Проектирование систем котлов с двойным возвратом
Когда речь заходит об эффективности системы горячего водоснабжения, большинство дискуссий, по-видимому, сосредоточено на технических характеристиках, связанных с котлами и водонагревателями. Для достижения максимальной операционной эффективности инженеры-консультанты, а также владельцы и менеджеры объектов должны также учитывать общий дизайн системы. Использование двойной обратки при настройке системы горячего водоснабжения может привести к повышению эффективности на 8 процентов по сравнению с более традиционными конструкциями с одной обраткой, обычно используемыми на объектах, что помогает снизить эксплуатационные расходы.
Преимущества конденсационных и полностью модулирующих котлов хорошо известны в отрасли. Модулирующая способность этих агрегатов, которые были представлены на рынке более 25 лет назад, с годами была улучшена до такой степени, что несколько коммерческих котлов могут достигать высокой степени изменения мощности горелки 15:1 или более, а опубликованные рейтинги эффективности 95 с лишним процентов.
Однако на практике фактическая производительность не всегда соответствует ожидаемым цифрам. Использование двойной доходности может помочь выполнить обещание опубликованных рейтингов в течение года.
Системы с двойным возвратом
Двойной возврат позволяет инженерам в полной мере использовать преимущества котлов премиум-класса, поскольку они позволяют разработать наиболее эффективную систему. Отдельный трубопровод для более холодной обратной воды повышает тепловую эффективность установки в целом и продлевает время работы в режиме конденсации. Это означает значительную экономию энергии и снижение эксплуатационных расходов.
Эти преимущества реализуются благодаря тому, что двойная обратка преодолевает ограничения традиционных котлов с одинарной обраткой. Большинство стандартных гидравлических систем смешивают возвраты из разных контуров, что снижает производительность системы конденсационного котла. Использование такого обычного устройства ограничивает инженеров в разработке общих приложений, которые заставляют смешивать горячую и холодную воду.
Такой подход снижает эффективность системы, поскольку зона конденсации теплообменника меньше и менее эффективна.
Высокоэффективный котел с двойной обраткой позволяет инженерам использовать преимущества различных требований нагрузки, специфичных для объекта, и разрабатывать индивидуальную систему для оптимизации работы.
Концепция двойного возврата проста: комбинация жаротрубного теплообменника, сконструированного для работы в режиме конденсации и обеспечивающего максимальную теплопередачу, и высококачественных дымогарных труб используется для подключения холодного (менее 130°F) возврата. к нижнему впускному патрубку и подсоедините высокотемпературный (более 140°F) возврат к верхнему впускному патрубку. Это обеспечивает настоящую эффективность конденсации даже в приложениях с различной конфигурацией потока между нижним и верхним впускными патрубками. В результате увеличивается зона конденсации, что повышает эффективность котла (рис. 1).
РИСУНОК 1.
Котлы имеют большую эффективность в системах с двойной обраткой.
РИСУНОК 2. Котлы с двойным возвратом имеют уникальную конструкцию перегородки.
Котлы с двойной обраткой имеют уникальную конструкцию перегородки. Нижняя перегородка агрегатов должна обеспечивать поток через пучок труб для оптимальной теплопередачи, а также изолировать зону с более низкой температурой обратки от зоны с более высокой температурой обратки внутри теплообменника (рис. 2). Это гарантирует, что нижняя секция теплообменника обрабатывает только более холодную обратную воду, что обеспечивает большую конденсацию. В результате повышается эффективность, прежде чем вода смешивается с возвратной водой более высокой температуры на другой стороне перегородки.
Применения с двойным возвратом
Двойной возврат идеально подходит для систем с несколькими температурами возвратной воды, которые по своей природе имеют более высокие перепады температур при более низких температурах обратного потока.
Они также выгодны в приложениях, включая комбинированные системы. Используя типичные более низкие температуры обратного потока с высокоэффективными косвенными водонагревателями, комбинированные системы обеспечивают экономичное решение для эффективного отопления помещений и горячего водоснабжения. На рис. 3 показана типичная комбинированная система водонагреватель/бойлер с двойной обраткой. Экономия энергии за счет этих конфигураций может снизить ежегодные эксплуатационные расходы на тысячи долларов. Кроме того, двойная обратка может сэкономить деньги на лучистом обогреве полов, подогреве бассейнов, таянии снега, предварительном нагреве воздуха и дополнительном тепле для систем тепловых насосов.
РИСУНОК 3. Комбинированная система с двойным возвратом.
Одним из примеров того, где можно увидеть преимущества двойного возврата, является комбинированная система нагрева воды для бытовых нужд, которая включает высокотемпературный обогрев помещений, а также горячее водоснабжение и подогрев бассейна.
Температура обратки из высокотемпературного контура достаточно высока для подачи тепла как для контура горячего водоснабжения с использованием высокоэффективных водонагревателей, так и для контура подогрева бассейна. Возвраты как из контура горячего водоснабжения, так и из контура обогрева бассейна с еще более низкими температурами подключаются к низкотемпературным соединениям котлов для дополнительного повышения эффективности.
Гибкость установки
Системы горячего водоснабжения с двойной обраткой также обеспечивают гибкость установки. Нет ограничений по минимальной температуре возврата, как в некоторых обычных системах с одним возвратом, и возможны конфигурации с несколькими потоками.
Еще одним преимуществом установки является то, что для первичного низкотемпературного обратного трубопровода не требуется минимального расхода, поскольку минимальные требования к расходу моделей котлов удовлетворяются за счет вторичного высокотемпературного обратного трубопровода..png)
Если расход, разделенный между высокотемпературной и низкотемпературной обраткой, постоянный, общий расход должен быть не меньше минимального расхода, необходимого для моделей котлов. В системах с двойным возвратом инженеры должны помнить об установке обратных клапанов на обоих обратных соединениях, чтобы предотвратить перекрестный поток между обратными линиями, если в одном из обратных соединений не будет потока.
O
2 -Trim Technology Для дополнительного 2-процентного повышения эффективности кислородная (O 2 -) технология балансировки может быть интегрирована в котлы, реализованные в системе с двойным возвратом. Трим O 2 , входящий в состав усовершенствованных систем контроля сгорания, автоматически поддерживает точное соотношение воздух-топливо для максимальной эффективности, низкого уровня выбросов и максимальной надежности безотказной работы. Это необходимо, потому что котлы, работающие на газе и жидком топливе, часто отклоняются от идеального соотношения воздух-топливо из-за таких изменений окружающей среды, как влажность, атмосферное давление, загрузка фильтра пылью и энергоемкость подаваемого газа.
Результатом является нестабильное горение, повышенные выбросы и возможная потеря пламени.
O 2 триммер отслеживает фактическое состояние котла и регулирует процесс сжигания топлива, чтобы обеспечить работу системы на оптимальных уровнях O 2 и максимальную эффективность системы. O 2 слишком низкие уровни могут вызвать нестабильное сгорание, что приведет к неисправностям и увеличению числа незапланированных работ по техническому обслуживанию. O 2 триммер автоматически изменяет скорость вентилятора котла, чтобы увеличить O 2 и вернуться к оптимальному уровню.
В случаях, когда O 2 уровни слишком высоки, точка росы будет ниже, а вероятность образования конденсата в котле будет меньше, как показано на Рисунке 4 (на основе Справочника ASHRAE 2013 г. — Основы, Глава 28, Рисунок 4). O 2 триммер отрегулирует скорость вентилятора котла, чтобы уменьшить уровни O 2 , чтобы создать большую зону конденсации и максимизировать эффективность.
РИСУНОК 4. Чем выше уровень O2, тем ниже точка росы и тем меньше вероятность образования конденсата в котле.
Заключение
Инженеры, владельцы объектов и менеджеры по эксплуатации имеют общую цель — максимальная эффективность систем горячего водоснабжения. Для достижения этой цели, которая влечет за собой значительную экономию финансовых средств из-за более низких эксплуатационных расходов, им следует рассмотреть возможность двойного возврата и обрезки O 2 . Оба помогают максимизировать производительность конденсационных котлов с большим диапазоном регулирования и могут быть частью нового поколения систем, которые лучше подходят для окружающей среды и прибыли организации.
Нери Д. Эрнандес, LEED AP BD+C, является менеджером по продуктовым решениям коммерческих котлов в AERCO International. Он имеет степень бакалавра в области машиностроения и степень магистра в области инженерного менеджмента Технологического института Стивенса.
Была ли эта статья полезной для вас? Комментарии и предложения направляйте исполнительному редактору Скотту Арнольду по телефону [email protected] .
Top 6 Возможности конденсационного котла с двойной обраткой для большей экономии
Конденсационные котлы с двойной обраткой могут повысить эффективность вашей теплоцентрали на 3-6%. Как инженеры по HVAC и сантехнике могут спроектировать систему, чтобы воспользоваться преимуществами этой технологии? В «Monday Morning Minutes» Р. Л. Деппманна есть 6 быстрых примеров.
Преимущество технологии конденсационных котлов с двойной обраткой
Я описал преимущества этой технологии в предыдущей статье «Конденсационные котлы – используйте двойную обратку для большей экономии энергии». Ключом к этой технологии является разработка системы с двумя отдельными обратными трубами, а не объединение их в одну обратку. При этом котлы будут конденсироваться чаще и с более высокой эффективностью.
Чем ниже температура обратки, тем выше эффективность. Даже относительно небольшой процент низкотемпературных возвратов будет иметь хорошую рентабельность для владельца котлов. Давайте рассмотрим 6 простых примеров приложений.
#1: Лучистое отопление
В системах лучистого отопления используется первично-вторичный мост для снижения температуры в лучистой зоне. Типичный диапазон температур для этих систем составляет 120°F на подаче и 100°F на возврате.
#2: Снеготаяние
В системах снеготаяния обычно используется небольшой теплообменник и контур пропиленгликоля для таяния снега. Теплообменник должен быть рассчитан на более низкую температуру котловой воды, чем расчетная, при использовании сброса наружного воздуха на подаче котла. Типичный диапазон температур для гликолевой стороны составляет 110°F на подаче и от 100°F до 90°F на возврате.
#3: Горячая вода для бытовых нужд
Использование теплообменника и блока управления в качестве нагревателя воды для бытовых нужд при использовании двухтемпературных обратных котлов является очень эффективным способом максимизации окупаемости инвестиций в конденсационный котел.
Температура муниципальной воды в Мичигане и Огайо составляет от 40°F до 50°F. Даже комфортный подход 10°F приведет к температуре обратной линии котла 60°F.
#4: Нагрев воды в крытом бассейне:
Опять же, в этом приложении используется теплообменник. Более ранняя серия статей Р. Л. Деппманна Monday Morning Minutes о нагревателях для бассейнов содержит гораздо больше информации. Он может быть пластинчатого типа или кожухотрубчатым. Температура обратной воды может быть от 80°F до 100°F.
#5: Агрегаты AHU – 3-4 ряда
Это приложение, о котором мы не слишком часто задумываемся. Настоящие деньги в вентиляционных установках (AHU) находятся в контролируемой зоне. Увеличив количество рядов в змеевике, мы можем снизить температуру воды со 150°F до 110°F. Системы часто имеют небольшой вторичный насос для защиты от замерзания, поэтому использование обычного смешивания в трубах является простой адаптацией баланса и заданных значений.
#6: Тепловые насосы
При проектировании системы теплового насоса с бойлером для дополнительного тепла помните, что конденсационные котлы не нуждаются в элементах управления для повышения температуры обратного потока.
Повышение эффективности по сравнению с процентом низкотемпературной обратки
Насколько можно повысить эффективность, если я буду использовать котел Aerco Benchmark Platinum с двойной обраткой? Какая низкотемпературная нагрузка мне нужна? Я использовал программу эффективности котла Aerco, чтобы создать диаграмму ниже. Я предположил конструкцию подачи 180°F и обратки 140°F. Я также предположил наружную систему сброса с падением подачи на 40°F. Наконец, я использовал общую нагрузку 1,8 MBH и котел Aerco BMK-2000 Platinum. Начальная точка 0% предполагает, что конструкция с более низкой температурой не используется.
В результате использования Aerco Benchmark Platinum с двойной доходностью владелец Гранд-Рапидс может ежегодно экономить около 2000 долларов США в год и более! Дополнительные трубопроводы будут стоить дороже, но окупаемость инвестиций (ROI) составит менее 3 лет. После этого ваш клиент будет наслаждаться экономией год за годом.
Что мы можем сделать на этапе проектирования, чтобы получить более низкую температуру возврата? Более подробно мы рассмотрим в будущих протоколах утра понедельника Р.