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供暖系统的经济现代化

现代供暖系统必须高效、生态和经济地运行,而不需要购买过于昂贵。合理的妥协是关键,尤其是在更换旧的供暖系统时。冷凝技术与现代鼓风机相结合能在这种情况下提出经济的解决方案。


如《2050年气候行动计划》中所定义的规范,是为了保护环境而在法律上规定的。总体目标是在1990年的基础上减少80%至95%的二氧化碳排放量。建筑供暖系统尤其具有巨大的节能潜力。只要持续使用冷凝技术,并显著提高旧加热系统的更换速度(每年6%),就有可能降低CO2到2030年,德国总电力消耗产生的排放量将减少15%左右。

供暖系统更新的可行方法

从理论上讲,房主在供暖系统中使用最新技术可以节省很多钱和燃料。然而,在实践中,这需要大量的费用,有时还需要大量的建设工作。这自然造成了相当多的现代化积压,令人遗憾的是,仍有大量使用了30年以上的锅炉尚未找到。该怎么办呢?逐步现代化,从锅炉开始,然后是窗户,然后是外墙的隔热或阁楼的转换等,是一个减少财政负担的解决方案,在短期内不那么伤脑筋。然而,它的前提是,新的热源将能够应付不同的要求,并始终有效地运行。

图1:举例来说,VG 100的压力/气流图显示了新型鼓风机的广泛性能范围。(来源:依必安派特)

区域建筑法规通常还要求在大规模现代化的情况下使用可再生能源。问题:如果安装了基本负荷热泵,这些应设计为固定的热量输出或固定的加热温度,以获得高效运行。如果后来的翻新工作改变了条件,例如进一步的绝缘措施或安装新的散热器,热泵的运行效率往往会降低,而原本的“节省”实际上会使供暖更加昂贵。

这些问题可以通过使用具有可伸缩输出的加热系统来避免(图1)。与太阳能集热器一起运行的加热系统与波动的热量需求有关,加热系统必须灵活地对其做出反应。理想情况下,供暖系统应该能够满足所有这些要求而不损失任何效率。这种既经济又生态的解决方案可以采取什么形式呢?

鼓风机冷凝技术

冷凝技术是一种非常有效的加热方法。燃气冷凝锅炉不仅是一个紧凑和廉价的解决方案,他们还提供了一个可扩展的热量输出。由于设计允许的较低的加热水温度,冷凝机组也非常适合与其他加热概念相结合,如太阳能加热和热泵。冷凝技术不仅利用了燃料(气体)中所含能量的“正常”热,而且还利用了燃烧过程中废气中所含水蒸气的大部分所谓的潜热。

天然气的高氢含量使其特别适合于此。考虑到天然气的能量含量约为10 kWh/m³,这将产生高达3 kW的额外热量输出,天然气消耗为2 m³/h——对应于传统的大约20 kW的热量输出。这仅通过将废气温度从标准150°C降低到例如40°C,从而使其中所含的水蒸气凝结80%(每立方米气体约1.5升)来实现。与传统排气温度为150°C的系统相比,这意味着效率提高了15%。

图2:新的RadiMix产品系列将现有的0.5 - 150kw燃气鼓风机类型减少了20%。(来源:依必安派特)

这提供了许多优点,因为所需的燃料更少,燃气冷凝锅炉比传统锅炉更紧凑。低温也降低了废气管道的成本。更重要的是,现代冷凝锅炉是电子控制的,并灵活地调整燃烧器和泵的输出,以满足当前所需的加热输出。这降低了设备的开关率和在操作阶段之间的间隔中的冷却损失。

但这里再次给出的效率水平只反映了一个短暂的状态,只与当前输入和输出功率之间的比率有关。然而,这对于冷凝锅炉的评估是不够的,因为它没有考虑备用热损失。换句话说,它只计算燃烧器在运行中发生的损失——而且,即使这样,也只计算一个工作点。由于不同的用途或广泛的现代化等而导致的工作点的变化将使整个成本效益分析无效。这个问题的答案是一个可扩展的燃烧器输出,可以实现与广泛的调制范围的燃气鼓风机使用。

这些理想地适应瞬时热需求,没有任何效率损失。旧的经验法则,根据DIN 4701的最大热量输出的50%通常足以满足90%的供暖能源需求,许多供暖锅炉尺寸过大,相应的备用损耗高,以满足剩余的10%,因此不再适用。

现代燃气鼓风机平台,输出功率从0.5到150千瓦

由于其广泛的调制范围,依必安派特兰茨特的新型RadiMix鼓风机精确地降低了这些待机损失。这意味着鼓风机可以在广泛的范围内调整气体/空气混合量,最高可达1:15,同时保持恒定的质量,以实现最佳的低排放燃烧。同时,新的RadiMix产品系列将不同气体鼓风机类型的数量减少了20%(图2)。

锅炉制造商现在只需要三个版本就可以满足0.5到80千瓦的输出水平,第四个鼓风机将于明年上市,以填补高达150千瓦的空白。最小的气体鼓风机VG 71提供高达35千瓦的热量输出,而较大版本VG 100的输出功率高达50千瓦。例如,热输出高达80千瓦的VG 108非常适合公寓楼的大型供暖系统。

除了可变的热输出,安装也变得更加通用,例如,由于360°电机定位,因此连接器定位可以满足客户的要求。在未来,鼓风机还将配备文丘里管和燃气阀,作为一个完美协调的完整系统,特别低排放燃烧(图3)。

图3:许多平台组件可以组合成不同的输出类。(来源:依必安派特)

每个鼓风机都有一个新的电机概念,特别适应空气动力学和隔离振动,专门为鼓风机开发,以防止结构噪声。免维护球轴承电机的设计适应了所需的更高的空气混合物输送能力,例如通过使用具有更大剩磁的磁铁材料和全新的电机拓扑结构。根据版本的不同,这可以将驱动效率提高5%。

除了降低空气噪声外,通过最先进的开发工具进行模拟和测试,还可以显著降低振动(结构噪声)。与之前的型号相比,根据风机类型的不同,运行噪声下降了3 dB(A)以上。电子设备也完全重新设计,现在具有可选的总线接口,便于集成到数字系统中。运行状态,如输出、服务状态、温度、运行电压和鼓风机控制系统中处理的其他数据,可以通过计划的总线接口调用(依匹安派特正在寻求使用LIN-Bus协议的方法)。

这不仅使鼓风机并入锅炉控制系统易于实施,还将允许在不久的将来进行预防性维护或远程诊断。由于采用了在其他产品中已经成功应用的冷却概念,电子器件也位于冷却气流中,因此具有更高的可靠性和更长的使用寿命。一个坚固的电机保护帽永久连接到外壳包围所有的驱动组件。

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  • 罗恩 说:

    我真的很喜欢你的文章。我在供热行业已经41年了,一直努力为客户做到最好。我很好奇欧洲是否需要某种类型的热量损失?通常在美国没有。
    这里安装的大多数锅炉通常都是70% - 100%的超大尺寸,因为大多数技术都是在旧铸铁锅炉的尺寸上进行尺寸调整,有些会在此基础上增加尺寸。这是如何影响效率的,因为大多数锅炉,即使是10:1的调低,也会由于锅炉尺寸过大而在设定值温度上循环?
    谢谢

    • 凯特琳林德纳 说:

      亲爱的罗恩,

      谢谢你的评论。这就是我们的专家不得不说的:“对于你的问题,我们无法给你一个明确的答案。但事实上,对于一个不能完全适应建筑总体热量要求的锅炉来说,由于设备的加热和冷却效果,它的效率会较低。”

      最好的问候,你们法师队