Monitoring de gelaagdheid van een horizontale buffer

[nck]

Geïnspireerd en uitgenodigd door forumlid Bufferboost begonnen met een nadere studie van mijn horizontale buffer bestaande uit een melkkoeltank van 3000 liter.

De eerste aanzet hiertoe was het ontwerp van een plc-sturing om alle processen volledig in de hand te kunnen houden. Gevoelsmatig gaf dit al een enorme verbetering in het rendement van het geheel. Echter meten is weten. Ik weet niet of en hoe de gelaagdheid in tact blijft.

Hiervoor heb ik een acht sensoren verticaal verdeeld over de buffer zodat er met een afstand van 12.5 cm een temperatuur gelogd kan worden. Hoogte van de tank is 1 meter.

Vandaag de eerste grafiek van afgelopen donderagavond naar vrijdagavond ongeveer een etmaal.
Op dit moment de datastroom nog aan het afregelen maar het resultaat is toch al mooi zichtbaar.
Ook komen de beperkingen van een platenwisselaar zo mooi in beeld, namelijk de laadtemperatuur is 90 graden.
Betere isolering van de leidingen en installatie kan bij mij ook geen kwaad.

Wordt vervolgd

Jan

[Albert van WdJ]

Jan,

Kun je ook weergeven welke sensor (hoogte in het buffervat) bij een bepaalde grafieklijn hoort?

Waarschijnlijk was je nog niet zo ver.

Ziet er in ieder geval mooi uit.

Heb je al enig idee waarom de onderste lila lijn zo'n duikelingen maakt, en dan weer opkrabbelt?

En is het ook mogelijk om de tijd op de horizontale as weer te geven? Of is die gewoon weggevallen bij het plaatsen van de post?

Groet,

Albert

[nck]

Sorry, de legenda vergeten mee te nemen.

De dip in de laagste sensor laat zich verklaren door het opwarmen van de afgekoelde radiatoren. Hiermee komt water van ongeveer 25 graden retour. na relatief korte tijd warmt het retourwater op naar 45 graden, gemeten aan de warmtewisselaar.

De dip direkt na de start van de ketel is afkomstig van de beperkte capaciteit van de platenwisselaar.
Er wordt koud water van de buffer aangeboden en dit wordt met ongeveer 80 graden ketelwarmte opgewarmd tot ruim 70 graden. Pas als de buffer onderin wat meer op temperatuur komt zal ook de boventemperatuur mee komen. Wanneer de buffer dieper ontladen is zal deze dip nog groter worden.

Het opwarmen van de boiler heeft tot gevolg dat de buffer tijdelijk niet wordt opgewarmd, wat te zien is aan het uitzakken van de temperatuur.

Het ontladen met een begrenzing van de retourwater temperatuur geeft al wel een mooie beheersing van de stratificatie.

Aan een tijdsas werk ik nog, de huidige grafiek beslaat een een twintig uur. Start van de ketel is om ongeveer 16.00 uur
Het hoogste punt van de grafiek zit ongeveer om 3.00 uur

[John Doh]

Prachtig, deze meting. Maar de interpretatie is nog niet zo simpel.

Vooral bij het ontladen (laatste fase) kun je prachtig zien dat de gelaagdheid in stand blijft. De koude laag bouwt zich op vanaf de onderkant en één voor één krijgen alle sensoren het koudefront voorbij. Aan de bovenkant van de grafiek zie je alle lijnen langzaam dalen nadat de ketel is uitgeschakeld, dat zal het warmteverlies van de buffer zijn.

Vlak vóór de lijn "start ketel" zie je hetzelfde fenomeen in omgekeerde richting, het warmtefront beweegt nu naar beneden: de buffer wordt geladen. Wel vreemd dat de trend aan de bovenkant ook dalende is.

Vanaf de lijn "start opwarmen boiler" lijkt het opladen in een soort van tweede ronde te gebeuren, opnieuw met enige gelaagdheid. Dat het opwarmen nu pas zou starten is dus niet waar, want in de fase daarvoor heeft ook al opwarming plaatsgevonden.

In een derde opwarmfase, die in de grafiek "boiler warm" wordt genoemd, lijkt de boiler nog even door te warmen, maar dan zonder gelaagdheid, als één grote gemengde bak met water. Eigenlijk zag je een voorloper van dit fenomeen al in de fase ervoor, omdat daar de trend van het geheel ook omhoog was.

Het lijkt mij, dat het opwarmen met een vrij grote plons water over de ketel gebeurt. Dit verstoort de gelaagdheid in de boiler steeds meer. Mogelijk zitten de sensoren in een gebied waar geforceerde stroming optreedt, waardoor de sensoren eigenlijk geen goed beeld geven van de temperatuur in een laag, althans tijdens het laden.

Voor het goed interpreteren zou het helpen als je er een schema van de installatie bij doet. Het lijkt dat in de fase "ketel uit" het ontladen al is gestart. Het lijkt te gaan om aardig wat warmte, dus die moet ergens blijven.

[nck]

Wel vreemd dat de trend aan de bovenkant ook dalende is.

Dit wordt veroorzaakt doordat de ketel op vol vermogen draait maar nog niet de maximale temperatuur heeft bereikt.
(ong 75-80 graden.) in combinatie met het fenomeen dat de platenwisselaar op dat moment het koudste water voor de kiezen krijgt.
Dit resulteert in water water naar de buffer van rond de 65-70 graden.
Echter de buffer is op dat moment nog warmer aan de bovenkant.

Vanaf de lijn "start opwarmen boiler" lijkt het opladen in een soort van tweede ronde te gebeuren, opnieuw met enige gelaagdheid. Dat het opwarmen nu pas zou starten is dus niet waar, want in de fase daarvoor heeft ook al opwarming plaatsgevonden.

In dit traject wordt de buffer niet geladen, het systeem verdeeld de warmte uit de ketel tussen de boilers en het huis. De temperatuur zakt dus iets uit omdat de buffer helemaal stil staat.
Pas als de boilers op temperatuur zijn gaat het laden van de buffer verder.
Tijdens warmtevraag hetzij uit huis hetzij van de boilers staat de buffer helemaal stil.
Het is puur de restwarmte wat geladen wordt.
Het laden van de buffer vindt plaats tussen de lijnen "start ketel" en "Start opwarmen boiler" en "boiler warm" en "ketel uit"

Ik zal de moeite nemen om een schema van mijn installatie te tekenen

Jan

[John Doh]

Vanaf de lijn "start opwarmen boiler" lijkt het opladen in een soort van tweede ronde te gebeuren, opnieuw met enige gelaagdheid. Dat het opwarmen nu pas zou starten is dus niet waar, want in de fase daarvoor heeft ook al opwarming plaatsgevonden.

In dit traject wordt de buffer niet geladen, het systeem verdeeld de warmte uit de ketel tussen de boilers en het huis. De temperatuur zakt dus iets uit omdat de buffer helemaal stil staat.
Pas als de boilers op temperatuur zijn gaat het laden van de buffer verder.
Tijdens warmtevraag hetzij uit huis hetzij van de boilers staat de buffer helemaal stil.
Het is puur de restwarmte wat geladen wordt.
Het laden van de buffer vindt plaats tussen de lijnen "start ketel" en "Start opwarmen boiler" en "boiler warm" en "ketel uit"

De meting vertelt wat anders dan jouw beschrijving hierboven. In de fase dat de boiler opwarmt (ik begrijp nu dat de boiler wat anders is dan de buffer) verloopt de opwarming van de buffer (puur afgaande op de gemeten temperaturen) niet veel trager dan in de fase erna. Misschien zelfs wel een fractie sneller.

[nck]

Het beloofde schema van de installatie

Jan

[nck]

@ John Doh,

Toch staat de pomp van de buffer in het traject dat de boilers opwarmen stil. Er is dus geen stroming of voeding.
Wat ik denk dat er gebeurt is dat de buffer tot rust komt en als het ware "schift". Wanneer de pomp na het opwarmen van de boiler weer invalt zie je dat de temperaturen weer snel naar elkaar toe kruipen.
Anders zou ik het ook niet kunnen verklaren.

[John Doh]

@ John Doh,

Toch staat de pomp van de buffer in het traject dat de boilers opwarmen stil. Er is dus geen stroming of voeding.

Dat zijn twee stellingen, waarbij de eerste niet persé tot de tweede hoeft te leiden. Ik neem aan dat de kleppen voor het omkeren nog gewoon open staan? Dat zijn zeker driewegkleppen?

Als de warmtewisselaar aan de linkerkant nog steeds met heet water wordt doorstroomd en deze warmtewisselaar laag is opgesteld (bovenkant van de warmtewisselaar onder de bovenkant van de buffer) dan kun je toch stroming krijgen als gevolg van thermosyphonwerking, zelfs al staat de pomp stil. Het lijkt erop dat dat hier het geval is. Ik geloof niet dat dit bezwaarlijk is, maar het duurt dan wel langer totdat de tapwaterbuffers vol zijn.

Een mooi schema trouwens, maar je hebt niet overal de gebruikelijke symbolen toegepast. Zo kunnen we nu niet zien in welke richting de pompen zijn gemonteerd. Maar ik kan dat wel raden. Ook driewegkleppen geef je anders aan.

Het is bij deze schakeling niet heel eenvoudig te zien wat er precies gaat gebeuren, omdat je niet weet hoe groot de verschillende stromen zijn.

[John Doh]

Ik vermoed dat het schema van Jan zo is bedoeld:

[nck]

Dat zijn twee stellingen, waarbij de eerste niet persé tot de tweede hoeft te leiden. Ik neem aan dat de kleppen voor het omkeren nog gewoon open staan? Dat zijn zeker driewegkleppen?

Het eerste is een constatering en het tweede is een stelling, meer een vermoeden.

Voor de duidelijkheid een overzichtsfoto

De groene pijlen geven de stromingsrichting aan
De witte pijlen benoemen de onderdelen

Wanneer er sprake is van een thermosyfonwerking kan dat m.i. nooit veel zijn.
Er is bij warmtevraag geen aanvoer naar de wisselaar vanuit de ketel. Het drukverschilventiel voorkomt ongewenste verdeling tussen enerzijds huis/boiler en anderzijds de wisselaar.

Pomp is uit en de driewegkleppen staan in de stand "buffer laden", pomprichting is dus onder uit de buffer naar de bovenzijde toe.

wisselaar is op de kop gemonteerd, enerzijds om dat dit beter uitkwam met de leidingen tijdens het bouwen, anderzijds bewust om eventuele neerslag uit het cv-systeem niet in de wisselaar terecht te laten komen en daar te laten ophopen.
Nadeel is wel dat het ontluchten wat langer duurde.

De buffertank staan aan de andere kant van de muur.

Nieuwsgierig naar je reactie

Jan

P.S.

Thnxs voor het op de correcte manier verbeteren van mijn schema. (ik ben niet zo'n tekenaar)

[John Doh]

Het eerste is een constatering en het tweede is een stelling, meer een vermoeden.

Daar heb je gelijk in.

Wanneer er sprake is van een thermosyfonwerking kan dat m.i. nooit veel zijn.
Er is bij warmtevraag geen aanvoer naar de wisselaar vanuit de ketel. Het drukverschilventiel voorkomt ongewenste verdeling tussen enerzijds huis/boiler en anderzijds de wisselaar.

Oef, het valt niet mee om op de foto de leidingloop goed af te leiden. Je kunt moeilijk zien welke leidingen voor lopen en welke achter. Het lijkt toch dat het schema nog niet helemaal klopt.

Je zou inderdaad denken dat de thermosyphonwerking niet veel voor kan stellen, omdat de "warme" leiding (aanvoer naar de buffer) naar beneden loopt. We studeren nog even verder.

[John Doh]

Een paar vragen over de foto:

Is het drukverschilventiel op de foto op het schema aangegeven met Anti condensklep? Of staat de Anti condensklep niet op de foto?

Waar dienen het drukverschilventiel en de terugslagklep voor?

[nck]

Nee, het drukverschilventiel en de terugslagklep staan niet in het schema, wel op de foto. (meer voor de eenvoud)
De anticondensklep staat niet op de foto, zit bij mij achter de ketel.

De beperkte ruimte laat een goede overzichtsfoto niet toe.

Even terug in de historie,

De combinatie drukverschil/keerklep stamt uit het prille begin van mijn installatie, nu bijna zeven jaar terug. toen zat de tweewegklep, bovenaan de foto er nog niet in.

radiatoren in huis waren toen uitgerust met thermostaatventielen.

Bij het ontwerpen van de installatie heb ik als volgt geredeneerd, bij warmtevraag in huis zullen de thermostaatventielen op de radiatoren vanzelf dicht gaan, al na gelang de temperatuur in huis stijgt. het overschot gaat dan via het drukverschilventiel naar de wisselaar, om vandaar naar de buffer te gaan.


Deze redenering klopt niet.

De ketelpomp is altijd in werking en voedt door de weerstand van het drukverschilventiel altijd de verwarming in huis. Ook zonder warmtevraag. De stroming was wel niet bijzonder groot maar met water van 85 graden genoeg om de woonkamer te veranderen in een sauna.

Conclusie was dan ook tweewegklep monteren en alleen met warmtevraag openen. Dit werkt gewoon goed.
er zitten nu geen ventielen/kranen meer aan de radiatoren.

Tot voor kort heeft het drukverschilventiel met de keerklep er eigenlijk voor spek en bonen tussen gezeten.

Twee maanden geleden heb ik mijn PLC sturing geïnstalleerd (viewtopic.php?f=3&t=1041&start=0) Reden was o.a. een betere afregeling van het laden en ontladen van de buffer.
En om de warmwaterstromen toch goed te beheersen is de combi drukverschil/keerklep dus weer in beeld.

Voor de goede orde, er zitten drie pompen in mijn systeem.

Ketelpomp (niet op de foto)

Systeempomp (wel op de foto, bovenaan) dient als booster omdat er vrij grote leiding lengtes worden gebruikt, en is nog steeds krap bemeten. Ook is deze pomp nodig bij de voeding van het systeem via de buffer. Bij een volgende verbetering komt hier een grotere pomp, waarschijnlijk een magna.

bufferpomp (wel op de foto) voor de verzorging van de buffer.

Ik hoop u hiermee van voldoende informatie te hebben voorzien en zie uw antwoord met interesse tegemoet.

Jan

[John Doh]

Kleine aanpassing van het schema, dan zou het zo moeten zijn: