Набагато більше, ніж просто металева арматура
Чотириходовий змішувач як вирішальний системний інтегратор
Він існує на ринку вже більше десяти років, його переваги та економічна ефективність не викликають сумнівів, але все ще не має широкого розповсюдження. Можливо, це тому, що складна логіка управління і технологія змішування в чотириходовому змішувачі "rendeMIX" є унікальною точкою продажу. І тому отримує мало уваги в навчальній та літературній літературі. Виробник має сам дбати про вихід на ринок, навчаючись на курсах та семінарах. ДКЗ сів за шкільну парту.
"Основною проблемою традиційного заряджання та розряджання буферних накопичувачів, тобто звичайного однозонного заряджання та розряджання, є змішування. Це значно обмежує кількість тепла, яку можна ефективно використати.
Зображення 1: Вюрцбург, літо 2013 року
Неможливо запобігти тому, що вода, яка надходить і витікає з контейнера, призводить до циркуляції, яка знижує температуру в гарячій зоні і підвищує її в холодній зоні внизу. Перевага двозонного завантаження та вивантаження за допомогою "rendeMIX" полягає в тому, що гаряча, холодна та змішана вода - змішана вода завдяки зворотному використанню - надходить і витікає тільки з відповідних зон. У центрі буферної зони створюється своєрідний захисний екран. Це стабілізує поділ між верхньою гарячою половиною та нижньою холодною половиною котла. Стратифікація зберігається".
Ганс-Георг Баунах пояснює енергетичні та гідравлічні переваги багатопортового змішувача "rendeMIX". Місце події: Вюрцбург наприкінці літа минулого року. Привід: семінар з гідравліки, організований компанією HG Baunach GmbH & Co. KG. Тема: Підвищення ефективності систем опалення. "Ефективність - це результат гармонійної взаємодії декількох компонентів системи. Принцип "rendeMIX" допоможе вам у створенні ефективних систем опалення. Семінар розкриває прихований потенціал ефективності в системах ваших клієнтів - і як ви можете його реалізувати".
Універсальне використання
Саме тому 16 майстрів прийняли запрошення і приїхали до Вюрцбурга. Близько 15 років тому Компанія Baunach з міста Хюккельховен на лівому березі Рейну вперше привернув увагу завдяки своїй особливій технології управління.
Рисунок 2: 240% замість 100% збереження тепла в 100-літровому буфері, результат тесту Біберахський університет прикладних наук
У той час основна увага приділялася з'єднанню високотемпературного контуру (радіаторів) послідовно з низькотемпературним контуром (теплою підлогою). Ця схема є стандартною для приватних будинків у багатьох регіонах Німеччини. Запатентований процес перетворює зворотний потік високотемпературного контуру в потік теплої підлоги, хоча циркулюють абсолютно різні кількості води. Внутрішні вирівнюючі секції в чотириходовому змішувачі та структура змішування - технологія використовує різні температурні рівні для точного та енергозберігаючого змішування температури потоку - вирішують цю задачу перемикання, яку практично неможливо досягти вручну (рис. 2).
"Але це не означає, що для того, щоб зрозуміти роботу приладу, вам потрібно пройти курс термодинаміки. Більшу частину роботи він робить сам. Він керується автоматично, використовуючи лише температуру. Вам не потрібно регулювати об'ємні потоки. Все, що вам потрібно зробити на цьому курсі, - це зрозуміти філософію", - каже спікер, розвіюючи будь-які побоювання щодо надмірної кількості теорії.
Тим часом діапазон застосування помітно розширився - помітно і в продажах фітинга. Інноваційні інсталяційні компанії використовують компонент у різних системах. По-перше, звичайно, для з'єднання високотемпературного і низькотемпературного контуру. По-друге, для завантаження двозонних буферних ємностей. У цьому випадку rendeMIX гарантує, що стратифікація в балоні зберігається якомога довше. По-третє, він завантажує і розвантажує баки так само майстерно, як і розробка Baunach, в результаті чого час роботи (річні години використання) сонячних систем і малих ТЕЦ збільшується з економічною вигодою.
Подвоєний час роботи котла
Рисунок 3: Принцип змішування в двоконтурних системах
Питання до аудиторії: "Як часто потрібно доливати дрова в котел на дровах?" "Найпізніше через два дні". "Так, і тому ваші клієнти не можуть просто поїхати на вихідні. Змішувач тут більш-менш подвоює зручність котла на дровах. Теплогенератор не спалює своє наповнення протягом двох днів, як це було раніше, але "rendeMIX" настільки вміло використовує об'єм буфера, що датчики контролю первинного повітря повідомляють, що "потреба в теплі поки що відсутня". В економному режимі котел працює чотири дні. Сім'я може поїхати на лижі на вихідних взимку без необхідності повертатися в холодну квартиру в неділю ввечері або кликати сусідів. Це було підтверджено неодноразово". (Зображення 3)
Бос компанії переконливо пояснює дводенний виграш, використовуючи схему потоку всередині металевого корпусу гармати.
Рисунок 4: Кількість конденсату та ефективність газових конденсаційних котлів в залежності від температури зворотної води (Зображення: Ruhrgas AG)
Його аудиторія уважно слухає. Ганс-Георг Баунах знає, як представити насправді сухий і складний предмет "гідравліка" у жвавий, цікавий і зрозумілий спосіб. Жести і дикція роблять теорію майже видимою.
І, звісно, слабкі сторони традиційної технології установки: "Важливо не те, скільки тепла міститься в буферному балоні, а те, яку користь він приносить. Ми розрізняємо цінну ексергію та менш цінну анергію.
Змішаний бак не тільки занадто холодний, щоб забезпечити задовільну воду для пиття або купання, в результаті чого бойлер фактично змушений працювати надмірно часто, але й занадто теплий, щоб поглинати сонячне тепло, наприклад, - подвійна втрата". Збиток полягає у марному використанні наявного (сонячного) тепла та потужності.
Вирішальна фізика
Це правило проходить через весь п'ятигодинний захід у різних варіаціях:
Рисунок 5: Утилізація зворотної води в технології конденсаційних котлів: економія гідравлічного сепаратора та радіаторного насоса плюс підвищення ефективності на 8 відсотків (відповідно до Рисунку 4)
"Пам'ятайте: 1 кВт-год приблизно відповідає 1 м3 Накопичувальна вода х 1 кельвін дельта Т". Дельта T в 10 кельвінів або градусів Цельсія дозволяє створити буфер з 1 м3 об'ємом 10 кВт-год. "Чим більша дельта Т, тим більша пропускна здатність в тому чи іншому напрямку. Отже, чим нижча температура обратки, тим меншим може бути акумулюючий бак. У таблиці ви можете побачити, наскільки великим повинен бути буфер, щоб забезпечити 15 кВт протягом 8 годин, залежно від дельти T". З "rendeMIX" бак у прикладі може бути на два розміри меншим.
Для більш компактних конструкцій або для збільшення об'єму зберігання встановленої потужності, арматура прагне досягти високого температурного розкиду. Університет прикладних наук Бібераха підрахував, наскільки двозонне завантаження та розвантаження зі зворотним використанням, яке стало можливим завдяки принципу змішування, дає додаткову продуктивність. Там був випробуваний буфер ємністю 1 000 літрів. Він обслуговував когенераційну установку з температурою подачі 90 °C. При температурі повернення з високотемпературного контуру 50 °C була розрахована теоретична ємність накопичувача 47 кВт-год. В реальності, однак, при стандартному підключенні витяжної арматури (однозонний злив) можна було витягти лише 17 кВт-год: У цьому випадку теоретична ємність зменшується в 2,7 рази.
Результати Біберахського університету прикладних наук
Рисунок 6: Приріст теплоти згоряння при температурі повернення 43 °C за звичайної технології змішування майже не спостерігається
Університет прикладних наук Бібераха довів, що причиною такої низької ефективності є неминуче перемішування в буферному циліндрі при використанні звичайної зарядки. Це значно зменшує кількість корисного тепла, оскільки руйнує стратифікацію. У другій частині випробувань фахівці змінили стратегію заряджання на двозонний режим заряджання та розряджання з rendeMIX. Тепер приводи змішували не гарячу воду з холодною, а гарячу з теплою і - в залежності від заданих параметрів - теплу з холодною. На стороні завантаження верхня буферна зона отримувала тільки гарячу воду і тому швидше нагрівалася, тоді як нижня зона довше залишалася холодною. Під час розвантаження система керування спочатку забирала тепло з нижньої буферної зони від центрального з'єднання циліндра. Це призводило до її швидшого охолодження. В результаті верхня буферна зона залишалася з високою температурою.
Результат: Ефективна ємність накопичувача збільшилася приблизно на 60% з 17 кВт-год до 27,4 кВт-год. Якщо оптимізувати розташування датчиків на резервуарі, які вмикають і вимикають когенераційну установку, ефективність використання буферу у випадку Бібераха можна було б підвищити ще на 30-50 відсотків (рис. 4).
Ганс-Георг Баунах підсумовує висновок звіту Бібераха такими словами: "Принцип змішування пояснюється досить просто. Уявіть, що у вас є відро з 55-градусною водою і відро з 45-градусною. Ви можете вилити їх разом, щоб отримати два відра води температурою 50 °C. Тепер візьміть два відра з температурою 30 °C і 70 °C і змішайте їх, щоб отримати два відра з температурою 50 °C. З цього боку нічого не виграємо. Різниця лише в тому, що в першому випадку у вас є максимум 55 °C, а в другому - 70 °C. Якщо вам потрібна температура подачі 65 °C десь взимку, то низька дельта Т або 45 °C в баку вам не допоможуть. Котел повинен перегріватися. При 70 °C ви можете повернутися до бойлера. Це "мислення", яке лежить в основі rendeMIX".
Різниця з резервуаром для стратифікованого зберігання
Як і очікувалося від лектора, в якийсь момент пролунає звичне запитання: "Чим стратифікована система зберігання відрізняється від вашого процесу, пане Баунах?"
Відповідь проста: "Мій працює". Ідеальний стратифікований резервуар для зберігання, каже розробник, в принципі, такий самий хороший. Різниця лише в тому, що акцент робиться на ідеальній, тобто чистій стратифікації. Однак це навряд чи можливо за допомогою заслінок та інших хитрощів. "rendeMIX", з іншого боку, забирає теплу воду з баку з центру між гарячим верхом і холодним низом під час однозонного зливу і змішує її або з подачею, або з обраткою. Залежно від ситуації, енергетично доцільніше охолоджувати теплу воду замість гарячої або нагрівати теплу воду замість холодної (зворотної) води". Крім того, така форма скидання з центру буферної ємності стабілізує гарячу та холодну зони.
Функціональний опис
Запатентований rJET 3×4 з трьома з'єднаннями забезпечує оптимальну стратифікацію в буферній ємності під час нагнітання, спочатку подаючи зворотний потік від радіаторів в сепаратор системи теплої підлоги перед доступом до гарячого потоку котла. Це означає, що ні гідравлічний сепаратор, ні додатковий насос не потрібні перед розділювачем системи. Вбудований перепускний клапан підтримує перепад тиску в секції системи на постійному рівні близько 60 мбар. Надлишок теплого теплоносія з радіаторної лінії подається назад в центр буферної ємності окремо від холодного теплоносія з підлогового контуру. Буфер довше залишається гарячим у верхній частині і швидше остигає в нижній, що підвищує як сонячну продуктивність, так і комфорт гарячого водопостачання. Переваги очевидні:
- Простий монтаж завдяки компактній збірці
- До 100 відсотків більше сонячної енергії завдяки холодній зоні в буферному циліндрі
- На 100 відсотків більше комфорту в гарячій воді завдяки гарячій зоні в буферному баку
- Відсутність перемикача та додаткових насосів у контурі опалення та перед розділенням системи
Класичне використання зворотного теплоносія вигідне не лише при з'єднанні низькотемпературного контуру з високотемпературним. Холодні обратки і менші об'ємні потоки оптимізують ефективність конденсаційних котлів, сонячних систем, теплових насосів, передавальних станцій і розподільчих мереж. Конденсація також утворює промивну воду: це зменшує забруднення і корозію на стороні димових газів конденсаційного теплообмінника, збільшуючи таким чином термін його служби. Це також доведено.
Коли починається посилення конденсації?
До речі, про конденсат. Питання: "Скільки конденсату утворюється при температурі повернення 50 °C, що ви маєте на увазі?" Аудиторія неохоче називає цифру в мілілітрах. Але, напевно, досить багато, враховуючи, що точка роси відпрацьованих газів природного газу трохи нижче 60 °C. "Нічого, нуль, він лише капає при температурі близько 47 °C. Теоретична температура точки роси 58 °C не враховує надлишок повітря, який ми регулярно використовуємо, і ви також повинні враховувати необхідну дельту T в конденсаційному теплообміннику між димовими газами і зворотним потоком".
На екрані через Power Point з'являються діаграми від Ruhrgas AG. Перша показує, що нульова точка конденсації знаходиться при температурі зворотного потоку 48 °C. Вона також показує, що при 45 °C випаровується лише 30 грамів води на кіловат-годину - з можливих 110 грамів при 20-грамовому зворотному потоці. З "rendeMIX" температура зворотного теплоносія повинна стабілізуватися на рівні 30 °C або 90 грамів конденсату на 1 кВт-год. "А це підвищує ефективність котла на 8 відсотків порівняно з 50 °C. Це не я порахував, це так каже Ruhrgas", - каже доповідач Ганс-Георг Баунах.
Рисунок 7: Довготривалий тест. Завантаження та розвантаження буфера за двозонним принципом
Діаграми Ruhrgas
Рисунок 8: Комбінована геліосистема з газовим котлом
Наступна діаграма в презентації показує залежність точки роси від повітряного числа. "З різних причин не можна виключати коливання в подачі повітря. Топка не повинна утворювати сажу, тому пальник працює з надлишком повітря, так би мовити, з запасом. Це також знижує точку роси, як показано на малюнку, і, відповідно, приріст теплоти згоряння. Різниця між повітряними числами лямбда 1 і лямбда 2 становить 10 К, просто щоб дати вам ключові значення, тому точка роси падає з 58 °C до 48 °C. І ви ще повинні відняти необхідні ступені розтікання в конденсаторі. Тому найкраще використовувати пальники з низьким співвідношенням повітря, наприклад, преміксні пальники, щоб досягти використання теплоти згоряння навіть при дещо вищих температурах на виході".
Рисунок 9: Апаратне забезпечення
Половина семінару - це курс ревізії. Він відкопує те, що було втрачено, і знову робить зв'язки зрозумілими. Пояснення технології роз'єму в чотириходовому змішувачі Баунаха займає дуже мало часу; основна увага приділяється проблемам сучасних опалювальних систем. Їх економічна життєздатність все частіше ставиться під сумнів, оскільки співвідношення ціна/ефективність ледве виправдовує себе. "Однак, це не вина технології або ціни на компоненти. Причиною дисбалансу є відсутність загального системного бачення. По-іншому це не назвеш: просте з'єднання частин без урахування взаємозв'язків просто нівелює багато відсотків приросту ефективності".
Націльтесь на системний блок
Чотириходовий принцип змішування робить помітний і вигідний внесок у підвищення ефективності системи у виробництві тепла (використання конденсаційного котла), розподілі тепла (з'єднання високотемпературних і низькотемпературних контурів) і ефективності системи в накопиченні тепла (двозонне завантаження і розвантаження з використанням зворотного теплоносія). Газові та масляні котли і теплові системи мають такі ж переваги, як і теплогенератори на біомасі, теплові насоси, сонячні колектори або їхні комбінації. Досягнення оптимального рівня ефективності в основному залежить від системи. Представлені на семінарі принципові схеми та діаграми теплових потоків ілюструють, чому.
Ганс-Георг Баунах підсумовує: "Однією з помилок минулого було з'єднання холодного та гарячого повернення і подача їх назад до котла однією лінією, думаючи, що тоді пальнику не доведеться подавати так багато. На жаль, така схема блокує більш ефективний варіант використання більш холодного середовища для відновлення великої кількості залишкового тепла з більш теплого середовища, можливо, навіть достатнього для обігріву цілої секції. І навпаки: якщо опівдні достатньо потоку в 50 градусів, а багатоходовий змішувач фактично забирає лише ці 50 градусів, ввечері у верхній зоні будівлі все ще доступно 80 градусів. Якби, з іншого боку, система управління забрала 80 градусів і знизила їх до 50 градусів за допомогою холодної води, то ввечері котел довелося б підігрівати заново".
www.baunach.net
Бернд Генат
Завантажити технічну статтю у форматі PDF
