フロー(5)に直接フランジ接続できる循環ポンプを示します。
右側の3番目のグレーの長方形には sBox DN25 2×2 VL 3は、家庭用温水暖房用の非制御暖房回路（予備）を示します。必要であれば、700 kWのボイラーを使用することもできます。このアセンブリには、重力ブレーキ、温度計、シャットオフバルブ機能を備えた循環ポンプが含まれていますが、その戻り流はマニホールドのセンターチャンバーに供給されるため、50 kWのエアヒーターの戻り流と組み合わされ、30 kWのラジエーターの戻り流とは分離されます。
1,000リットルの温水ヒーター（図2）は、出力19kWのVaillant社製石油コンデンシングボイラー（icoVIT）か、あるいは700kWのViessmann社製ボイラーで加熱され、ファン回路にも供給される。ここでいう "代替 "とは、現在の運転状況に基づいている。メインボイラーはファン回路用の熱を生産する一方で、貯蔵タンクにも負荷をかけることができる。この計画では、ヴァイヤントのボイラーでの凝縮運転と、ヴィースマンの熱発電器がシリンダーに供給される場合のメイン回路の油圧を、前述の45～50℃で安定させるために、戻り温度リミッターもこのスキームに組み込んだ。
新しいヒーティングオイルを燃料とする蒸気発生器は、もはや水を加熱する必要がない。運転中はミキシングタンクに水を供給するだけで、実際の蒸気需要に合わせて運転時間を調整します。低水量で省エネの瞬間湯沸かし器の原理（タイプClayton EO-10、出力100 kW、運転圧力7 barまで調整可能、蒸気発生量1 bar 157 kg/h）を採用し、スタンバイロスも最小限に抑えています。
つまり、暖房、温水、蒸気の3回路、あるいは非防爆実験室の電気瞬間湯沸かし器による4回路の油圧と供給技術である。改造された基本計画では、すでにかなりの消費削減が約束されていた。
ミキシング・マニホールドによる最適化
図7：既存のファンは交換しなかったが、戻り温度リミッターとしてサーモスタット弁を使用し、コンデンシングに適したものとした。
さらに、暖房スキームの制御工学的改良も節約につながるはずである。この対策の長いタイトルは、「ケモプラストNVの暖房システムの最適化-『rendeMIX』と温水タンクへの給湯用S-Boxで制御された2つのラジエーター回路をリターン使用する3室マニホールドへの転換による、小型化されたコンデンシングボイラーシステムの効率的な運転」である。この背景には、HG Baunach GmbH & Co.KGのマルチポート混合マニホールド "rendeMIX "に基づくものです。これにより、高温回路と低温回路を直列に接続し、「rendeMIX」の内部および外部の均等化セクションで個々の水量を正しくバランスさせながら、高温回路の戻り流を低温回路の流れに変えることが可能になります。
図8：...ファン回転数制御用周波数コンバーター付き
このプロセスは、ラジエーター（高温）と床暖房（低温）を組み合わせることで、住宅建設においてすでに数千回実証されている。まず第一に、温度の広がりが大きくなるため、一般的に循環させる水の量が少なくとも半分になる。第二に、往々にして30℃をはるかに下回る低温の戻り水が、床暖房のために使用される。 oボイラーの凝縮熱交換器では、潜熱が失われないように、排ガスは露点以下に冷却される。凝縮ボイラーは、凝縮熱を暖房に利用するという役目を果たすには、戻り温度がそれに応じて低ければならない。
2つのリターン接続
フランダースのユーロパークにあるケモプラストNVでは、天候に左右されないファン回路が高温回路となっている。厳密に言えば、ここでの石油凝縮ボイラーは、発熱量ボイラーと排ガスダクト内の独立した潜熱交換器の2つのコンポーネントで構成されている。HG Baunach GmbH & Co.KGがこの組み合わせを選択したのは、ボイラーとコンデンサーの2つの戻り接続で運転できるようにするためである。この2つの戻り接続の利点は、次のように説明できる：
まず特筆すべきは、工場ホールのファン（交換はされなかったが、回転数は制限されていた）には、NW100のパイプを通して最大85リットルという膨大な量の水が供給されていたことだ。 oCの流温が循環する。十分な温風を発生させるためには、この天候制御温度がこのレベルに達する必要がある。さらに、Karremans暖房会社は、30台ほどの各ファンの真後ろに戻り温度リミッターとしてサーモスタットバルブを設置した。熱抽出が不十分で戻り温度が45～50℃以上になると、熱電対がバルブを閉じる。 oCが上昇します。関連するスロットリングは、増加した差圧を介して制御循環ポンプに信号を送り、他のファンが影響を受けないように流量を適宜調整します。
この回路は発熱量ボイラーで始まり、発熱量ボイラーで終わる。前述した45～50％の熱量で還流する。 oELヒーティングオイルの露点は48℃であるため、凝縮利用はできない。 oC.さらに、発熱量ボイラーでは、その設計上、結露が起こってはならない。なぜなら、ボイラーのこの部分は結露を想定して設計されていないため、安全上の理由から規定された還流ブーストがあるからである。
ケモプラストNV
1970年代、ベルギー政府はリンブルフ州の炭鉱を閉鎖した。これを補うため、ベルギーはこの地域の工業化を推進した。当然、雇用の需要に供給は追いつかなかった。対照的に、当時のドイツの労働市場は正反対の状況にあった。連邦共和国が建設され、経済の奇跡が花開き、いたるところで労働力が不足していた。ベルギッシュ・グラートバッハ出身のドイツ人企業家は、1936年以来、自動車の外装や内装をクリーニングするためのカーポリッシュやその他の製品を製造していたが、そのため生産工場をフータレンに移転した。十分な労働力があり、賃金水準も適切で、ドイツとヨーロッパ全土に配送するためには、ケルンやベンスベルクからフランスやポルトガルに配送するトラックでも、ベルギーのリンブルフから配送するトラックでも違いはなかった。管理運営はドイツ国内にとどまった。
ドイツの自動車運転手が、お気に入りの子供である車体を革と乾いた布で丁寧に手洗いすることがなくなり、洗車機が手洗い用製品に取って代わると、ケモプラストNVは工業用、鉄道用、運搬会社用の洗浄剤にまで製品範囲を広げた。オランダでは、近郊列車を含むほぼすべての列車でフータレン社の製品が使用されている。ウィーンの近郊列車や地下列車もリンブルフ社の「Starcare」製品で輝きを取り戻し、シベリア鉄道のシーメンス製機関車やサンクトペテルブルクからモスクワに至るロシアの高速鉄道も同様である。
2012年、ケモプラストNVは、自動車メーカーを顧客とする会社のノウハウ、フォーミュラ、ライセンスを購入した。そこでの品質管理には、色替えのたびに塗装ロボットを入念に洗浄することが含まれる。これは、さまざまな組み合わせからなる特殊な溶剤を使って行われる。こうした事業拡大の結果、ドイツ系ベルギー人の同社は、今後数年間で売上高が30～40％増加すると見込んでいる。同社はまた、基本的な生産能力を維持したい洗浄剤メーカーのOEMサプライヤーとしての地位をますます確立しつつある。
発熱量保証
供給熱の85～90パーセントがファンで、10～15パーセントがオフィスエリアと衛生設備、更衣室のラジエーターで必要とされる。これらの熱発生器には、60/40の設計スプレッドで十分である。 oC.この対は、暖房期間の大部分において、還流が40℃の限界より数度あるいは何度も低いということ以外には何も意味しない。 oCが移動する。そのため、コンデンサーにはラジエーターからの還流分のみが流入する。これにより、排ガス温度は平均して33～35℃まで下がる。 oC.従って、潜熱交換器は、それがなければ煙突から逃げてしまう排ガスから、ほぼ10％の残留エネルギーの大部分を取り出すことができる。
しかし、発熱量を利用した戻り流は、2つの加熱回路間のカップリングとして、また分流器として、「rendeMIX」ミキサーでのみ機能する。ケモプラストNVの加熱システムの油圧は、ファン回路の高温還流流の一部が低温ラジエーター回路に供給されるようになっている。このため、真冬に60℃の流水温度が必要な場合、レンデミックスは、ファン回路の流水から高温のボイラー水を混合することで、45℃から50℃の流水温度を上昇させます。しかし、暖房シーズンの大半は、45～50 °Cのファン温水で十分である。
図9：通年温水暖房用19kW石油コンデンシングボイラー（Vaillant icoVIT）
図10：石油ボイラー下流の外部潜熱交換器（右端、Viessmann Vitotrans）は、個別の暖房リターンの接続を可能にし、高流量温度での凝縮利用を可能にする（説明は本文を参照）。熱交換器とボイラーの間にあるシルバーグレーの排ガスボックスは、ボイラー出口と熱交換器入口の高さの違いを補うだけである。
排ガスはすべて、フランジに取り付けられたコンデンサーを通って石油ボイラーシステムから排出される。供給技術的には、これはラジエーター用の熱発生器として機能し、その結果、発熱量の増加だけで社交室やオフィスの暖房需要の大部分をまかなうことができる。
改装開始は6年前
2007年、ヴェルナー・ザウアーは何かをしなければならないという結論に達した。2008年夏には、輻射天井パネルの設置、戻り温度リミッターの改修、高効率ポンプの設置など、最初の水力対策に着手した。2009年には、測定データの評価により、ボイラーと蒸気発生器の巨大なオーバーサイズが明らかになり、翌2010年夏には、空気加熱器の速度制御装置の設置により、油圧ネットワークの変換作業が完了した。これらの対策だけで、年間平均約60,000リットルの暖房油が50,000リットル、つまり約15%に削減されただけでなく、ファン回路のデルタTも当初の2Kから20Kまで上昇した。ハンス・ゲオルク・バウナッハに言わせれば、デマンド・ベースのコンデンシング・ボイラーとコンデンシング配熱システムへの転換計画を練り上げ、実現するための前提条件が整ったのは今だけだった。2011年春、古い蒸気発生器が漏水し、ボイラーを交換するための緊急作業が暖房期間中に行われたが、完全な制御システムが稼動したのは2012年初夏のことだった。タンク充填の間隔から、わずか数カ月後には20～25％の "歩留まり"、つまり、暖房油の消費量が年間平均50,000リットルから40,000リットルへとさらに削減されることが予測された。
今日、暖房用石油は6万リットルから4万リットルになった。
特に制御システムの設定には、まだ最適化の可能性が残されているからだ。「制御された高効率ポンプは、戻り温度リミッターの設置によって初めてその効果を十分に発揮することができるため、最終的にはオイルを3分の1以上節約できるだけでなく、電力消費量も大幅に削減できると想定しています」と、ハンス・ゲオルク・バウナッハは説明する。
戻り温度リミッターとしてのサーモスタット弁は、差圧制御ポンプと連動して、熱水力学的なバランスを確保します。過剰な戻り温度のために弁が流量を絞ると、電気式ルームサーモスタットによってエアヒーターのファンが停止しても、戻り温度は一定に保たれます。 しかし、これはファン運転中の熱出力を低下させるため、ファンの回転数が高いままだと「コールドドラフト」につながります。しかし、必要な熱出力が確保できる限り、ファンの回転数を下げることには次のような利点がある：
- より高い空気出口温度
- 風速が少ないため、粉塵汚染が少ない
- 騒音が少ない
- 加熱面をより均一に利用できる。
図11：改修工事開始前年の基準年2007年（各年の4月1日から翌年3月31日までの年数）に対して、2008年から2010年にかけての水力改修により、暖房用石油消費量はすでに60,000リットルから50,000リットルに削減されている。その後、古いシステムを最新の石油コンデンシング・ボイラーに交換（2012年12月に試運転）したことで、さらに10,000リットルの暖房油が節約された。コンサルタントのハンス＝ゲオルク・バウナッハとシステム・ビルダーのカーレマンズは、「これで終わりとは考えていません」（バウナッハ）。彼らは、暖房が制御も含めてすべて新しいシステムで賄われる最初の暖房期間であるこの暖房期間の終わりには、さらに効率が上がると予想している。
厄介な油圧チェス
特に最後の点は、システム効率という点で過小評価してはならない：すべての加熱面のボトルネックをすべての熱が均一に流れるほど、水と空気の間に必要なデルタTは小さくなる。これは戻り温度に特に強い影響を及ぼし、したがって凝縮ボイラーの利用効率にも影響する。したがって、ボイラーが凝縮モードに入るかどうかは、通常システム側で決定される。
ハンス・ゲオルク・バウナッハは次のように総括する。「暖房技術という点では、多くの産業工場はおそらく荒れ地になっている。100リットルの暖房油を節約するごとに、250kgの二酸化炭素が大気中に排出されます。この数字を視覚化するだけでいい。もし立法府がこの分野で旧式ストックを厳しく規制または促進すれば、ドイツとEUは京都議定書のすべての目標を簡単に達成できるだろう。言うまでもなく、私たち暖房業界は、その名声を捨ててはならない。コンデンシングボイラーを発熱量モードだけで運転させてはならない。私たちメーカーや部品サプライヤーは、計画と連動して油圧を最適化するためのあらゆる技術的可能性を提供します」。
建物のエネルギー消費量の測定値
図12：エネルギー・パスは、暖房面積6,000 m²、年間暖房油消費量40,000リットル、エネルギー消費量67 kWh/m²・a)、CO2排出量18 kg/m²・aで、1960年代の建物で防爆仕様の強制換気を備えた低エネルギー住宅基準に実質的に相当することを示している！
ケモプラストNVフータレン（ベルギー）
投資額：240,000ユーロ
コスト削減：12,000ユーロ
キャッシュフロー：5%
HG Baunach GmbH & Co.KG
Eメール：info@baunach.net
ホームページ：www.baunach.net
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