Ten serwis używa cookies do prawidłowego funkcjonowania

Informujemy, iż w celu optymalizacji treści dostępnych w naszym serwisie, dostosowania ich do Państwa indywidualnych potrzeb korzystamy z informacji zapisanych za pomocą plików cookies na urządzeniach końcowych użytkowników. Pliki cookies użytkownik może kontrolować za pomocą ustawień swojej przeglądarki internetowej. Dalsze korzystanie z naszego serwisu internetowego, bez zmiany ustawień przeglądarki internetowej oznacza, iż użytkownik akceptuje stosowanie plików cookies. Czytaj więcej…

Zrozumiałem

Egzergia - Maszyna cieplna eXm

Zwiększona wydajność w systemach ogrzewania, odzysku ciepła, sieciach ciepłowniczych i pompach ciepła oraz systemach ciepłej wody użytkowej

ExM Egzergia Maszyna cieplna

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

ExM Egzergia Maszyna cieplna cyrkulacja

Energia stracona

ExM Egzergia Maszyna cieplna energia stracona

Energia odzyskana

ExM Egzergia Maszyna cieplna energia odzyskana

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”.

ExM Egzergia Maszyna cieplna Anergia i egzergia

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

ExM Egzergia Maszyna cieplna woda gratisExM Egzergia Maszyna cieplna 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.
Ponadto 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).

ExM Egzergia Maszyna cieplna uwarstwienie zasobnika

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?

ExM Egzergia Maszyna cieplna stratyfikacjaExM Egzergia Maszyna cieplna płyn woda

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).

ExM Egzergia Maszyna cieplna schemat

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.

Układ doświadczalny: test w laboratorium

ExM Egzergia Maszyna cieplna układ doświadczalny w laboratorium

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

ExM Egzergia Maszyna cieplna dane techniczne

Porównanie - ogrzewanie miejskie z maszyną cieplną eXm oraz 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. 

  eXm maszyna cieplna Tabela porównawcza systemów

Bezpośrednie porównanie systemów B i C z maszyną cieplną eXm - praca w weekend

ExM Egzergia Maszyna cieplna wykresy porównanie systemów

Bezpośrednie porównanie systemów B i C z maszyną cieplną eXm - praca w tygodniu

ExM Egzergia Maszyna cieplna wykresy porównanie systemów 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.

  • Sieci ciepłownicze - obniżanie temperatury powrotu i przestrzeganie warunków eksploatacji
  • Pompy ciepła - zwiększają temperaturę zasilania, zmniejszają cykle przełączania i wydłużają czas pracy
  • Wykorzystanie ciepła odpadowego i odzysk ciepła - podnoszenie temperatury zasilania do poziomu temperatury użytkowej
  • Energia słoneczna - zwiększony uzysk solarny
  • Systemy kotłów kondensacyjnych - efektywny efekt kondensacji poprzez zwiększoną kondensację
  • Lokalne sieci ciepłownicze - niskie temperatury powrotu
  • Elektrociepłownie - Redukcja cykli przełączania, niższe temperatury powrotu, a tym samym dłuższe ciągłe czasy pracy
  • Kotły na biomasę
  • Chłodzenie solarne
  • Chłodnice adsorpcyjne
  • Kolektory hybrydowe - zwiększona wydajność

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.
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. 

ExM Egzergia Maszyna cieplna sieci ciepłownicze schemat

Pompy ciepła

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.

Centralne podgrzewanie CWU

ExM Egzergia Maszyna cieplna pompy ciepła centralne podgrzewanie cwu

Decentralne podgrzewanie CWU

ExM Egzergia Maszyna cieplna pompy ciepła 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.

ExM Egzergia Maszyna cieplna Wykorzystanie ciepła odpadowego i odzysk ciepła

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.

ExM Egzergia Maszyna cieplna instalacje solarne