Znacznie więcej niż armatura gunmetal
Mikser czterodrożny jako decydujący integrator systemu
Jest na rynku od ponad dekady, jego zalety i efektywność ekonomiczna są bezsporne, ale wciąż brakuje powszechnej akceptacji. Być może dlatego, że wyrafinowana logika sterowania i technologia mieszania w czterodrożnym mikserze "rendeMIX" jest unikalnym punktem sprzedaży. I dlatego poświęca się jej mało uwagi w szkoleniach i literaturze. Producent musi sam zadbać o penetrację rynku na kursach i seminariach. DKZ usiadł przy szkolnej ławce.
"Głównym problemem związanym z konwencjonalnym ładowaniem i rozładowywaniem zbiorników buforowych, tj. zwykłym ładowaniem i rozładowywaniem jednostrefowym, jest mieszanie. To znacznie ogranicza ilość ciepła, które można efektywnie wykorzystać.
Zdjęcie 1: Würzburg, lato 2013 r.
Po prostu nie można zapobiec temu, że woda wpływająca i wypływająca ze zbiornika prowadzi do cyrkulacji, która obniża temperaturę w strefie gorącej i podnosi ją w strefie zimnej na dnie. Zaletą dwustrefowego ładowania i rozładowywania za pomocą "rendeMIX" jest to, że gorąca, zimna i mieszana woda - mieszana woda poprzez wykorzystanie powrotu - wpływa i wypływa tylko z odpowiednich stref. W środku bufora tworzy się rodzaj osłony bezpieczeństwa. Stabilizuje to separację między górną gorącą połową a dolną chłodniejszą połową kotła. Stratyfikacja jest zachowana."
Hans-Georg Baunach wyjaśnia korzyści energetyczne i hydrauliczne wieloportowego mieszalnika "rendeMIX". Lokalizacja: Würzburg późnym latem ubiegłego roku. Okazja: Seminarium hydrauliczne zorganizowane przez HG Baunach GmbH & Co. KG. Temat: Zwiększenie wydajności systemów grzewczych. "Wydajność jest wynikiem harmonijnej współpracy kilku komponentów w systemie. Zasada "rendeMIX" wspiera użytkownika w tworzeniu wydajnych systemów grzewczych. Seminarium ujawnia uśpiony potencjał wydajności w systemach klienta - i jak można go ożywić."
Wszechstronne zastosowanie
Właśnie dlatego 16 mistrzów rzemiosła przyjęło zaproszenie i przyjechało do Würzburga. Około 15 lat temu Firma Baunach z Hückelhoven na lewym brzegu Renu po raz pierwszy przyciągnęła uwagę swoją specjalną technologią sterowania.
Rysunek 2: 240 procent zamiast 100 procent magazynowania ciepła w 100-litrowym buforze, wynik testu Uniwersytet Nauk Stosowanych w Biberach
W tamtym czasie skupiano się na połączeniu obwodu wysokotemperaturowego (grzejniki) szeregowo z obwodem niskotemperaturowym (ogrzewanie podłogowe). Schemat ten jest standardem w domach jednorodzinnych w wielu regionach Niemiec. Opatentowany proces zamienia przepływ powrotny obiegu wysokotemperaturowego w przepływ ogrzewania podłogowego, nawet jeśli w obiegu znajdują się zupełnie inne ilości wody. Wewnętrzne sekcje wyrównujące w mieszaczu czterodrogowym i struktura mieszania - technologia wykorzystuje różne poziomy temperatury do precyzyjnego i energooszczędnego mieszania temperatury zasilania - rozwiązują to zadanie przełączania, które jest prawie niemożliwe do osiągnięcia ręcznie (rys. 2).
"Nie oznacza to jednak, że trzeba przejść zaawansowany kurs termodynamiki, aby zrozumieć działanie urządzenia. Wykonuje ono większość pracy samodzielnie. Jest sterowane automatycznie, wykorzystując jedynie temperaturę. Nie trzeba regulować żadnych przepływów objętościowych. Wszystko, co naprawdę musisz zrobić na tym kursie, to zrozumieć filozofię" - mówi prelegent, rozwiewając wszelkie obawy przed zbyt dużą ilością teorii.
W międzyczasie zakres zastosowań znacznie się rozszerzył - zauważalnie w sprzedaży okuć. Innowacyjne firmy instalacyjne wykorzystują ten komponent w różnych systemach. Po pierwsze, oczywiście do łączenia obiegu wysoko- i niskotemperaturowego. Po drugie, do ładowania dwustrefowych cylindrów buforowych. W tym przypadku rendeMIX zapewnia, że rozwarstwienie w cylindrze jest utrzymywane tak długo, jak to możliwe. Po trzecie, ładuje i rozładowuje zbiorniki w podobnie umiejętny sposób, jak w przypadku rozwiązania Baunach, dzięki czemu czas pracy (roczne godziny użytkowania) systemów solarnych i małych jednostek kogeneracyjnych jest ekonomicznie wydłużony.
Podwojony czas pracy bojlera
Rysunek 3: Zasada mieszania w systemach dwuobwodowych
Pytanie do publiczności: "Jak często trzeba uzupełniać paliwo w bojlerze?" "Najpóźniej po dwóch dniach". "Tak, i właśnie dlatego wasi klienci nie mogą po prostu wyjechać na weekend. Mikser tutaj mniej więcej podwaja wygodę kotła na drewno. Generator ciepła nie spala się w ciągu dwóch dni, jak to miało miejsce wcześniej, ale "rendeMIX" wykorzystuje pojemność bufora tak umiejętnie, że czujniki kontroli powietrza pierwotnego zgłaszają "brak zapotrzebowania na ciepło". Kocioł grzeje przez cztery dni w trybie ekonomicznym. Rodzina może wyjechać na narty w weekend zimą bez konieczności powrotu do zimnego mieszkania w niedzielę wieczorem lub wzywania sąsiadów. Potwierdziło się to kilka razy". (Zdjęcie 3)
Szef firmy przekonująco wyjaśnia dwudniowy zysk, korzystając ze schematu przepływu wewnątrz brązowej obudowy.
Rysunek 4: Ilość kondensatu i sprawność gazowych kotłów kondensacyjnych w funkcji temperatury powrotu (ilustracja: Ruhrgas AG)
Jego publiczność słucha uważnie. Hans-Georg Baunach wie, jak przedstawić suchy i skomplikowany temat "hydrauliki" w żywy, zabawny i zrozumiały sposób. Gesty i dykcja sprawiają, że teoria jest niemal widoczna.
I oczywiście słabości konwencjonalnej technologii instalacji: "Nie ma znaczenia, ile ciepła znajduje się w zasobniku buforowym, ale raczej jakie korzyści zapewnia. Rozróżniamy cenną egzergię i mniej cenną anergię.
Zasobnik mieszany jest nie tylko zbyt zimny, aby zapewnić wystarczającą ilość wody pitnej lub do kąpieli, w wyniku czego kocioł musi niepotrzebnie często włączać się, ale jest również zbyt ciepły w tym samym czasie, aby móc na przykład absorbować ciepło słoneczne - to podwójna strata". Szkoda polega na marnowaniu dostępnego (słonecznego) ciepła i wydajności.
Decydująca fizyka
Pięciogodzinne wydarzenie przebiega według pewnej zasady:
Rysunek 5: Wykorzystanie powrotu w technologii kotła kondensacyjnego: oszczędność separatora hydraulicznego i pompy grzejnikowej oraz o 8 procent wyższa sprawność (zgodnie z rysunkiem 4)
"Należy pamiętać: 1 kWh odpowiada w przybliżeniu 1 m3 Przechowywana woda x 1 Kelvin Delta T". Delta T wynosząca 10 Kelwinów lub stopni Celsjusza pozwala buforowi o grubości 1 m3 o pojemności 10 kWh. "Im większa delta T, tym większa pojemność w jednym lub drugim kierunku. Dlatego im niższa temperatura powrotu, tym mniejszy może być zbiornik magazynujący. W tabeli można zobaczyć, jak duży musi być bufor, który ma zapewnić 15 kW przez 8 godzin, w zależności od delta T". Dzięki "rendeMIX" zasobnik w przykładzie może być o dwa rozmiary mniejszy.
Oprawa dąży do osiągnięcia wysokiego rozrzutu temperatury w celu uzyskania bardziej zwartej konstrukcji lub zwiększenia pojemności magazynowej zainstalowanej mocy. Uniwersytet Nauk Stosowanych w Biberach obliczył, w jakim stopniu dwustrefowe ładowanie i rozładowywanie z wykorzystaniem powrotu, które jest możliwe dzięki zasadzie mieszania, generuje dodatkową wydajność. Przetestowano tam bufor o pojemności 1000 litrów. Służył on jednostce kogeneracyjnej o temperaturze zasilania 90°C. Przy temperaturze powrotu z obiegu wysokotemperaturowego wynoszącej 50 °C, teoretyczna pojemność magazynowania została obliczona na 47 kWh. W rzeczywistości jednak przy standardowym podłączeniu armatury odciągowej (odprowadzanie jednostrefowe) można było odciągnąć tylko 17 kWh: W tym przypadku teoretyczna pojemność jest zmniejszona o współczynnik 2,7.
Wyniki Uniwersytetu Nauk Stosowanych w Biberach
Rysunek 6: Prawie żaden przyrost wartości opałowej przy temperaturze powrotu 43 °C w konwencjonalnej technologii mieszania.
Uniwersytet Nauk Stosowanych w Biberach udowodnił, że przyczyną tak niskiej wydajności jest nieuniknione mieszanie w zbiorniku buforowym podczas konwencjonalnego ładowania. To znacznie zmniejsza ilość ciepła użytkowego, ponieważ niszczy stratyfikację. W drugiej części testu nadzorcy zmienili strategię ładowania na dwustrefowy tryb ładowania i rozładowywania z rendeMIX. Siłowniki nie mieszały teraz gorącej wody z zimną, ale gorącą z ciepłą i - w zależności od specyfikacji wartości zadanej - ciepłą z zimną. Strona ładowania była taka, że górna strefa buforowa otrzymywała tylko gorącą wodę i dlatego nagrzewała się szybciej, podczas gdy dolna strefa pozostawała zimna przez dłuższy czas. W przypadku rozładunku system sterowania najpierw pobierał ciepło z dolnej strefy buforowej z połączenia środkowego cylindra. Spowodowało to jej szybsze schłodzenie. W rezultacie górna strefa buforowa pozostała na wysokim poziomie temperatury.
Wynik: Efektywna pojemność magazynowania wzrosła o około 60 procent z 17 kWh do 27,4 kWh. Gdyby zoptymalizować lokalizację czujników na zbiorniku, które włączają i wyłączają jednostkę kogeneracyjną, wydajność bufora użytkowego w przypadku Biberach można by zwiększyć o kolejne 30 do 50 procent (rysunek 4).
Hans-Georg Baunach podsumowuje wnioski raportu Biberach słowami: "Zasada mieszania jest wyjaśniona w dość prosty sposób. Wyobraź sobie, że masz wiadro z wodą o temperaturze 55 stopni i wiadro z wodą o temperaturze 45 stopni. Możesz wlać je razem, aby uzyskać dwa wiadra wody o temperaturze 50°C. Teraz weź dwa wiadra o temperaturze 30°C i 70°C i wymieszaj je, aby uzyskać dwa wiadra o temperaturze 50°C. Z tej strony nic nie zyskujemy. Jedyna różnica polega na tym, że w pierwszym przypadku mamy do dyspozycji maksymalnie 55°C, a w drugim 70°C. Jeśli potrzebujesz temperatury zasilania 65°C gdzieś w zimie, niska Delta T lub 45°C w zasobniku na niewiele się zdadzą. Kocioł musi się dogrzać. Przy temperaturze 70°C można wrócić do zasobnika. To jest "myślenie" stojące za rendeMIX".
Różnica w stosunku do zasobnika warstwowego
Jak można się było spodziewać po prelegencie, w pewnym momencie pada zwyczajowe pytanie: "Czym różni się warstwowy system magazynowania od pańskiego procesu, panie Baunach?".
Prosta odpowiedź: "Mój działa". Idealny stratyfikowany zbiornik magazynowy, twierdzi deweloper, jest równie dobry w zasadzie. Jedyna różnica polega na tym, że nacisk kładziony jest na idealną, tj. czystą stratyfikację. Nie jest to jednak możliwe w przypadku sterowania klapami i innych sztuczek. Z drugiej strony "rendeMIX" pobiera ciepłą wodę z cylindra ze środka między gorącą górą a chłodnym dołem podczas rozładowywania jednostrefowego i miesza ją z przepływem lub powrotem. W zależności od sytuacji, bardziej sensowne energetycznie jest chłodzenie ciepłej wody zamiast gorącej lub ogrzewanie ciepłej wody zamiast zimnej (powrotnej)". Co więcej, ta forma rozładowania ze środka bufora stabilizuje strefy gorące i zimne.
Opis funkcji
Opatentowany rJET 3×4 z trzema przyłączami zapewnia optymalne uwarstwienie w zasobniku buforowym podczas rozładunku, najpierw doprowadzając strumień powrotny z grzejników do rozdzielacza systemu ogrzewania podłogowego, a następnie uzyskując dostęp do strumienia gorącego kotła. Oznacza to, że ani separator hydrauliczny, ani dodatkowa pompa nie są wymagane przed rozdziałem systemu. Wbudowany zawór przelewowy utrzymuje stałą różnicę ciśnień na poziomie około 60 mbar. Cieplejsza nadwyżka z powrotu grzejnika jest kierowana z powrotem do środka bufora oddzielnie od zimnego powrotu z obiegu podłogowego. Bufor dłużej pozostaje gorący w górnej części i szybciej stygnie w dolnej części, co zwiększa zarówno uzysk solarny, jak i komfort ciepłej wody. Zalety w skrócie:
- Prosta instalacja dzięki kompaktowemu montażowi
- Do 100% większy uzysk solarny dzięki zimnej strefie w zasobniku buforowym
- Do 100% większy komfort ciepłej wody dzięki strefie gorącej w zasobniku buforowym
- Brak przełącznika i dodatkowych pomp wymaganych w obiegu grzewczym i przed separacją systemu
Klasyczne wykorzystanie powrotu jest korzystne nie tylko w przypadku łączenia obiegu niskotemperaturowego z obiegiem wysokotemperaturowym. Zimne powroty i mniejsze przepływy objętościowe optymalizują wydajność kotłów kondensacyjnych, systemów solarnych, pomp ciepła, stacji przesyłowych i sieci dystrybucyjnych. Kondensacja wytwarza również "wodę płuczącą": zmniejsza to zabrudzenia i korozję po stronie spalin kondensacyjnego wymiennika ciepła, zwiększając w ten sposób jego żywotność. Zostało to również udowodnione.
Kiedy zaczyna się wzrost kondensacji?
A propos kondensacji. Pytanie: "Ile skroplin powstaje przy temperaturze powrotu 50°C, co masz na myśli?". Audytorium niechętnie podaje liczbę mililitrów. Ale prawdopodobnie całkiem sporo, biorąc pod uwagę, że punkt rosy spalin gazu ziemnego wynosi nieco poniżej 60°C. "Nic, zero, tylko kapie przy około 47 °C. Teoretyczna temperatura punktu rosy wynosząca 58°C nie uwzględnia nadmiaru powietrza, z którego regularnie korzystamy, a ponadto należy uwzględnić niezbędną deltę T w kondensacyjnym wymienniku ciepła między spalinami a strumieniem powrotnym".
Wykresy z Ruhrgas AG wyświetlają się na ekranie za pośrednictwem Power Point. Pierwszy z nich pokazuje, że zerowy punkt kondensacji występuje przy temperaturze powrotu 48°C. Pokazuje on również, że przy temperaturze 45°C na kilowatogodzinę wypływa tylko 30 gramów wody - z możliwych 110 gramów przy 20-gramowym przepływie powrotnym. Dzięki "rendeMIX" temperatura powrotu ogrzewania powinna ustabilizować się na poziomie 30°C lub 90 gramów kondensatu na 1 kWh. "A to zwiększa wydajność kotła o 8 procent w porównaniu do 50°C. Nie obliczyłem tego, tak twierdzi Ruhrgas", mówi Hans-Georg Baunach.
Rysunek 7: Test długoterminowy. Ładowanie i rozładowywanie bufora zgodnie z zasadą dwóch stref
Wykresy dla Zagłębia Ruhry
Rysunek 8: Połączenie systemu solarnego z kotłem gazowym
Kolejny wykres w prezentacji pokazuje zależność punktu rosy od liczby powietrza. "Z różnych powodów nie można wykluczyć wahań w dopływie powietrza. Piec nie może wytwarzać sadzy, dlatego palnik pracuje z nadmiarem powietrza, niejako w rezerwie. Zmniejsza to również punkt rosy, jak pokazano na rysunku, a w konsekwencji przyrost wartości opałowej. Różnica między liczbami powietrza lambda 1 i lambda 2 wynosi 10 K, aby podać kluczowe wartości, więc punkt rosy spada z 58 °C do 48 °C. A trzeba jeszcze odjąć niezbędne stopnie rozrzutu w skraplaczu. Dlatego najlepiej jest stosować palniki o niskim współczynniku powietrza, na przykład palniki premiksowe, aby osiągnąć wykorzystanie wartości opałowej nawet przy nieco wyższych temperaturach powrotu".
Rysunek 9: Sprzęt
Połowa seminarium to kurs powtórkowy. Odkopuje rzeczy, które zostały utracone i sprawia, że połączenia stają się jasne. Wyjaśnienie technologii wtykowej w czterodrożnym mikserze Baunacha zajmuje bardzo mało czasu; uwaga skupia się na problemach dzisiejszych systemów grzewczych. Jego zdaniem ich opłacalność jest coraz częściej kwestionowana, ponieważ stosunek kosztów do wzrostu wydajności jest ledwo uzasadniony. "Nie jest to jednak wina technologii czy cen komponentów. Przyczyną nierównowagi jest brak ogólnego spojrzenia systemowego. Nie ma innego sposobu, aby to ująć: zwykłe łączenie części bez myślenia o wzajemnych powiązaniach po prostu eliminuje wiele punktów procentowych przyrostu wydajności".
Cel dla jednostki systemowej
Zasada mieszania czterokierunkowego w zauważalny i opłacalny sposób przyczynia się do poprawy wydajności systemu w zakresie wytwarzania ciepła (wykorzystanie kotła kondensacyjnego), dystrybucji ciepła (połączenie obiegów wysoko- i niskotemperaturowych) oraz wydajności systemu w zakresie magazynowania ciepła (dwustrefowe ładowanie i rozładowywanie z wykorzystaniem powrotu). Kotły gazowe i olejowe oraz systemy cieplne odnoszą takie same korzyści jak generatory ciepła z biomasy, systemy pomp ciepła i kolektory słoneczne lub ich kombinacje. To, czy osiągnięty zostanie optymalny poziom sprawności, zależy przede wszystkim od systemu. Schematy obwodów i schematy przepływu ciepła przedstawione podczas seminarium ilustrują dlaczego.
Hans-Georg Baunach podsumowuje: "Jednym z błędów przeszłości było łączenie zimnych i gorących powrotów i podawanie ich z powrotem do kotła razem jako jedną linię, myśląc, że palnik nie będzie musiał wtedy podawać tak dużo. Niestety, taki obwód blokuje bardziej efektywną opcję wykorzystania zimniejszego czynnika do odzyskania dużej ilości ciepła resztkowego z cieplejszego czynnika, być może nawet wystarczającej do ogrzania całej sekcji. I odwrotnie: jeśli przepływ 50 stopni jest wystarczający w południe, a mieszacz wielodrogowy faktycznie pobiera tylko te 50 stopni, 80 stopni jest nadal dostępne w budynku z górnej strefy wieczorem. Z drugiej strony, gdyby system sterowania pobrał 80 stopni i obniżył je do 50 stopni za pomocą zimnej wody, kocioł musiałby dogrzewać się wieczorem".
www.baunach.net
Bernd Genath
Pobierz artykuł techniczny w formacie PDF
