CHPの高稼働時間を実現するシステム油圧機器
戻り流の余熱を利用した加熱
エッセンのホテルで暖房システムを近代化する際、2ゾーンバッファーマネジメントと還流利用の原則で2価暖房システムのシステム油圧が設定されました。これは、バッファーチャージと加熱回路への供給にマルチウェイミキシングマニホールドを使用することで可能となった。発電と配熱の間の油圧を最適化したシステムコンセプトにより、ピークロードのボイラーが予備熱源となり、小型CHPユニットがほぼ24時間稼動しています。
図1：CHPユニット（中央）は、2ゾーン原理に従って2つのバッファシリンダー（左）を充電する。ピーク負荷ボイラーとして使用されるガスコンデンシングボイラー（右）は、上部バッファゾーンの温度がDHW暖房の最低温度を下回った場合にのみスイッチが入る。
コルピング職業訓練センター・エッセンのゲストハウスは、3階建てで、ダブルルーム14室、シングルルーム6室、フラットルーム2室を提供しています。ホテル専用のケータリングキッチンがあります。暖房システムは2009年に全面的に近代化されました。システムコンセプトは、小型CHPユニット（12.5 kWth、4.7 kWel）、ピーク負荷用ガスコンデンシングボイラー（120 kW）、並列接続された2つの500リットルバッファ貯蔵タンク、500リットル貯蔵飲料水ヒーターで構成され、層別充電システムで充電される（図1）。
コンパクトな情報
CHPの運転時間は、ヒートシンクの潜在的な大きさに左右されるだけでなく、システムの油圧にも大きく影響される。
重要な要素は、インテリジェントなバッファーの管理と、熱分配システムからの戻り温度を可能な限り低くすることである。
この2つの機能（さらにCHPの戻り温度上昇）は、rendeMIXマルチポートミキシングマニホールドで簡単に実現できます。標準的なコントローラーで制御できます。
異なるシステム温度
既存の3つの消費者回路は、異なるシステム温度で動作する：
- 混合ラジエーター暖房回路：70/50 °C
- 空調システム用混合空気ヒーター加熱回路：80/60 °C
- DHW暖房：85/60 °C
そのため、熱供給システムの設計における主な計画作業のひとつは、各加熱回路に適切な流路温度を供給することだった。さらに、長いCHP運転時間を実現するためには、使用可能なバッファ容積を最大化する必要があった。さらに、このシステム・コンセプトは、戻り温度の利用という原則を実現するものであった：ある暖房回路の還流温度が、より低い温度レベルの別の暖房回路に供給するのに十分な場合、還流にアクセスする前に、まずこの熱を利用しなければならない。
図2：熱分布には、HG Baunach GmbH & Co.KG社製のマルチポート混合マニホールドとMagra社製の3室マニホールドが使用されました。マニホールドの出口の順序は、ボイラーへの流れ方向における還流の温度勾配に基づいている。
これはrendeMIXマルチポート・ミキシング・マニホールドで実現され、特別に開発された3チャンバー・マニホールド（図2）とともに、3つの暖房回路で適正なシステム温度を保証している。CHPユニットとバッファシリンダー間のリンクとして、もう1つのマルチポート混合マニホールドが使用された。統合された固定値コントローラーとともに、これはCHPユニットに必要な戻り温度の上昇を提供し、同時にバッファシリンダーの2ゾーンローディングを組織化する。
CHPがほぼ単独で熱需要をカバー
システムは、2台の熱源機の制御装置を通じて遠隔監視が可能で、運転データと運転時間も記録されている。近代化後10ヶ月ほど経過した時点で、運転データによると、ピーク負荷ボイラーはたまにしか起動せず、夏場の飲料水加熱にしか使用されていない。一方、設置された小型CHPユニットは、計画された運転性能を明らかに上回っている。計画では、年間運転時間を7000時間としていた。しかし、エンジンは実際には1日23時間以上稼動しており、これは96 %以上の稼働率に相当し、年間出力は少なくとも8400 h/aになる。
対照的に、ピーク負荷120kWのボイラーの利用率はわずか1.4%である。この値は、夏季（DHW暖房）の運転データに基づいている。2ゾーンの原理に従ってバッファ貯蔵タンクを出し入れすることで、ピーク負荷ボイラーが始動する前に、まず熱負荷がCHPユニットに完全に伝達されます」と、システム油圧の設計を担当したハンス・ゲオルク・バウナッハは説明する（図3）。
ビルボード・ゲストハウス・マリエン通り
オブジェクト：
- ゲストハウス マリエン通り 45307 エッセン
オペレーター
- コルピング職業訓練センター・エッセン
- 非営利有限会社
- www.kbbw-gaestehaus.de
暖房システム：
- CHP：エコパワー、12.5 kWth / 4.7 kWel
- ガスコンデンシングボイラー：ヴァイラント・エコクラフト120 6/3、120 kW
- 500 リットル・バッファタンク×2
- DHWボンベヒーター：ヴァイラント社製アクトストア、500リットル、層状充填システム付き
油圧プランニングとマルチポートミキシングマニホールド：
- HG Baunach GmbH & Co.KG
- 41836 ヒュッケルホーフェン
- www.baunach.net
2ゾーン・ローディングおよびアンローディング
-
図3：CHPユニットとバッファ貯蔵タンクの間に接続されたrendeMIXは、2ゾーン原理に従ってバッファを充電し、同時にCHPユニットに還流ブーストを供給する。
3つのバッファ接続を使用することで、シリンダーは2つのゾーンに分割される。バッファー・シリンダーの上部ゾーンは、CHPユニットとバッファー・シリンダーの間にあるマルチポート・ミキシング・マニホールドを経由して最初に充電される（図4）。上部ゾーンが完全に充電されたときにのみ、下部ゾーンが充電プロセスに含まれる。つまり、上部ゾーンはより早く使用可能になり、下部ゾーンはより長く低温を保つことができる。
- この2ゾーン負荷は、ベース負荷をカバーするために使用される熱発電機の還流ブーストとして機能する。熱発電器への還流は、熱発電器からの高温流と中央のバッファゾーンからの温水の混合流（フェーズI）、または中央のバッファゾーンからの温水とバッファタンクの下部エリアからの冷温水の混合流（フェーズII）で供給される。
- 2ゾーン吐出では、熱分配の混合回路は、中央の緩衝ゾーンからの温水と混合回路戻りからの冷水の混合（フェーズI）、または上部の緩衝接続からの温水と中央の緩衝接続からの温水の混合（フェーズII）で供給される。
リターン活用の原則
- 温水成層チャージシステム(85/60 °C)の還流に余熱がある場合、混合空気ヒーター加熱回路に利用可能な温度レベルが供給されます。同様に、エアヒーター加熱回路（80/60 °C）の還流は、ラジエーター加熱回路（70/50 °C）にも使用されます。負荷に応じて、混合空気ヒーターの戻り熱は、マルチポートミキシングマニホールドを介して混合ラジエーター加熱回路に直接利用されるか、または追加されます。戻り熱からの熱エネルギーが必要熱量をカバーするのに十分でなくなった場合にのみ、混合マニホールドはバッファ貯蔵タンクにアクセスします。
-
図4：rendeMIXマルチポートミキシングマニホールドは、ヒートジェネレーターの標準コントロールで制御される。
熱分配の最低戻り温度は、ラジエーター加熱回路から供給される（設計状態では50℃）。これは、加熱分配器の独立した第3の戻りチャンバーに供給され、混合されることなく別々にバッファシリンダーの下部ゾーンに戻る。
- マルチポートミキシングマニホールドは内部にダイバーターを備えています。直列に接続された加熱回路の異なる水量は、ダイバータを介して自動的に均等化されます。
- 特別に開発された3チャンバー・ディストリビューターは、HGバウナッハ・プログラムの一部であり、マグラ社によって製造されている。
- 全てのミキサーアクチュエータは、温度に応じて230Vの3点信号で標準コントローラによって制御される（図5）。
図5：レンディミックス・マルチポート・ミキシング・マニホールドは熱を分配し、それぞれのシステム温度で混合された暖房回路に供給する。高い戻り温度は、低いシステム温度の暖房回路に利用されます。CHPユニットと凝縮ボイラーには、3チャンバーマニホールドとともに低い戻り温度が供給される。
概要
2ゾーンの充放電により、使用可能温度が高い大きなバッファ容積が常に暖房回路に利用できる。この還流利用により、還流温度が低くなり、CHPモジュールの運転時間が長くなる。また、CHPユニットと凝縮ボイラーの制御が連動していないことも特筆すべき点である。この制御関連の「自由」は、バッファーの中で段階的に設定される成層化の結果である。これにより、熱発生器の優先順位を、関連センサーの位置によって簡単かつ正確に設定することができる。
ガスコンデンシングボイラーの制御は、バッファーの上部ゾーンに設定されたDHW暖房の最低温度を監視する。しかし、CHPが十分な熱を供給する限り、温度がこの最低温度を下回ることはない。その結果、ボイラーの運転時間は、CHPの運転時間に比べてわずかなものとなる：運転データによると、たとえば6月に210時間運転した場合、コンデンシングボイラーがDHW暖房のピーク負荷ボイラーとして機能したのは3時間だけだった。冬でも、ボイラーが10倍の能力で稼働しているにもかかわらず、CHPユニットの稼働時間は一定である。最適化されたシステム油圧、バッファ管理、還流利用にもかかわらず、制御エンジニアリングの労力は最小限に抑えられた。レンデミックス混合マニホールドのアクチュエーターは、使用されている熱発電機の標準部品である制御装置を介して制御されている。
機能原理 rendeMIX
rendeMIXマルチポートミキシングマニホールドのアクチュエーターは、3つの入力のうち2つだけを1つの出力（A）に接続します。1)と暖かい(E2)、またはホットとコールド(E3)の水を混ぜる。こうすることで、利用可能な温水が可能な限り利用され、温水や冷水は少量しか加えられない。これにより、熱水ネットワークで利用可能な温度が最大化され、同時に熱発生装置への戻り温度が低下します。アクチュエータは、ボイラアクセサリから任意の天候補正コントローラ（230V 3点信号）で制御することができます。また、固定値コントローラを内蔵したアクチュエータもあります。
ヴォルフガング・ハインは、HVAC業界の専門ジャーナリストとして執筆活動を行っている、
88239 ヴァンゲン・イム・アールゲウ
wolfgang.heinl@t-online.de
