Workshop Thermische Solarsysteme im Objektbau, 25. Juni 2010 Wr. Neustadt. HeatBoxQuality. Alexander Kaiser, Christian Fink, Waldemar Wagner

Transkript

1 HeatBoxQuality Qualitätsstandard von Wohnungsstationen in Zwei-Leiter-Netzen Ergebnisse zu messtechnischen Untersuchungen im Prüflabor Alexander Kaiser, Christian Fink, Waldemar Wagner AEE Institut für Nachhaltige Technologien Abteilung Solarthermische Komponenten und Systeme 8 Gleisdorf, Feldgasse 19, Österreich 1

2 Übersicht Zweileiternetze Dezentrale Hydraulikstationen (Wohnungsstationen) Bewertungskriterien Prüfszenarien Prüfaufbau Ergebnisse Fazit und Ausblick 2

3 Wärmeverteilung basierend auf dem Prinzip von Zwei-Leiter-Netzen und Wohnungsstationen Wohnungsstationen übernehmen zentrale Aufgaben in Zweileiternetzen Zwei-Leiter-Netz Wohnungsstation Kollektorfeld Warmwasser Kaltwasser Warmwasser Kaltwasser Warmwasser Kessel Kaltwasser 3

4 Grundprinzip Hydraulik Wohnungsstation Warmwasser 4 C Kaltwasser C Netz RL - C Netz VL 6 C Absperrventil 2 Rückschlagklappe 3 Sicherheit svent il 4 Durchflussgesteuerter Temperat urregler Rücklauftemperaturbegrenzer 6 Differenzdruckregler 7 Zählerpassstück 8 Zonenventil 9 Passstück Kalt wasser Zirkulationsbrücke C 6 C Heizung RL Heizung VL 4

5 Workshop Thermische Solarsysteme im Objektbau, 2. Juni Wr. Neustadt Produktvielfalt

6 Aufgabenstellung & Ziele für das Projekt HeatBoxQuality - Dezentrale Hydraulikstationen auf dem Prüfstand Erstellung einer angepassten Prüfprozedur und Aufbau eines belastbaren Teststandes im Labor der AEE INTEC Durchführung von Tests an insgesamt neun Wohnungsstationen der führenden Anbieter in Österreich Definition eines Mindestqualitätsstandards Festlegung von harmonisierten Kennzahlen zur Beurteilung und zum Vergleich Erstellung eines Kriterienkataloges zur Beschreibung des Qualitätsstandards Programmierung eines angepassten Trnsys-Types basierend auf den zur Verfügung stehenden Messergebnissen 6

7 Projektteam und Auftraggeber Projektleitung AEE - Institut für Nachhaltige Technologien Partner IWT Institut für Wärmetechnik, TU Graz Industriepartner Buderus Austria Heiztechnik GesmbH - Österreich Danfoss Ges.m.b.H. - Österreich Hoval Gesellschaft mbh. - Österreich IMPEX Handelsges.m.b.H Österreich / Delta Systemtechnik GmbH - Deutschland Tour & Andersson Ges.m.b.H. - Österreich Auftraggeber und Finanzierung: Österreichischer Klima- und Energiefonds im Rahmen des Forschungsprogramms Neue Energien Abwicklungsstelle: FFG Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft Industriepartner 7

8 Beurteilungskriterien Komfortparameter Temperaturschwankungen Einstellgeschwindigkeit Brauchwassertemperatur Leistungsparameter Maximale Zapfmenge Maximaler Heizwassermassenstrom (Raumwärmeversorgung) Energieeffizienz Rücklauftemperatur Versorgungsnetz Höhe des Versorgungsmassenstroms Temperaturniveau Zirkulationsbrücke Temperaturniveau Rücklauftemperaturbegrenzer Funktion WW-Vorrangschaltung Wartung und Installation Installation bzw. Installationsanleitung Bedienungsanleitung Wartungsfreundlichkeit 8

9 Prüfszenarien 1. Funktion der Warmwasserbereitung bei definierten Zapfprofilen - Variation der Versorgungstemperatur und Netzdifferenzdruck (14) 2. Hydraulikkennlinien der Versorgungsseite bei definierten Zapfmengen (3) 3. Bestimmung des Proportionalfaktors Verhältnis Netzvolumenstrom zu Zapfvolumenstrom () 4. Funktion Raumheizung und Wechselwirkung mit Warmwasserbereitung (8) 9

10 Prüfaufbau und Sensorik Kaltwasser Messtechnik 2-Leiter-Netz Warmwasser Raumheizung Wesentliche Messgrößen T-Kaltwasser T- Warmwasser T-Netz VL T-Netz RL T-HZG VL T-HZG RL V-Kaltwasser V-Netz V-Heizung p-kaltwasser Δp- Trinkwasser Δp-Netz Δp-Heizung

11 P1 Gesamtübersicht Zeitliniendiagramm Stationäre Zustände Reaktionsgeschwindigkeit Zirkulationsbrückenbetrieb Temperatur [ C] T-FW_VL_C T-WW_A T-WW_B T-WW_C T-WW_D T-WW_E T-WW_F T-WW_G T-WW_H T-KW_C T-FW_RL_A Temperaturen T-FW_RL_B u. Volumenströme T-FW_RL_C T-FW_RL_D T-FW_RL_E T-FW_RL_F T-FW_RL_G T-FW_RL_H v.-ww-m I_C v.-fw-m I_A v.-fw-m I_B v.-fw-m I_C v.-fw-m I_D v.-fw-m I_E v.-fw-m I_F v.-fw-m I_G v.-fw-m I_H : 12:1 12: 12:4 13: Zeit 13:1 13: 13:4 14: 14:1 Volumenstrom [l/min] dpnetz= mbar, TVersorgung = 6 C 11

12 P1 Auswertung - Reaktionsgeschwindigkeit Zapfung 4 l/min: 4 C in ca. 12 bis 21 Sekunden T-FW_VL_C T-WW_A T-WW_B T-WW_C T-WW_D T-WW_E T-WW_F T-WW_G T-WW_H T-KW_C T-FW_RL_A Temperaturen T-FW_RL_B u. Volumenströme T-FW_RL_C T-FW_RL_D T-FW_RL_E T-FW_RL_F T-FW_RL_G T-FW_RL_H v.-ww-m I_C v.-fw-m I_A v.-fw-m I_B v.-fw-m I_C v.-fw-m I_D v.-fw-m I_E v.-fw-m I_F v.-fw-m I_G v.-fw-m I_H Temperatur [ C] :1: 12:1: 12:16: 12:16: 12:17: 12:17: 12:18: 12:18: 12:19: 12:19: 12:: Zeit Volumenstrom [l/min] dpnetz= mbar, TVersorgung = 6 C 12

13 P1 Zeitliniendiagramm - Zirkulationsbrückenbetrieb 6 T-FW_VL_A T-FW_VL_B T-FW_VL_C T-FW_VL_D T-FW_VL_E T-FW_VL_F T-FW_VL_G T-FW_VL_H Temperaturen u. Volumenströme T-FW_RL_A T-FW_RL_B T-FW_RL_C T-FW_RL_D T-FW_RL_E T-FW_RL_F T-FW_RL_G T-FW_RL_H v.-fw-m I_A v.-fw-m I_B v.-fw-m I_C v.-fw-m I_D v.-fw-m I_E v.-fw-m I_F v.-fw-m I_G v.-fw-m I_H 6 6, Zirkulationstemperatur [ C] , 4 3, 3 2, 2 1, Zirkulationsmenge [l/min] Standby- Temperaturen zwischen und C 1 13:1 13: 13:4 14: 14:1 Zeit 1, Standby Netzmengen dp-netz= mbar, T-Versorgung = 6 C 13

14 P1 Auswertung Stationäre Zustände Temperatu ur [ C] Szenario 1 - Auswertung - Hersteller - dp-netz mbar - T-VL-Netz 6 C Zapfmenge [l/min] l/min] Netzmenge [l T-FW_VL T-WW - A T-WW - B T-WW - C T-WW - D T-WW - E T-WW - F T-WW - G T-WW - H T-KW v.-netz - A v.-netz - B v.-netz - C v.-netz - D v.-netz - E v.-netz - F v.-netz - G v.-netz - H 14

15 P1 WW-Temperatur und Leistung über der Zapfmenge (Bandbreite Leistung, max. Zapfmenge) Temperatu ur [ C] Szenario 1 - Auswertung - Hersteller - dp-netz mbar - T-VL-Netz 6 C Zapfmenge [l/min] 13,3 bis 1,4 l/min T-FW_VL T-WW - A T-WW - B T-WW - C T-WW - D T-WW - E T-WW - F T-WW - G T-WW - H T-KW P_WW - A P_WW - B P_WW - C P_WW - D P_WW - E P_WW - F P_WW - G P_WW - H Leistung [ kw] 3 bis 42 kw 1

16 P1 WW- und Netzrücklauftemperatur über der Zapfmenge (Bandbreite Rücklauftemperatur) WW [ C] Temperatur Szenario 1 - Auswertung - Hersteller - dp-netz mbar - T-VL-Netz 6 C Zapfmenge [l/min] RL [ C] Temperatur T-FW_VL T-WW - A T-WW - B T-WW - C T-WW - D T-WW - E T-WW - F T-WW - G T-WW - H T-KW T-RL - A T-RL - B T-RL - C T-RL - D T-RL - E T-RL - F T-RL - G T-RL - H 16

17 P1 WW- und Netzrücklauftemperatur über dem Differenzdruck (Komfort, min. Differenzdrücke) Szenario 1 - Auswertung - Hersteller - Zapfung-MAX - - mbar - T-VL-Netz 6 C Temperatur r [ C] Differenzdruck Netz [mbar] T-FW_VL T-WW - A T-WW - B T-WW - C T-WW - D T-WW - E T-WW - F T-WW - G T-WW - H T-KW T-RL - A T-RL - B T-RL - C T-RL - D T-RL - E T-RL - F T-RL - G T-RL - H T-RL-Netz [ C] 17

18 P1 WW-Temperatur und Leistung über der Versorgungstemperatur (Komfort, min. Versorgungstemperatur) Szenario 1 - Auswertung - Hersteller - Zapfung-MAX - mbar - T-VL-Netz 7 - C Temperatur r [ C] Versorgungstemperatur Netz [ C] T-FW_VL T-WW - A T-WW - B T-WW - C T-WW - D T-WW - E T-WW - F T-WW - G T-WW - H T-KW P_WW - A P_WW - B P_WW - C P_WW - D P_WW - E P_WW - F P_WW - G P_WW - H Leistung P-WW W [ kw] 18

19 P3 Proportionalfaktoren der PM-Regler Proportionalfaktor tor [-] 6, 4, 4 3, 3 2, 2 1, 1, dpnetz= mbar, T-Netz = 6 C P-Faktor ü. v. WW - Proportionalmengenregler - Proportionalfaktoren ZU v.ww [l/min] Station A Station B Station C Station D Station E Station F Station G Station H 19

20 P4 Zeitliniendiagramm WW- und Heizbetrieb (WW-Vorrangschaltung und Netzwassermengen) dpnetz= mbar, TVersorgung = 6 C, v.hzg=3 l/min Temperatur [ C], v.-netz [l/min] T-FW_VL_C T-WW_A T-WW_B T-WW_C T-WW_D T-WW_E T-WW_F T-WW_G T-WW_H T-KW_C v.-fw-mi_a Temperaturen v.-fw-mi_b u. Volumenströme v.-fw-mi_c v.-fw-mi_d v.-fw-mi_e v.-fw-mi_f v.-fw-mi_g v.-fw-mi_h v.-ww-mi_c v.-hz_a v.-hz_b v.-hz_c v.-hz_d v.-hz_e v.-hz_f v.-hz_g v.-hz_h : : : : : : : :4 Zeit Volumenstrom HZG [l/min]

21 Fazit und Ausblick Grundsätzlich zeigen die untersuchten Wohnungsstationen ein zufriedenstellendes Verhalten. Unter üblichen Rahmenbedingungen konnte die definierte Warmwassertemperatur (4 C) mit allen Stationen erreicht werden. Stationen mit konventionellem Proportionalmengenregler erfordern höhere Netzwassermengen, was höhere Netzrücklauftemperaturen nach sich zieht. Sowohl hinsichtlich Komfort als auch Energieeffizienz zeigen Stationen mit zusätzlichem Temperaturkorrektiv ein günstigeres Verhalten. Das Proportionalverhalten der getesteten Stationen zeigt vor allem bei kleinen Zapfmengen eine große Bandbreite. Einzelne Stationen zeigen, dass durch Einsatz sogenannter WW- Vorrangschaltungen die Netzwassermenge bei kombiniertem Betrieb (Warmwasser und Raumheizung) geringer gehalten werden kann. Optimierungsbedarf ist bei Zirkulationsbrückenbetrieb (Aspekt der Versorgungssicherheit) gegeben, da das Temperaturniveau durchwegs im Bereich - C liegt (Werkseinstellung). 21

22 Fazit und Ausblick Aktuell wird ein Leitfaden der den Qualitätsstandard erfasst erarbeitet und steht mit Ende August zur Verfügung Basierend auf dem repräsentativen Versuchsaufbau für Wohnungsstationen und den gewonnenen Projektergebnissen bietet die AEE INTEC den interessierten Herstellern die Möglichkeit der Untersuchung von weiteren Produkten. 22

23 Workshop Thermische Solarsysteme im Objektbau, 2. Juni Wr. Neustadt Danke für Ihre Aufmerksamkeit! 23