Niet van de hak op de tak
Modelkarakter: De verwarmingstechniek bij R + F in Kassel
Het credo van het bedrijf: "De toekomst ligt in innovatieve, moderne technologieën. Wij moeten daarmee omgaan en onze kennis doorgeven aan onze klanten - ambachtslieden, planners, architecten. Natuurlijk kunnen we bijzonder overtuigend argumenteren als we onze eigen ervaring hebben, bijvoorbeeld met betrekking tot de energiebesparing van oud versus nieuw." Markus Ortlauf, die dit zegt, is technisch adviseur van de Groothandel Richter + Frenzel. Hij had zich uitgesproken voor een ongebruikelijke verwarmingsinstallatie in het pand van de groothandelaar in Kassel.
Afbeelding 1: Ecocraft verwarmingssysteem in de technische/trainingsruimte bij R + F in Kassel.
De bedrijfsresultaten na iets meer dan een jaar hebben hem en zijn bedrijf beloond voor de niet geheel risicoloze beslissing. De "Ecocraft" modulaire ketel van Vaillant staat centraal in de vernieuwde technologie. In de Noord-Hessische vestiging van R + F hadden de oudere atmosferische ketels moeite om acceptabele benuttingsgraden te halen en moesten ze worden vervangen. Het mocht echter geen standaardproduct zijn, want in Hessen, de thuisstaat van Viessmann en Buderus, moet je een paar troeven in handen hebben als je als leverancier van warmtebronnen naast de twee machtige concurrenten wilt overleven. Markus Ortlauf zag een van die troeven in de "Ecocraft" gascondensatiecascadeketel. Cascade betekent dat de unit bestaat uit onafhankelijke modules die parallel aan elkaar zijn geflanst, waarbij elke module een vermogen heeft van maximaal 40 kW. De kleinste unit bestaat uit twee cellen, de grootste uit zeven. Dit levert een vermogen tot 280 kW, afhankelijk van het pand. Elke afzonderlijke brander kan ook worden geregeld op een glijdende schaal tussen 12 en 40 kW, wat betekent dat het regelbereik van 12 tot 280 kW loopt.
Verstoring zonder merkbare gevolgen
Afbeelding 2: Het verdeelsysteem op locatie met de rendeMIX mengers (links van R + F medewerker Stefan Dornemann en een parallelle modelinstallatie voor trainingsdoeleinden met een Magra verdeler op de achtergrond.
Zelfvoorzienend betekent dat als een van de blokken in de cascade defect raakt, de buren het werk overnemen. De boiler valt niet uit. De storing is niet merkbaar voor de buitenwereld. De "Ecocraft" is daarom vergelijkbaar met een vaste diesel, die ook kan omgaan met het uitvallen van een cilinder. Ortlauf: "Deze speciale eigenschap van het model geeft ons de mogelijkheid om een sterkere rol te spelen in de ketelbusiness met Vaillant. Natuurlijk moeten we dit ook communiceren. Daarom hebben we de technische ruimte met de 'Ecocraft' uitgebreid tot een trainingscentrum." Als tweede troef, die vooral spreekt voor de plannings- en adviescompetentie van de buitendienst van Richter + Frenzel, verwijst de vestiging in Kassel naar de speciale schakeling van de drie verwarmingscircuits van het gebouwencomplex in combinatie met het "rendeMIX"-systeem van HG Baunach GmbH & Co. KG uit Hückelhoven aan de Duits-Nederlandse grens. Dit schakelt hogetemperatuur- en lagetemperatuurnetten in serie, waardoor de retourstroom van het ene net wordt omgezet in de stroom van het andere warmtedistributiesysteem en zo de energieopbrengst wordt geoptimaliseerd, vooral in combinatie met condensatieketels. Deze architectuur, gebaseerd op een zeer speciale meerpoortsmenger, werd ongeveer vijf jaar geleden op de markt gebracht. Intussen heeft ze de lakmoesproef doorstaan in tal van referenties, d.w.z. ze heeft haar besparingseffecten bewezen: omdat ze de laagste retourtemperaturen en dus de hoogste condensatiewarmtewinsten garandeert.
Figuur 3: Tabel met waarden.
Drie cirkels als één cirkel
Figuur 4: BrennCon condensaatmeetapparaat www.consoft.de.
In Kassel trof de "rendeMIX" een bijzonder spannend terrein aan, namelijk drie temperatuurzones: ten eerste het administratiecomplex als radiatorcircuit met een aanvoertemperatuur van rond de 60 °C, ten tweede de tentoonstelling met vloerverwarming voor maximaal 40 °C en ten slotte het magazijn met pijpspiralen in de vloer voor een aanvoertemperatuur van maximaal 30 °C. In principe mag dit derde gedeelte alleen vorstvrij worden gehouden. In principe moet deze derde sectie alleen vorstvrij worden gehouden. Het systeemschema is daarom gebaseerd op de volgende spreidingen: Kantoren 62/42 °C, tentoonstelling 40/30 °C, opslag 30/20 °C. Met "rendeMIX" wordt praktisch het hele complex verwarmd als een enkelcircuitontwerp. In het verleden gebruikten de twee oude atmosferische ketels drie mixers om drie temperaturen voor elke subruimte te mengen, waardoor de gemeenschappelijke retour nooit onder 42 °C kwam. Het systeem werd in gebruik genomen aan het begin van het stookseizoen 2005/2006 en een paar weken later, in de lente, werden trainingen over "Ecocraft" en "rendeMIX" gelanceerd voor vakmensen en planningsbureaus. De eerste trainingen moesten het doen met selectieve resultaten uit de realiteit naast de functionele uitleg. Hoe temperatuurstabiel en met welke benuttingsniveaus de individuele volumestromen door de pijpspiralen, radiatoren en warmtewisselaars van "Ecocraft" bewogen, kon alleen worden afgelezen uit kortstondige thermometerwaarden en de balans van een paar weken, maar niet uit de balans van twee verwarmingsperioden als een voor- en na vergelijking. Een dergelijke beoordeling is nu beschikbaar. In de twee jaar vóór "Ecocraft" en "rendeMIX", van juli 2003 tot juni 2004 en in dezelfde periode van 2004 tot 2005, bedroeg het energieverbruik voor verwarming bij Richter + Frenzel in Kassel respectievelijk 506.000 en 499.000 kWh. Net op tijd voor de winter van 2005/2006 installeerde de plaatselijke verwarmingsaannemer, Günter Tromp Haustechnik, Kassel, de modulaire Vaillant warmteopwekker en sloot de drie verwarmingscircuits in serie aan met de Baunach fitting. Het resultaat: slechts 356.000 kWh. Deze waarde is niet aangepast aan het weer, maar wordt afgelezen van de gasmeter. Dit verandert echter weinig aan de evenredigheid, omdat de klimaatgegevens in deze drie jaar niet significant varieerden.
Nu Magra distributeur voor rendeMIX
Als je de installatie bij Richter + Frenzel bekijkt, zie je het zeer complexe leidingwerk voor de afzonderlijke mengkraangroepen. Ze waren duur. In het geval van Richter + Frenzel speelde dit geen belangrijke rol in de beslissing omdat ze ten eerste een demonstratiesysteem wilden opzetten en er ten tweede al onderhandelingen aan de gang waren met de armaturenfabrikant Magra om een speciale distributeur voor de "rendeMIX" te lassen. Dit zou later de kosten in het commerciële bedrijf verlagen en zo de speciale architectuur van de serieschakeling in zijn geheel aantrekkelijker maken in termen van kosten en installatie. Magra en Baunach presenteerden de fitting op de SHK-beurs in Essen in 2006. Het combineert het "rendeMIX" schema met het principe van de bekende verdelerbalk. Het bijzondere is echter dat er drie aansluitingen zijn per mengklepgroep en niet twee, zoals in de standaardversie, namelijk warm water, warm water retour en koud water retour. De verdeler maakt flensmontage van maximaal vijf groepen mogelijk. Om verwarring te voorkomen, zijn de individuele koppelingen duidelijk gelabeld. Het enige waar op gelet moet worden is de volgorde van de verwarmingscircuits, door ze aan te sluiten op de warmteopwekker met dalende retourtemperatuur. Verder is er geen verschil met het beproefde Magra-systeem.
Bewezen besparingen van 30
De moderne ketel en de opstelling van het verwarmingscircuit verlaagden de aardgaskosten met ongeveer 30 procent. Ruwweg kan tweederde van dit succes worden toegeschreven aan de warmteopwekker en eenderde aan de lay-out van het systeem. Om dit te realiseren moest HG Baunach GmbH & Co. KG de planner en Vaillant moeten overtuigen om dit te realiseren. Als je naar de drie afzonderlijke spreidingen kijkt en rekening houdt met een paar toleranties, bedraagt de totale spreiding 40 K. Aanvankelijk wilde Vaillant dit verschil tussen aanvoer en retour niet opleggen aan de warmteopwekker uit bezorgdheid dat een individuele module onder ongunstige omstandigheden watergebrek zou kunnen krijgen. Het bedrijf uit Remscheid stond oorspronkelijk op een overloop, een hydraulische afscheider. De "Ecocraft" behoort namelijk tot de familie van de circulatieboilers en deze hebben minimale volumestromen nodig. De ingenieurs losten dit probleem op vanuit het systeem. Ze hebben een regelhiërarchie opgezet die zodanig is geharmoniseerd dat individuele circuits altijd het minimale circulerende watervolume garanderen wanneer de modules in bedrijf zijn, d.w.z. dat ze niet volledig terugregelen. De drie temperatuurniveaus bij Richter + Frenzel doen het met een totaal van 200 kW. Daarom is er een Ecocraft met vijf modules (5 x 40 kW) geïnstalleerd in de trainings-/technologieruimte. De operators telden het aantal starts en stelden een gemiddelde boilerlooptijd vast van 2,5 dagen per start. Dit is geen bijzonder verrassend cijfer voor een modulerend verwarmingssysteem dat tot een paar kilowatt kan draaien. In strenge winters moeten warmtevraag en warmteafgifte elkaar in evenwicht houden en moet het systeem vrijwel non-stop draaien, maar over een hele verwarmingsperiode gezien spreekt 2,5 dagen in het voordeel van een zeer solide systeemconfiguratie.
Afbeelding 5: Schakelschema.
Gebruik van hoge calorische waarde
Dit wordt ook weerspiegeld in de benutting van de calorische waarde. Fabrikanten beloven over het algemeen een benuttingsgraad van 105 procent. Er is echter vaak een aanzienlijke kloof tussen theorie en praktijk of tussen de testbank en het veld. Dit heeft te maken met te hoge retourtemperaturen. Bij een waarde van ongeveer 40 °C wordt een derde minder condensaat geproduceerd vergeleken met de "winst" bij 20 °C. Het resultaat is een rendementsverlies van vijf procent. In de vestiging van Richter + Frenzel zou de drievoudige benutting van het debiet tot 20 °C eigenlijk geen verschillen mogen opleveren tussen de geplande en de gemeten condensatiewarmteopbrengst. De adviseurs en opleidingsmanagers wilden echter kunnen vertrouwen op controleerbaar bewijs en stelden voor om een BrennCon-meetapparaat te installeren. Dit leest het condensatiewater af. In principe is het een condensaatverzamelaar met een gedefinieerde inhoud, die één containervulling per keer leegt in het afvalwaternetwerk en het condensaatvolume bepaalt uit de toevoeging van de slagen. De herberekening door Richter + Frenzel was zeer verheugend: het gasverbruik van 4182 m3 of 43.284 kilowattuur in de periode van 20 december 2005 tot 12 januari 2006 worden gecompenseerd door een specifieke 94 g/kWh condensaat. Figuur 3 toont een gemiddelde retourtemperatuur van ongeveer 33 °C en een thermisch rendement van de ketel van 104 procent in de beschouwde periode. Met een retourtemperatuur van 42 °C - zoals in het verleden - zou de "Ecocraft" het met ongeveer 4 % minder rendement hebben moeten doen - en dus veel hebben verspild.
Enkele verbeteringen
Minstens 16.000 kilowattuur verspild. In de eerste weken van ingebruikname was het systeem nog gebaseerd op oudere besturingssoftware die niet was aangepast aan de driecircuitsarchitectuur. Vaillant bracht verbeteringen aan. Figuur 3 bevestigt ook het succes: vanaf januari vlakte de hoeveelheid condensatie af op ongeveer 98 g/kWh, wat neerkomt op minstens een half procentpunt meer of 2000 kWh. Een andere aanvankelijke tekortkoming: er was een installatiefout ingeslopen. Dit ging waarschijnlijk ten koste van het systeemrendementscijfer zoals gedefinieerd door de Energiebesparingsverordening. Helaas, zo bleek later, gaf een van de buitensensoren constant vorsttemperaturen door. Als gevolg daarvan stroomde het debiet zelfs bij zacht weer met een maximale keteltemperatuur van 67 °C de radiatoren in. Hoewel het retourdebiet nog steeds rond de 30 °C lag, neemt het warmteverlies in het warmtedistributiesysteem toe naarmate de systeemtemperatuur stijgt in overeenstemming met DIN 4701 Deel 10 "Energiebeoordeling van verwarmings- en ventilatiesystemen". Aangezien het grootste deel van het distributieniveau in Kassel zich echter binnen de thermische schil van het gebouw bevindt, hebben de verliezen waarschijnlijk slechts een minimale impact in euro's en centen gehad.
Download het technische artikel als PDF