油圧の見える化
アライメントの欠如は、指揮者のいないオーケストラのようなもの - Arnsbergでのセミナー
の情報提供が必要です。 SHK-トレーニング部門は巨大です。しかし、さらなるトレーニングは、豪華にデザインされた社交場で行う必要はありません。油圧機器という定番のテーマで、商工会議所や新エネルギーコミュニティなど、販売目的ではない機関が招待すると、研修会場が満席になるんですよ。そして、加熱実験室での実験で理論が裏付けられると、最後にリスナーはほとんど期待して、"次の話題は？"と司会者に聞くのである。
油圧の問題領域。これは、ネットワーク化されたデジタル化とモノのインターネットによってますます大きくなっている。今後、衛生、暖房、空調システムの個々の部品を卸売業者から購入する人は、パズルのピースを購入することになる。私たちが知っているように、部品は適切な場所に組み合わさって初めて完璧な絵になる。油圧の場合、適切な場所とは適切な調整を意味する。個々の部品は、互いに完全に調和して初めてその能力を最大限に発揮する。非効率なコンポーネントで効率的なシステムを構築することはできない。一方、効率的なコンポーネントを組み合わせて非効率的なシステムを作ることは、ルールではないが、例外でもない。「すべての音楽家は名人ですが、指揮者のいないオーケストラ・コンサートは耳を楽しませてくれません」と、2月初めにアルンスベルクにある南ヴェストファーレン商工会議所の職業訓練センターで開催された油圧セミナーの講師は語り、専門的なバランス調整の必要性を説いた。
バッファ貯蔵タンクの充放電
図1：マルチウェイミキサーによる2ゾーンローディングとアンローディングのテストセットアップ アーンスベルグ・チャンバー・オブ・クラフツ
例えば、バッファー・ストレージ・タンクやその最も効率的な充放電は、将来的に建物への供給だけでなく、エネルギー転換にも責任を負わなければならなくなる。これは決して誇張ではない。風力発電所や太陽光発電所は、インフラよりも早く成長しているからだ。道路の拡張よりも。専門家は、拡張のための移行期間を10年程度と見積もっている。つまり、送電網の白熱化を防ぐためには、今後10年間で再生可能エネルギーを送電網から外さなければならないということだ。これはエネルギー転換の利益にはならない。だからこそ」、ドイツエネルギー・水産業協会のシュテファン・カプフェラー理事長は最近、「現状を緩和するあらゆる手段を活用しなければならない」と述べた。こうした可能性には、家庭での余剰電力の利用、すなわち熱への転換も含まれる。エネルギー転換と、転換を可能にするインフラ整備は別物である。そしてこれには、とりわけ電力から熱への変換が含まれる。ドイツのエネルギーと暖房の世界では、風力発電と太陽光発電による電力化が進んでいる。これによって生じる需要と供給の自然な分離を、システム的に補う必要がある。変動するエネルギーを利用した便利で効率的な暖房は、パワー・トゥ・ヒート、つまりヒートポンプ、太陽熱システム、夕方や別の時間帯まで一時的に熱を蓄えるバッファストレージとのセクター・カップリングによって可能になる。制御システムがこのような貯蔵タンクの容量をより効率的に利用すればするほど、システム全体の効率は高くなる。
ちなみにこれは、コンデンシングボイラー、薪やペレット、集熱器、CHP、ヒートポンプなど、誰が熱を供給するかにかかわらず、暖房回路にバッファーを組み込むあらゆる場合に当てはまる。しかし、どうすれば最適に近づけるのだろうか？アルンスベルクでの話題はまさにそれだった。
図2：浮力：水が熱いほど軽くなる
最適なアプローチとは？
温水と熱水を成層させる浮力はどの程度か？HG Baunach GmbH & Co.KGのハンス・ゲオルク・バウナッハによる水力学への探検は、このようなあまり知られていない数字を提示した。KGのハンス-ゲオルク・バウナッハ氏は、あまり知られていないこのような数字を紹介した。浮力は密度の差に基づいている。0 °Cの水は1リットルあたり1,000 gであり、沸点に近い100 °Cの水は950 gしかない。この50gの差は、直径50cm、つまり面積約2,000cm²の水槽の中で、体積2リットルの厚さ1cmの水の層が100gの圧縮力で上昇することを意味する。大したことはない。この低い運動量に対するわずかな妨害でさえ、内容物の成層への意志を奪ってしまう。適度な補正：水の軽さは、50℃前後から上の温度範囲で不釣り合いに増加する。一方、0℃から20℃までの低温域では、密度の差は比較的少ない。言い換えれば、水が高温であればあるほど、成層は安定し、その結果、緩衝液の使用可能な熱量や使用可能な貯蔵容量も安定する。50℃での完全混合では、熱はいわば逆流し、システムコンセプトを打ち消す。つまり、45℃以上の熱を供給できない場合は、バッファから接続された太陽熱温水システムの45℃の塩水に流れます。一方、内容が30から70℃に増加すれば、前の場合と同じ熱量を意味する、コレクターは給湯装置の冷たい地帯に太陽利得を移すことができる。
破壊的乱気流
たしかに、このようなことは未知のことではない。しかし、大多数のリスナーが認めているように、貯蔵タンクへの誤った積み下ろしがもたらす結果は、それほど劇的なものではないのだ。というより、特に暖房システムからの戻り温度はできるだけ低温であるべきだという結論に至っていない。この温度は、使用可能な熱量にとって決定的である。そのため、第一に非常に低く、第二に還流は非常に低い位置で、第三に低い流速でバッファに入るべきである。乱流を発生させないためだ。理想的には毎秒10センチメートル以下である。しかし、この値は制御変数ではない。もちろん、乱流は成層を破壊するからだ。浮力についてはすでに述べた。流れの熱出力は流量と温度に依存するからである。流量が60℃で70℃の貯水しかない場合、80℃の流体に比べてより多くの混合水を循環させなければならない。流量が多いということは、循環速度を上げる必要があるということである。循環速度が速くなるということは、タンクに流入する水の勢いが増すことを意味し、したがって乱流が増加することになる。水力学の専門家バウナッハは、その効果を計算した：運動エネルギーは流速の二次関数的に増加し、その結果、処理量が33％増加すると同時に乱流は77％増加する。これは大きな泡立て器のようなものです。すべてのヒートゾーンを混合し、上部と下部の間にわずかなデルタTを生じさせるだけである。実用的な結果：「ボイラー内の混合温度が50℃を超えない場合、ソーラーシステムにもかかわらずシャワーを浴びると、数分後にボイラーが起動します。一方、90/30スプレッドでは、シャワー中もボイラーは停止したままで、コレクターに負荷をかけることもできます」とハンス・ゲオルク・バウナッハは説明する。
凝縮水が多いほど効率的
彼はほとんどすべての発言に対応するスライドを用意している。彼は、すべてがライブですぐに理解されるとは思っていない。「このようなトレーニングコースの多くでは、最初に目を見開き、眉をひそめ、驚きを隠せない。ですから、私たちは実践的な部分を担当します。一人や二人の人間には非常に複雑に聞こえることでも、実験室での実験によって明確になる。理論が理解できるようになるのです」と、ハンス・ステファン・アルバースは後に聴衆からのフィードバックを要約した。アルバース氏は、南ヴェストファーレン商工会議所の配管・暖房技術部門の責任者である。油圧セミナーは彼の定期的なプログラムの一部である。設備は他のデモンストレーションのために時々解体されるが、改良されれば次のコースで再び使用できる。例えば、現在は成層を透明にしているサーモグラフィ・カメラが、近々、タンクの高さより上に10個の測定点を持つデータ・ロガーで補完される予定である。「そうすれば、参加者に正確な温度を提示できるようになります」とアルバースは言う。
2ゾーン・ローディングとアンローディングの利得
図1：マルチウェイミキサーによる2ゾーンローディングとアンローディングの原理
バイオレット層の温度がこのセンサーの設定目標値を上回ると、ボイラーに "Enough "の信号を送る。そこでバーナーのスイッチが切れる。その結果、シングルゾーン原理では、暖房システムで利用できるのはストロークのみとなります。左側のシングルゾーン原理と右側の2ゾーン原理の2つの図は、充填中と消費中の温度条件を示しています。横軸に水温、縦軸にタンク内の水柱の高さをプロットした2つの破線の四角は、理論的な貯蔵容量を表している。表示されている小領域は、実際に使用可能な熱量を表している。
図2：結果 ビーベラッハ応用科学大学
その形状やビーベラッハでの長期テストの個々の測定ポイントTの説明はここでは省略する。決定的な要因は、表面積の違いである。右側の図にある2つのマルチポートミキサーを使った給排気の戦略は、シリンダー内の広がりが大きくなるように設計されている。例えば、ラジエーターと床暖房を備えた設計では、低温暖房システムからの30℃の還流のみがタンクの底に流れ込み、50℃のラジエーターの還流はミキシングゾーンに導かれる。上部3分の1の温度は、同様によく成層したままである。センターゾーンの温度で十分であるため、フローミキサーは最高温度を使用しないこともある。そのため、熱主導型CHPユニットのスイッチは切られたままである。レンデミックス」がセンターゾーンから暖房水を引き込むと、スリムになり、「ダックス」からの温水のためのスペースができる。一方、3ウェイミキサーの標準的なケースでは、ラジエーターとパネルヒーターからの混合リターンは、2つの暖房回路の出力にもよるが、すでに40℃以上の温度になっている。まず、これは広がりを犠牲にしている。バイオレット・ホットゾーンからは何も直接取り出せない。第二に、これによって温水の貯蔵スペースが制限される。 そして第三に、ミキサーは各流量温度ごとに貴重な給湯を引き出さなければならず、その給湯は試験中に機械が供給しなければならない。
図3：同じ運転時間でCHPユニットのスタート・ストップ・サイクルの削減
その結果、論文にあるようなシステム構成で、マルチウェイミキサーを備えた2ゾーン・ローディング・アンローディング・システムの使用可能な貯蔵量は、シングルゾーン・バージョンのちょうど2.4倍になった。ビーベラッハにあった「屋根」の代わりに、ボイラーを使用することもできた。ボイラーと貯蔵タンクの組み合わせでも、比率はまったく同じになる。ちなみに、「ルーフ」のスタート・ストップサイクルも2.4分の1に短縮された。
凝縮水の量を見ることができ、それを使って凝縮ボイラー・システムの効率をいかに高めるか、また、シングルゾーン・システムではなく2ゾーン充放電戦略と組み合わせることで、温水バッファーの貯蔵能力をいかに高めるかを計算できるようになるのは、非常に素晴らしいことです」と学科長は認めている。職業訓練センターの生徒たちは、主に熟練工である。バウナッハ方式による特殊油圧の効率の実用的な証明については、「パイプに手を置くだけでほとんど十分です。そうすれば、何が起きているのか実感できますよ」--彼は、工芸会議所の友人である南ヴェストファーレンエネルギー共同体も招待していた。プラント・マネージャーやオーナーは、キャリアの途中であり、したがって水力学にはほとんど精通しているが、その結果には修士課程の学生たちと同様に感銘を受けた。
図3：貯蔵タンクのサーモグラフィ画像：成層化の始まり
手作業が面倒
すでに述べたように、バウナッハの開発では、水力最適化の3つのタスク、第一に熱利用におけるシステム効率、第二に熱分配におけるシステム効率、第三に熱貯蔵におけるシステム効率を実行するために、1つのフィッティングを使用している。この構造を個々の部品から手作業で組み立てるには、多大な労力と専門知識が必要である。rendeMIX」なら、フローパイプとリターンパイプをねじ込むだけでよい。ミキサー・ブロックの原点は、ラジエーターからの高温の還流をフロア・コイルではなくボイラーに送るという、複雑でエネルギーを浪費する一般的な二重回路システムを、省燃費の一重回路システムに変えるというアイデアだった。これには、継手内の異なる水量を均等にする必要がある。同社はその後、2ゾーンのバッファシリンダーの充放電を最適化し、ソーラーシステムを接続するためにアプリケーションを拡張した。ビーベラッハ応用科学大学では、学位論文の一環として、バッファーと熱電併給プラントとの最適化された接続の利点を決定した：それぞれミキサーを備えた2ゾーン充放電により、貯蔵タンクの使用可能な熱量は、1ゾーンの原理に比べて240%増加した（囲み参照）。当然ながら、アルンスベルクでの短い実験室テストでは、この驚くべき値は得られなかった。設備も時間も足りなかったのだ。しかし、測定された温度と熱性能はビーベラッハの結果を裏付ける傾向があった。
図4：凝縮ボイラーの戻り温度を下げた後の凝縮水測定（中央下）。テストマネージャー Hans-Stefan Albers。
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