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Rund um die Vigas-Kessel

Typenangebot

Bildquelle: Solarbayer-Preisliste

Ausstattung

Lüfter
Ein Lüfter (bei 16, 25 und 40 kW) und zwei Lüfter (bei 60 und 100 kW) bedienen ein Gleichdrucksystem.
Die Zuluft wird über AGT parametrierbar drehzahlgeregelt. Bei überhöhter VLT greift ebenfalls die Drehzahlregelung.
Durch eine Primär- und zwei Sekundäröffnungen wird der Luftstrom auf Füllkammer und Düse aufgeteilt.
Der Sekundärluftanteil ist bei LC über den Lambdawert des Abgases geregelt.

Luftblende
Ab Bj.2010 ist die LC-Variante mit einem Luftmanagement ausgestattet, das über eine geregelte Luftblende erfolgt.
Als Antrieb dient ein Belimo CM24-T in 3P-Schaltung.

Füllkammer (FK)
Ab Bj.2010 befinden sich in der Füllkammer die sog. Schrägbleche. Sie führen durch die V-Form die Holzfüllung über dem Zentrum des FK-Bodens zusammen. Zugleich dienen die 6mm dicken Blecheinsätze als Primärluftkanal und Luftvorwärmung, bevor die PrimLuft über 2 L-förmige Kanäle an der hinteren FK-Wand zum Auslass unter der FK-Decke gelangt. Der FK-Boden ist im Zentrum mit Feuerbeton vergossen. Der Verguss enthält die Aufnahme für die Düsensteine und die beiden Rohre für die SekLuft.

Düsen
Die ebenfalls aus Feuerbeton gegossenen Düsen sind für alle Kessel einer Bj.-Serie typgleich und einfach austauschbar. Da sie Verschleißteile sind, wurde auf eine kostengünstige Fertigung Wert gelegt. Der Abgleich der "Standarddüse" mit der Kesselleistung kann nur über Parametrierung bzw. Anzahl vorgenommen werden. Hier setzen die Kesselbesitzer mitunter auf konfektionierte "Alternativdüsen", die dem Bereich Kesseltuning zuzuordnen sind.

Brennkammer (BK)
FK und BK sind durch einen Zwischenboden getrennt. Diese 6mm Stahlplatte hat einen rechteckigen Düsenausschnitt und ist bereichsweise mit wasserführenden Kammern versehen. Darüber ist der Betonverguss eingebracht. Ab Bj. 2010 ist die U-förmige BK-Schale in zwei Führungsschienen eingeschoben. Da in der BK die Restverbrennung des Holzgases (insbesondere CO) abläuft, muss sie thermisch isoliert Temperaturen über 700° halten. Deswegen ist zumindest eine Auskleidung mit Schamottesteinen oder dgl. erforderlich.

Turbulatoren
Der aus der BK nach vorne austretende Heißgasstrom sollte nun vollständig verbrannt sein und seine Wärme im weitern Verlauf an die wasserführenden Kesselwände abgeben. Dies geschieht seitlich und unter der BK, bevor das Abgas in die vertikalen Wärmetauscherrohre an der Kesselrückseite eintritt. Beim 15kW- und 25kW-Kessel ist der Kesselboden lediglich mit Mineralwolle und Schamotteplatten isoliert, weshalb man den Gasstrom besser nur seitlich an der BK vorbei leitet. Alle größeren Kessel besitzen wasserführende Böden und Frontplatten. Für eine effektive Wärmeübertragung mit forcierter Turbulenz lassen sich Turbulatoren im Abgasstrom anordnen. Sowohl seitlich an der BK als auch in den WT-Rohren kann getuned werden.

Anheizklappe (AHK)

STB und TAS

Sensoren

Steuerung

Bislang gibt es 3 Steuerungsgenerationen
AK2005 T
AK3000 E und LC
AK4000

Betrieb

Beispiel für die Betriebstemperaturen in einem HVS25LC
Ein HV kann mit verschiedensten "Verdauungsbeschwerden" aufwarten.

• Glanzruß im BK- und WT-Rohrbereich:--> den HV durch BK-Temperaturen über 700° permanent im "Vergaserbetrieb" halten und nicht als Sturzbrandkessel missbrauchen;
• Hohlbrand:--> viel Holzkohle vorhalten, dicht einstapeln, Luftdurchsatz reduzieren, evtl. kleinerer/angepasster Düsenquerschnitt, Füllkammer keramisch teilisolieren, Primärluftzufuhr "nach weiter unten" verlegen; Hohlbrand
• Verpuffungen:--> effizient anzünden und heiß anfeuern, die Vergaserflamme sollte ehestmöglich durchzünden;
• Bollern, Brummen, diskontinuierliche Verbrennung:--> Resonanzen in Kamin (15-25Hz), zwischen Kesselkammern (50 - 80Hz) und in der Luftzufuhr; Schwallweise Brummen
• anhaltend zu hoher oder zu niedriger Lambdawert:--> SekLuft-Regelsystem beobachten, Funktion überprüfen und Parameter checken; bei zu hoch auf Leckage in AHK oder Rauchrohranschluss suchen; bei zu niedrig SekLuft-Zuführung auf Engstelle prüfen;
• starke Siedegeräusche:--> BK-Decke evtl. isolieren oder BK-Auskleidung und Strömungsführung ändern, Kesselkreis unterdimensioniert;

Kennt man die Temperaturen, die geometrischen Strömungsquerschnitte des Kessels und die jeweiligen Lauflängen, kann man Durchsatz und Strömungsgeschwindigkeiten hochrechnen. Da die Molvolumina von O2 und CO2 sich nicht groß unterscheiden ist das eine Excel-Spielerei. Erstaunlich ist, wie schnell eigentlich das Gasvolumen durch den Kessel strömt. Auch lassen sich kritische Stellen und Wärmetauscherflächen so beurteilen.
Durchsatzabschätzung
aktuelle Excel-Datei

Rücklauftemperaturanhebung

Literatur, Ursprüngliche Ausarbeitung

Wahllos gefunden:
Studium-Skripte-Literaturverzeichnis
http://www.delta-q.de/cms/de/fuer_studenten/heizungstechnik.html
Bei Bosy:
http://www.bosy-online.de/Hydraulik_in_der_Gebaeudetechnik.pdf
http://www.bosy-online.de/Ruecklauftemperaturanhebung.htm
Allgemein HVF
Spacy 1
Spacy 2
Spacy 3
HJH
HJH_Schema

Aus einem 3-seitigen PDF soll hier eine grundlegende, rechnerische Betrachtung
des Kesselkreises mit RückLaufTemperaturAnhebung (RTA / RLA / RLTA) erstellt werden.
Datei:Kesselkreis WMZ.pdf

Formeln

Workaround: Die Formeln können in TeX gesetzt und als PNG-Screenshot abgespeichert werden. Leider funktioniert der Formelsatz in diesem Wicki noch nicht korrekt
HH-Wicki Formelsammlung
https://de.wikibooks.org/wiki/Formelsammlung_Physik:_W%C3%A4rmelehre
https://de.wikipedia.org/wiki/Hilfe:TeX

Betrachtetes Kesselkreis-Schema

Die hier zunächst wiedergegebenen Befunde sind am Vigas HVS25LC beispielhaft dargestellt.
Zur Vollständigkeit sollen noch weitere Schemata eingepflegt werden.
Die Verrohrung des vorgestellten Kessels ist in 5/4" verzinkt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Verzinkung bei diesen Temperaturen Standfestigkeitsprobleme haben kann.
http://www.schadenprisma.de/pdf/sp_1996_1_2.pdf
Als Mischer wird ein ESBE-VRG131 DN32 Kvs16 (= eher zu groß für einen 25kW-Kessel - siehe Grafik)
mit einem ARA661-3P-Antrieb 230V 120s Laufzeit verwendet.
Die KK-Pumpe ist eine Grundfos U 55-32 mit einem max. Fördervolumen von 3,6 m³/h bzw. 1 ltr/s
In den etwa 2m langen KK sind zwei thermisch identische T-Stücke mit Messhülsen für VL und RL eingesetzt.
Kv-Wert Berechnung: http://www.samson.de/pdf_de/t00040de.pdf

PID-Regler [Verf.: HJH]

https://mhf-e-wiki.desy.de/PID-Regler
Zeitverhalten des Mischers auf den Regler übernehmen. Das macht man mit den 3 Einstellern eines Reglers:

• P - Proportionalanteil [%],
• I - Integralanteil [min],
• D - Differentialanteil [%].

Dazu sollte man wissen: JEDER Regler hat im Eingang eine Subtraktion sitzen. Hier wird der Sollwert vom Istwert subtrahiert. (IST-Soll) Das Ergebnis ist ein negativer oder ein positiver Wert. Damit legt der Regler seine Wirkungsrichtung (mehr/weniger) fest. Die Höhe des Wertes bestimmt mit den PID Parametern die Höhe der Stellgröße Y.(Reglerausgang)

Zuerst sollte man den Einfluss von I und D ganz zurück nehmen.
Der Hersteller des Reglers gibt meist an, bei welchem Wert dies erfolgt. Alle 3 Einstellparameter werden einzeln berechnet und addieren sich zur Stellgröße Y.(Ausgangsignal des Reglers)

Dann versucht man nur mit dem P Anteil ein Regelergebnis zu erreichen.
Der Anteil ist immer proportional zur Regelabweichung (Ist-Soll), verringert sich die Regelabweichung, verringert sich der P Anteil. Je nach Hersteller reagieren größere Werte mal schneller oder langsamer, das muss man testen. Geht der Regler ständig über seinen Sollwert hinaus (schwingt), den P Anteil zurück nehmen bis der Regler kurz vor dem Sollwert stehen bleibt.

Dann den I Anteil aktivieren.
Dabei gilt: Nachstellzeit kleiner --> Regler wird schneller. Dieser Anteil reagiert auf die Regelabweichung (Ist-Soll) und wird immer größer (addiert sich) bis auf 100%. Ist die Regelabweichung negativ, läuft das Signal nach einer Seite, ist das Ergebnis positiv läuft das Signal nach der anderen Seite. Ist die Regelabweichung Null, bleibt das Signal da stehen wo es steht. Wird der I-Anteil aktiviert, muss der P Anteil wieder etwas reduziert werden. Das muss getestet werden.

Der D Anteil ist nicht immer notwendig, muss man austesten.
Der Anteil generiert sich aus der Änderungsgeschwindigkeit des Istwertes. Gibt es keine Änderung mehr (obwohl Sollwert noch nicht erreicht wurde), geht das Signal wieder zu Null.

Das war jetzt ein Kurzlehrgang für Regler. Das Dumme an einem Regler ist, dass man die Einstellung verstehen muss und dass man Zeit benötigt. Zeit und Verständnis (lernen) ist aber bei ungeduldigen Leuten manchmal nicht vereinbar. Sollte auch in der heutigen Zeit selbsteinstellend sein. [Verfasser: HJH ]

Dreiwegeventil

Dreiwegeventile/DWV
http://www.delta-q.de/export/sites/default/de/downloads/dreiwegeventile.pdf

Regelungsproblematik

nur mit Mischer
Bei der Wahl des Mischers ist auf den Kvs-Wert zu achten.
Kleiner Kvs-Wert erzeugt Drosselwirkung = Druckverlust und gebremster Kesselkreislauf
Großer Kvs-Wert bewirkt bereits bei kleinen Mischer-Stellungsänderungen viel Effekt.
Die vom Mischer erzeugten RL-Temperaturänderungen kommen mit Verzögerung (1 - 2 min) an der VL-Temperatur an.
Diese "Totzeit" kann bei P(ID)-Reglern zu Schwingungen führen (ZickZack-Verlauf der Temperaturen).

zusätzlich mit Pumpendrehzahl
Das Schwingen lässt sich durch eine VL-geführte Regelung der Pumpendrehzahl abfangen.
PID + Drehzahl

Verschiedene Kompakt-Rücklaufanhebungen

ESBE, http://www.esbe.eu/de/de-de/produkte/produkte-fur-feste-brennstoffe/ltc200

Laddomat, http://www.termoventiler.de/index.php?sida=produkter&undersida=laddomat&produkt=laddomat_21-60&lang=de

Oventrop, http://www.oventrop.de/ArticleOverview.aspx?pg=6&wg=060-3

WärmeMengenZähler-Anwendung (WMZ)

mit Volumenstromgeber

ohne Volumenstromgeber

ToDo

Hammax