Egzergia - Maszyna cieplna egzergetyczna eXm
Zwiększona wydajność w systemach ogrzewania, odzysku ciepła, sieciach ciepłowniczych i pompach ciepła oraz systemach ciepłej wody użytkowej
Dlaczego wynaleziono maszynę cieplną eXm?
Cyrkulacja w sieciach ciepłej wody
Praca cyrkulacji w sieciach ciepłej wody generuje mniej lub bardziej wysokie temperatury powrotu w zależności od stopnia poboru wody. W trybie czystej cyrkulacji temperatura powrotu wzrasta do 57-58°C. Dzięki zastosowaniu technologii świeżej wody (system świeżowodny FWE-Vfn + bufor grzewczy), wysoką temperaturę powrotu można rozłożyć na środku zbiornika buforowego po stronie ogrzewania poprzez przełączanie i kanały warstwy spodniej. Jeśli jednak udział cyrkulacji jest tak wysoki w porównaniu z operacją poboru, że w dolnej części zasobnika nie może rozwinąć się zimna strefa, bardzo wysoka temperatura powrotu nieuchronnie dotrze w pewnym momencie do źródła ciepła. Prowadzi to do niekorzystnych warunków pracy różnych generatorów ciepła, takich jak kotły kondensacyjne, sieci ciepłownicze, elektrociepłownie lub systemy słoneczne.
Cyrkulacja cwu
Energia stracona
Energia odzyskana
Rozwarstwienie bufora - Badanie kamerą termowizyjną
All video
Egzergia i anergia = energia
Energię systemu lub energię transportowaną przez przepływ ciepła można podzielić na dwie części: egzergię i anergię = energię.
Egzergia opisuje porcję energii, którą można zamienić na pracę, innymi słowy, egzergia to zdolność do wykonywania pracy.
Z drugiej strony anergia to ta część energii, która jest bezużyteczna i nie może zostać zamieniona na pracę.
Egzergia to użyteczna część energii.
- Dlatego w egzergii mówi się o „użytecznej energii”.
- W przeciwieństwie do anergii, „bezużyteczna energia”.
Przykład
Do oświetlana użyjemy starej dobrej żarówki (światło = egzergia). Aby to zrobić, potrzebujemy prądu (prąd = energia). Każdy, kto kiedykolwiek dotknął żarówki, wie, że po krótkim czasie staje się cholernie gorąca (ciepło = brak energii). Ciepło staje się bezużyteczne. Egzergia to nie tylko ilość, ale i jakość!
Prawo zachowania energii wyraża doświadczenie, że energia jest wielkością zachowawczą, tj. że całkowita energia izolowanego systemu nie zmienia się w czasie. Prawdą jest, że energię można przekształcić w różne formy energii, na przykład z energii kinetycznej na energię cieplną. Energia może być również transportowana z lub do systemu. Jednak nie jest możliwe wytwarzanie ani niszczenie energii. Oszczędność energii jest ważną zasadą we wszystkich naukach przyrodniczych.
W przeciwieństwie do energii egzergia nie jest wielkością zachowywaną. Jest tracona w wielu procesach, ale nigdy nie może wzrosnąć, jeśli nie jest dostarczana z zewnątrz. Innymi słowy, na każdym kroku należy osiągnąć najwyższą możliwą skuteczność egzergetyczną. Dzieje się tak, ponieważ utrata egzergii oznacza utratę możliwości dalszych przemian lub wykorzystania energii. Kluczem do zrozumienia anergii i egzergii jest to, że te dwie zmienne stanu można określić tylko biorąc pod uwagę środowisko. Aby było to jeszcze jaśniejsze, można zadać następujące pytanie: Ile zapłacilibyśmy za szklankę wody?
Woda gratis Woda bezcenna
Zależy to zawsze od otoczenia, popijając szklanką wody, np. gdzie jesteśmy. Środowisko ma również decydujące znaczenie dla egzergii. Dla ogrzewania i ciepłej wody użytkowej poziom temperatury musi być wytwarzany w odpowiednim stosunku, nie za niski (mało energii użytkowej), ale też niezbyt wysoki (słaba efektywność energetyczna).
Podsumowując, można powiedzieć, że każdy system, który odbiega od warunków otoczenia (ciśnienie, temperatura, stężenie), czy to w górę czy w dół, zawiera egzergię. Im bardziej dostosowuje się on do warunków otoczenia, tym wyższy staje się udział anergii, aż do momentu, w którym system jest bez energii tylko w momencie, gdy jest w równowadze ze stanem otoczenia.
Wykorzystajmy lepiej to ciepło
Temperatura zasilania jest za niska? Powrót nie jest wystarczająco zimny? Cykle przełączania generatora ciepła są za krótkie?
Jedynym sposobem na zwiększenie ilości ciepła w danych warunkach jest zwiększenie różnicy (rozrzutu) temperatur pomiędzy zasilaniem i powrotem.
Maszyna cieplna eXm zwiększa poziom temperatury w zasobniku ciepła niezależnie od aktualnego zużycia, zwiększa efekt systemów tradycyjnych lub hybrydowych i minimalizuje cykle przełączania.
Maszyna cieplna eXm zwiększa rozrzut temperatur
- można przetransportować więcej energii!
- można zmniejszyć średnice rur!
Wybór poziomu egzergii w definiowanym systemie jest wyzwaniem. Należy wziąć pod uwagę zamknięte rozważania (wytwarzanie ciepła - dystrybucja ciepła - wymiana ciepła - wykorzystanie ciepła).
Efektywność stratyfikacji
Warstwowanie temperatury w zbiornikach wodnych jest ustawiane automatycznie na podstawie grawitacji i zależnej od temperatury gęstości wody. Jednak temu naturalnemu procesowi przeciwdziałają procesy kompensacyjne, które zasadniczo można przypisać trzem przyczynom:
- Przewodzenie i dyfuzja ciepła w wodzie i we wbudowanym zbiorniku
- Prąd wzbudzający
- Energia kinetyczna obciążeń bezpośrednich
Co niszczy stratyfikację - uwarstwienie zasobnika?
W przypadku bezpośredniego ładowania i rozładowywania zasobnika, to przede wszystkim energia kinetyczna i przepływ porywający powodują mieszanie warstw płynów o różnych temperaturach. Przepływowi porywającemu można zapobiec wprowadzając płyn do zbiornika na odpowiedniej wysokości - to znaczy na wysokości odpowiadającej jego temperaturze. Jeśli optymalna pozycja pionowa jest nieznana lub zmienna, na przykład podczas ładowania ciepłem słonecznym lub podczas powrotu z pomieszczenia rozprowadzania ciepła w budynku, można zastosować warstwowe urządzenia ładujące, które umiejscawiają płyn na odpowiedniej wysokości magazynowania. Brak uwarstwionego urządzenia ładującego oznacza, że płyn na swojej drodze w urządzeniu magazynującym, który jest z góry określony przez grawitację i impuls, przenosi warstwy płynu z otoczenia i miesza się z nimi. Jednak nie musi to oznaczać, że istniejąca warstwa magazynowania zostanie zniszczona.
Ładowanie przy dużych przepływach objętościowych powoduje turbulencje i prądy w zbiorniku, a tym samym może zniszczyć istniejącą warstwę magazynową. Potencjalne szkody w rozwarstwieniu magazynu i związane z tym zmniejszenie wydajności systemu są zwykle znacznie większe niż w przypadku nawet niedoskonałej stratyfikacji.
Zasada działania maszyny cieplnej eXm
Pobiera ciepło na średnim poziomie z zasobnika ciepła, podnosi temperaturę i dostarcza ciepło do górnej części zasobnika. Jednocześnie eXm wytwarza chłód, obsługując w ten sposób dolną część zbiornika. Maszyna cieplna eXm generuje jednocześnie ciepło i zimno i jest przez to odpowiednio skuteczna (podobnie jak w przypadku cyklu chłodniczego: parowanie -> kompresja -> upłynnianie -> relaksacja).
Temperatura zasilania wzrasta, temperatura powrotu spada. Wraz z rozrzutem temperatur ΔT energia cieplna rośnie proporcjonalnie (Q = c * m * ΔT).
Efektywność systemu grzewczego można zwiększyć przy niewielkim zużyciu energii. Utrzymywane są pożądane niskie temperatury powrotu, utrzymywane są wysokie temperatury ogrzewania, ciepło odpadowe jest wykorzystywane, a źródła, takie jak lokalne i miejskie ciepło, moduły słoneczne lub CHP są optymalnie wykorzystywane.
Maszyna cieplna eXm to innowacyjne rozwiązanie problemów wydajnościowych.
All video
Jakie są zalety maszyny cieplnej eXm?
Wartość COP eXm nie jest tutaj decydująca. Zawsze musisz mieć oko na cały system.
eXm ...
... tworzy zdefiniowane stany pracy - niezależnie od tego, ile energii jest aktualnie dostarczane lub odbierane z systemu
... podnosi ciepło na wyższy, bardziej użyteczny poziom temperatury (egzergia)
... zapewnia niskie temperatury powrotu
... zwiększa bezpieczeństwo eksploatacji
... zwiększa sprawność generatorów ciepła
... minimalizuje zużycie generatorów ciepła poprzez dłuższe cykle przełączania
Maszyna cieplna eXm - dane techniczne
Porównanie - ogrzewanie miejskie z maszyną cieplną eXm i bez
Instalacja B z eXm i Instalacja C bez eXm BIZ-BW Mannheim
Dla porównania rozważono dwa identyczne systemy na obszarze koszar BIZ-BW (Bundeswehr Education Center) w Mannheim. Obie części systemu, B i C, mają ten sam rozmiar i mniej więcej to samo przeznaczenie. Zakład B został doposażony w maszynę cieplną do egzergii eXm.
Instalacja C jest konwencjonalnie eksploatowana bez eXm, tj. że rozwarstwienie jest niszczone przez stale wysoką temperaturę powrotu z powodu cyrkulacji ciepłej wody bez rzeczywistego zużycia ciepłej wody.
Pomiary pokazują na pierwszy rzut oka, że cykle przełączania (rozpoznawalne po otwarciu i zamknięciu zaworu FW) w systemie B z eXm są znacznie zmniejszone w ciągu 24 godzin niż w systemie C, a konkretnie w systemie B (5 razy) i w systemie C (17 razy).
Warstwowanie w zbiorniku można zidentyfikować przede wszystkim na podstawie różnicy (rozrzutu) między najwyższą temperaturą w zbiorniku (SP-FWE1) i najniższą temperaturą w buforze (SP-RES2). Im większy róznica temperatur w zbiorniku (od góry do dołu), tym lepsze rozwarstwienie w zbiorniku. Porównanie pomiarów pokazuje max. różnica między górą i dołem zbiornika magazynowego Δθmax= 50 K w systemie B i Δθmax = 20 K.
Oprócz obniżenia temperatury powrotu, proces maszyny egzergicznej eXm podwyższa również temperaturę zasilania. Tabela pokazuje min. temperaturę powrotu tRLmin = 25°C i systemu C tRLmin = 42°C. Maksymalna temperatura zasilania w systemie B wynosi tVLmax = 75°C, a w systemie C tVLmax = 68°C.
Bezpośrednie porównanie systemów B i C z maszyną cieplną eXm - praca w weekend
Bezpośrednie porównanie systemów B i C z maszyną cieplną eXm - praca w tygodniu
Wnioski po analizie z pomiarów z maszyną cieplną eXm
- Cykle przełączania doładowania sieci ciepłowniczej zmniejszone o ok. 70%.
- Rozwarstwienie wzrosło ponad dwukrotnie.
- Temperatura powrotu spadła o ponad 70%.
- Temperatura zasilania wzrasta o 7 K.
- Zmniejszenie temperatury powrotu pierwotnej sieci ciepłowniczej o 38% do średnio 33°C
Dzięki redukcji cykli przełączania efektywnie potrzeba mniej ciepła sieciowego, czego efektem ubocznym jest to, że stosowane zawory i pompy są chronione przez mniejszą częstotliwość przełączania.
Wykorzystanie środkowej warstwy magazynowania jest możliwe tylko dzięki eXm, następuje rozwarstwienie w zasobniku i możliwa jest niska temperatura powrotu dla ciepłownictwa. Przy niskich temperaturach powrotu ciepło sieciowe jest wykorzystywane znacznie lepiej, a tym samym:
- Techniczne warunki eksploatacji przestrzegane są przez cały czas.
- Unika się kar dla użytkownika.
- Wydajność sieci zostaje zwiększona, a jednocześnie zmniejszone zostają straty sieciowe dla operatora PEC.
W jakich aplikacjach użycie eXm ma sens?
Zastosowanie maszyny cieplnej eXm jest odpowiednie wszędzie tam, gdzie wymagane są niskie temperatury powrotu, podwyższone temperatury zasilania, zredukowane cykle przełączania, wydłużone czasy pracy lub przy dużych stratach cyrkulacji.
Pompy ciepła - zwiększają temperaturę zasilania, zmniejszają cykle przełączania i wydłużają czas pracy
Duża część pomp ciepła (powietrze/woda) dostarcza zazwyczaj temperaturę zasilania do 50°C - wystarczającą do ogrzewania powierzchniowego, ale nie wystarczająco gorącą do higienicznego podgrzewania wody użytkowej. Urządzenie eXm podnosi temperaturę do 65°C lub więcej i sprawia, że ciepło nadaje się do ogrzewania wysokotemperaturowego lub przygotowania ciepłej wody użytkowej. Można zrezygnować z dogrzewania za pomocą grzałek elektrycznych lub kotła gazowego. Czasy pracy i pauzy są wydłużone, dzięki czemu pompa ciepła jest włączana znacznie rzadziej. W chłodne zimowe dni pompa ciepła może pracować na niższym poziomie temperatury, a tym samym bardziej efektywnie.
Efektywność energetyczna przy zastosowaniu maszyny egzergetycznej z pompami ciepła w domu pasywnym w Austrii
Dom pasywny powinien być wygodny, inteligentny i wydajny...
"Jakość życia musi być w pewnym stopniu zorganizowana" - mówi Günter Morscher, właściciel firmy Morscher Bau- und Projektmanagement GmbH. Jego wkładem w to są wydajne domy z komfortem - jak cztery domy pasywne w Unterkrumbach w Bregenzerwald. Kompleks mieszkalny z ponad 3.200 m² powierzchni mieszkalnej został zbudowany w ciągu ostatnich pięciu lat i oferuje dom dla łącznie 43 rodzin.
Używanie drewna oszczędza energię
Zastosowanie drewna na elewacji, gontu i w wyposażeniu wnętrz sprawia, że nieruchomości wtapiają się w otoczenie i jednocześnie zwiększają komfort mieszkańców. "Drewno pomaga również oszczędzać energię" - wyjaśnia Morscher - "ponieważ pomieszczenia z nieobrobionymi drewnianymi podłogami i elementami ściennymi są postrzegane jako przytulniejsze". Już samo to może obniżyć temperaturę w pomieszczeniu o około pół stopnia bez utraty komfortu.
"Inteligentna efektywność" poprawia koncepcję domu pasywnego
Ale jeszcze więcej energii można zaoszczędzić po stronie technicznej. Koncepcja domu pasywnego oferuje jeszcze wiele możliwości, mówi Morscher. "Następnym logicznym krokiem jest dalszy rozwój domu pasywnego w kierunku inteligentnej efektywności". System eXm firmy varmeco (Kaufbeuren) zapewnia inteligencję i wydajność w nowych budynkach mieszkalnych. Optymalizuje on technologię ogrzewania budynków, z których każdy zasilany jest pompą ciepła z sondą geotermalną i systemem solarnym, poprzez zwiększenie udziału egzergii.
Ciepło użytkowe przy najniższym możliwym nakładzie energii
Egzergia to użytkowa część energii, czyli w przypadku systemu grzewczego energia, którą można wykorzystać do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody. Bo nawet woda podgrzana do 15 stopni zawiera energię cieplną - ale do kąpieli i ogrzewania byłaby bezużyteczna. Dopiero na wyższym poziomie temperatury energia ta staje się egzergią. Zadaniem systemu eXm dostarczonego przez Varmeco jest skuteczne osiągnięcie poziomów temperatury użytkowej. Dla każdego budynku obejmuje to wysokotemperaturowy i niskotemperaturowy zasobnik ciepła, moduł do podłączenia instalacji solarnej, podgrzewacz ciepłej wody użytkowej, a także tzw. automat eXm (tu w wersji 10 kW) oraz regulator systemowy VarCon380. Przede wszystkim urządzenie eXm i regulator systemowy nadają systemowi grzewczemu tę dodatkową odrobinę inteligencji i efektywności energetycznej.
Maszyna eXm zapewnia niezbędny "zastrzyk ciepła"
"W przeszłości w takich nieruchomościach musielibyśmy pracować z dwoma pompami ciepła do ogrzewania, aby uzyskać odpowiednie temperatury do higienicznego przygotowania ciepłej wody" - informuje Morscher. "To nie było efektywne, zwłaszcza w zimie. Teraz maszyna eXm zapewnia niezbędny wzrost temperatury przy znacznie niższym zużyciu energii, podnosząc około jednej trzeciej energii cieplnej z 35 stopni do ponad 60 stopni." Również uzysk solarny korzysta z tego "zastrzyku ciepła", ponieważ jeśli wiosną lub jesienią system dostarcza tylko umiarkowane temperatury, maszyna eXm podnosi je do poziomu użytkowego.
Efekt uboczny: źródła ciepła pracują z większą wydajnością
Samo urządzenie eXm jest specjalnym rodzajem pompy ciepła i pracuje tylko wtedy, gdy jest to potrzebne, czyli gdy temperatura w cieplejszym obszarze zasobnika ciepła spadnie poniżej określonej wartości zadanej. Następnie maszyna eXm doładowuje gorący obszar. Jednocześnie chłodzi dolny obszar zasobnika niskotemperaturowego. W ten sposób nie tylko efektywnie dostarczana jest ciepła woda, ale również pompa ciepła i instalacja solarna pracują z większą wydajnością, ponieważ obie korzystają z chłodniejszego strumienia powrotnego.
Kontroler systemu może być zdalnie monitorowany i programowany
Aby zapewnić jak najbardziej energooszczędne wykorzystanie wszystkich dostawców ciepła, tj. gruntowej pompy ciepła, instalacji solarnej i urządzenia eXm, regulator systemu VarCon380 monitoruje cały system, nadając priorytet instalacji solarnej. Parametryzowalna i samoucząca się logika regulatora w najlepszy możliwy sposób dopasowuje wytwarzanie ciepła do zachowań konsumpcyjnych. Sterownik umożliwia również rejestrację danych operacyjnych i zdalny dostęp, dzięki czemu można również zdalnie monitorować pracę lub przeparametryzować system.
"System eXm ze sterownikiem systemu jako 'mózgiem' i maszyną eXm jako 'sercem' oferuje dokładnie taką inteligencję i wydajność, jakiej potrzebują dziś domy pasywne" - mówi Morscher. "Dla nas jest to zatem nowy standard w technice grzewczej".
Jak działa podniesienie temperatury za pomocą urządzenia eXm w domu pasywnym
Maszyna eXm, którą Varmeco i BMS-Energietechnik opracowały wspólnie, tworzy optymalną stratyfikację temperatury w systemie magazynowania ciepła. W tym celu wewnątrz urządzenia pracuje jednostopniowa pompa ciepła woda-woda, która jest przystosowana do dużego rozrzutu temperatury do ok. 50 K w zasobniku buforowym, a także pracuje przy temperaturze źródła 55°C i więcej. Podczas pracy, urządzenie eXm pobiera z systemu magazynowania wodę o średnim poziomie temperatury. Część przepływa obok skraplacza maszyny, gdzie jest podgrzewana przed wejściem do gorącej części zasobnika. Druga część przechodzi nad parownikiem, a następnie kieruje schłodzoną tam wodę do chłodnego magazynu.
W ten sposób urządzenie eXm sprawia, że ciepło, które jest dostępne na poziomie niskiej temperatury, może być wykorzystane na poziomie wysokiej temperatury, na przykład do przygotowania ciepłej wody. Daje to korzyści dla wielu systemów z ciepłem niskotemperaturowym, takich jak grzewcze pompy ciepła, systemy solarne, kombinowane moduły solarne i PV, wykorzystanie ciepła odpadowego i niskotemperaturowe lokalne sieci grzewcze.
All video
Wykorzystanie ciepła odpadowego i odzysk ciepła - podnoszenie temperatury zasilania do poziomu temperatury użytkowej
Zastosowanie w przemyśle, przedsiębiorstwach handlowych z systemami chłodniczymi i klimatyzacyjnymi lub chłodzeniem procesów. W przemyśle spożywczym bardzo często dostępne jest ciepło odpadowe pochodzące np. ze sprężarek ogniw chłodniczych. Ze względu na niskie temperatury systemu (ok. 40°C do 45°C) sensowne wykorzystanie do celów grzewczych lub procesów technologicznych jest obecnie możliwe tylko przy dużym nakładzie technicznym. W tym przypadku maszyna eXm oferuje prosty sposób na wytworzenie niezbędnych temperatur systemowych, np. aby ciepło odpadowe do przygotowania ciepłej wody użytkowej mogło być wykorzystane. Zastosowanie maszyny eXm pozwala na oszczędność zasobów i zmniejszenie kosztów operacyjnych.
Energia słoneczna - zwiększony uzysk solarny
Zastosowanie: Budynki mieszkalne i komercyjne wszystkich typów. Sprawność kolektorów słonecznych jest silnie uzależniona od różnicy pomiędzy temperaturą medium w kolektorze a temperaturą otaczającego powietrza (straty ciepła kolektora). Ponadto promieniowanie rozproszone nie osiąga tak wysokich temperatur układu. Urządzenie eXm zwiększa wydajność kolektora i uzysk solarny, umożliwia sensowne wykorzystanie energii słonecznej nawet przy niekorzystnym nachyleniu lub orientacji wschód/zachód i sprawia, że kosztowne etapy podgrzewania wstępnego stają się zbędne.
Kolektory hybrydowe PVT - zwiększona wydajność
Zastosowanie: Budynki mieszkalne i komercyjne wszystkich typów. Moduły fotowoltaiczne wytwarzają energię elektryczną pod wpływem światła, ale wraz ze wzrostem temperatury modułu spada jego wydajność elektryczna. Kolektory hybrydowe PVT rozpraszają ciepło, które jest niepożądane podczas wytwarzania energii elektrycznej, a tym samym zwiększają wydajność elektryczną. Typowe temperatury pracy mieszczą się w zakresie od 20°C do 40°C. Maszyna eXm obniża temperatury powrotu (używanego do chłodzenia modułów PVT) i podnosi niskie temperatury zasilania do poziomu temperatury użytkowej.
- Zwiększenie wydajności kolektora nawet o 10 procent
- Wspomaganie ogrzewania - Kocioł może być częściej wyłączony
- Powierzchnia kolektora może być mniejsza dla pożądanej wydajności
- Redukcja podgrzewania wstępnego
- Równoległe wytwarzanie energii elektrycznej
- Lepsze chłodzenie modułów PV i tym samym wyższy uzysk energii elektrycznej
BHKW - kogeneratory gazowe
W kogeneratorach zastosowanie maszyny eXm obniża temperaturę powrotu, dzięki czemu woda wracająca do silnika jest chłodniejsza. Zwiększa to sprawność wytwarzania ciepła i zapewnia odpowiednie chłodzenie silnika kogeneracyjnego lub jego obiegu olejowego oraz wydłuża cykle przełączania.
- Niższe temperatury powrotu
- Skuteczniejsze chłodzenie silnika
- Zwiększona wydajności systemu
- Mniej startów i zatrzymań, dłuższy czas pracy
- Niższe koszty utrzymania
Sieci ciepłownicze - Obniż temperaturę powrotu i przestrzegaj warunków eksploatacji
W nieruchomościach mieszkalnych i komercyjnych, szpitalach, placówkach opiekuńczych, ośrodkach szkoleniowych itp.
Wielu operatorów sieci ciepłowniczych kojarzy to podłączenie z warunkiem, że powrót stacji ciepłowniczej odbywa się na znacznie niższym poziomie temperatury (np. 50°C lub nawet niższym) niż przepływ. Szczególnie latem, kiedy zapotrzebowanie na ciepło jest małe, warunek ten jest trudny do spełnienia - w najgorszym przypadku mogą zostać naliczone kary przez operatora sieci ciepłowniczej. Dzięki urządzeniu eXm można zapewnić temperaturę powrotu < 40°C niezależnie od sposobu użytkowania (nawet w trybie tylko ciepłej wody i podczas faz cyrkulacji, czyli czasów bez poboru ciepłej wody)
Maszyna ciepna eXm zwiększa różnicę między temperaturą zasilania i powrotu. Pozwala to na obniżenie temperatury powrotu, dzięki czemu wymagane są warunki eksploatacji. Maszyna cieplna potrafi utrzymać temperaturę docelową.
Pompy ciepła zoptymalizowane egzergetycznie
Nowoczesne systemy grzewcze powinny być niezawodne, wydajne, oszczędzające zasoby naturalne i opłacalne w eksploatacji. eXm®-compact wspiera wiele różnych generatorów ciepła właśnie w tym zadaniu.
- Zapewnia ona, że pompy ciepła pracują w optymalnym punkcie pracy i że unika się niekorzystnych punktów pracy z wysoką temperaturą na wylocie. Dzięki temu zwiększa się roczny współczynnik wydajności całego systemu.
- W wielu przypadkach umożliwia w pierwszej kolejności wykorzystanie ciepła odpadowego (zwykle o temperaturze 30 - 40 °C) i w ten sposób zastępuje paliwa kopalne.
Ponadto istnieje podwójna korzyść, ponieważ wykorzystane w ten sposób ciepło odpadowe musiałoby w przeciwnym razie zostać rozproszone za pomocą energii elektrycznej.
Magazynowanie w buforach ciepła jest ważne
Ze względu na objętość buforową i dużą zdolność magazynowania ciepła przez wodę możliwe jest takie zaprojektowanie elementów instalacji grzewczej, aby udostępnić dużą ilość ciepła dla wymaganych szczytów obciążenia przy niskiej mocy, ale długim czasie pracy.
Skutkuje to długim czasem pracy i przestojami źródeł ciepła tj. pompy ciepła, unika się zachowań cyklicznych z odpowiadającymi im niekorzystnymi warunkami pracy.
Integracja z istniejącymi systemami grzewczymi
eXm®-compact jest tak zaprojektowany, że można go łatwo zintegrować z istniejącymi systemami grzewczymi z zasobnikami buforowymi. Potrzebne są tylko 4 przyłącza (czasami tylko 3) do zasobnika buforowego, zasilanie 230 V, nic więcej.
- eXm®-compact pracuje autonomicznie i nie wymaga żadnej ingerencji w istniejący system sterowania.
- ze względu na stosunkowo niewielkie przepływy objętościowe, w zbiornikach buforowych nie ma specjalnych wymagań dotyczących orurowania i urządzeń stratyfikacyjnych.
- dzięki zewnętrznemu stykowi aktywującemu eXm®-compact jest również gotowy do pracy w sieci inteligentnej.
Zwiększa się temperatura zasilania, skraca się cykle przełączania i wydłuża czas pracy
We wszelkich rodzajach budynków mieszkalnych i komercyjnych większość pomp ciepła (powietrze / woda) zazwyczaj dostarcza temperatury zasilania do 50°C. Jest to wystarczające do ogrzewania powierzchniowego, ale niewystarczające do higienicznego podgrzewu CWU. Maszyna cieplna eXm podnosi temperaturę do 65°C lub więcej i sprawia, że ciepło można wykorzystać do ogrzewania wysokotemperaturowego lub przygotowania ciepłej wody. Nie ma potrzeby dogrzewania za pomocą grzałek elektrycznych lub kotła gazowego.
Czasy pracy i przerwy są wydłużane, dzięki czemu pompa ciepła jest włączana znacznie rzadziej.
W mroźne zimowe dni pompa ciepła może pracować przy niższych temperaturach, a tym samym wydajniej.
Zalety:
- Higieniczne przygotowanie ciepłej wody, ponieważ nie ma możliwości przechowywania wody pitnej.
- Krótkie czasy montażu dzięki fabrycznej konfiguracji lub instalacji.
- Uproszczone planowanie i montaż dzięki idealnie dopasowanej hydraulice.
- Unikalne, zintegrowane sterowanie z samouczącym się algorytmem.
- Zwiększenie rocznego współczynnika wydajności systemu (COP)
Rozwiązania energooszczędne eXm w porównaniu z rozwiązaniami standardowymi
A: Efektywne rozwiązanie: pompa ciepła + system CWU świeżo wodny
Podgrzewacz świeżej wody VARIO fresh-nova
Podgrzewacze świeżej wody podgrzewają świeżą, chłodną wodę pitną w systemie ciągłego przepływu. Dzięki temu unika się stagnacji ciepłej wody i minimalizuje ryzyko rozprzestrzeniania się Legionelli. Podgrzewacze świeżej wody czerpią energię do podgrzewania wody z górnego, gorącego obszaru zasobnika warstwowego. Gdy pobierana jest ciepła woda, woda grzewcza przepływa przez wymiennik ciepła i przekazuje ciepło w przeciwprądzie do przepływającej obok świeżej wody pitnej, przy czym oba strumienie wody nie stykają się. W ten sposób ciepła woda jest produkowana praktycznie "just in time" przy zachowaniu maksymalnej higieny. W przeciwieństwie do zbyt małych zasobników cwu lub wymienników ciepła, możliwa jest praca z mniejszym przyrostem temperatury wody grzewczej. Przyczynia się to do zwiększenia efektywności systemu pompy ciepła.
- energetycznie i egzergetycznie lepszy niż w przypadku zasobnika standardowego
- zalety technologii varmeco fresh water - układ świeżo wodny
B: Bardziej efektywne rozwiązanie: pompa ciepła + system CWU świeżo wodny + bufor eXergy BackPack
eXergy storage BackPack
Ten zbiornik buforowy jest zbiornikiem warstwowym, co oznacza, że można w nim realizować różne poziomy temperatury - chłodną na dole i coraz cieplejszą ku górze. Dzięki rękawom przyłączeniowym i kanałom w warstwie tylnej, generatory i odbiorniki ciepła mogą być podłączone na różnych poziomach temperatury. Oprócz wydajności odsprzęgania uzyskuje się w ten sposób również korzystną separację hydrauliczną. Wysokiej jakości izolacja termiczna minimalizuje straty i zapewnia długotrwały dostęp do zmagazynowanej energii. Zasobniki eXergie typu "BackPack" - niezależnie od wielkości - przeznaczone są do bezpośredniego montażu podgrzewacza świeżej wody VARIO fresh-nova. Wystarczy go zaczepić, podłączyć i gotowe.
- najszybszy czas instalacji
- skoordynowana hydraulika (zapobieganie błędom)
C: Wysoko wydajne rozwiązanie: pompa ciepła + system CWU świeżo wodny + bufor eXergy BackPack+maszyna eXergy.
eXergiemaschine-compact, w skrócie eXm-compact
eXm-compact jest swego rodzaju "dodatkiem" do pompy ciepła i zapewnia szeroki rozrzut temperatur w zasobniku eXergie. Podczas swojej pracy eXm-compact pobiera wodę ze środka zbiornika warstwowego, gdzie zazwyczaj podłączona jest pompa ciepła do ogrzewania. Część tej wody jest podgrzewana zanim trafi do górnej, gorącej części zasobnika; druga część wody jest chłodzona i trafia do najniższej, chłodnej części zasobnika. Dzieje się to autonomicznie i niezależnie od aktualnego zachowania użytkownika, czyli zapotrzebowania na ogrzewanie lub ciepłą wodę. Dzięki temu uzyskuje się wysokie temperatury zasilania odbiorników, takich jak ogrzewanie ciepłej wody użytkowej, oraz zdefiniowane niskie temperatury powrotu do źródła - zapewnia to większy uzysk dla instalacji solarnych i optymalny punkt pracy pompy ciepła.
- zwiększa wydajność całego systemu
- czyni bezużyteczne ciepło użytecznym
- umożliwia przygotowanie ciepłej wody użytkowej przy niskich temperaturach systemowych pompy ciepła
ROCZNY WSPÓŁCZYNNIK WYDAJNOŚCI JAZ - Jahresarbeitszahl
- pompa ciepła solanka/woda + eXm-compact = 4,5 - 6 JAZ- DE(Jahresarbeitszahl) = PL roczny współczynnik wydajności całego systemu grzewczego
- pompa ciepła solanka/woda + grzałka elektryczna = tylko 2 - 3,8 JAZ
- wysokotemperaturowa pompa ciepła solanka/woda (do 65 °C) = 3,2 - 4,1 JAZ
- pompa ciepła powietrze/woda + eXm-compact = 4 - 5,3 JAZ
- pompa ciepła powietrze-woda + grzałka elektryczna = tylko 1,5 - 3,2 JAZ
- wysokotemperaturowa pompa ciepła powietrze/woda (do 65 °C) = tylko 1,8 - 3,5 JAZ
Czy COP jest tym samym, co JAZ?
Nie, COP nie jest tożsamy z JAZ, ale jest absolutnie niezbędny do obliczenia rocznego współczynnika efektywności. Współczynnik wydajności to liczba wydajności, która wyraża stosunek ciepła użytkowego do zużytej energii elektrycznej w określonych punktach pracy pompy ciepła. Co to dokładnie znaczy? COP jest wartością migawkową w określonych warunkach standardowych i odnosi się wyłącznie do pompy ciepła, a nie do całego systemu grzewczego.
W uproszczeniu, sezonowy współczynnik efektywności to iloraz wytworzonego ciepła i potrzebnej do niego energii elektrycznej, który można wyrazić wzorem jak poniżej:
JAZ = ciepło grzewcze (kWh/a) / energia elektryczna (kWh/a).
Obie wartości odnoszą się do pełnego roku (a = anno), co daje roczny współczynnik wydajności.
Zimne sieci ciepłownicze
Centralne podgrzewanie CWU
Decentralne podgrzewanie CWU
Wykorzystanie ciepła odpadowego i odzysk ciepła
Zwiększanie temperatury zasilania do użytecznego poziomu temperatury
W przemyśle, obiektach handlowych z systemami chłodniczymi i klimatyzacyjnymi lub chłodzeniem procesowym systemy chłodnicze, np. do obsługi chłodni i mroźni, generują ciepło odpadowe na poziomie temperatury od 30°C do 40°C. To jest za niskie, aby można było używać go do ogrzewania lub przygotowania ciepłej wody!
Maszyna eXergy może podnieść ciepło do wyższej temperatury zasilania. Oznacza to, że można osiągnąć użyteczny poziom temperatury i jest on dostępny do ogrzewania procesowego, ogrzewania lub przygotowania ciepłej wody.
Dzięki niższym temperaturom powrotu można jeszcze lepiej wykorzystać ciepło odpadowe. Zastosowanie eXm oszczędza zasoby i pomaga obniżyć koszty operacyjne.
Energia słoneczna - Zwiększyć uzysk energii słonecznej
W budynkach mieszkalnych i komercyjnych niska temperatura powrotu wpływa korzystnie na uzysk energii słonecznej. W miesiącach przejściowych i zimowych ciepło słoneczne można wykorzystywać efektywniej i dłużej na niższym poziomie.
Case study eXm - Budynek wielorodzinny
Budynek wielorodzinny z pompą ciepła powietrze-woda z centralnym przygotowaniem ciepłej wody
- Obciążenie grzewcze 30 kW (50 500 kWh/rok)
- Ogrzewanie podłogowe z temperaturą zasilania/powrotu 35/28°C
- 18 osób, zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową 40 l/osobę*d przy 60°C
- Straty cyrkulacyjne 10%,
- Całkowite zapotrzebowanie na ciepło: 76 500 kWh/rok
Zasymulowano następujące warianty
- Pompa ciepła
- Pompa ciepła + 30 m² Solar termiczny
- Pompa ciepła + eXm
- Pompa ciepła + 30 m² Solar termiczny + eXm
Schemat: Pompa ciepła powietrze-woda + solar termiczny
Warunki brzegowe:
Pompa ciepła powietrze-woda obsługuje ogrzewanie podłogowe i podgrzewa bufor do 55°C, następnie 9 kW grzałka dogrzewa górną część bufora do 63°C dla przygotowania ciepłej wody użytkowej. Dotyczy to również instalacji bez systemu solarnego.
Schemat: Pompa ciepła powietrze-woda + eXm + Solar termiczny
Warunki brzegowe:
Pompa ciepła powietrze-woda działa stale z temperaturą zasilania 35°C; eXm przekłada ciepło z zasobnika niskotemperaturowego do zasobnika wysokotemperaturowego, gdy jest taka potrzeba, z ustawioną temperaturą zasilania w obiegu HT na poziomie 64°C, instalacja solarna z zaworem przełączającym w obiegu zasilania. Warunki brzegowe obowiązują również dla instalacji bez instalacji solarnej.
Porównanie wariantów: Zużycie energii elektrycznej
Wyniki - Zapotrzebowanie na energię elektryczną, wskaźnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej, roczny współczynnik efektywności systemu:
Wariant | Zużycie energii (kWh/rok) | AAZ (Wskaźnik nakładu) | SJAZ (Roczny współczynnik efektywności) |
---|---|---|---|
Pompa ciepła | 31 187 kWh/rok | AAZ: 0,74 | SJAZ: 2,4 |
Pompa ciepła + Solar | 27 622 kWh/rok | AAZ: 0,69 | SJAZ: 2,7 |
Pompa ciepła + eXm | 24 673 kWh/rok | AAZ: 0,59 | SJAZ: 3,1 |
Pompa ciepła + eXm + Solar | 21 240 kWh/rok | AAZ: 0,50 | SJAZ: 3,6 |
Oszczędność w %; Emisja CO2 (666 g/kWh)
1. Pompa ciepła powietrze-woda