ガンメタリックのフィッティングよりずっと
システムインテグレーターとして重要な4ウェイミキサー
発売から10年以上が経過し、その効果や経済性には議論の余地はありませんが、まだ広く受け入れられていないのが現状です。それは、4ウェイミキサー「rendeMIX」の高度な制御ロジックとミキシング技術が、独自のセールスポイントになっているからでしょう。そのため、トレーニングや文献ではほとんど注目されていません。講座やセミナーでの市場浸透は、メーカー自身が気を配らなければならない。DKZは学校の机の前に座った。
「従来のバッファ貯蔵タンクの充放電、つまり通常のシングルゾーン充放電の主な問題は、混合である。このため、有効利用できる熱量が大幅に制限される。
画像1：2013年夏、ヴュルツブルク
容器に出入りする水が循環し、高温ゾーンの温度を下げ、底部の低温ゾーンの温度を上昇させることを防ぐことはできない。rendeMIX」による2ゾーン充放電の利点は、温水、冷水、混合水（返送利用による混合水）がそれぞれのゾーンからのみ出入りすることである。バッファーの中央には、一種の安全シールドが構築されている。これにより、ボイラー内の上部の高温側と下部の低温側の分離が安定する。成層が維持されるのです」。
ハンス・ゲオルク・バウナッハがマルチポートミキサー "rendeMIX "のエネルギーと油圧の利点を説明します。場所は？昨年の晩夏、ヴュルツブルク。イベント：HG Baunach GmbH & Co.KG主催の油圧セミナー。テーマ：暖房システムの効率化。「効率とは、システム内で複数のコンポーネントが調和して機能する結果です。rendeMIX」の原理は、効率的な暖房システムの構築をサポートします。このセミナーでは、お客様のシステムに眠っている効率化の可能性を明らかにし、それをどのように実現するかを説明します。"
多目的な使用
16人の名工たちが招待を受け、ヴュルツブルクにやってきたのはまさにこのためだった。約15年前 ライン左岸ヒュッケルホーフェンのバウナッハ社 は、その特殊な制御技術で初めて注目を集めた。
図2：100リットルのバッファーの100％の蓄熱の代わりに240％の蓄熱、試験結果 ビーベラッハ応用科学大学
当時は、高温回路（ラジエーター）と低温回路（床暖房）を直列に接続することが中心だった。この方式は、ドイツの多くの地域の戸建て住宅で標準的に採用されている。この特許取得済みのプロセスは、全く異なる量の水が循環しているにもかかわらず、高温回路の還流を床暖房の流れに変える。4ウェイ・ミキサーに内蔵されたイコライジング・セクションとミキシング構造（この技術では、異なる温度レベルを用いて流水温度を正確かつ省エネにミキシングする）により、手動ではほとんど不可能なこの切り替え作業を解決している（図2）。
「だからといって、この電気器具を理解するために熱力学の上級コースを受講する必要はない。熱力学はほとんど自分でやってくれます。温度だけで自動的に制御されます。温度だけで自動的に制御されます。このコースで本当に必要なのは、哲学を理解することだけなのです」とスピーカーは語り、理論が多すぎるのではないかという不安を払拭した。
その間に、用途の幅は顕著に拡大し、継手の売れ行きにも顕著に表れている。革新的な施工会社は、様々なシステムでこの部品を使用している。第一に、もちろん高温回路と低温回路の結合用。次に、2ゾーンバッファシリンダーへの装填。この場合、rendeMIXはシリンダー内の成層を可能な限り長く維持する。第三に、バウナッハの開発と同様の巧みな方法でタンクの積み下ろしを行い、その結果、ソーラーシステムや小型CHPユニットの運転時間（年間利用時間）が経済的に延長される。
ボイラーの稼働時間が2倍に
図3：二重回路システムにおける混合原理
聴衆への質問："ログボイラーの補充はどのくらいの頻度で必要ですか？"「遅くとも2日後です「そう、だからお客さまは週末に出かけるわけにはいかないのです。このミキサーを使えば、ログボイラーの利便性が倍増します。熱源は以前のように2日以内に満杯になることはないが、『rendeMIX』はバッファーの貯蔵量を巧みに利用するので、一次空気制御のセンサーは『まだ熱は必要ない』と報告する。ボイラーはエコノミー・モードで4日間暖房する。冬の週末に家族でスキーに出かけても、日曜の夕方に寒い部屋に戻ったり、隣人を呼んだりする必要はありません。これは何度か確認済みです。"(画像3)
社長は、砲金製の筐体の中にあるフロー図を使って、2日分の利益を説得力を持って説明する。
図4：戻り温度の関数としてのガス凝縮ボイラーの凝縮水量と効率（画像：Ruhrgas AG）
聴衆は熱心に耳を傾ける。ハンス・ゲオルク・バウナッハは、「水力学」という一見ドライで複雑なテーマを、生き生きと、楽しく、わかりやすく説明する方法を心得ている。身振り手振りと語法によって、理論はほとんど目に見えるものになる。
もちろん、従来の設置技術の弱点もある。「バッファシリンダーにどれだけの熱が含まれているかは問題ではなく、それがどのような利益をもたらすかが重要なのです。私たちは、価値のあるエクセルギーと価値の低いアネルギーとを区別しています。
混合ボンベは冷たすぎて満足な飲料水や入浴用水を供給できないだけでなく、ボイラーが不必要に頻繁に循環することになる。損害は、利用可能な（太陽）熱と能力を浪費することにある。
決定的な物理学
経験則によれば、5時間のイベントはバリエーションに富んでいる：
図5：凝縮ボイラー技術における還元の利用：油圧セパレーターとラジエーターポンプの節約に加え、効率が8％向上（図4による）
「1kWhはおよそ1mWhに相当します。3 貯蔵水×1ケルビンのデルタT」。デルタTが10ケルビン（摂氏）であれば、1m(摂氏)のバッファーを使用することができる。3 10kWhの容量。「デルタTが大きいほど、どちらか一方の容量が大きくなる。したがって、戻り温度が低ければ低いほど、貯蔵タンクは小さくできる。表では、デルタTに応じて、15kWを8時間供給するために必要なバッファーの大きさがわかります。"rendeMIX "では、例のシリンダーを2サイズ小さくすることができます。
このフィッティングは、よりコンパクトな設計や設置容量の貯蔵能力を高める目的で、高い温度拡散を達成しようとするものである。ビーベラッハ応用科学大学では、ミキシング原理によって許容される2ゾーンの充放電とリターン利用が、どの程度の追加収量を生み出すかを計算した。そこでは、1,000リットルのバッファーのテストが行われた。このバッファーは、流水温度90℃のCHPユニットに供給された。高温回路からの戻り温度が50℃の場合、理論上の貯蔵容量は47kWhと計算された。しかし、実際には、標準的な抽出継手の接続（シングルゾーン排出）では、17 kWhしか抽出できなかった：この場合、理論容量は2.7倍に減少する。
ビーベラッハ応用科学大学の成績
図6：従来のミキシング技術による43℃の戻り温度では、発熱量はほとんど増加しなかった。
ビーベラッハ応用科学大学は、この低効率の原因が、従来のチャージでバッファ貯蔵タンク内で避けられない混合にあることを証明した。これにより成層が破壊され、使用可能な熱量が大幅に減少する。テストの第2部では、監督者は充電方式をレンデミックスによる2ゾーン充放電運転モードに変更した。アクチュエーターは温水と冷水を混合するのではなく、温水と温水、そして設定値によっては温水と冷水を混合した。投入側では、上側のバッファゾーンは温水のみを受けるため、より早く加熱され、下側のゾーンはより長く冷たいままであった。排出の際、制御システムはまずセンターシリンダー接続部から下部バッファゾーンから熱を取り出した。そのため、より早く冷却された。その結果、上部バッファゾーンは高温レベルにとどまった。
結果：有効貯蔵容量は17 kWhから27.4 kWhへと約60パーセント増加した。CHPユニットのオン・オフを切り替える貯蔵タンクのセンサーの位置を最適化すれば、ビーベラッハのケースにおける使用可能なバッファーの効率は、さらに30～50パーセント向上する可能性がある（図4）。
ハンス・ゲオルク・バウナッハは、ビーベラッハ・レポートの結論を次のように要約している。バケツに55℃の水と45℃の水があるとする。それらを一緒に注ぐと50℃の水が2つできる。今度は30℃と70℃の2つのバケツを用意し、それらを混ぜて50℃の2つのバケツを作る。そちらからは何も得られない。唯一の違いは、1つ目のケースでは最大55℃、2つ目のケースでは最大70℃まで利用できるということです。冬のどこかで65℃の流水温度が必要な場合、低いデルタTやシリンダー内の45℃はほとんど役に立ちません。ボイラーは再加熱しなければならない。70 °Cであれば、シリンダーに頼ることができます。これがrendeMIXの "考え方 "です」。
成層式貯蔵タンクとの違い
講師の予想通り、ある時点でお決まりの質問が投げかけられる。"層状貯蔵システムは、バウナッハさんのプロセスとどう違うのですか？"
答えは簡単だ。理想的な成層貯蔵タンクは、原理的には同じように優れていると開発者は言う。唯一の違いは、理想的な、つまりきれいな成層化が強調されていることだ。しかし、これはフラップ制御やその他のトリックではほとんど不可能である。一方、"rendeMIX "は、上部の高温と下部の低温の間のシングルゾーン排出の中央から暖かい貯留水を取り出し、フローまたはリターンのいずれかと混合する。状況によっては、温水の代わりに温水を冷却したり、冷水（戻り水）の代わりに温水を加熱する方がエネルギー的に合理的です」。さらに、バッファーの中心から排出されるこの形式は、温水ゾーンと冷水ゾーンを安定させる。
機能説明
特許取得済み rJET 3×4 3つのコネクションを持つバッファシリンダーは、高温のボイラーフローにアクセスする前に、まずラジエーターからの戻りフローを床暖房システムセパレーションに送り込むことで、排出時のバッファシリンダー内の最適な成層を保証します。このため、システム分離の上流に油圧セパレーターや追加のポンプは必要ありません。内蔵のオーバーフローバルブにより、システム分離部の差圧は約60mbarで一定に保たれます。ラジエーターからの余剰温水は、フロアサーキットのコールドリターンとは別に、バッファーの中央に戻されます。バッファーの上部は高温を長く維持し、下部は早く冷えるため、太陽熱利用率と温水の快適性が向上します。一目でわかるメリット
- コンパクトな組み立て式で設置が簡単
- バッファーシリンダー内のコールドゾーンにより、太陽熱利用率が最大100％向上
- バッファシリンダー内のホットゾーンにより、温水の快適性が最大100％向上
- 暖房回路やシステム分離の上流にスイッチや追加のポンプが不要。
古典的な還流利用が有益なのは、低温回路と高温回路を接続する場合だけではありません。コールドリターンや小容量フローは、凝縮ボイラー、ソーラーシステム、ヒートポンプ、移送ステーション、配水ネットワークの効率を最適化します。凝縮はまた、「洗浄水」を生成します。これは凝縮熱交換器の排ガス側の汚れと腐食を減らし、寿命を延ばします。これも実証済みです。
結露はいつから始まるのか？
結露といえば質問："戻り温度が50℃の場合、結露はどのくらい発生するのですか？"観客席はミリリットル単位の数字を出すのを渋る。しかし、天然ガスの排ガス露点が60℃弱であることを考えると、おそらくかなりの量だろう。「ゼロです。47℃くらいで滴り落ちる程度です。理論上の露点温度58℃は、私たちが定期的に使用している余剰空気を考慮していませんし、排ガスと還流との間の凝縮熱交換器に必要なデルタTも考慮しなければなりません」。
ルールガスAGのダイアグラムがパワーポイント経由でスクリーンに表示される。最初の図は、結露のゼロ点が48℃の戻り温度であることを示している。また、45℃では、20グラムの還流で110グラムの汗が出る可能性があるのに対し、1キロワット時あたりわずか30グラムの汗しか出ないことを示している。rendeMIX」を使えば、暖房の戻り温度は30℃で安定し、1kWhあたりの凝縮水量は90グラムになる。「これにより、ボイラーの効率は50℃に比べて8パーセント向上します。私が計算したわけではなく、ルールガス社がそう言っているのです」と、講演者のハンス・ゲオルク・バウナッハは言う。
図7：長期テスト。2ゾーン原理によるバッファーのロードとアンロード
ルールガスのダイアグラム
図8：太陽熱システムとガスボイラーの組み合わせ
プレゼンテーションの次の図は、露点の空気数依存性を示している。「空気供給量の変動は、さまざまな理由から否定できない。炉は煤を発生させてはならないので、バーナーはいわば予備として余剰空気で運転される。このため、写真のように露点が下がり、その結果、発熱量も増加する。ラムダ1とラムダ2の空気温度の差は10Kであり、露点は58℃から48℃に下がります。さらに、コンデンサーでの必要な拡散度を差し引かなければならない。したがって、わずかに高い戻り温度でも発熱量を利用するためには、空気比の低いバーナー、たとえばプレミックスバーナーを使用するのが最善です」。
図9：ハードウェア
セミナーの半分は復習コースだ。失われたものを掘り起こし、つながりを再び明確にする。バウナッハの4ウェイ・ミキサーにおけるプラグ技術の説明にはほとんど時間が割かれず、焦点は今日の暖房システムの問題点に当てられる。その経済性はますます疑問視されるようになってきている。「しかし、これは技術や部品の価格のせいではありません。不均衡の原因は、全体的なシステム観の欠如にある。相互関係を考えることなく、ただ単に部品を組み合わせることで、何パーセントもの効率向上が損なわれてしまうのです」。
システム・ユニットを目指す
四方混合原理は、熱生成（コンデンシングボイラーの利用）、熱分配（高温回路と低温回路の結合）、熱貯蔵（戻り利用を伴う2ゾーン充放電）におけるシステム効率の向上に、顕著かつ有益に貢献する。ガスや石油のボイラーや熱システムも、バイオマス熱源、ヒートポンプシステム、ソーラーコレクター、あるいはそれらの組み合わせと同様に、恩恵を受ける。最適な効率レベルが達成されるかどうかは、基本的にシステム側で決定される。セミナーで紹介される回路図とヒートフロー図がその理由を説明する。
ハンス・ゲオルク・バウナッハは次のように要約する。「過去の間違いの一つは、コールドリターンとホットリターンを接続し、1本のラインとしてボイラーに戻すことでした。残念なことに、このような回路では、より低温の媒体を使用して、より高温の媒体から多くの余熱を回収するという、より効果的な選択肢が妨げられてしまいます。また、その逆もしかりである。もし真昼に50度の流量で十分であり、マルチウェイミキサーが実際にはこの50度しか引き出さないのであれば、夕方には上部ゾーンからまだ80度が建物内に利用可能である。一方、制御システムが80度を利用し、冷水で50度まで下げた場合、ボイラーは夕方に再加熱しなければならなくなる」。
www.baunach.net
ベルント・ゲナート
技術記事をPDFでダウンロードする
