Lexiconul tehnologiei de încălzire - termeni tehnici în mod clar și simplu

Energia eliberată prin arderea păcurii sau a gazului într-un cazan nu poate fi furnizată sistemului de încălzire fără un element de pierdere. Gazele de ardere fierbinți care se scurg în atmosferă prin coșul de fum conțin o cantitate relativ mare de căldură, cunoscută sub numele de "pierderi de gaze de ardere".

În timpul testului anual de emisii, inspectorii de gaze de ardere determină dacă calitatea combustiei și pierderile de gaze de ardere care apar în timpul funcționării arzătorului respectă reglementările legale. Aceștia verifică dacă arzătorul funcționează corect și dacă sistemul este sigur. Chiar dacă aceștia îi acordă un punctaj perfect, acest lucru spune prea puțin despre consumul real de energie al cazanului (eficiența sa sezonieră standard), deoarece acesta este, de asemenea, afectat în mod semnificativ de nivelul pierderilor de suprafață.

Absorbantele sunt o parte integrantă a fiecărui colector solar. Aceștia se află sub capacul din sticlă transparentă, cu reflexie redusă, al colectorului, astfel încât radiația solară să ajungă direct la ei.

Absorbantul absoarbe aproape în întregime radiația solară, iar energia solară este transformată în căldură. În ceea ce privește randamentul ridicat, absorbanții care au un strat de acoperire foarte selectiv - ceea ce include toate colectoarele solare fabricate de Viessmann - se remarcă în mod deosebit.

O unitate de cogenerare este formată în principal dintr-un motor, un generator sincron și un schimbător de căldură. Generatorul sincron, acționat de motorul cu ardere internă (unitatea de acționare), generează un curent alternativ trifazat cu o frecvență de 50 Hz și o tensiune de 400 V, care este utilizat în general pe site.

Rețeaua de joasă tensiune (nivel de 0,4 kV) este utilizată pentru conexiunea electrică. De regulă, unitățile de cogenerare sunt exploatate în paralel cu rețeaua electrică. Cu toate acestea, în principiu, ele pot fi utilizate și în modul de înlocuire a rețelei prin utilizarea unor generatoare sincrone.

Surplusul de energie poate fi exportat în rețeaua de alimentare cu energie electrică a furnizorului. Motorul generează căldură care poate fi absorbită în "circuitul intern de răcire", succesiv din uleiul de lubrifiere, lichidul de răcire a motorului și gazele de eșapament, și transferată către sistemul de încălzire prin intermediul unui schimbător de căldură cu plăci.

Acest sistem de generare și utilizare a energiei este denumit generare combinată de energie termică și electrică (CHP), deoarece energia mecanică (putere) generată de motor și energia termică (căldură) eliberată de motor atunci când acesta antrenează generatorul sunt ambele utilizate simultan.

Diagramă schematică

Un motor cu combustie cu gaz antrenează un generator pentru a produce energie. Căldura astfel creată este extrasă din lichidul de răcire și din gazele de eșapament prin intermediul schimbătorului de căldură și poate fi apoi utilizată.

În cazul încălzirii apei calde menajere în regim dual, apa caldă menajeră este încălzită de două generatoare de căldură diferite - de exemplu, un boiler și colectoare solare. Căldura de la captatorii solari este transferată la apa caldă menajeră prin intermediul unui serpentin indirect în boilerul de apă caldă menajeră. Dacă este necesar, apa poate fi reîncălzită de cazan prin intermediul unui al doilea serpentin indirect.

Hidrogenul și oxigenul sunt tot ceea ce este necesar pentru a genera căldură și energie. Reacția chimică dintre cele două substanțe stă la baza a ceea ce se numește uneori "combustie la rece". Aceasta are loc între doi electrozi: Hidrogenul este transportat la anod, unde un catalizator îl împarte în ioni pozitivi și electroni negativi. Electronii se deplasează către catod prin intermediul unui conductor electric, determinând circulația curentului electric. În același timp, ionii de hidrogen încărcați pozitiv ajung la catod prin electrolit (o membrană de schimb de ioni), unde reacționează în cele din urmă cu oxigenul pentru a forma apă. Se eliberează căldură. Întregul proces este complet lipsit de poluanți și este responsabil față de mediu.

Puterea calorifică brută (Hs) definește cantitatea de căldură eliberată prin combustie completă, inclusiv căldura latentă de evaporare a vaporilor de apă din gazele fierbinți.

Până de curând, căldura de evaporare nu a putut fi utilizată, deoarece nu existau capacitățile tehnice necesare în acest sens. Prin urmare, pentru toate calculele de eficiență s-a ales ca bază valoarea calorifică netă (Hi). Prin urmare, raportarea la Hi și utilizarea căldurii de evaporare suplimentare poate duce la randamente de peste 100 %.

Tehnologia de condensare utilizează nu numai căldura generată de combustie ca temperatură măsurabilă a gazelor fierbinți (putere calorifică netă), ci și conținutul de vapori de apă (putere calorifică brută). Cazanele cu condensare sunt capabile să extragă aproape toată căldura conținută în gazele de ardere și să o transforme în energie termică.

Cazanele cu condensare utilizează schimbătoare de căldură de înaltă performanță. Acestea răcesc gazele de ardere înainte ca acestea să iasă prin coșul de fum, în măsura în care vaporii de apă conținuți în aceste gaze sunt condensați în mod deliberat. Acest lucru eliberează căldură suplimentară care este transferată în sistemul de încălzire.

Cu această tehnologie, un cazan cu condensare atinge un eficiență energetică normată de până la 98 % (în raport cu Hs). Cazanele cu condensare sunt, prin urmare, deosebit de eficiente din punct de vedere energetic, având grijă atât de portofelul dumneavoastră, cât și de mediu.

Principiul de proiectare al cazanului cu trei treceri contribuie la reducerea emisiilor nocive. Gazele fierbinți trec mai întâi prin camera de ardere, apoi se întorc în față printr-o zonă de inversare și intră într-o a treia trecere. Acest lucru reduce timpul pe care gazele de ardere îl petrec în partea cea mai fierbinte a cazanului, reducând formarea de oxid de azot (NOx).

Sursă de energie inovatoare pentru pompele de căldură cu sol/apă

În prezent, în construcțiile noi, fiecare al treilea generator de căldură este o pompă de căldură, iar tendința este ascendentă. Pentru încălzire, căldura este preluată din aerul ambiant, din sol sau din apa subterană.

Cu sistemul de stocare a gheții de la Viessmann, există acum o sursă de căldură suplimentară atractivă disponibilă pentru pompele de căldură cu sol/apă. Depozitul de gheață constă într-un rezervor cu schimbătoare de căldură încorporate, care este îngropat în grădină și umplut cu apă obișnuită de la robinet. Pe acoperișul casei sunt instalate absorbanți speciali de aer solar. Aceștia extrag căldura din aerul înconjurător și din radiația solară și o introduc în unitatea de stocare. De asemenea, depozitul de gheață extrage energie direct din sol.

Încălzirea cu gheață - energie suplimentară

Atunci când este necesar, pompa de căldură extrage din rezervor energia necesară pentru încălzire și apă caldă menajeră, răcind sau eventual înghețând apa în acest proces. Chiar și atunci când unitatea de stocare a înghețat, există suficientă căldură care curge de la absorbanții solari/aer și de la sol pentru a permite pompei de căldură să încălzească clădirea în mod sigur și economic. Energia de la soare și din aerul ambiant, precum și căldura geotermală, sunt folosite pentru a dezgheța din nou rezervorul.

În fiecare proces de ardere a combustibililor fosili se formează, pe lângă inevitabilul dioxid de carbon (CO₂), și gazele nocive monoxid de carbon (CO) și oxid de azot (NOx). Oxizii de azot sunt deosebit de relevanți în acest caz. O creștere a acestor gaze nu numai că duce la niveluri mai  avansate de ozon otrăvitor, dar este, de asemenea, unul dintre factorii responsabili pentru ploile acide.

În sistemele de conducte de căldură, mediul solar nu curge direct prin tuburi. În schimb, un mediu de proces se evaporă în conducta de căldură de sub absorbant și transferă căldura către mediul solar. Racordarea uscată a tuburilor conductei de căldură în interiorul colectorului, cantitatea mică de conținut de lichid din interiorul colectorului și oprirea automată în funcție de temperatură în cazul Vitosol 300-T, asigură o fiabilitate operațională deosebit de ridicată.

Un cazan de sistem este un aparat montat pe perete destinat exclusiv furnizării de încălzire. Astfel de aparate pot fi, de asemenea, combinate cu un boiler pentru apă caldă menajeră pentru a asigura încălzirea apei calde menajere.

Un regulator de încălzire compensat de condițiile meteorologice asigură că temperatura de debit este adaptată la cererea reală de căldură (temperatura de debit este temperatura apei care alimentează radiatorul sau sistemul de încălzire prin pardoseală).

În acest scop, se măsoară temperatura exterioară și se calculează temperatura de debit în funcție de temperatura necesară în încăpere și de condițiile de la periferia clădirii.

Relația dintre temperatura exterioară și cea de debit este descrisă de curbele de încălzire. Mai simplu: Cu cât temperatura exterioară este mai mică, cu atât temperatura apei din cazan sau a debitului este mai mare.

Puterea calorifică netă (Hi) se referă la cantitatea de căldură eliberată prin ardere completă dacă apa rezultată este evacuată sub formă de abur. Căldura latentă de evaporare a gazelor fierbinți în vaporii de apă nu este utilizată.

Un aparat hibrid este un aparat alimentat de mai multe surse de energie. Astfel de sisteme includ, de exemplu, sistemele cu pompă de căldură cu două moduri. Acestea sunt sisteme de încălzire cu o pompă de căldură acționată electric în combinație cu cel puțin un cazan pe combustibil fosil și o unitate de control de rang superior.

În timpul funcționării, pompa de căldură acoperă sarcina de bază utilizând o proporție mare de energie ecologică gratuită. Pentru aceasta, unitatea exterioară extrage căldura latentă din aerul exterior și, prin intermediul compresorului, îl încălzește până la o temperatură de până la 55 °C.

Cazanul cu gaz în condensare "intră în funcțiune" numai atunci când acest lucru este benefic din punct de vedere al modului de funcționare prestabilit, adică atunci când are ca rezultat costuri de funcționare mai mici pentru utilizatorul sistemului, emisii mai mici de CO₂ sau un confort mai mare pentru apa caldă menajeră.

Toate aparatele de perete și aparatele compacte cu condensare Viessmann sunt acum echipate cu schimbătorul de căldură Inox-Radial din oțel inoxidabil. Această tehnologie aduce cu ea o rată de eficiență extrem de ridicată de până la 98% [conform DIN] și o funcționare excepțional de fiabilă și eficientă pe durata sa de viață lungă.

Schimbătorul de căldură Inox-Radial răcește gazele de ardere înainte ca acestea să fie dirijate în coșul de fum, în măsura în care vaporii de apă conținuți în aceste gaze sunt condensați în mod deliberat. Căldura suplimentară eliberată este transferată în sistemul de încălzire. Această funcție nu numai că economisește energie valoroasă, dar protejează și mediul înconjurător prin emisii de CO₂ semnificativ mai mici.

În cazul pompelor de căldură, coeficientul de performanță (COP) reprezintă raportul dintre transferul de căldură și consumul de energie. Coeficientul de performanță sezonier este media tuturor COP-urilor care apar într-un an. COP este utilizat pentru a compara pompele de căldură în ceea ce privește eficiența, însă este derivat dintr-un anumit punct de funcționare în condiții de temperatură definite.

Atunci când se planifică un sistem, trebuie să se ia în considerare funcționarea acestuia pe parcursul întregului an. În acest scop, cantitatea de căldură transferată pe parcursul anului este raportată la puterea electrică totală consumată de sistemul de pompe de căldură (inclusiv puterea pentru pompe, unități de control etc.) în aceeași perioadă. Rezultatul este dat ca factor de performanță sezonieră. Exemplu: Un FPS de 4,5 înseamnă că, în medie pe întregul an, pompa de căldură a necesitat un kilowatt-oră de energie electrică pentru a genera 4,5 kilowați-oră de căldură.

Un cazan combinat este un aparat montat pe perete care este utilizat atât pentru încălzirea centrală, cât și pentru încălzirea apei calde menajere. Apa caldă menajeră este încălzită folosind principiul instantaneu de încălzire a apei.

Controlerul de combustie Lambda Pro Control din cazanele murale Vitodens cu gaz în condensare asigură o ardere stabilă și ecologică, un nivel constant de eficiență și o fiabilitate operațională ridicată, chiar dacă calitatea gazului variază.

Controlerul de ardere Lambda Pro Control recunoaște automat fiecare tip de gaz utilizat. Acest lucru face ca reglajele și măsurătorile manuale în timpul punerii în funcțiune să fie de prisos. În plus, Lambda Pro Control gestionează în permanență amestecul gaz-aer pentru a asigura o ardere curată și eficientă constantă, chiar și atunci când calitatea gazului variază. Electrodul de ionizare furnizează datele brute necesare în acest scop direct de la flacără.

Furnizarea descentralizată de energie termică și electrică se dovedește din ce în ce mai relevantă. Viessmann oferă soluții care pot contribui la echilibrarea volatilității aprovizionării cu energie electrică din surse regenerabile. Parcurile eoliene și sistemele fotovoltaice au fost construite în număr mare pentru a înlocui centralele nucleare și centralele electrice convenționale de mare capacitate.

Cu toate acestea, deoarece disponibilitatea acestor surse regenerabile fluctuează și, prin urmare, nu poate fi programată, centralele de cogenerare controlate au devenit componente importante în procesul de tranziție energetică de succes. Această evoluție este condusă de obiectivul politic de creștere a ponderii energiei generate de centralele de cogenerare la 25 % până în 2020.

Producerea descentralizată de energie

În cazul în care există deficiențe în ceea ce privește producția de energie volatilă, microcentralele de cogenerare pot avea o contribuție importantă la acoperirea cererii. Deoarece acest lucru se întâmplă la nivel local și energia este generată la fața locului, se reduce, de asemenea, presiunea asupra rețelelor electrice. Generarea propriei electricități prin intermediul unităților de cogenerare este în prezent un înlocuitor viabil al tragerii de energie din rețea. În combinație cu o unitate de stocare a energiei, se poate realiza o alimentare autonomă cu energie electrică, în special în cazul sistemelor de microcogenerare.

[1] Cazan cu sarcină de vârf

[2] Modul de celule de combustibil

[3] Cilindru de turn cu un cilindru de apă caldă menajeră din oțel inoxidabil de 220 l plus sistem hidraulic și senzori

[4] Sistem de coșuri de fum echilibrat

[5] Contor de export CHP integrat

[6] Interfață de comunicare WiFi

[7] Contor casnic (contor electricitate bidirecțional)

[8] Circuit de alimentare cu energie electrică pentru uz casnic

[9] Rețea publică

[10] Aplicație internet/ViCare

Scopul principal al pompelor de căldură este de a asigura o încălzire centrală confortabilă și convenabilă și o încălzire fiabilă a apei calde menajere. Cu toate acestea, ele pot fi utilizate și pentru a răci o clădire. În timp ce solul sau apele subterane sunt folosite iarna pentru a furniza energie pentru încălzire, vara pot fi folosite pentru răcire naturală.

Cu funcția de răcire naturală, unitatea de control a pompei de căldură pornește doar pompa primară și pompa circuitului de încălzire. Acest lucru înseamnă că apa relativ caldă din sistemul de încălzire prin pardoseală își poate transfera căldura prin intermediul schimbătorului de căldură către saramura din circuitul primar. Acest lucru extrage căldura din toate încăperile care sunt conectate. Acest lucru face ca răcirea naturală să fie o modalitate deosebit de eficientă din punct de vedere energetic și ieftină de răcire a interiorului unei clădiri.

Eficiența sezonieră standard [conform DIN] a fost introdusă pentru a permite compararea consumului de energie al diferitelor tipuri de generatoare de căldură. Ca măsură a utilizării energiei unui cazan, arată, pe parcursul întregului an, până la ce procent din energia utilizată este transformată în energie termică utilizabilă.

Nivelul randamentului sezonier standard [conform DIN] este influențat în mod semnificativ de nivelul pierderilor de gaze de ardere și de pierderile de suprafață care apar în timpul funcționării.

Pierderile de suprafață reprezintă proporția din puterea de ardere eliberată în aerul înconjurător de către suprafața generatorului de căldură și, prin urmare, pierdută ca energie termică utilizabilă.

Acestea apar sub formă de pierderi prin radiație în timp ce arzătorul este în funcțiune sau sub formă de pierderi în regim de așteptare atunci când arzătorul este inactiv, în special primăvara/toamna, dar și în lunile de vară, când cazanul este necesar doar pentru încălzirea apei calde menajere.

De regulă, pierderile de suprafață ale unui cazan vechi vor fi substanțial mai mari decât pierderile de gaze de ardere verificate de inspectorul de gaze de ardere. Nivelul pierderilor de suprafață este, prin urmare, un factor critic în ceea ce privește rentabilitatea (randamentul sezonier standard) a generatorului de căldură.

Termenii "coș de fum deschis" și "cameră etanșă" descriu modul în care un cazan este alimentat cu aerul de care are nevoie pentru ardere.

În cazul funcționării cu coș deschis, acesta preia aerul de ardere din încăperea în care este instalat. Prin urmare, încăperea trebuie, desigur, să dispună de guri de aerisire adecvate. Există mai multe posibilități în acest caz. Frecvent, alimentarea cu aer de ardere este asigurată prin deschideri sau goluri (guri de aerisire) în peretele exterior. În cazul în care aparatul este amplasat în interiorul spațiului de locuit, o altă opțiune este "alimentarea cu aer a încăperilor interconectate", în care ventilația adecvată este asigurată prin intermediul unor racorduri de aer (fante în uși) către o serie de alte încăperi.

În cazul funcționării cu camera etanșă, aerul de ardere necesar este furnizat din exterior prin intermediul conductelor de sistemele de ventilație. În esență, pot fi identificate trei soluții:

1. Alimentarea cu aer prin intermediul unei ieșiri verticale de pe acoperiș
2. 2. Alimentarea cu aer prin intermediul unui racord la un perete exterior
3. Alimentarea cu aer prin intermediul unui coș de fum echilibrat

Avantajele funcționării cu cameră etanșă sunt că oferă o flexibilitate chiar mai mare decât funcționarea cu coș deschis de fum atunci când vine vorba de amplasarea cazanelor pe gaz montate pe perete. Aparatul poate fi instalat oriunde - fie în camere de locuit, fie în nișe, dulapuri sau spații pe acoperiș.

Independența față de aerul interior reduce, de asemenea, pierderile, deoarece aerul încălzit din încăpere nu este utilizat pentru ardere. Prin urmare, aparatele etanșeizate în încăperi pot fi amplasate în interiorul anvelopei termice a clădirii.

Un rezervor de apă caldă menajeră cu două moduri este esențial pentru acest tip de sistem. Atunci când există o insolație suficientă, mediul solar din sistemul solar termic încălzește apa din boilerul de apă caldă menajeră prin intermediul serpentinei indirecte inferioare. Atunci când temperatura scade prin extragerea apei calde, cum ar fi pentru baie sau duș, cazanul pornește, dacă este necesar, pentru a furniza încălzire suplimentară prin intermediul celui de-al doilea circuit.

Pe lângă încălzirea apei calde menajere, mediul solar încălzit în colectoarele solare poate fi utilizat și pentru a aduce  apă caldă menajeră la temperatură. Pentru aceasta, circuitul de încălzire, prin intermediul unui schimbător de căldură, utilizează apa din cilindrul solar care este încălzită în mod continuu de către colectoarele solare. Unitatea de control verifică dacă se poate atinge temperatura ambiantă necesară. Dacă temperatura este sub valoarea setată, se pornește și boilerul.

Un colector solar generează căldură ori de câte ori lumina soarelui cade pe absorbant - chiar și în momentele în care nu este nevoie de căldură. Acesta poate fi, de exemplu, cazul în timpul verii, când locuitorii sunt în vacanță. În cazul în care transferul de căldură, prin butelia de apă caldă menajeră sau prin butelia-tampon pentru apă caldă menajeră, nu mai este posibil deoarece ambele sunt deja încălzite complet, pompa de circulație se oprește și sistemul solar termic intră în stagnare.

În cazul în care mai multă insolație cade asupra colectorului, temperatura acestuia va crește până la evaporarea agentului de transfer de căldură, provocând tensiuni termice  avansate asupra componentelor sistemului, cum ar fi garniturile, pompele, supapele și agentul de transfer de căldură în sine. În sistemele cu oprire în funcție de temperatură ThermProtect, formarea aburului este prevenită în mod fiabil.

Colector plat cu strat absorbant de comutare

Pentru prima dată, a fost dezvoltat și brevetat un colector cu plăci plate care împiedică absorbția suplimentară de energie odată ce a fost atinsă o anumită temperatură. Stratul absorbant al Vitosol 200-FM se bazează pe principiul "straturilor de comutare". Structura cristalină și, prin urmare, randamentul colectorului, se modifică în funcție de temperatura colectorului, reducând astfel temperatura de stagnare. La temperaturi ale absorbantului de 75 °C și mai mari, structura cristalină a stratului de acoperire se schimbă, mărind de mai multe ori rata de radiație termică. Acest lucru reduce randamentul colectorului, pe măsură ce temperatura colectorului crește, temperatura de stagnare scade semnificativ și împiedică formarea de abur.

Odată ce temperatura din colector scade, structura cristalină revine la starea inițială. Mai mult de 95 % din energia solară care intră poate fi acum absorbită și transformată în căldură; doar o proporție infimă (mai puțin de 5 %) este iradiată înapoi. Acest lucru înseamnă că randamentul noului colector este mai mare decât cel al colectorilor convenționali cu plăci plane, deoarece colectorul nu intră niciodată în faza de stagnare și poate furniza din nou căldură în orice moment. Nu există o limită a numărului de ori în care poate fi activată schimbarea structurii cristaline, ceea ce înseamnă că această funcție este disponibilă în permanență.

În modul standard al colectorului, noul strat absorbant al colectorului plan Vitosol 200-FM acționează ca orice strat absorbant standard al colectorului plan Viessmann. La temperaturi ale colectorului de 75 °C și peste, transferul de căldură crește de mai multe ori, prevenind astfel în mod fiabil supraîncălzirea și formarea de abur în caz de stagnare.