Мінімальне споживання тепла з максимальним комфортом
Як енергетична клаптикова ковдра "Alter Mühlhof" стала ефективною системою
Історичний електрогенератор у районі Аугсбурга Хаунштеттен вже не зовсім відповідав духу часу: Стала - так, бо працювала на гідроелектростанції, але все одно недостатньо продуктивна, бо часто відключалася через надмірну температуру. І більша частина тепла витрачалася даремно, хоча будинок і басейн його потребували. Реміснича компанія, що базується в Бобінгу, реструктуризувала використання тепла за допомогою змішувальної системи "rendeMIX". Успіх перевершив усі очікування.
Рис. 1: Машинний зал і вхідний отвір Лохбах до турбіни "Альтер Мюленгоф", Хаунштеттен. Гідроелектростанція працює на тій самій турбіні з 1907 року. Турбіна Френсіса. До 1880 року вона постачала механічну енергію протягом багатьох сотень років.
"Старий млин" у Хаунштеттені, Аугсбург, є однією з технічних пам'яток у районі Фуґґер. Водяний млин Мюльгофа, ймовірно, датується 12 або 13 століттям. Він працює і сьогодні. Звичайно, він більше не використовує верхнє або нижнє водяне колесо - верхнє водяне колесо: вода зверху на лопаті, нижнє водяне колесо: вода знизу проти лопатей - а використовує більш сучасну технологію, а саме турбіну Френсіса. Вона невтомно "перемелює" електроенергію в генераторі з 1907 року. Вона надходить у загальну електромережу. Таке екологічне виробництво електроенергії винагороджується державою через Закон про відновлювані джерела енергії в розмірі близько 10 центів за кВт/год, залежно від кількості. Точну ціну енергопостачальна компанія Аугсбурга повідомить пізніше. Це пов'язано з тим, що це сприяє амортизації інвестицій і має багато спільного з оптимізованою будівельною технологією.
Пам'ятка технологічної культури
Рис. 2: Професор Вільгельм Рукдешель описав ймовірно 700-річну історію електростанції Лохбах у своїй книзі "Промислова культура в Аугсбурзі". Видавництво Brigitte Settele Verlag, Аугсбург, ISBN 3-932939-44-1.
Раніше кінетична енергія потоку Лохбах через трансмісію приводила в рух циркулярну пилку на подвір'ї, а згодом і художній млин. Однак з 1880 року - турбіна Френсіса з'явилася 27 років потому - маленька річка стала джерелом світла у вітальнях. На зламі століть декому з мешканців це, мабуть, здавалося магією.
Втрати ефективності генератора потужністю 76 кВт і механічної системи відчутні у вигляді тепла. Коли генератор працює на повну потужність, він перетворює будівлю млина на сауну. Раніше надлишкову температуру можна було випустити, відкривши вікна та двері. Сьогодні захист навколишнього середовища більше не допускає цього з двох причин. По-перше, це не відповідає духу часу - віддавати цінні теплові калорії, а по-друге, сусіди, швидше за все, подадуть до суду, якщо їм доведеться день у день слухати скрип механіки - близько 60 дБ (А) - день у день. З іншого боку, таке живе свідчення високорозвиненої індустріальної культури пізньосередньовічного Вільного імперського міста Аугсбурга набуває сьогодні нового значення, адже "Wasserkunst", як шанобливо називає його технічний історик Аугсбурга Вільгельм Рукдешель, перетворює відновлювану енергію на електрику, що досі функціонує.
Тож нинішній власник "Alter Mühlhof", сім'я Вальтера Зеттеле, доручила різним проектним бюро та монтажним компаніям знайти рішення для рекуперації тепла. Схема повинна була враховувати п'ять різних споживачів, а саме: по-перше, підготовку гарячої води, по-друге, воду для басейну в головному будинку, по-третє, радіаторний контур (високотемпературний), по-четверте і по-п'яте, два контури теплої підлоги (низькотемпературні) в басейні і в житловому будинку.
Як тепло потрапляє в басейн?
Рис. 3: Тепловий насос (ліворуч, Vitocal/Viessmann) і 300-літровий буферний бак (Vitocell/Viessmann) відповідають за рекуперацію тепла в машинному залі.
На першому етапі реконструкції клієнт погодився на встановлення теплового насосу повітря/вода (Viessmann) у машинному залі та безшумного нового редуктора (Renk AG) для заміни 80-річних зубчастих коліс. Однак подальші пропозиції, деякі з яких були реалізовані, не принесли очікуваного успіху, або їх реалізація не відбулася через проблеми з вартістю. У деяких випадках рішення повинно було коштувати від 10 000 до 15 000 євро.
Однак Вальтер Сеттеле не здався, адже у нього є цілорічний користувач у вигляді басейну. Кілька компаній поетапно створили для нього концепцію, яка не заслуговувала на назву "концепція". Вона все одно витрачала надто багато. Якщо виразити в цифрах, то споживання газу в 2006/2007 роках, до реконструкції, становило 150 000 кіловат-годин. Справжній парадокс: навіть влітку Сеттелесам доводилося нагрівати воду в басейні за допомогою дорогого газового нагрівача, оскільки турбіна зупинялася або вимикалася, коли генератор працював на швидкості понад 35 кілометрів на годину. oC. Раніше вона перевищувала цей поріг у кілька разів. Лише тепловий насос повітря-вода, встановлений у безпосередній близькості від електрогенератора, робив те, що від нього вимагалося. Він охолоджував температуру в приміщенні генераторної станції до допустимого рівня. Це означало, що будівлю можна було використовувати майже публічно для демонстрацій, днів народження, семінарів та інших заходів.
Рис. 4: Фільтр для води в басейні. Чорний циліндр зліва - це теплообмінник для води в басейні.
Якщо температура на станції перевищує 5 °C, тепловий насос вмикається і зберігає вироблену енергію в буферному накопичувачі. Отримані таким чином калорії транспортуються місцевою теплотрасою до двох резервних котлів (конденсаційних, 2 x 40 кВт, Vaillant) і до розподільника в житловому будинку. Якщо попит на тепло відсутній, генератор вимикається - див. коментар щодо перегріву. А попит на той час покривався відносно швидко, тому що схема перемикання не могла оперувати різними температурними рівнями на стороні споживача. Вона обходилася тим чи іншим споживачем.
Новий процес багатоходового змішувача
Рис. 5: Головний будинок "Alter Mühlhof". Приблизно 500 м2 житлової площі, зал для басейну та вода в басейні повинні підігріватися.
Це призвело до вищезгаданих дорогих 150 000 кіловат-годин споживання газу в м'яку зиму 2006/2007 року, тому Вальтер Зеттеле вирішив спробувати ще раз. Він звернувся до компанії Albert Kohl Wasser und Wärme GmbH з Бобінгена, яка займається монтажем його будинку. Компанія з 28 працівниками має хороші перспективи на майбутнє і спеціалізується на опалювальній техніці, сонячних технологіях та фотоелектриці. Компанія пообіцяла вирішити проблему:
Завдяки публікаціям у журналі "Sanitär- und Heizungstechnik" майстри-ремісники багато років тому познайомилися з арматурою, яка є не продуктом, а системою, - змішувачем Baunach. Щоб одразу передбачити результат: Виробник системи переробив систему розподілу та управління, розмістив три "rendeMIX" між джерелом тепла та споживачем тепла, і відносно сувора зима 2008/2009 рр. подарувала Сеттелесам результат: 55 000 кіловат-годин економії. Споживання газу скоротилося з 150 000 до 95 0000 кіловат-годин. Ця цифра не є кліматично скоригованою, але попит у 2008/2009 році, ймовірно, був набагато вищим, ніж у теплу зиму базового 2006/2007 року. У цьому відношенні економія ще більше свідчить на користь процесу.
Рис. 6: Вільно програмована система управління від Technische Alternative, Амалієндорф/Австрія
Змішувач "rendeMIX" - це новий метод розподілу тепла, а також заряджання та розряджання буферних накопичувачів. Він гарантує найнижчі температури на виході і, отже, найбільший приріст теплоти конденсації завдяки підключенню низькотемпературного контуру після високотемпературного, перетворюючи таким чином зворотний потік першого контуру в потік другого контуру. Використання теплоти згоряння при такій архітектурі - це одне, а зменшення вдвічі об'єму циркуляції і, відповідно, вдвічі допоміжної енергії для циркуляційних насосів - зовсім інше. Крім того, таке послідовне з'єднання дозволяє використовувати на один циркуляційний насос менше.
Найнижчі температури на виході
Рис. 7: Контури обігріву суброзподільника.
Патент компанії H.G. Baunach GmbH & Co. KG, Хюккельховен, полягає насамперед у тому, що потік води в арматурі враховує різні гідравлічні умови радіаторного опалення та теплої підлоги, а також температурні вимоги. Без пристрою "rendeMIX" монтажній компанії довелося б робити багато обходів і встановлювати багато фітингів, щоб досягти аналогічного результату - мінімально можливої температури зворотної лінії. Зі змішувачем ефективніше працюють не лише конденсаційні котли. Стратифіковані баки-акумулятори, сонячні системи, теплові насоси, передавальні станції та розподільчі мережі також отримують вигоду від великого Delta T.
Рис. 8: Група змішувачів. Три пристрої зліва - це багатоходові змішувачі "rendeMIX", два пристрої справа - кранові коробки для неконтрольованої подачі тепла в теплообмінник води басейну і приготування гарячої води (на фото Йоганнес Якоб, Albert Kohl Wasser und Wärme GmbH).
Йоганнес Якоб з компанії Albert Kohl пояснює принцип на прикладі Haunstetten: "В принципі, багатопортовий змішувач поділяється на гарячу, теплу і холодну зони. Оскільки ми встановлюємо його після високотемпературного контуру, гаряча зона - це 60-градусний зворотний потік з теплообмінника басейну або водонагрівача. Ці два споживачі керуються безпосередньо гарячою централізованою водою від турбінної станції або від газових котлів".
Тепловий насос в турбінній або генераторній генерує потік до споживачів, який може мати температуру до 80 градусів, з річним коефіцієнтом корисної дії, який все ще є цілком прийнятним, оскільки повітря в приміщенні, що забирається, може мати температуру до 40 градусів. oC. "Тепер ми направляємо 60-градусний зворотний потік з теплообмінника басейну в радіаторний контур на верхніх поверхах житлового будинку і далі в дві системи теплої підлоги. Три блоки "rendeMIX" контролюють швидкість потоку і температуру. Що відбувається в rendeMIX 1, який відповідає за радіатори? Перш за все, вони налаштовані на 60/40 oC розроблений. The 60 oC, але це потрібно лише в найхолодніший період року. У більшості випадків змішувач живиться або зі зворотного потоку басейну, температура якого на рівні rendeMIX 1 може становити 55 °C. oC, або додавати більш холодну воду з контуру зворотного радіатора, який має лише 40 o"С" має."
Тричі "rendeMIX
Хоча обратка радіатора зливається з обраткою басейну/гарячої води і з обратками двох систем теплої підлоги, утворюючи єдину лінію, звичайно, існує градієнт температури в напрямку котла по всій довжині лінії, також через зворотну подачу з окремих контурів.
Повернемося до Йоганнеса Якоба. "rendeMIX 2 використовує зворотний радіатор як потік для контуру дна басейну. Гідравліка тут подібна до щойно описаної, але з однією модифікацією. Якщо радіатора зворотного потоку недостатньо для обігріву зали басейну при мінусовій температурі, rendeMIX 2 додає гарячу воду з потоку місцевої труби опалення. Якщо погодні умови дозволяють знизити температуру опалювальної води, rendeMIX 2 забирає холодну воду зі зворотної лінії".
MIX 3 для "житлових" систем теплої підлоги на верхніх поверхах працює за тією ж схемою; Йоханнес Якоб з'єднав два контури теплої підлоги паралельно. Він розділив низькотемпературне опалення на два основні контури, оскільки цілорічне опалення лазні та піврічне опалення житлових приміщень мають абсолютно різні опалювальні сезони, а розрахункові об'єми води також суттєво відрізняються. Завдяки паралельному підключенню можна оптимізувати теплопостачання.
Не зовсім паралельно
Таким чином, "паралельне підключення" не відповідає дійсності. Якщо обидві системи підігріву підлоги працюють, температура подачі останнього rendeMIX, rendeMIX 3, є нижчою за температуру подачі rendeMIX 2, оскільки зворотний потік попередньої системи підігріву підлоги (rendeMIX 2) знизив загальну температуру зворотного потоку на кілька градусів. Це якраз і є метою, щоб подавати найхолоднішу воду в конденсаційний теплообмінник. тому rendeMIX 3 повинен, як правило, забирати більше води з секцій з вищою температурою і змішувати її з водою, ніж rendeMIX 2, щоб досягти бажаного заданого значення.
Тут описані процеси та функції станцій "rendeMIX". Звичайно, все це має бути доповнене ефективною технологією управління та розумною стратегією управління. Компанія Albert Kohl Wasser und Wärme GmbH поклалася на досвід відділу планування компанії H.G. Baunach GmbH & Co. KG, який підтримав їх своїм програмним забезпеченням при проектуванні та налаштуванні змішувачів. Налаштуванням мережі займався австрійський фахівець з управління Technische Alternative, Амалієндорф. Асортимент їхньої продукції простягається від простих диференціальних контролерів до багатоконтурних контролерів для керування геліосистемами та насосами, а також до вільно програмованих мультиталановитих систем майже для всіх застосувань. Це саме те, що шукала компанія Albert Kohl GmbH: система керування, яка не перевантажена непотрібними функціями і тому схильна до збоїв, але пристосована до конкретного застосування.
Винагорода від комунального підприємства Аугсбурга
Їхні датчики вирішують, наприклад, чи подавати буферну воду безпосередньо в змійовики підлогових труб і радіатори, чи потрібно додати тепла в котел або котли. Буферна вода в 300-літровому баку не має постійної температури 70 або 80 oC. Взимку відпрацьованого тепла генератора недостатньо для забезпечення комфорту в будинку. Тоді котел може заряджатися лише до 30 або 40 oC увімкнено. Таким чином, місцева теплотраса зазвичай проходить через один з двох котлів, незалежно від того, запущений він чи ні.
Завдяки рекуперації тепла, оновленому редуктору, інтелектуальній схемі перемикання та інвестиціям, які склали понад 50 відсотків вартості нової системи, Stadtwerke Augsburg скоригувала спеціальний "зелений" тариф. Тепер "Alte Mühle" підпадає під дію Закону про відновлювані джерела енергії EEG, а також Закону про відновлювані джерела тепла EEWG. В результаті винагорода зросла з 7,65 до 9,67 цт/кВт-год. З огляду на те, що зараз виробляється близько 400 000 кіловат-годин електроенергії на рік, близько 40 000 євро повертається назад, що на 8 000 євро більше, ніж два роки тому. Частково це заслуга змішувача Baunach, але в будь-якому випадку це 55 000 кВт/год. економії газу.
Рис. 9: Власник будинку Вальтер Сеттеле перед генератором турбіни Френсіса потужністю 76 кВт.
Йоганнес Якоб: "Ми отримали мінімальний комфорт при високому споживанні. За допомогою нової стратегії управління та блоків "rendeMIX" ми змогли перевести систему в режим "мінімальне споживання тепла при максимальному комфорті". Напевно, немає кращого і, перш за все, безпечнішого способу інвестувати свої гроші".
Бернд Генат
Завантажити технічну статтю у форматі PDF
