Az energia-menedzser funkció működése I.
2013/7-8. lapszám | Fördős Norbert | 4662 |
Figylem! Ez a cikk 11 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Előző lapszámunkban a fűtési trivalens pont szerepét mutattuk be, amely két, eltérő energiaforrást hasznosító hőtermelő optimális működését hivatott szolgálni, az adott pillanatban szükséges igények fedezése mellett. A több hőtermelőből álló, puffertárolós központi fűtési rendszerekben azonban az úgynevezett energiamenedzser funkció látja el – mint egy „kompetens karmester” – a különböző hőforrások által szolgáltatott fűtési energia betáplálását, valamint annak – igények szerinti – felhasználását.
A különböző piackutatások eredményei alapján bátran kijelenthető, hogy a jövő az energiatárolós megoldások irányába mutat. Ennek egyik oka talán az lehet, hogy a fűtési rendszer rekonstrukciója során Nyugat-Európa számos országában egyre inkább több hőtermelőből álló (például gázkészülék, hőszivattyú vagy vegyestüzelésű kazán és napkollektor) rendszereket telepítenek. A lakossági szegmensben piaci potenciál még bőven van, mert csak Németország háztartásaiban cirka 12 millió (!) hőtermelő vár korszerűsítésre, ugyanis a kommunális energiafogyasztás kb. 90%-át ott is a fűtés, illetve a használati meleg-vízkészítés szükségleteinek fedezése teszi ki. Egyik nemzet állampolgára sem gazdag annyira, hogy pazarolja a drága fosszilis energiát, így kétségtelen tény, hogy a jövő a kombinált vagy hibrid rendszerek irányába mutat.
A több hőforrást hasznosító, több hőtermelőből álló fűtési rendszerek központi eleme a puffertároló, amely ma már alapvetően rétegtöltésű. A fajlagos négyzetméterár emelkedése, ezen belül pedig a minél nagyobb helyszükséglet, valamint az épületgépészeti szerelés kiadásainak csökkentése miatt születtek meg az olyan kombinált pufferek, amelyek fűtési energia- és használati melegvíztárolók is egyben (lásd 1. ábra). A zománcozott acélból gyártott multifunkciós pufferek több csatlakozási csonkkal rendelkeznek a fűtési körök, hőtermelők, illetve a szolár és frissvizes állomás csővezetékeinek bekötésére, mint hagyományos kialakítású társaik. Az újabb fejlesztésű puffertárolók belsejében általában már egy ütközőlemez, különböző beáramláscsillapítók, illetve csövek találhatók, amelyek fentről (meleg) lefelé (hideg) az optimális és hatékony rétegződést biztosítják. Az ütközőlemez a tároló közepén helyezkedik el, úgy, hogy a fűtés és a meleg víz űrtartalma mindig kellően nagy legyen, ami tulajdonképpen egy retesz (zár) a magasabb hőmérsékletű felső terület és az alsó, hidegebb zóna között. Az ütközőlemezbe integrált nyílások lehetővé teszik a fűtővíz átáramlását anélkül, hogy nemkívánatos belső cirkuláció alakulhatna ki. Ennek köszönhetően a különböző hőmérsékletű zónák átkeveredése ezzel a megoldással hatékonyan csillapítható.
További új, konstruktív jellegzetesség még az integrált beáramláscsillapító (különböző kialakítású ütköződobozok), amelynek feladata, hogy teljes mértékben lefojtsa a beáramló fűtővíz kinetikus energiáját. Ezzel a megoldással lokálisan csökkenthető az adott hőmérsékleti rétegen belül a beáramló fűtővíz okozta kavarodás. Ezt követően az energia pufferelése már csak a beáramló fűtővíz és a beáramlási terület helyileg létrejött hőmérsékleti szintjének (hőmérsékletfüggő) sűrűségkülönbségétől függ.
A puffertároló töltését felügyelő hőmérsékletérzékelők
A puffer belső űrtartalma – főleg a belső ütközőlemeznek köszönhetően – egyértelműen két részre osztható. Az 1. ábrán szereplő rétegtöltésű puffer lényegében csőkígyó nélküli tárolókat egyesít, ahol a felső, magasabb hőmérsékletű zóna a használati melegvíz-üzem számára előírt magasabb, az alsó pedig a fűtésrásegítés támogatására alkalmas alacsonyabb fűtési vizet tárolja. Hőtermelő szinte bármilyen tüzeléstechnikai berendezés lehet, mert a napkollektoros mező, valamint az átfolyó rendszerű melegvízkészítő üzem külső lemezes hőcserélőkön, úgynevezett szolár és frissvizes állomások segítségével csatlakozik (2. ábra). A hőmérsékletérzékelők fentről lefelé, egymás alatt helyezkednek el: ha ezek közül egy vagy több érzékelőn a hőmérséklet a kívánt érték alá csökken, hőigény keletkezik. A termék- és rendszerfüggő érzékelősorrend a tárolót alapvetően három zónára osztja (3. ábra). Amennyiben szolár állomás is telepítve van, akkor a központi vezérlő az aktuális szolár besugárzás függvényében először a szolár töltőmodullal, majd csak ezt követően próbál meg az utánfűtő készülékkel kapcsolatba lépni.
Az 1-es hőmérsékleti zóna a puffer űrtartalmának 10%-a. Ezt a részt (a melegvízkészítés komfortzónája) a fűtési hőtermelővel és a szolár töltőállomással azon a hőmérsékleti szinten kell tartani, amit az adott pillanatban a frissvizes állomás igényel.
Ehhez a puffertárolót a kívánt használati melegvízhőmérséklet plusz az ofszet értékének megfelelő hőmérsékletre kell felfűteni. Abban az esetben, ha ezen az érzékelőn a hőmérséklet a kívánt érték alá esik, például 8 K-nel, utánfűtési igény keletkezik.
A 2-es hőmérsékleti zóna a puffer űrtartalmának kb. 40%-a, az 1-es zóna alatt. Az 1-es zónához képest azonban ezt az űrtartalmat elsősorban napenergiával kell tölteni. Abban az esetben, ha a 2-es érzékelőn a hőmérséklet például 8 K-nel a frissvizes állomás által előírt érték alá csökken, de a közös kommunikációs csatornán a szolár töltőállomás azt jelzi, hogy képes elérni a szükséges értéket, akkor a fűtési hőtermelő számára egy meghatározott utántöltési késleltetés lép életbe. Ilyenkor a szolár rendszer akár mindkét zónát fel tudja tölteni. Azonban akkor, ha a szolár kör hőmérséklete több mint 10 percig a szükséges érték alatt van (például a napkollektorok árnyékolása miatt), akkor a fűtési hőtermelő már az utántöltési késleltetés letelte előtt bekapcsol. A 3. hőmérsékleti zóna a 2-es zóna alatti 50 vagy 30%-os pufferűrtartalom. Ezt a részt mindig a fűtési körök által igényelt hőmérsékleti szinten kell tartani. Abban az esetben, ha a 3-as érzékelő hőmérséklete az összes fűtőkör által igényelt előremenő vízhőmérséklet alatt van például 8 K-nel, akkor ezt az űrtartalmat a fűtési hőtermelők fűtik. Amennyiben lehetséges, a szolár állomás a fűtési hőtermelővel együtt segíti a töltést, azonban az 1-es és 2-es zónák töltése mindig előnyt élvez.
Erre a zónára tehát nincs a hőtermelőn utántöltési késleltetés. Ha a puffertároló fel van már töltve a fűtés és melegvízkészítés kívánt hőmérsékletére, de még elegendő napenergia áll rendelkezésre, akkor a puffer a központi rendszerszabályozón előre beállított maximális hőmérsékleti értékre tölthető.
Ez a maximális hőmérséklet természetesen mindhárom hőmérsékletérzékelőre érvényes.
Abban az esetben, ha a csekély napsütés miatt a szolár töltőállomás nincs olyan helyzetben, hogy elérje a megadott célhőmérsékleteket, akkor az állomás ugyanúgy 10 K hőmérsékletkülönbséggel dolgozik tovább. Ehhez először az energiát 10 K hőmérsékletkülönbséggel szállítja. Ha a működés közben a szolár hozam lecsökken, csökken a hőmérsékletkülönbség is, és a szolár rendszer akkor kapcsol le, ha a szolár teljesítmény 250 W alá esik. A szolár állomás ezt a funkciót folyamatosan a hőmérsékletkülönbség segítségével, valamint a puffer kör tömegáramának mérésével számítja.
Az állomások hőmérsékletérzékelői
A frissvizes állomás primer köre a fűtési pufferrel közvetlen hidraulikus kapcsolatban áll, így az itt található fordulatszám-szabályozott keringtető szivattyú, valamint a léptetőmotoros keverőszelep korrekt működtetéséhez 3 db érzékelő szükséges. Az első közvetlenül a pufferből „beszívott” fűtővízhőmérsékletet méri, még a keverőszelep előtt. A második előremenő hőfokérzékelő a keverőszelep utáni hőmérsékletet felügyeli. A keverőszelep természetesen csak akkor lép működésbe, ha a kívánt, illetve a tényleges hőmérséklet között eltérés tapasztalható. A primer kör harmadik hőmérsékletérzékelője a hőcserélőn keletkező hőmérsékletkülönbség mérésére szolgál, ugyanis a referenciaszenzor igényli, hogy ellenőrizzük a hőcserélő működőképességét. A frissvizes állomás szekunder köre a beépített nemesacél, nagy teljesítményű, ellenáramú lemezes hőcserélőn keresztül kapcsolódik. A „fogyasztói” oldal már csak 1 db hőmérsékletérzékelőt igényel, mert a primer kör a vezérlésbe integrált számítási operációknak köszönhetően – az előre beállított használati melegvízhőmérséklet, valamint az áramlásérzékelőn mért vízáramlás sebessége alapján – pontosan azt a fűtővízhőmérsékletet keveri ki, amely a kívánt melegvízkomforthoz szükséges (a veszteségeket is figyelembe véve). Az elvárt melegvízhőmérséklet „parancsolt” fűtővízhő-mérsékletét minden esetben a beépített teljesítmény-jelleggörbék tárolják, ahol minél nagyobb a csapolt vízmennyiség, annál magasabb a pufferkör-szivattyú által keringtetett térfogatáram.
A kifolyó hőmérséklet szabályozását tehát a használati melegvízkörben elhelyezkedő érzékelő vezérlőjele határozza meg. Ha az aktuális kifolyó melegvízhőmérséklet a kívánt értékhez képest eltér, akkor a vezérlés azonnal elkezdi működtetni a keverőszelepet, hogy ne léphessen fel érezhető hőmérsékletváltozás. A csapolt vízmennyiség megváltozását érzékelő vezérlőjelet a használati melegvízkörben elhelyezkedő áramlásérzékelő adja. Ha megváltozik a csapolt melegvízmennyiség, akkor a pufferkör keringtető szivattyújának fordulatszáma is azonnal módosul, mert csak így lehet a hőmérsékletváltozás kiegyenlítését az energiamennyiség illesztésével biztosítani. (Folytatjuk)
